Телевизоры: LCD (ЖК), LED (светодиодный), Плазма, Кинескоп — что это и как выбрать себе нужный.
Телеви́зор (телевизионный приёмник) (от новолатинского televisorium — дальновидец) — электронное устройство для приёма и отображения изображения и звука, передаваемых по беспроводным каналам (в том числе телевизионных программ, также сигналов от устройств воспроизведения видеосигнала).
Существует 6 видов телевизоров:
Кинескопный
Жидкокристаллический
Плазменный
Лазерный
Проекционный
Интернет
В данной статье расмотрим три первых и самых распространенных типов телевизоров.
Кинескопные телевизоры.
Это самые распространенные на сегодняшний день телевизионные приемники которые стоят почти в каждом доме. Основной частью этого типа телевизоров является электронно-лучевая трубка (CPT англ) или кинескоп.
Кинескоп — электронно-лучевой прибор, преобразующий электрические сигналы в световые.
Основные части:
электронная пушка, предназначена для формирования электронного луча, в цветных кинескопах и многолучевых осциллографических трубках объединяются в электронно-оптический прожектор;
экран, покрытый люминофором — веществом, светящимся при попадании на него пучка электронов;
отклоняющая система, управляет лучом таким образом, что он формирует требуемое изображение.
Благодаря этим телевизорам мы привыкли к экрану с соотношением сторон 4х3, стандартным размерам экранов: 21, 25, 29 дюймов или соответственно 54, 63 и 72 сантиметров, большим размерам телевизора особенно в глубину.
На сегодняшний день выпуск этих телевизоров прекрашен практическими всеми известными производителями, хотя еще можно купить такой телевизор неизвестной марки (так называемые «Чунга-чанги») как правило производства КНР или в лучшем случае отечественного производства.
Плоскопанельные телевизоры.
Плазменная панель представляет собой матрицу газонаполненных ячеек, заключенных между двумя параллельными стеклянными поверхностями. В качестве газовой среды обычно используется неон или ксенон. Разряд в газе протекает между прозрачным электродом на лицевой стороне экрана и адресными электродами, проходящими по его задней стороне. Газовый разряд вызывает ультрафиолетовое излучение, которое, в свою очередь, инициирует видимое свечение люминофора. В цветных плазменных панелях каждый пиксель экрана состоит из трёх идентичных микроскопических полостей, содержащих инертный газ (ксенон) и имеющих два электрода, спереди и сзади. После того, как к электродам будет приложено высокочастотное напряжение, появится емкостной высокочастотный разряд. В межэлектродном пространстве образуется плазма. При этом она излучает ультрафиолетовый свет, который попадает на люминофоры в нижней части каждой полости. Люминофоры излучают один из основных цветов: красный, зелёный или синий. Затем цветной свет проходит через стекло и попадает в глаз зрителя. Таким образом, в плазменной технологии пиксели работают подобно люминесцентным трубкам, но создание панелей из них довольно проблематично. Первая трудность — размер пикселя. Суб-пиксель плазменной панели имеет объём 200 мкм x 200 мкм x 100 мкм, а на панели нужно уложить несколько миллионов пикселей, один к одному. Во-вторых, передний электрод должен быть максимально прозрачным. Для этой цели используется оксид индия и олова, поскольку он проводит ток и прозрачен. К сожалению, плазменные панели могут быть такими большими, а слой оксида настолько тонким, что при протекании больших токов на сопротивлении проводников будет падение напряжения, которое сильно уменьшит и исказит сигналы. Поэтому приходится добавлять промежуточные соединительные проводники из хрома — он проводит ток намного лучше, но, к сожалению, непрозрачен.
Отличительной особенностью таких телевизоров являеться большие размеры экрана. Минимальный размер плазменной панели которую сегодня можно приобрести в розничной торговой сети составляет 42 дюйма или 106 см.
К недостаткам относиться прогорание пикселей (падение яркости) при длительном отображении статической картинки.
Жидкокристалические или LCD телевизоры
Жидкокристаллический дисплей (ЖК-дисплей, ЖКД, англ. Liquid crystal display, LCD), также Жидкокристаллический монитор (ЖК-монитор) — плоский дисплей на основе жидких кристаллов, а также монитор на основе такого дисплея.
LCD TFT (англ. Thin film transistor — тонкоплёночный транзистор) — разновидность жидкокристаллического дисплея, в котором используется активная матрица, управляемая тонкоплёночными транзисторами. Усилитель для каждого субпиксела применяется для повышения быстродействия, контрастности и чёткости изображения дисплея.
Жидкокристаллические дисплеи были разработаны в 1963 году в исследовательском центре Давида Сарнова (David Sarnoff) компании RCA (Принстон, штат Нью-Джерси).
Субпиксел цветного ЖК-дисплея
Конструктивно дисплей состоит из ЖК-матрицы (стеклянной пластины, между слоями которой и располагаются жидкие кристаллы), источников света для подсветки, контактного жгута и обрамления (корпуса), чаще пластикового, с металлической рамкой жёсткости.
Каждый пиксель ЖК-матрицы состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами, и двух поляризационных фильтров, плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым.
Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. В TN-матрице эти направления взаимно перпендикулярны, поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую структуру. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается и через него свет проходит уже без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света, ячейку можно считать прозрачной.
Если же к электродам приложено напряжение, то молекулы стремятся выстроиться в направлении электрического поля, что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение, можно управлять степенью прозрачности.
Если постоянное напряжение приложено в течение долгого времени, жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (так как изменение прозрачности происходит при включении тока, вне зависимости от его полярности).
Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растёт число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам.
Проходящий через ячейки свет может быть естественным — отражённым от подложки (в ЖК-дисплеях без подсветки). Но чаще применяют искусственный источник света, кроме независимости от внешнего освещения это также стабилизирует свойства полученного изображения.
Таким образом, полноценный монитор с ЖК-дисплеем состоит из электроники, обрабатывающей входной видеосигнал, ЖК-матрицы, модуля подсветки, блока питания и корпуса с элементами управления. Именно совокупность этих составляющих определяет свойства монитора в целом, хотя некоторые характеристики важнее других.
Миниатюрные лампы накаливания;
Электролюминесцентная лампа с холодным катодом (CCFL);
Электролюминесцентная лампа с горячим катодом (HCFL);
Единичные светодиоды;
Светодиодная матрица;
ЖК-дисплей с подсветкой на лампе с холодным катодом
В небольших дешёвых ЖК-панелях обычно используется цветная светодиодная подсветка, хотя в последнее время всё большее применение находит белая светодиодная. В дисплеях большой площади часто используется подсветка на электролюминесцентных панелях, цветная либо же белая. В большинстве компьютерных дисплеев находят применение электролюминесцентные лампы с холодным катодом (CCFL).
2.3 LED телевизоры
ЖК-дисплей со светодиодно-матричной подсветкой
LED TV (Light Emitting Diode TeleVision) — телевизор с жидкокристаллическим (ЖК, LCD) экраном, подсветка которого осуществляется светодиодной матрицей (LED).
С потребительской точки зрения ЖК-телевизоры со светодиодной (СД) подсветкой отличают четыре улучшения относительно ЖК c подсветкой электролюминесцентными лампами:
Улучшенная контрастность (не реализовано на Edge-LED);
Улучшенная цветопередача (особенно с RGB-матрицей);
Пониженное энергопотребление. Если сравнивать с ЖК (CCFL), то на 40 % (с RGB СД-матрицей — потребление выше);
Чрезвычайно малая толщина (только у Edge-LED);
Такой термин как LED TV был введен корпорацией Samsung для продвижения собственной линейки жидкокристаллических телевизоров с СД-подсветкой (Edge-LED). Этот термин, LED TV, вызывает много споров в вопросе правомерности его использования, так как технически такие телевизоры не являются на 100 % светодиодными (светодиодами осуществляется только подсветка) — современные светодиоды по своим размерам намного крупнее, чем пикселы современного телевизора, поэтому реальное использование полноценной светодиодной матрицы для формирования изображения возможно лишь на очень больших дисплеях (например табло стадионов, рекламные экраны).
Скорее всего Samsung выбрал термин LED TV с целью частичного использования эйфории вокруг технологии OLED, которая пока не доступна на коммерческих моделях телевизоров, за исключением 11- и 15-дюймовых телевизоров Sony XEL-1 и LG Electronics 15EL9500.
О проблемах термина LED TV (включая 3D-TV), введённого в оборот корпорацией Samsung на рынках ЖК-телевизоров с СД-подсветкой, можно спорить долго. Однако, следует иметь в виду, что термин LED TV – это фактически новый бренд, раскручиваемый корпорацией Samsung в отношении перспективных рынков ёмкостью в несколько млн. штук и более. Новый сектор рынка должен формироваться и защищаться новым брендом.
Для повышения эффективности подсветки ЖК-телевизионных панелей через световодные (светонаправляющие), а также светоотражающие слои по патенту РФ №2124748 можно дополнительно использовать в них по патенту РФ №2090021 оптоэлектронный модуль, выполняющий функции устройства управления световыми потоками, в виде узла, обрабатывающего оптическую информацию, пирамидальной или конической, или эллипсоидной, или тороидальной, или спиралевидной, или клиновидной, или крестообразной, или выпуклой, или вогнутой, или волнообразной формы, или в виде U-образного световодного “отражателя-возвращателя” (см. также патент РФ №2174218 от 29.12.99 тех же авторов).
Проблемы с подсветкой ЖК телевизионных панелей на первом этапе были решены Samsung’ом с использованием идей и технических решений из патентов РФ №2124748 и №2158020 без участия авторов этих патентов. [1] В указанных патентах описаны достаточно подробно технологии обработки и отображения оптической информации, в том числе фактически технология 3D в разных её вариациях. Технология управления световыми потоками по позволяет эффективно подсвечивать ЖК-слои из любой точки описанных в патентах конструктивов в любом направлении: хоть сбоку, хоть сзади, хоть спереди с помощью светодиодов, лазеров, вплоть до мощных синфазных излучателей в виде оптических квантовых генераторов в ЖК-слоях. Оптоэлектронный модуль выполненный по патенту РФ №2090021от 28.07.95 позволяет создавать в световодных (светонаправляющих) ЖК-слоях по патенту РФ №2124748 дополнительные эффекты подсветки на экранах LED TV или компьютерных TV в разных вариантах конструкционных систем и технических решений.
В 1996 году в патенте РФ №2124748 была достаточно подробно описана (фиг. 47-55) технология формирования стереоскопических эффектов в многослойных ЖК-структурах (фактически 3D-TV) в любых формах их проявления:
с угловым отклонением световых потоков в пространстве с использованием дифракционных эффектов, применяя для просмотра очки, или без очков в голографическом режиме;
со смещением световых потоков в горизонтальном или вертикальном направлениях по заданной траектории в ЖК-слоях, в том числе, с возможностью перекодировки или конвертации из 2D в 3D формат, применяя для просмотра очки.
Эффекты угловых отклонений и смещений световых потоков можно реализовать без особых проблем в TV системах и системах отображений информации с помощью технических решений по патенту РФ №2158020 от 10.01.99, выполненных в виде V-образных световодных разветвителей, которые соединены друг с другом в зигзагообразную последовательность.
Эффекты угловых отклонений световых потоков в суперкомпактных оптических системах возможны с использованием комбинационных оптических технологий по патенту РФ №2040132 от 31.08.93 “Контактное устройство для соединения плоских кабелей” (http://ru-patent.info/20/40-44/2040132.html), автор Мокрышев В.В. Указанные эффекты, при этом, могут сопровождаться разделением световых потоков на составляющие в оптических призмах, соединённых своими гранями с плоскими световодными кабелями. Компактность оптических систем по данной коммутационной технологии возрастает в десятки раз.
Реализация 3D-технологии возможна при использовании стереоочков с разными технологическими возможностями. К 2010 году компания NVIDIA разработала 3D-очки затворного типа с ЖК-стеклами, которые позволяют поочерёдно левым и правым глазом просматривать изображение на экране монитора. При этом для отклонения световых потоков на экране применяются поляризационные фильтры, а очки перспективной формы могут быть выполнены в виде прозрачной световодной ленты без дополнительной оправы.
Перспективная модель очков в виде прозрачной световодной ленты скорее всего будет реализована учёными из Университета Вашингтона. Линза, вмонтированная в очки, будет состоять из сотен полупрозрачных LED-матриц, на которые будет подаваться информация с управляющего модуля. Совмещение очков с 3D TV будет обеспечено.
Возможность затворной технологии с использованием дифракционных решёток и технологии управления световыми потоками была впервые описана в патенте РФ №2124748 от 31.12.96. Для этого вполне достаточно применить второе прозрачное основание в виде световодной ленты, снабжённой управляющим модулем и дифракционной решёткой, и разместить это основание в оправе очков (см. текст описания и формулу изобретения). Более того, затворная технология 3D-очков возможна к реализации с использованием технического решения [2], где в качестве затвора могут использоваться технические решения в виде дифракционных отверстий с управляемой конфигурацией или для арт-технологий в виде механического затвора, т.е. на любой вкус.
Возможность реализации просмотра LED TV без очков в формате 3D достигается только в голографическом режиме.
Для этого необходимо в многослойной ЖК-структуре сформировать слои выпуклой или вогнутой, или зигзагообразной, или клиновидной формы или с угловым углублением, что позволяет осуществлять голографические режимы в разных вариациях. В настоящее время режим просмотра 3D без очков для многих производителей недоступен, кроме Sharp, которая постоянно заявляет о своих приоритетах в 3D LED технологиях (более подробно см. научные публикации, касающиеся компании Sharp, готовой осуществлять в ближайшей перспективе поставки на товарный рынок 10-дюймовых панелей с трёхмерным просмотром без очков. Указанные панели могут быть установлены в качестве автостереоскопических дисплеев в 3D-планшеты или нетбуки).
Улучшению потребительских свойств ЖК телевизоров с СД-подсветкой способствовали компании Sharp, Sony, Nokia, Kodak, Принстонский университет и др. Основные направления работы – повышения яркости при солнечном свете и повышение контрастности, увеличение диагонали монитора при уменьшении его толщины. При этом основные технические решения и способы изготовления LED TV, как правило, защищались патентами, которые обеспечивают надёжную защиту товарных рынков.
В 2009 году в Калуге была запущена производственная линия по выпуску наиболее современных плоскопараллельных телевизоров Samsung со светодиодной подсветкой – так называемых LED TV.
В январе 2010 года компания Apple представила планшет Apple iPad, оснащённый 9,7-дюймовым мультисенсорным экраном с LED-подсветкой и разрешением 1024x768 точек. Прогнозируемый объём поставок указанных и аналогичных портативных ПК в 2010 году составит 4 млн штук.
Компания Nintendo анонсировала новую игровую консоль Nintendo 3DS, официальные поставки которой начнутся в 2011 году. В характеристике гаджета этой консоли содержится датчик движения, гироскоп и графический процессор. Т.е. при активном желании можно “поплавать” или полетать в стерео-LED “облаках” в разных архитектурных комбинациях, формируя новые варианты ЖК-технологий отображения видеоинформации с LED подсветкой и в компьютерных версиях.
Из вышеизложенного достаточно хорошо видно, что технология СД-подсветки выявляет ряд конструктивных проблем и проблем, связанных с обработкой оптической информации, которые могут решаться с использованием принципиально новых технических решений на высоком интеллектуальном уровне, на уровне родовых патентов, которые могут определить принципиально новый путь развития hi-tech рынков.
Подготовленно в 2010 году от рождества Христова ноября месяца 8 числа с Божьей помощью и на основе материалов Википедиии.