Почему вымерли плазменные телевизоры, некогда сменившие своих кинескопных собратьев

Немного предыстории

  Эпоха телевидения берет свое начало в 1934 году, когда компания Telefunken впервые начала серийный выпуск кинескопных телевизоров. В СССР серийный выпуск начался в 1940 году. Но из-за начавшейся в 1941 году войны телевизионный бум в СССР был надолго отложен. И только в 1949 году производство телевизионных приемников и их продажи начали набирать обороты. Тогда-то и начал сходить с конвейера Александровского радиозавода небезызвестный телевизор «КВН-49». 

Телевизор "КВН-49" с увеличительной линзой

  Размер изображения на экране его кинескопа был совсем небольшим (10×14см), и чтобы разглядеть его, телевизор комплектовался увеличительной линзой. Само изображение представляло собой размытые силуэты, по которым можно было отличить мужчину от женщины и людей от других предметов. 

Так выглядело изображение на экране телевизора "КВН-49"  Но несмотря на эти недостатки, начало эпохи телевидения было воспринято народом, как большое чудо. Каждый хотел и мечтал купить телевизионный приемник. Телевидение оказалось востребовано народом и начало стремительно развиваться. 

  Жизненный период кинескопных телевизоров является самым продолжительным в сравнении с другими телевизионными технологиями. Кинескопные телевизоры развивались и выпускались на протяжении целых 74 лет, с 1934 по 2008 год. В 2008 году крупнейшие производители кинескопных телевизоров объявили о прекращении их производства. Причиной явилось то, что потенциал данной технологии был уже исчерпан и появились новые революционное технологии.

Как работает кинескоп черно-белого телевизора

  Основным элементом таких телевизоров является кинескоп, он же электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Принцип его работы основан на свечении люминофора, нанесенного на обратную сторону экрана при попадании на него пучка электронов, разогнанных до большой скорости. Этот узкий пучок электронов формируется электронной пушкой, расположенной позади экрана на некотором расстоянии от него. 

  Именно эта технологическая особенность и не позволяет кинескопам быть плоскими, и определяет их достаточно объемную конусообразную заднюю часть, заканчивающуюся длинной стеклянной трубкой-отростком, в которой и размещается электронная пушка.

  Для получения изображения на экране кинескопа электронный пучок перемещается по всему экрану, при этом его интенсивность меняется в соответствии с видеосигналом, поступающим на управляющий электрод электронной пушки. Благодаря этому различные участки экрана приобретают разную яркость свечения, что в итоге складывается в результирующее черно-белое изображение.

  Перемещается электронный пучок по экрану благодаря отклоняющей системе. Она формирует магнитное поле, которое и отклоняет пучок. Угол отклонения пропорционален интенсивности магнитного поля. Таким образом задавая интенсивность поля отклоняющей системой, можно перемещать пучок в любую точку экрана. Поочередное упорядоченное перемещение пучка (сканирование) по поверхности экрана формирует так называемый растр.

Формирование растра на экране кинескопа  Растр формируется путем перемещения электронного пучка по поверхности экрана с левого верхнего угла направо (прямой ход), прорисовывая первую строку. Затем быстро возвращается влево ниже первой строки (обратный ход). После чего снова перемещается слева направо, прорисовывая вторую строку, затем третью, и так далее, до тех пор, пока не достигнет нижней части экрана. Затем быстро перемещается в верхний левый угол экрана и весь процесс повторяется заново.

 Как работает кинескоп цветного телевизора

  Вскоре, в процессе эволюции, в 1976 году в СССР появились первые серийные цветные кинескопные телевизоры. Это были настоящие квадратные монстры весом более 70 кг, как например, телевизор «Рубин-401». Их цветные кинескопы были гораздо сложнее, габаритнее и тяжелее черно-белых предшественников. Они уже имели три электронных пушки, и на экране был нанесен люминофор трех видов, первый – светящийся красным цветом (R), второй – зеленым (G) и третий – синим (B). Так называемыми – основными цветами, сложение которых в разной пропорции создавало множество других цветов. Электронный пучок каждой из трех пушек попадал и возбуждал свечение только своего люминофора. 

  Это позволяло возбуждать люминофоры и соответственно их свечение с разной интенсивностью, независимо друг от друга, формируя любой цвет в пределах цветового охвата. Под цветовым охватом подразумевается то множество цветов и оттенков, которое только может быть получено путем смешения трех основных цветов (RGB) в различных пропорциях.

Вершины треугольника (цветовой охват) заданы тремя основными цветами экрана (RGB). При этом могут быть воспроизведены только цвета, находящиеся внутри треугольника.

Появление плазменных телевизоров

  В 1970 – 1980 годах начала исследоваться и проектироваться новая телевизионная технология «плазменная панель». И в 2000 году в обиход постепенно начали входить телевизоры, основанные на новой передовой технологии, вытесняя из телевизионной ниши кинескопные телевизоры, которые по качеству изображения значительно уступали плазменным. Первой компанией, которая начала массово выпускать плазменные телевизоры, была Fujitsu. В дальнейшем к выпуску присоединились Philips и Pioneer, а чуть позже и другие компании. 

  Плазменные телевизоры стали настоящим технологическим чудом. Благодаря этой технологии телевизоры стали иметь действительно плоскую форму, их можно было просто повесить на стену. Размеры телевизоров в потребительском сегменте достигали колоссальных 64 дюймов.

  Максимальный же размер кинескопных телевизоров был ограничен 40 дюймами. Это было связано с технологической сложностью изготовления кинескопов больших размеров, из которых был откачан воздух до состояния вакуума. Атмосферное давление пыталось их раздавить, и чем больше был размер кинескопов, тем большему давлению они подвергались, и тем большую прочность они должны были иметь, чтобы не схлопнуться. Поэтому грань разумного объема стекла и других элементов кинескопа, усиливающих его прочность, заканчивалась на 40 дюймах.

  К 2008 году выпуск кинескопных телевизоров на фоне набравшей бешеную популярность «плазмы» потерял всяческий смысл и был прекращен.

Как работает плазменная панель

  Экран плазменной панели состоит из матрицы полых стеклянных капсул (плазменных ячеек), наполненных инертным газом, неоном и ксеноном. В каждую из капсул заведены по два электрода. При подаче на электроды напряжения через капсулу начинает протекать электрический ток, ионизируя в ней газ. Это приводит к образованию плазмы с излучением света в ультрафиолетовом диапазоне. Каждая капсула с тыльной стороны покрыта люминофором, который светится одним из трех основных цветов (RGB) при облучении его ультрафиолетом. 

  Три таких RGB капсулы создают один пиксель экрана, который меняя интенсивность свечения каждого из трех основных цветов формирует любые цвета и оттенки в пределах цветового охвата. Точно так же, как и в цветном кинескопе.

  Управление пикселями происходит поочередно (сканированием). Для этого с двух сторон (спереди и сзади) массива капсул располагаются проводники на всю длину и ширину панели. Сзади – горизонтально, спереди вертикально. При подаче напряжения на два таких проводника, находящихся по разные стороны, происходит ионизация той капсулы, которая находится на перекрестие проводников. 

Устройство плазменного экрана

  Дальнейшим перебором горизонтальных и вертикальных проводников производится поочередная активация всех необходимых для формирования изображения капсул.

  Конструктивно плазменная панель состоит из множества слоев. Матрица из газонаполненных капсул заключается между двумя стеклянными пластинами, в которые втравлены тонкие электроды, соединяющиеся с плазменными капсулами. И вся эта конструкция дополнительно размещается между защитными стеклами.   

Появление жидкокристаллических экранов

  В 1970-х годах был разработан первый полноценный жидкокристаллический (ЖК) экран на активной матрице. Это была еще одна инновационная технология, в которую был заложен большой модернизационный потенциал. В середине 1990-х цветные ЖК-экраны уже активно использовались в ноутбуках. Их качество изображения на тот момент значительно уступало кинескопным экранам и плазменным панелям. Были они ну очень медленными, имели плохую контрастность, недостаточную яркость и отвратительные углы обзора. 

  Их можно было использовать для работы с текстами, например, в тех же ноутбуках смотря на экран перпендикулярно, но для игр и просмотра видео они не годились. Примечательно, что разработка и выпуск ЖК-экранов пришлись на то же самое время, что и плазменных панелей. Но ввиду низкого качества изображения ЖК-экранов, конкуренцию «плазме» они составить не могли. Поэтому плазма захватила практически весь рынок телевизионной техники. 

  Но совершенствование ЖК-экранов все это время не стояло на месте, многие их недостатки в значительной степени были устранены. К 2007 году качество их изображения превзошло кинескопные экраны. Вскоре потребитель начал все больше обращать свое внимание на ЖК-экраны, которые начали успешно использоваться как в телевизорах, так и в мониторах. Преимуществ у ЖК-экранов уже и перед «плазмой» становилось все больше и больше, что вскоре и привело к переломному моменту в борьбе этих технологий. 

  В 2010 году продажи ЖК-телевизоров значительно превышали продажи плазменных моделей. Через три года компания Samsung осознав всю бесперспективность «плазмы» первой отказалась от ее производства. Panasonic увидела в этом возможность увеличить продажи своей «плазмы», но ничего хорошего из этого не получилось и в 2014 году и ей пришлось прекратить производство. А вскоре к ним присоединилась, и компания LG. И можно считать, что с этого момента непродолжительная эпоха плазменных панелей, которая длилась на протяжении 15 лет, завершилась. Для сравнения — технология кинескопных экранов просуществовала 74 года.

 Устройство жидкокристаллического экрана

  Принцип работы ЖК-экрана принципиально отличается от плазменной панели. В ЖК-экранах используется белый свет подсветки, который проходя через цветные фильтры, приобретает один из основных цветов. Для отображения на экране черного цвета фильтр должен полностью блокировать прохождение света подсветки. На практике добиться этого невозможно, и часть света все равно проходит сквозь фильтр, делая черный цвет серым.

Так выглядит черное изображение ЖК-экрана без технологии локального затемнения. Вместо черного цвета виден серый.   Это ухудшает глубину черного цвета и контрастность, являясь существенным недостатком ЖК-экранов. Вскоре этот недостаток был сведен к минимуму благодаря новой технологии локального затемнения. Она выключала светодиоды подсветки напротив черных участков изображения, тем самым улучшая глубину черного цвета.

  В плазменных панелях светятся лишь те пиксели, которые формируют светлые участки изображения. А те пиксели, которые формируют черные участки, не светятся вовсе. Поэтому глубина черного цвета у них всегда идеальна и контрастность велика. 

  Конструктивно ЖК-экран состоит из подсветки, поляризационного фильтра, жидких кристаллов, цветового фильтра, еще одного поляризационного фильтра и стекла экрана.

  Работа ЖК-экрана заключается в способности жидких кристаллов изменять плоскость поляризации проходящего через них светового потока.

Световой поток от подсветки поступает на первый поляризационный фильтр, пропускающий свет только с горизонтальной поляризацией. Далее проходит через слой жидких кристаллов и цветовой фильтр на второй поляризационный фильтр, пропускающий свет с вертикальной поляризацией.

Чтобы свет прошел сквозь весь этот слоеный пирог, нужно, чтобы жидкие кристаллы поворачивали поляризацию светового потока от одного фильтра к другому на 90 градусов. 

Жидкие кристаллы поворачивают поляризацию светового потока на 90 градусов, и он проходит через второй вертикальный поляризатор к экрану.

  А чтобы свет не проходил, слой жидких кристаллов не должен изменять его поляризацию. Тогда второй фильтр не будет пропускать свет с несоответствующей ему поляризацией. 

Жидкие кристаллы не поворачивают поляризацию светового потока. И он не проходит через второй вертикальный поляризатор.

  После слоя жидких кристаллов свет проходит через цветовой фильтр, где приобретает один из основных цветов (RGB), которые, как и в предыдущих телевизионных технологиях, складываясь, формируют другие цвета.

 Недостатки плазменных панелей, которые привели к их вымиранию

  1. Выгорание экрана. Этот недостаток производители «плазмы» так и не смогли устранить, несмотря на то что в этом направлении велись серьезные работы. 

Так выглядит экран "плазмы" после продолжительного отображения логотипа канала.

  Дело в том, что яркость свечения плазменных ячеек в процессе их работы неизбежно уменьшается. И чем выше яркость и длительность свечения отдельно взятых плазменных ячеек, тем быстрее они теряют свою яркость по отношению к другим, работающим в менее напряженном режиме ячейкам. Это приводит к тому, что статичные участки изображения, такие как логотипы каналов, рамки интернет-проводников навсегда «врезаются» в экран «плазмы».  

  2. Большое энергопотребление и нагрев. Создание плазмы в плазменных ячейках является довольно энергозатратным делом. Поэтому энергопотребление «плазмы» значительно выше, почти в два раза (при отображении ярких изображений), чем у ЖК-экранов. Соответственно и тепловыделение больше. 42-х дюймовая плазменная панель влёгкую может поглощать до 380 Вт электроэнергии, а такого же размера ЖК-экран — до 200 Вт. Этакий плазменный прибор двойного назначения, и показывает, и греет.

  3.  Большой вес. Ввиду технологических особенностей вес «плазмы» намного выше, чем у ЖК-экранов, главного конкурента «плазмы».

  4. Высокая стоимость производства.  Технологически изготовить плазменную панель с газонаполненными плазменными ячейками сложнее, соответственно и дороже, чем матрицу ЖК-экрана.

  5. Недостаточная яркость. Плазменные ячейки не способны обеспечить такую высокую яркость экрана, как это могут делать ЖК-экраны. 

  6. Большой размер пикселей. То есть низкое разрешение экрана. Если бы у «плазмы» отсутствовали первые пять недостатков, то эволюционный переход телевизоров на разрешение 4К в любом случае заставил бы отказаться от плазменных телевизоров. В «плазме» технологически невозможно реализовать такое высокое разрешение. Максимально реализованное производителями разрешение в панелях размером от 42 дюймов и выше составляло всего 1920 х 1080 точек. 

  Дело в том, что для увеличения разрешения нужно было уменьшать размеры плазменных капсул и увеличивать их количество. Во-первых, это было технологически тяжело и экономически неоправданно. Во-вторых, при уменьшении размеров плазменных капсул резко снижалась их яркость свечения, что сильно снижало и без того посредственную яркость плазменных панелей. По этой же причине отсутствуют панели небольших размеров, поскольку невозможно было реализовать в них приемлемое разрешение.

 Преимущества ЖК-экранов

  1. Дешевле производство. 

  2. Высокая максимальная яркость. Она значительно выше, чем у «плазмы».

  3. Небольшая масса. Ввиду того, что энергопотребление у ЖК-экранов значительно меньше, чем у «плазмы», устройство экранов и других узлов проще, то и масса конечного изделия значительно меньше.

   Пишите в комментариях, был ли у вас плазменный телевизор, а может быть и до сих пор есть? Каковы ваши впечатления от его эксплуатации и сильно ли ваша «плазма» уступает ЖК-экранам.