Πως γίνεται η απεικόνιση στις οθόνες πλάσματος;

Συχνές ερωτήσεις, από την ιστοσελίδα HowStuffWorks Ιανουάριος 2003

Τα προηγούμενα 75 χρόνια, η μεγάλη πλειοψηφία των τηλεοράσεων έχει σχεδιαστεί με βάση την τεχνολογία των σωλήνων καθοδικών ακτίνων (CRT ). Σήμερα όμως υπάρχει και η οθόνη πλάσματος με μια διαφορετική τεχνολογία.

Σε μια τηλεόραση CRT, ένα πυροβόλο ηλεκτρονίων εκτοξεύει μια δέσμη ηλεκτρονίων, μέσα σε ένα γυάλινο αερόκενο σωλήνα. Τα ηλεκτρόνια χτυπούν σε άτομα φωσφοριζουσών ουσιών τα οποία βρίσκονται στο επίπεδο μπροστινό μέρος του σωλήνα, στην οθόνη, και τα διεγείρουν. Κατά την αποδιέγερση των ατόμων που φωσφορίζουν εκπέμπεται ορατό φως. Η τηλεοπτική εικόνα παράγεται από τον φωτισμό που εκπέμπεται από τα διαφορετικά τμήματα της φωσφορίζουσας επικάλυψης της οθόνης. Κάθε στοιχειώδης περιοχή της οθόνης περιέχει φωσφορίζοντες κόκκους που αντιστοιχούν στα τρία βασικά χρώματα πράσινο, μπλε και κόκκινο. Ο συνδυασμός αυτών των τριών βασικών χρωμάτων που εκπέμπονται σε διαφορετικούς συνδυασμούς εντάσεων παράγει την συνολική έγχρωμη εικόνα.  

Οι καθοδικοί σωλήνες παράγουν ευδιάκριτες εικόνες αλλά έχουν ένα σημαντικό μειονέκτημα. Είναι ογκώδεις. Προκειμένου ν΄ αυξήσουμε το εύρος της οθόνης, πρέπει επίσης ν΄ αυξήσουμε και το μήκος του σωλήνα, ώστε να δώσουμε στη δέσμη των ηλεκτρονίων τον απαραίτητο χώρο να φτάσει σε όλα τα σημεία της οθόνης. Συνεπώς κάθε τηλεόραση CRT με μεγάλη οθόνη, θα πρέπει να ζυγίζει πολύ και να είναι και πολύ μεγάλου όγκου. 

Πρόσφατα εμφανίστηκε μια νέα εναλλακτική λύση. Η επίπεδη οθόνη πλάσματος. Οι τηλεοράσεις αυτού του τύπου, έχουν μεγάλες οθόνες αλλά το πάχος τους είναι μόλις περί τα 15 cm. 

Τι είναι πλάσμα;

Στις συμβατικές τηλεοράσεις ένα μεγάλο πλήθος από φωσφορίζουσες κουκίδες (τα pixels), φωτοβολούν σύμφωνα με τις εντολές που παίρνουν από το σήμα video. Στα περισσότερα συστήματα υπάρχουν όπως είπαμε και παραπάνω τρία βασικά χρώματα σε κάθε pixel της οθόνης, πράσινο, μπλε και κόκκινο και με σύνθεση αυτών των χρωμάτων σε διάφορες εντάσεις, παράγεται όλο το χρωματικό φάσμα. 

Η βασική ιδέα για την απεικόνιση με πλάσμα είναι να σχηματιστεί η εικόνα από το φως που εκπέμπουν μικροσκοπικές πηγές με τη βοήθεια του φαινομένου του φθορισμού. Το κεντρικό στοιχείο στο φαινόμενο αυτό του φθορισμού είναι ένα πλάσμα, δηλαδή αέριο που αποτελείται από ευκίνητα ιόντα, και από ελεύθερα ηλεκτρόνια. Ο τρόπος παραγωγής πλάσματος είναι ο ακόλουθος. Σε συνηθισμένο αέριο που αποτελείται ως γνωστόν από ουδέτερα άτομα, αν εισαχθούν αρκετά ελεύθερα ηλεκτρόνια και εφαρμοστεί συγχρόνως μια τάση, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια επιταχύνονται από την ηλεκτρική τάση, συγκρούονται με τα άτομα, και με τις κρούσεις αυτές ελευθερώνουν άλλα ηλεκτρόνια του ατόμου. Έτσι απομένουν τα θετικά φορτισμένα ιόντα (αφού έχουν χάσει ηλεκτρόνια), ενώ τα ηλεκτρόνια που ελευθερώθηκαν περιφέρονται ως ελεύθερα.  

Σε πλάσμα μέσα από το οποίο περνάει ηλεκτρικό ρεύμα, τα αρνητικά φορτισμένα σωμάτια, κινούνται προς τις περιοχές του πλάσματος με θετικό φορτίο, ενώ τα θετικά φορτισμένα σωμάτια, κινούνται προς τις αρνητικά φορτισμένες περιοχές.  

                           1. Μια σύγκρουση μ΄ ένα σωμάτιο διεγείρει το άτομο. 
                           2. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα ηλεκτρόνιο να μεταπηδήσει 
                               σε μια τροχιά μεγαλύτερης ενέργειας.
                           3. Όταν το άτομο αποδιεγερθεί και το ηλεκτρόνιο επιστρέψει 
                               στο αρχικό του ενεργειακό επίπεδο, ελευθερώνει την 
                               επιπλέον ενέργεια υπό μορφήν φωτονίου.

Κατά τις μετακινήσεις αυτές, τα σωματίδια συγκρούονται συνεχώς το ένα με το άλλο. Οι συγκρούσεις αυτές διεγείρουν τα άτομα του αερίου στο πλάσμα σε υψηλότερες ενεργειακές στάθμες, και όταν τελικά αυτά αποδιεγείρονται εκπέμπουν ορατό φως. Βλέπε και την παραπάνω εικόνα. 

Τα άτομα των στοιχείων Ξένον και Νέον, τα οποία είναι αυτά που χρησιμοποιούνται στις οθόνες πλάσματος, εκπέμπουν κυρίως φωτόνια της περιοχής του υπεριώδους όταν αποδιεγείρονται. Τα φωτόνια αυτά είναι αόρατα στο μάτι, αλλά μπορούν με τη σειρά τους να προκαλέσουν νέες διεγέρσεις οι οποίες οδηγούν τελικά σε εκπομπή ορατού φωτός, όπως θα δούμε και παρακάτω. 

Η διαδικασία της απεικόνισης

Τα αέρια Ξένον και Νέον σε μια τηλεόραση πλάσματος περιέχονται σε εκατοντάδες χιλιάδες μικροσκοπικά στοιχεία, που είναι τοποθετημένες μεταξύ δύο γυάλινων πλακών. Επιμήκη ηλεκτρόδια είναι επίσης εμφυτευμένα σαν σάντουϊτς μεταξύ των πλακών και στις δύο πλευρές των κυψελίδων. Τα ηλεκτρόδια διεύθυνσης βρίσκονται πίσω από τα στοιχεία κατά μήκος της οπίσθιας γυάλινης πλάκας. Τα διαφανή ηλεκτρόδια απεικόνισης τα οποία περιβάλλονται από ένα μονωτικό διηλεκτρικό υλικό και καλύπτονται από προστατευτικό στρώμα οξειδίου του μαγνησίου, τοποθετούνται πάνω από τα στοιχεία , κατά μήκος της μπροστινής γυάλινης πλάκας. 

Και τα δύο σύνολα ηλεκτροδίων εκτείνονται κατά μήκος και πλάτος ολόκληρης της οθόνης. Τα ηλεκτρόδια απεικόνισης είναι διατεταγμένα σε οριζόντιες σειρές κατά μήκος της οθόνης και τα ηλεκτρόδια διεύθυνσης είναι διατεταγμένα σε κατακόρυφες στήλες. Όπως μπορούμε να δούμε στην παρακάτω εικόνα, τα κατακόρυφα και οριζόντια ηλεκτρόδια σχηματίζουν ένα βασικό πλέγμα.  

Για να ιονίσουμε το αέριο σε ένα συγκεκριμένο στοιχείο, ο υπολογιστής που ελέγχει τη συσκευή, φορτίζει τα ηλεκτρόδια που τέμνονται στο στοιχείο που μας ενδιαφέρει. Κάνει δε αυτή τη διαδικασία φόρτισης, χιλιάδες φορές σ΄ ένα μικρό κλάσμα του δευτερολέπτου, φορτίζοντας κάθε στοιχείο με τη σειρά. 

Όταν τα τεμνόμενα ηλεκτρόδια φορτιστούν (με μια διαφορά δυναμικού μεταξύ τους), ένα ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσω του αερίου του στοιχείου. Το ρεύμα αυτό δημιουργεί μια γρήγορη ροή φορτισμένων σωματιδίων, η οποία με τα φαινόμενα που περιγράψαμε παραπάνω, διεγείρει τα άτομα του αερίου. Κατά την αποδιέγερσή τους δε που ακολουθεί, εκπέμπονται υπεριώδη φωτόνια. 

Τα υπεριώδη φωτόνια που ελευθερώνονται αλληλεπιδρούν με φωσφορίζουσες ουσίες, που βρίσκονται ως επικάλυψη, στα εσωτερικά τοιχώματα των στοιχείων. Οι φωσφορίζουσες ουσίες είναι ουσίες που εκπέμπουν φως όταν επάνω τους προσπέσει άλλο φως. Όταν ένα υπεριώδες φωτόνιο χτυπήσει ένα φωσφορίζον άτομο στο στοιχείο, προκαλεί διέγερση ενός ηλεκτρονίου του ατόμου σε υψηλότερη ενεργειακή στάθμη. Κατά την αποδιέγερση που ακολουθεί και πάλι, ελευθερώνεται ενέργεια, αυτή τη φορά υπό μορφή ορατού φωτονίου.  

Οι φωσφορίζουσες ουσίες σε μια οθόνη πλάσματος έχουν επιλεγεί ώστε να εκπέμπουν έγχρωμο φως των τριών βασικών χρωμάτων. Κάθε pixel αποτελείται από τρία ξεχωριστά στοιχεία (τα υποπίξελ), το καθένα με διαφορετικού χρώματος φωσφορίζουσα ουσία. Ένα υποπίξελ έχει φωσφορίζουσα ουσία που εκπέμπει κόκκινο φως, το άλλο υποπίξελ έχει φωσφορίζουσα ουσία που εκπέμπει πράσινο φως,  και το τρίτο  υποπίξελ έχει φωσφορίζουσα ουσία που εκπέμπει μπλε φως, Τα χρώματα αυτά συνθέτονται και σχηματίζουν το συνολικό χρώμα του συγκεκριμένου πίξελ. 

Μεταβάλλοντας τους παλμούς του ρεύματος που περνούν μέσα από τα διαφορετικά στοιχεία, το σύστημα ελέγχου μπορεί να αυξάνει ή να ελαττώνει την ένταση του χρώματος κάθε υποπίξελ, Με τον τρόπο αυτό δημιουργεί εκατοντάδες διαφορετικών συνδυασμών του κόκκινου, πράσινου και μπλε χρώματος. Έτσι το σύστημα ελέγχου μπορεί να παράγει σχεδόν οποιοδήποτε χρώμα σε όλο το φάσμα. 

Το κύριο πλεονέκτημα των οθονών με τεχνολογία πλάσματος είναι ότι μπορούμε να έχουμε εξαιρετικά μεγάλες οθόνες με υλικά πολύ μικρού σχετικά πάχους. Επειδή δε κάθε πίξελ φωτοβολεί ανεξάρτητα, η εικόνα έχει μεγάλη λαμπρότητα και φαίνεται καλά σχεδόν από οποιαδήποτε γωνία. Η ποιότητα της εικόνας δεν έχει φτάσει ακόμα τα πρότυπα αυτής των καθοδικών σωλήνων, αλλά οπωσδήποτε ανταποκρίνεται άνετα στις απαιτήσεις των περισσοτέρων θεατών.