Поговорим о плазменной технологии. Или размышляя о прошлом и будущем.

 

Автор: Сергей Бочаров.

 

Вместо вступления

 

Идея этого материала родилась совершенно спонтанно после разговора с моим коллегой о том, что нас ждет дальше на рынке устройств отображения. Да и честно скажем, что мы до последнего момента не верили появляющимся в разных местах слухам о том, что плазменные телевизоры скоро снимут с производства. Заметим, что такие слухи ходят довольно давно. Достаточно вспомнить, например отказ большей части производителей от изготовления плазменных телевизоров в пользу ЖК-технологии. Осторожно дальше много букв!

Но первый действительно тревожный сигнал мы получили этим летом во время поездки на завод компании Samsung. Именно там, в ходе экскурсии нам официально объявили, что компания Samsung прекращает в 2013 году производство плазменных панелей.

Второй тревожный звонок поступил от компании LG, где нам также официально заявили, что разработки новых моделей плазменных телевизоров прекращены, и больше они производиться не будут.

Ну, а последний «гвоздь в гроб плазмы» вбила компания, которая уделяла самое большое внимание развитию данной технологии – Panasonic.

Как удар грома пронеслась по лентам новостных агентств весть о том, что с декабря 2013 года компания  Panasonic полностью прекращает производство плазменных панелей. А с марта 2014 года компанией Panasonic полностью прекращаются все продажи плазменных телевизоров. Конечно, гарантийное обслуживание этих аппаратов еще будет осуществляться, но новых моделей плазменных телевизоров Panasonic больше в продаже не будет. Это конец!

И хотя в магазинах вы еще можете купить эти, безусловно, отличные и качественные дисплеи, не стоит медлить, совсем скоро они могут полностью пропасть с прилавков.

Ну, а мы по старой русской традиции «помянем покойного», т. е. напомним историю развития этой, безусловно, эпохальной,  весьма сложной и интересной технологии.

 

Немного истории

 

Если вспомнить историю, то своим появлением плазменная технология обязана инженеру Жоржу Клоду. Именно ему в 1911 году был выдан патент на первую в мире неоновую трубку. Многие представители старшего поколения их хорошо помнят по рекламным вывескам. С современной плазменной панелью неоновую трубку роднит использование холодного разряда.

Долгое время уделом подобных устройств использующих тлеющий разряд в газе неоне оставалась реклама и различные индикаторы. Ситуация коренным образом поменялась в конце 50-х годов прошлого века. Но самым судьбоносным в истории плазменной технологии стал 1960-й год. Именно тогда в университете штата Иллинойс был создан первый в мире плазменный дисплей. Тогда же и родилось само название плазменная панель, как более точно отражающее физику работы устройства.

Уже в середине 60-х годов начинаются разработки первых устройств использующих плазменный разряд для работы в системах отображения информации. Заметим, что например, в СССР выпускалась целая серия  небольших плазменных панелей для использования в различных сферах отображения данных. В частности было выпущено несколько моделей осциллографов на базе плазменных экранов вместо традиционных ЭЛТ. По сравнению с ЭЛТ дисплеями плазменные панели обладали существенно меньшими габаритами, были более стойки к различным механическим воздействиям и конечно обеспечивали более яркое и контрастное изображение. Использовались плазменные дисплеи даже в настольных программируемых ПК.

Впервые говорить об использовании плазменной технологии в телевидении стали в начале 70-х годов прошлого века. Уже тогда обсуждались различные альтернативы кинескопным аппаратам. И в качестве одной из них помимо ЖК-панелей рассматривалась и плазма.

Но технологии того времени, хотя и позволяли сделать качественную плазменную матрицу, не давали возможности создать дешевое устройство управления яркостью плазменного разряда. Здесь мы немного поговорим о физике.

Дело в том, что если мы посмотрим на ВАХ (Вольт-Амперную Характеристику) самой обычной неоновой лампы, то мы увидим, насколько сложен процесс формирования плазменного разряда. Начнем с того, что разряд нужно сначала зажечь, стабилизировать его яркость и удерживать ее на нужном уровне. Заметим, что зажечь разряд непросто, но еще сложнее его погасить в нужный момент. При этом нужно учесть, что условия возникновения плазмы в горячей и остывшей ячейке существенно различаются. И вся дальнейшая история развития плазменных панелей была направлена именно на совершенствование технологии формирования и управления плазменным разрядом. Но об этом мы расскажем ниже.

 

Этапы развития плазменной технологии

 

Современная плазменная панель состоит из множества отдельных заполненных инертным газом ячеек. Каждый пиксель представляет собой RGB триаду, субпиксели которой могут излучать красный, зеленый или синий свет. Белый цвет получается при одновременном свечении всех пикселей с определенной яркостью.

Активация плазменной ячейки осуществляется путем подачи высокого управляющего напряжения на соответствующий электрод. Инертный газ, который заполняет ячейку, в этот момент переходит в состояние проводящей плазмы и начинает излучать поток ультрафиолета вызывающий свечение люминофора нанесенного на стенки плазменной ячейки нужным цветом.

Цвет свечения люминофора определяется его химическим составом, и каждая компания производящая плазменные панели имела свой уникальный рецепт. Ведь именно  светоотдача люминофора определяет главный параметр плазменной ячейки – яркость и конечно КПД. Заметим, что именно состав люминофора и его стойкость  к воздействию плазменного разряда определяли срок службы плазменной матрицы.

И когда говорили, что «панель выгорела» это, скорее всего, означало, что  часть пикселей лишилась люминофора и перестала излучать видимый свет. Объективности ради, заметим, что «эффект выгорания пикселей», возникающий обычно при длительном показе статичных картинок, был проблемой плазменных панелей до середины 2000-х годов. Затем немалыми усилиями инженеров компаний производящих плазму он был преодолен. И обладатели плазменных панелей выпущенных после 2005 года с этой проблемой уже никогда не сталкивались.

Напомним также, что на начальном этапе существовало два вида плазменных панелей - это панели, работающие на постоянном токе, или DC панели и панели, функционирующие на переменном токе – AC панели.

Изначально все плазменные панели работали именно на постоянном токе. Электроды в них располагались на противоположных стенках и возникающий в промежутке между ними разряд, вызывал излучение ультрафиолета, который преобразовывался  в видимый спектр нанесенным на боковые стенки люминофором.

Как видно из описания главное достоинство DC ячейки – простота конструкции. Но оборотная сторона простой конструкции – низкая долговечность. Дело в том, что в DC ячейке люминофор находится под постоянным воздействием высокой температуры,  контактируя с плазмой. И за счет этого интенсивность свечения таких ячеек довольно быстро падала, и как следствие DC матрицы были весьма недолговечны.

Вторым серьезным минусом этих ячеек было довольно большое время отклика. Мы не зря немного описали физику работы плазменных панелей, и заметили, что плазменный разряд трудно не только зажечь, но гораздо труднее его погасить в нужное время. Решить обе эти проблемы инженерам удалось, создав плазменные панели, работающие на переменном токе.

Здесь необходимо отметить, что пальма первенства в деле создания AC панели принадлежит компании Fujitsu. Именно она впервые предложила новую трех электродную структуру газоразрядной ячейки.

 В AC ячейке ионизирующий электрод и электрод развертки, которые называют дисплейными, нанесены на внешнюю поверхность стекла и отделены от самой ячейки слоем диэлектрика. Именно на них подается переменное напряжение под воздействием, которого внутри ячейки возникает тлеющий разряд без образования плазмы. Его иначе называют подготовительным или дежурным, поскольку он подготавливает ячейку для возникновения основного разряда и позволяет существенно понизить время реакции плазменной панели.

Поджиг ячейки происходит после подачи высоковольтного управляющего сигнала на специальный адресный электрод, размещенный в глубине ячейки. Такая сложная конструкция ячейки позволяет сформировать плазменный разряд между дисплейными электродами, практически не затрагивая люминофор. Поэтому AC панели обладают более высоким быстродействием и повышенной надежностью. И именно на их основе выпускались все современные плазменные телевизоры.

Но, помня о том, что достоинства всегда компенсируются недостатками, расскажем и о минусах AC панелей. Их как минимум два.

Первый – более сложная конструкция плазменной ячейки. На современном этапе этот минус уже конечно не оказывает столь большого влияния на стоимость плазменной панели. Но поскольку мы вспоминаем историю плазменной технологии, то для объективности его стоит упомянуть.

Второй более существенный недостаток – дежурный тлеющий разряд, который постоянно происходит между дисплейными электродами. С одной стороны он приводит к тому, что даже неактивная плазменная ячейка всегда потребляет электроэнергию, с другой стороны он снижает глубину черного цвета.

И если проблемы с глубиной черного цвета компании, которые производили плазменные телевизоры, смогли решить. У современной плазмы экран при отсутствии сигнала имеет, как говорил Остап Бендер «радикально черный цвет», то от необходимости тлеющего разряда инженерам избавиться не удалось. Законы физики объективны, и отменить их никто не может.

Мы не зря решили рассказать вам о том, как работает современная плазменная панель. Во-первых, это своеобразный экскурс в историю и краткое перечисление тех этапов, которые прошла технология от начала до конца. А во-вторых, даже из нашего довольно краткого рассказа видно насколько плазменная технология сложна для производства, и какую серьезную работу пришлось проделать инженерам, чтобы получить те самые отличные плазменные телевизоры, которые пока еще мы можем купить в магазинах.

 

Зачем все эти сложности?

 

В качестве своеобразного итога попробуем рассказать о том, что привлекает поклонников кино в плазменных телевизорах.

В первую очередь, конечно, это яркая и сочная картинка с очень качественной цветопередачей и весьма широким динамическим диапазоном.

Мы опять немного углубимся в физику. Все дело в том, что плазменный разряд по природе своей слабо поддается регулировке, он либо есть, либо его нет. И чтобы изменить интенсивность свечения плазменной ячейки производители использовали обычно ШИМ (Широтно-Импульсную Модуляцию). С ее помощью, изменяя длительность импульсов в пакете фиксированной длины можно менять и интенсивность свечения пикселя. И конечно диапазон изменения яркости ячейки определяется разрядностью пакета. И вот в этом месте начинается самое интересное.

Если в ЖК-матрицах разрядность самой матрицы редко превышает 10 бит на пиксель (заметьте, мы не говорим о разрядности обрабатывающего видеосигнал процессора, речь идет именно о разрядности матрицы), а 12 и 14 битовые матрицы встречаются весьма и весьма редко, то в плазме разрядность 18 и более бит на пиксель обычное дело. Таким образом, каждая ячейка способна передать минимум 2 в 18 степени цветовых оттенка, а пиксель 2 в 54 степени. Отсюда и проистекает то богатство красок, которое мы видим на плазменном экране.

Второй важный момент – малое время отклика ячейки. В современных плазменных матрицах время отклика пикселя настолько мало, что разработчики смогли получить значение скорости регенерации полей на экране на уровне 3 000 Герц (топовые плазменные телевизоры компании Panasonic). Для сравнения у ЖК-панелей частота регенерации картинки существенно ниже. И пусть вас не вводят в заблуждение высокие цифры, написанные в рекламных буклетах маркетологами.

Дело в том, что во многих современных ЖК-панелях используется так называемая сканирующая светодиодная подсветка. В ней светодиоды, подсвечивающие матрицу, зажигаются не все одновременно, а последовательно рядами, с определенной частотой переключения. И таким образом если частота регенерации картинки скажем 200 Герц, а частота переключения подсветки еще 200 Герц, то маркетологи нам радостно говорят о том, что телевизор обеспечивает частоту смены картинки в 400 Герц. Такой вот интересный подход.

Конечно, сканирующая подсветка в ЖК-матрицах визуально существенно улучшает воспроизведение динамической картинки, но это достигается не повышением качества ее проработки. Просто те самые огрехи ловко прячутся от глаза телезрителя и все. Ничего страшного в этом конечно нет, важно просто понимать, что физически это несколько другой процесс.

Еще одним весьма важным моментом является высокая контрастность формируемой плазменной матрицей картинки. Современные технологии, измененная геометрия плазменных ячеек и использование новых фильтров позволили инженерам сделать неактивную плазменную ячейку полностью черной. Так, что идеальный черный цвет и высочайший контраст – также неотъемлемые достоинства плазменных панелей.

И когда производитель пишет о соотношении статической контрастности плазменной матрицы, скажем 5 000 000:1 в этом нет обмана. Высокая яркость ячейки, поделенная на практически нулевой уровень излучения, в выключенном состоянии дает бесконечно большое значение. Так, что с этим опять у плазмы все честно.

В ЖК-матрицах есть два значения контрастности: статическое и динамическое. Статическое значение, как правило, наиболее «честное», хотя оно и существенно ниже динамического. Ведь динамическое значение обеспечивается специальными режимами работы подсветки, да и измеряется оно весьма хитро. Так, что опять большие цифры не всегда соответствуют истине.

Хоть и не принято «поминая покойника» говорить о недостатках, но мы скажем несколько слов и о них.

Главный минус плазменной технологии – высокое напряжение необходимое для формирования разряда и, как мы уже писали наличие дежурного поджига ячейки. Именно  этими факторами и обусловлено более высокое потребление электроэнергии плазменными телевизорами и именно поэтому параметру они больше всего и проигрывают ЖК-панелям.

Плюс к этому, как мы уже отмечали, для управления плазменной ячейкой требуются мощные силовые транзисторы, а это повышает стоимость управляющей электроники, и источника питания. И избавиться от этих элементов невозможно. Производители, как могли, оптимизировали данную технологию, но вероятно дальше уже просто двигаться некуда из плазмы «выжали» все, что можно.

 

Что идет на смену

 

Задавшись одним вопросом кому выгоден уход плазмы с рынка, мы тут же получаем ответ, тем, кто ее производил. И на то есть несколько причин. Первая и самая главная – отказавшись от выпуска плазмы, производители «расчистили поляну» для OLED технологии. Ведь именно сейчас она начинает свой путь на рынок телевизоров с большими диагоналями.

Конечно, можно вспомнить первую робкую попытку вывести OLED технологию на рынок состоявшуюся несколько лет назад. Но разве можно считать серьезным приобретением в домашний кинозал телевизор с диагональю экрана около 15 дюймов стоящий, как «крутая иномарка»? Конечно, нет!

Поэтому первый выход OLED телевизоров на рынок происходит именно сейчас, и плазма была способна составить этим аппаратам серьезную конкуренцию на первом этапе. И вероятно чтобы не уподобляться той игрушечной змее, которая сама себе откусила хвост, вендоры приняли такое весьма непростое, но вполне логичное решение.

Хотя на наш взгляд ничего плохого в том, что какое-то время OLED, плазменная и ЖК технологии существовали бы на рынке совместно не случилось. Наоборот, у покупателя была бы возможность реально сравнить работу всех трех технологий, и выбрать, ту, которая больше ему подойдет. Да, и конкуренция этих  трех технологий отображения помогла бы их взаимному развитию. Мы кстати хорошо это видели, когда несколько лет назад плазма буквально «подтянула» ЖК-технологию выведя ее на более высокий уровень качества.

А в данной ситуации конкуренция искусственно устранена,  OLED технология попадает в довольно комфортные «тепличные» условия рынка. Главный конкурент «умер», а ЖК-телевизоры заведомо проигрывают OLED по качеству картинки, хотя и стоят существенно дешевле. Вот и получается, что производителям нет нужды особо «напрягаться», да и с удешевлением тоже особо спешить незачем. Ведь конкуренции особой нет.

Так, что совсем скоро  выбора у нас уже не будет. Либо покупаем ЖК-телевизор по вполне оптимальной цене, либо, как истинные киноманы обращаем свой взор на проекторы. Ведь высокая цена OLED телевизоров пока не делает их продуктом массового сегмента. Сложно представить себе человека готового заплатить 400 тысяч рублей за OLEDтелевизор с размером диагонали экрана в 55 дюймов. Сравните это с заявленной ценой в 190 000 рублей за плазму Panasonic TX-PR65VT60 с диагональю экрана 65 дюймов. Неплохо выглядит двукратная разница в цене при большем размере экрана у плазменного телевизора? Остались еще вопросы?

Опять обращая взор в сторону OLED телевизоров на данном этапе развития, мы получаем выбор между машиной и телевизором. И можно говорить, что угодно о большой потребляемой мощности плазменных телевизоров об их больших габаритах, но двукратная разница в цене при большей диагонали говорит сама за себя. Сразу становится понятно, что может помешать триумфальному приходу OLED телевизоров на рынок.

Ну а мы напомним, нашим читателям, что есть еще и проекторы. На этом рынке тоже много очень достойных моделей. А те, кого смущает необходимость периодически менять лампу, вполне могут обратить свой взор на светодиодные проекторы. За последний год там появилось много интересных и достойных моделей на любой размер кошелька.

Такая вот получается весьма непростая ситуация. Конечно, со временем OLED телевизоры подешевеют. Вопрос лишь в том, сколько для этого потребуется времени? А плазма уже была очень дешевой, хорошо отработанной и качественной технологией. И именно поэтому мы искренне сожалеем о ее утрате.