Как устроен и работает современный телевизор

Телевизоры окружают человека повсюду. Все настолько привыкли к плоским панелям, что почти забыли их предка — старую кинескопную технологию. Современный телевизор устроен на несколько порядков сложнее своего родителя с выпуклым экраном. Его принципиальная схема стала полностью цифровой. И фактически, сегодня изображение появляется на экране телевизора благодаря применению компьютерных технологий.

Основные конструктивные элементы телевизора

Телевизор состоит из тех же главных функциональных блоков, что и десятки лет назад. У него есть блок питания с несколькими выходами для энергоснабжения отдельных модулей. Всегда присутствует система взаимодействия с пользователем. Она изменилась, из круглых механических переключателей и ползунковых регуляторов превратившись в полностью электронное решение с сенсорными клавишами и узлом приема сигналов, посылаемых пультом ДУ.

Есть и два главных блока современного телевизора — это система обработки сигнала (телевизионного или полученного от внешнего устройства) и дисплей. Последний имеет довольно сложную структуру. Она включает цветовую матрицу с тысячами элементарных точек и систему их активации. Здесь есть подсветка, светофильтры, контуры контроля и еще много других технических решений.

Но если рассматривать только привычные форматы современного телевизора с плоской панелью дисплея, технологии формирования изображения на протяжении многих лет изменились мало. Стали лучше элементы создания цветных точек. Увеличились углы обзора и скорость их реагирования. Однако и плазменный, и жидкокристаллический, и LED дисплей функционируют очень похоже. Принцип работы телевизора современного класса основан на обработке огромного массива из элементарных источников формирования цвета, которые и складываются в единую яркую и четкую картинку.

Плазменный телевизор

Все видели газоразрядные лампы дневного света — это длинные цилиндрические колбы, например, в потолочных светильниках офисов, магазинов, музеев и промышленных цехов. Они излучают свет благодаря образованию объемного разряда в газовой среде. При подаче импульса высокого напряжения содержимое стеклянной колбы, газ с парами ртути, буквально вспыхивает под действием электронов, с огромной скоростью перемещающихся от одного контакта лампы к другому.

Это явление еще называют формированием низкотемпературной плазмы. В больших объемах газа для старта процесса нужны огромные напряжения. Применяются пускатели ламп дневного света, трансформаторы в 12000 В неоновых вывесок. Но в микроскопическом объеме газа образования плазмы можно добиться малыми энергиями. И это дало возможность создать телевизионный экран.

Плазменный телевизор работает с использованием эффекта объемного разряда газа. Структура дисплея состоит из:

• слоя, состоящего из цветовых микроячеек, каждая из которых представляет собой группу из красной, синей, зеленой ламп;
• сетки электродов, размещаемой с двух сторон слоя формирования изображения;
• защитного стекла, расположенного со стороны зрителя.

Кратко схема работы плазменной панели проста. Каждая из элементарных ячеек заполнена благородным инертным газом. Красная — неоном, используется также аргон и ксенон. Система обработки посылает разнополярные сигналы на электроды, размещенные с двух концов элементарной ячейки. При прохождении тока газ начинает светиться. Образуется низкотемпературная плазма. Регулируя уровень напряжения, добиваются разной интенсивности свечения. При работе трех элементарных ячеек их общая комплексная излучает суммарный цвет, составленный из нескольких волн.

На плазменном дисплее есть еще один слой — это так называемый сканирующий электрод. Он контролирует срабатывание комплексной цветовой ячейки и одновременно работает поляризационным фильтром. Изображение на плазменной панели очень четкое и резкое. Кроме этого, она излучает свет, и делает это весьма интенсивно. Поэтому плазменные телевизоры — идеальный выбор для оснащения площадок на открытом воздухе или для использования в ярко освещенной комнате.

LCD телевизоры

Принцип работы LCD телевизора абсолютно аналогичен плазменному. Однако есть ключевые различия в применяемых методах формирования цветовой точки. В ЖК матрице нет ячеек с газом — вместо них используются мельчайшие емкости-цилиндрики с жидкими кристаллами.

Это вещество имеет свойство ориентировки в электрическом поле. У ЖК матрицы есть два слоя электродов спереди и сзади. Подавая на них определенное напряжение, система управления заставляет кристаллы поворачиваться на строго контролируемый угол. Схема создания цветовой точки стандартная. Оттенок формируется смешиванием трех волн, красного, синего, зеленого спектра.

Сегодня существует две, можно сказать, зеркальных схемы работы ЖК матриц.

1. Нормально прозрачные дисплеи. Это матрицы класса TN-Film, VA, TFT. Без подачи напряжения на их элементарные ячейки кристаллы ориентированы перпендикулярно плоскости дисплея. Свет ламп, установленных в корпусе телевизора, проходит в направлении наблюдателя без потерь. Недостаток технологии в том, что кристаллы не могут повернуться на полные 90 градусов, из-за чего невозможно сформировать идеально черную точку.
2. Нормально непрозрачные дисплеи. Это матрицы IPS. Без подачи управляющих импульсов кристаллы в их элементарных ячейках расположены параллельно плоскости. То есть, блокируют подсветку и экран остается абсолютно черным. Но создать идеально белый цвет невозможно.

Обе эти технологии, применяемые в производстве ЖК дисплеев, имеют недостатки. Во-первых, матрицы легко повредить ударом или давлением, переохлаждением. Нормально прозрачные дисплеи не могут отображать оттенки во всем диапазоне волн, видимых человеческим глазом. В противовес, непрозрачные матрицы отличает глубокий черный цвет, широкий диапазон отображаемых оттенков, но сравнительно высокое энергопотребление.

LED телевизоры

Грубо говоря, LED телевизоры ничем не отличаются от жидкокристаллических. В них просто используются более проработанные, долговечные, стабильные источники света — это полупроводниковые кристаллы. Они решили все проблемы газоразрядных ламп в ЖК телевизорах, а именно:

• не имеют высокого энергопотребления;
• показывают срок службы, намного превышающий газоразрядные лампы;
• отличаются малыми габаритами;
• работают в широком температурном диапазоне;
• формируют более интенсивный цветовой поток;
• отличаются чистым, равномерным белым спектром, позволяющим передать больше цветовых оттенков дисплея.

Как и в ЖК, LED телевизоры используют жидкокристаллическую матрицу и подсветку. Однако возросшая во много раз интенсивность ее излучения позволила максимально упростить, удешевить общую конструкцию. Так появилась контурная Edge LED подсветка. В ней диоды размещены только по периметру дисплея. Их свет направлен вдоль экрана. Преломляясь на светофильтре, отражаясь от задней подложки с зеркальной поверхностью, он формирует общий, равномерный световой поток на всей площади матрицы.

Советы по выбору телевизора

Казалось бы, если все производители телевизоров используют одну и ту же систему формирования изображения, все модели предлагали бы своему покупателю идеальную картинку. На практике это не так. На одних телевизорах хорошо смотрится только спокойный видеоряд, например, передачи о природе или новости. Динамическое изображение, такое, как бои на мечах или современные спецэффекты, смотрится откровенно тускло, неконтрастно.

Это объясняется достаточно просто. Разные по качеству коллоиды жидких кристаллов имеют отличную друг от друга чувствительность к электрическому полю. Грубо говоря, медленнее позиционируются при подаче импульса системой формирования изображения. В результате матрица просто не успевает за видеорядом. При отображении динамических сцен возникает ситуация, когда элементарная цветовая точка еще не выдает нужного уровня прозрачности, а телевизор уже подает команду для переориентации кристаллов. В результате изображение смазывается, вокруг движущихся объектов возникает ореол. Данную особенность работы ЖК матриц нужно учитывать при покупке телевизора. Некоторые производители явно указывают скорость реакции кристаллов.

Современные нормально прозрачные ЖК матрицы имеют скорость срабатывания в 5 мс. Это дешевые TN-Film дисплеи и решения сходной группы. Лучшие IPS матрицы показывают около 4 мс. Экраны премиум класса имеют скорость реакции в 1-2 мс. Но что делать, если производитель не указал в характеристиках телевизора такие подробные данные, а хочется купить устройство для наслаждения идеально четкой картинкой? В этом случае нужно ориентироваться на еще один ключевой параметр ТВ — это частота прогрессивной развертки. Такой режим прорисовки изображения означает, что картинка передается последовательно, и пиксели активируются без пропуска рядов. Значение 50 Гц покажет, что скорость обновления матрицы составляет 20 Гц.

Кажется, что это недопустимо много для человеческого глаза. Однако стоит учесть механику работы ЖК пикселя. Ему нужно время на ориентирование, только после этого формируется оттенок с требуемыми характеристиками. Таким образом, интервал обновления экрана нужно делить на 3 (округленное значение). При частоте 50 Гц получаем базовую скорость реакции матрицы в 6,5 мс. Это уже очень близко. А если учесть, что сегодня на рынке предлагаются телевизоры с прогрессивной разверткой в 60, 80, 100 и даже 200 Гц у лучших решений Самсунг — купить идеальную модель, полностью удовлетворяющую все потребности, не составит труда.