Укажите тип люминесцентного излучения который используется в телевизоре для получения изображения
Обновлено: 18.05.2024
На сегодняшний день существует большое количество различных телевизионных приёмников. Выбор настолько огромен, что не каждый человек способен понять, что за модель перед ним представлена, к какому типу телевизоров (кинескопные, жидкокристаллические, плазменные, лазерные, проекционные, интернет-телевизоры), виду телевизоров она принадлежит и какие у неё характеристики .
Рассмотрим 6 основных типов телевизионных приёмников:
Кинескопные телевизоры (ЭЛТ)
Данный тип – это телевизоры на электронно-лучевой трубке. В них встроен стандартный стеклянный телескоп. Они имеют частоту разверстки 50 и 100 Гц, яркость и контрастность у них вполне удовлетворительные.
Кинескопные телевизоры выпускают с одним из 3 видов экранов :
- обычные (выпуклые);
- плоские;
- суперплоские.
Плоский (суперплоский) имеет следующие преимущества:
1. нет световых бликов на экране;
2. лучшая геометрия изображения;
3. смотрится намного современнее и лучше;
4. большой угол обзора;
5. если смотреть сбоку, то человеком лучше воспринимается изображение.
Устройство:
На экран, покрытый фосфором, постепенно поступает один электронный луч и изображение формируется построчно.
Всё изображение мы видим только благодаря такому свойству как инерционность люминофора, ведь фосфор светиться достаточно долго. Поэтому наш глаз видит не точки, а всю картинку целиком (точнее наш мозг формирует её посредством зрения).
Достоинства:
1) очень низкая стоимость;
2) большой выбор моделей;
3) естественная цветопередача;
4) используются изученные, отработанные технологии;
5) большой срок службы. Примерно до 15 лет.
Недостатки:
1) низкое качество изображения, так как магнитные лучи существенно влияют на него;
2) данные телевизоры не могут принимать цифровой сигнал без дополнительных конвертеров, так как большинство моделей выпускается с аналоговыми тюнерами;
3) технология не позволяет делать большие экраны. Максимальный около 38";
4) устройство сделано так, что глаз человека улавливает мерцание;
5) к экрану притягивается пыль;
6) существуют проблемы геометрических искажений, чистоты цвета, фокусировки, сведения лучей;
7) большой объем, крупные габариты.
Жидкокристаллические телевизоры (LCD)
На сегодняшний день данный тип телевизора является самым лучшим, самым перспективным. Появились же они более 30 лет назад, в конце XX века. Затем появились и жидкокристаллические мониторы, которые стоят гораздо дешевле ЖК-телевизоров, потому что у монитора есть недостаток в четкости разрешения, достигаемой с помощью использования системы цифрового сглаживания.
Устройство:
Структура жидкокристаллического дисплея является многослойной. Есть две прозрачные состоящие из чистого стекла панели, между которыми располагается слой жидких кристаллов. На стекле панелей находятся TFT и прозрачные электроды. Изображение появляется за счёт того, что свет от лампы проходит через специальную жидкокристаллическую матрицу, на которую в свою очередь поступают электрические разряды с очень высокой частотой. Матрица из-за этого для каждого пикселя меняет степень его прозрачности, а цвет появляется благодаря специальным фильтрам. В матрице есть микротранзисторы, которые открывают и закрывают ту или иную ячейку каждого пикселя цветного изображения. Всего этих ячеек три для пикселя. Их количество обусловлено тремя основными цветами.
Отличием от кинескопов является то, что изображение представляется цифровым способом. На экране ЖК-телевизора все точки светятся одновременно, то есть мы видим реальную картинку сразу целиком. Так воспринимать информацию человеку гораздо легче, он меньше устаёт.
Достоинства:
1) угол обзора - 170 градусов;
2) бывают и аналоговые, и цифровые ЖК-телевизоры;
3) в некоторых моделях существует поддержка HDTV;
4) низкое электропотребление;
5) толщина телевизора маленькая, что позволяет его даже вешать на стену (потолок);
6) плоский экран;
7) какими бы не были вышеописанные недостатки, но изображение очень качественное;
8) красивый дизайн;
9) размер экрана может быть очень большим, но в то же время выпускаются и маленькие (от 15");
10) совместим и не портиться при работе с компьютером;
11) источник света аналогичен солнечному, так как жидкие кристаллы, находящиеся в телевизоре, применяются в твёрдом состоянии;
12) к экрану не притягивается пыль;
13) большой срок службы. Примерно больше чем 30 лет.
Плазменные телевизоры
Для начала необходимо сказать о том, что плазменные дисплеи и плазменные телевизоры – это не одно и то же. У первых нет TV-тюнера, а у вторых он есть. Для панелей существует возможность присоединения внешнего TV-тюнера. Кстати от него зависит качество эфирных программ. Обычно плазменные панели берут, если хотят у себя сделать домашний кинотеатр. Данный тип телевизора предназначен для цифрового способа передачи изображения.
Первыми на рынок с плазменными панелями вышли японцы. Предприятие называется Fujitsu Hitachi Plasma display (FHP). Широко известными в этой области также стали следующие компании: Samsung, LG, Pioneer, NEC.
Устройство:
Внутри находиться микроскопический кинескоп, который наполнен газом, а снаружи покрыт люминофором. Каждая точка экрана – это святящийся самостоятельный элемент. Благодаря ультрафиолетовому излучению от плазменных зарядов при помощи газа кинескоп начинает светиться. Мерцание здесь ещё быстрее, чем у ЖК-телевизоров и поэтому мы его вообще не замечаем.
Достоинства:
1) небольшая толщина корпуса (примерно 10 см), что позволяет, как и жидкокристаллические телевизоры, вешать на стену (потолок);
2) существуют модели с большими экранами (до 80");
3) нет никакого мерцания;
4) отсутствует рентгеновское излучение;
5) угол обзора примерно составляет 160 градусов;
6) нет проблем сведения лучей, фокусировки и линейности;
7) отсутствуют вредные магнитные и электрические лучи;
8) разрешение у такого телевизора такое же как и во входном канале;
9) совместим при работе с компьютером;
10) к экрану не притягивается пыль;
11) срок службы – более 16 лет.
Недостатки:
1) из-за вышеописанной технологии цена на такие телевизоры очень высока;
2) высокое электропотребление;
3) со временем могут появиться постоянно горящие точки, так как изображение состоит из очень большого количества пикселей плазменного горящего разряда и это может привести к порче управляющего элемента;
4) такие телевизоры можно вешать на стену (что описано ниже в достоинствах), но это сделать достаточно сложно, так как масса очень большая – нужен очень прочный настенный крепёж;
5) чёрный цвет не всегда отображается на экране качественно;
6) на данный момент недостатком является появление шума от вентиляторов, установленных внутри. Эта проблема решается производителями.
Рассмотрев 3 самых популярных типа телевизоров, сделаем сравнительный анализ:
Лазерные телевизоры
Устройство:
Из сказанного выше ясно, что устройство данных телевизоров включает в себя цветные лазеры. Для того, чтобы вывести изображение на экран необходимы голубые, зелёные и красные лазеры. Свет подвергается цифровой обработке. Сейчас в производстве используют принцип обратной проекции и построение основывается на базе механических микрозеркал DMD.
Недостатки:
1) глаза человека устают от просмотра;
2) высочайшая цена для конечного потребителя.
Проекционные телевизоры
Проекционные телевизоры – это единственные в мире телевизоры, которые способны выводить картинку на очень большой экран. Изображение проекторов может доходить до нескольких метров. Для проекторов экран является отражающим, а для проекционных телевизоров – просветным.
Устройство:
Существует 2 вида таких телевизоров:
1) с фронтальной проекцией;
2) с обратной проекцией (источник света находится сзади экрана).
2) на ЖК (LCD) матрицах;
Принцип формирования изображения:
В телевизорах такого типа есть либо 3 матрицы основных цветов, либо одна трёхцветная матрица. Изображение формируется прямо на матрице при помощи достаточно мощной лампы. После лучи пересекают систему линз и попадают к зеркалу, которое находится под наклоном, а затем отражаются на экране. Но свет должен пройти 3 экрана:
- экран Френеля – после прохождения через него луч становиться перпендикулярным плоскости экрана;
- экран рассеивания – происходит поглощение внешнего источника света и увеличение контрастности и частоты изображения. Здесь мы картинку уже видим;
- защитный экран – предохраняет от различных повреждений.
Минусы:
- не очень большой угол обзора;
- недостаточно естественная цветопередача;
- при просмотре может образовываться шлейф за движущимися объектами;
- есть проблема отвода тепла матриц.
Плюсы:
- преображение аналогового сигнала в цифровой;
- хорошая яркость, яркий экран;
- высокое разрешение;
- не очень большие размеры;
- небольшая стоимость;
- чёткое изображение;
- нет эффекта мерцания;
- хорошая детализация изображения.
4) LCoS.
Принцип формирования изображения:
Используется одна из самых качественных технологий. Свет от лампы проходит жидкокристаллическую матрицу и попадает на зеркало. Таким образом, можно сказать, что экран отражает уже готовое изображение.
Здесь также стали использовать 3 чипа – каждый для одного из определяющих цветов (красный, зелёный, синий).
Минусы:
- высокая стоимость;
Плюсы:
- на экране не видно черных межпиксельных промежутков, что не скажешь, например, про проекционные телевизоры на LCD-матрицах.
- есть совместимость с цифровыми сигналами.
Опишем общие достоинства проекционных телевизоров:
1) очень качественное изображение, отображение естественных цветов;
2) у проекционного телевизора экран может достигать 60";
3) качественный звук.
Общие недостатки проекционных телевизоров:
1) в технологии используется очень мощная лампа. Её срок ограничен несколькими тысячами часов. Стоимость такой лампы очень высока – от 100 до 1000$;
2) из-за наличия лампы необходимо применение вентилятора, который может извлекать шум.
Интернет-телевизоры
Сейчас набирает очень большие обороты телевидение межсетевого протокола (IPTV). Проекты, предоставляющие услугу по просмотру телеканалов через интернет:
- Joost (создатели – Янус Фрис и Николас Зенстром); используется пиринговая технология;
- Babelgum (создатель – Сильвио Скалья);
- Zattoo.
Устройство: Система использует двухсторонний цифровой сигнал радиопередачи. Благодаря широкополосному подключению этот сигнал посылается через кабельную или телефонную сеть. Видео IP декодируется и преобразуется в стандартные телевизионные сигналы.
К достоинствам можно отнести следующие моменты:
1) удобство пользования;
2) высокая защита содержания телевидения;
3) форматы MPEG-2, MPEG-4 используются для показа каналов;
4) управление подпиской;
5) индивидуальный подход к каждому клиенту, то есть существует возможность просмотра только тех каналов, которые вам нужны;
6) регистрация телевизионных передач;
7) пауза в режиме реального времени;
8) поиск прошлых передач для просмотра;
9) качественное изображение.
Люминесценция это и злучение света которое может происходить не только в результате нагревания тел, но и при других явлениях, например при электрическом разряде в глазах, некоторых химических процессах (гни ение, окисление фосфора) и т. д.
Наблюдается свечение светляков и морских микроорганизмов. Можно вызвать вторичное свечение веществ, действуя на них ультрафиолетовым излучением и т. п. Все эти виды излучения называют холодным свечением или люминесценцией.
Что такое люминесценция
Люминесценцией называют все виды излучения света, кроме излучения света нагретыми телами.
Люминесценцию подразделяют в соответствии с явлениями, которые ее вызывают. Виды люминесценции: биолюминесценцией называют свечение, наблюдаемое в живых организмах (грибы, бактерии, насекомые); электролюминесценцией — свечение газов при электрическом разряде; фотолюминесценцией — свечение, возбуждаемое посторонним излучением; катодолюминесценцией — свечение вещества под ударами электронов и т. п.
Элементарный механизм теплового излучения и люминесценции одинаков. Однако тепловое излучение является универсальным свойством всех тел и при соответствующих условиях принимает равновесный характер.
Люминесценция же является избирательным свойством тел, хотя и весьма распространенным, а излучение при ней является односторонним. Оно связано с непосредственным преобразованием различных видов энергии в энергию света и прекращается как только израсходуется энергия, обусловливающая излучение.
При люминесценции тело высвечивает фотоны.
Люминесценция не зависит от теплового излучения и может происходить одновременно с ним. С. И. Вавилов дал следующее определение: люминесценция это избыток излучения тела над его тепловым излучением при данной температуре.
Явление фотолюминесценции
Явление фотолюминесценции (в дальнейшем приставка фото опускается), т. е. свечения тел при поглощении излучения от постороннего источника. При этом атомы и молекулы вещества поглощают падающие на них фотоны с одной длиной волны (λ1), возбуждаются и излучают фотоны с другой длиной волны (λ2). Явление показано схематически на рис. 2 .
Фотолюминесценция свойственна большинству твердых и жидких тел. Простейший опыт по наблюдению фотолюминесценции: стакан С с раствором флуоресцина освещается светом дуги через фиолетовое стекло Ф, задерживающее голубое и все более длинноволновое излучение.
При этом в освещенной части жидкость ярко светится зелено-желтым светом.
Излучение при фотолюминесценции имеет преимущественно полосатые спектры. Как спектр излучения, так и спектр поглощения при люминесценции характерны для данного вещества. При этом в большинстве случа ев свет люминесценции имеет большую длину волны, чем свет, ее вызывающий.
Это отражено правилом Стокса: при спектр люминесценции излучения и его максимум сдвинуты по отношению к спектру поглощения и его максимуму в сторону более длинных волн.
Свечение, продолжающееся после прекращения действия излучения, возбуждающего люминесценцию, называется послесвечением. Послесвечение может быть весьма различным от 10 -8 сек до нескольких часов и даже суток.
Свечение, которое по зрительному ощущению прекращается одновременно с прекращением возбуждения, называется флуоресценцией. Свечение, имеющее заметное на глаз послесвечение, называется фосфоресценцией. Вещества с особенно длительным послесвечением называются фосфорами.
Фотолюминесценция веществ
Фотолюминесценция наблюдается у многих жидких и твердых тел как неорганической, так и органической природы. В настоящее время изготовляется большое количество веществ, дающих сильную фотолюминесценцию и называемых люминофорами.
Обычно основное вещество люминофора (окиси и сернистые соединения кальция, стронция и цинка, различные соли кремниевой, борной и вольфрамовой кислот) смешивается с незначительным количеством другого вещества, называемого активатором (марганец, кобальт, медь), которое значительно усиливает люминесценцию.
Большая часть люминофоров возбуждается ультрафиолетовым излучением с длиной волны 250—285 ммк и дает видимое излучение различного спектрального состава.
Люминофоры широко используются при устройстве люминесцентных ламп, светящихся экранов в электроннолучевых трубках, для изготовления светящихся красок и т. д.
Определение природы и состава вещества по характеру или точнее спектру его люминесцентного излучения называется люминесцентным анализом. При этом обычно наблюдается свечение тел под действием ультрафиолетового излучения.
При соответствующих условиях при этом можно обнаруживать наличие ничтожных количеств вещества (до 10 -9 г). Люминесцентный анализ делится на макроанализ, когда наблюдение производится невооруженным лазом, и микроанализ, когда оно производится при помощи микроскоп.
Люминесцентность применение
Люминесцентный макроанализ имеет большое значение в промышленности, гигиене и медицине. Большая часть органических соединений (кислоты, эфиры, жиры, алкалоиды, красители и т. д.) дает при поглощении ультрафиолетового излучения характерное свечение.
На этом основана, например, проверка качества и сортировка пищевых продуктов, фармакологических средств, растительного волокна (тканей), кожи и т. п., обнаружение в них суррогатов или фальсификаций и т. д. Используемый при этом прибор называется флуорометром.
Основную часть его составляет ртутная лампа , снабженная светофильтром. Цвет и интенсивность свечения наблюдаются глазом или измеряются с помощью фотоэлемента.
Фотолюминесценцию дают почти все ткани организма, особенно ногти, зубы непигментированные (седые), волосы, роговая оболочка, хрусталик глаза и т. д. Кожные заболевания с люминесценцией применяют при диагностике болезней кожи.
Во многих случаях в качестве диагностического приема пользуются введением в организм специальных красок, которые абсорбируются в определенных тканях. Эти ткани затем исследуются на люминесценцию.
При люминесцентной микроскопии исследуются естественные препараты или препараты, окрашенные флуоресцирующими красками.
Установка для микроскопии (рис. 3) состоит из специального осветителя О, состоящего из ртутной лампы со светофильтром Ф, пропускающим только ультрафиолетовое излучение с длиной волны 320—400 ммк (стекло Вуда), теплового фильтра Г, кварцевой призмы П и конденсора K, с кварцевыми линзами.
Препарат фиксируется в нефлуоресцирующей среде и располагается на кварцевом или увиолевом предметном стекле. Оптика микроскопа может быть из обычного стекла, так как через нее проходит видимый свет, возникший на препарате в результате флуоресценции.
Люминесцентные источники оптического излучения
Лампы, в которых используется свечение газа при электрическом разряде, называется газосветными и представляют стеклянные трубки, наполненные тем или иным газом под различным давлением. На концах трубки имеются электроды, к которым подводится переменное напряжение.
Излучение имеет линейчатый спектр преимущественно в видимой области. Спектр зависит от природы газа, заполняющего трубку. Например, неон светится оранжево-красным светом, азот — фиолетовым, аргон — синевато-зеленым и т. д.
Газосветные лампы являются экономичным источником излучения. Однако его спектральный состав мало соответствует спектру белого цвета, поэтому эти лампы применяются преимущественно для декоративного освещения.
Неоновая лампа, часто применяемую в качестве индикатора высокочастотных колебаний. Лампа (рис. 3) заполнена разреженным неоном и имеет два плоских близко расположенных электрода А и Б. Лампа может светиться также под действием высокочастотного переменного электрического поля, в которое она помещена.
В этом случае поле, действуя на первично ионизированные частицы газа, приводит их в интенсивное колебательное движение, которое поддерживает вторичную ионизацию. Такой разряд называется безэлектродным.
Люминесцентные ртутные лампы
Основной интерес для нас представляют лампы, в которых электрический разряд происходит в атмосфере ртутных паров. При этом возбужденные атомы ртути дают интенсивное излучение в ультрафиолетовой области спектра.
Ртутные лампы разделяются на лампы низкого (0,01 — 1 ,0 мм рт. ст.), высокого (150—400 мм рт. ст.) и сверхвысокого (несколько атмосфер) давления. Из них в медицине используются лампы низкого и высокого давления.
Медицинская ртутная лампа высокого давления, или как ее называют, аргоно-ртутно-кварцевая лампа состоит из прямой трубки К из кварцевого стекла, из которой удален воздух. Трубка наполнена аргоном под невысоким давлением. Кроме того, она содержит небольшое количество ртути.
Впаянные по концам металлические электроды Э для улучшения эмиссии электронов покрыты окислами щелочных металлов. При включении питающего напряжения между электродами горелки возникает тлеющий разряд в аргоне.
Разряд начинается за счет тех единичных ионов и электронов, которые имеются в естественном газе, и поддержи вается за счет вторичной ионизации. При этом электроды за счет бомбардировки их ионами газа и электронами нагреваются и с их поверхности происходит эмиссия электронов. Нагревается вся лампа, и имеющаяся в ней ртуть испаряется.
Возникает дуговой разряд в ртутных парах, давление которых при этом повышается до необходимого предела: устанавливается рабочий режим лампы. При этом лампа дает излучение с линейчатым спектром в ультрафиолетовой области (максимум излучения при длине волны 365 ммк, а также в сине-фиолетовой части видимого спектра.
Это излучение и видно глазом при работе лампы.
Лампу включают в сеть переменного тока. Параллельно лампе через кнопку К включают конденсатор С, разряд которого облегчает зажигание лампы. Последовательно с лампой включается индук тивное сопротивление (дроссель) Д .
Дроссель необходим для стабилизации тока в цепи лампы. Как указывалось, при разряде в газе незначительное изменение напряжения между электродами может вызвать непропорционально большое изменение количества вторично образующихся ионов и электронов и соответственное изменение тока, которое может нарушить работу лампы.
При изменении тока в дросселе возникает электродвижущая сила самоиндукции, противодействующая этому изменению, и таким образом сила тока автоматически поддерживается на постоянном уровне.
Лампа помещается в рефлекторе, который укреплен на штативе того или иного устройства, в зависимости от назначения лампы.
Применение ртутных ламп
Облучение ультрафиолетовым излучением применяют не только как средство лечения, но и как средство укрепления, закаливания организма. Это особенно важно для людей, которые в силу климатических условий (например, на Крайнем Севере ) или условий работы под землей лишены солнечного света.
Профилактическое облучение одновременно целой группы людей производится при помощи специального облучателя. Облучаемые располагаются на определенном расстоянии вокруг лампы и в течение определенного промежутка времени медленно поворачиваются так, чтобы обеспечить равномерное облучение всего тела.
Ртутная лампа низкого давления
Ртутная лампа низкого давления, называемая в медицине бактерицидной лампой (рис. 4, а), представляет собой трубку Т из увиолевого стекла (стекло с примесью кварца), по концам которой имеется два электрода Э в форме спиралей накала. Трубка заполнена аргоном под давлением в несколько миллиметров ртутного столба и содержит каплю металлической ртути.
Лампа Л включается в осветительную сеть последовательно с дросселем Д. Параллельно электродам лампы включен стартер С (рис. 4, б). Он состоит из неоновой лампочки с биметаллическим электродом, который вначале замыкает цепь тока для накала спиралей электродов. Как только электроды лампы нагреваются и в них возникает электронная эмиссия, биметаллическая пластинка стартера размыкает цепь.
При этом между электродами в лампе возникает тлеющий разряд первоначально в атмосфере легко ионизирующегося аргона. Постепенно ртуть испаряется и заполняет трубку.
Лампа переходит на рабочий ре жим, при котором тлеющий разряд происходит уже в атмосфере ртутных паров и между холодными электродами. Давление ртутных паров в лам пе составляет около 6•10 -3 мм рт. ст.
Лампа дает излучение с линей чатым спектром преимущественно в ультрафиолетовой области, максимум которого (до 70% всего излучения) падает на длину волны 253,7 ммк.
Бактерицидные лампы применяются для дезинфекции воздуха в oперационных, перевязочных, инфекционных отделениях больниц, а также в местах большого скопления людей (школы, театры и т. п.), особенно во время гриппозных эпидемий. Подвесной бактерицидный облучатель состоит из корпуса К, рефлектора Р и лампы Л.
Л юминесцентные лампы
В настоящее время для целей освещения применяются лампы, которые и называют собственно люминесцентными. Они устроены подобно ртутной лампе низкого давления, но делаются из простого стекла, внутренняя сторона которого покрыта люминофором.
Люминофор преобразует ультрафиолетовое излучение, возникающее в парах ртути внутри лампы, в видимое излучение определенного спектрального состава. Лампа является экономичным и гигиеничным источником искусственного света.
В зависимости от состава люминофора, лампы дают свечение разно го цвета (фиолетовый, голубой, зеленый, оранжевый, красный и т. п.). Путем комбинирования люминофоров можно получить свет любого оттенка. Соответственно имеются лампы дневного света, холодного белого света, теплого белого света и т. д.
В спектре люминесцентной лампы (рис. 5) сочетается сплошной спектр излучения люминофора с линейчатым спектром, частично проходящего через него излучения ртутных паров. Способ зажигания и схема включения в сеть люминесцентных ламп такие же, как и у бактерицидной лампы (см. рис. 4, б).
Имеется специальный тип люминесцентной лампы, которая дает ультрафиолетовое излучение с длиной волны в пределах 285—380 ммк (максимум излучения с длиной волны 310—320 ммк), недостающее в солнечном излучении в зимний период.
Лампа называется эритемной и в общем светильнике с группой ламп дневного света применяется для освещения в школах, яслях, больницах и т. п. в зимние периоды, особенно в северных районах страны.
Похожие страницы:
ИСТОЧНИКИ СВЕТА В настоящее время наиболее широкое применение для освещения получили лампы накаливания и люминесцентные лампы. Лампа накаливания изобретена в.
ТРЕХЭЛЕКТРОДНАЯ ЛАМПА Трехэлектродная лампа, или триод (рис. 13-38), отличается от двухэлектродной лампы наличием третьего электрода, называемого управляющей сеткой, которая имеет.
Законы теплового излучения это свойственно всем телам, при этом каждое тело одновременно и излучает и поглощает излучение, падающее на него от.
Квантовые точки – новый уровень качества картинки или уловка маркетинга?
Квантовые точки – новый уровень качества картинки или уловка маркетинга?
LED, QLED, OLED, microLED – в многообразии технологий формирования изображения в телевизорах сегодня очень просто запутаться. Этому способствуют и производители – аббревиатуры OLED и QLED графически похожи совсем не случайно – маркетологи свой хлеб едят совсем не зря. Но если про OLED за годы развития этой технологии накопилось достаточно много информации, то нюансы QLED и использования квантовых точек пока не столь очевидны. Попробуем в этом разобраться.
Светодиоды и различное их применение
Иной принцип предлагают технологии OLED и microLED. Здесь светодиоды непосредственно формируют картинку. То есть, триада таких диодов (субпикселей основных цветов – RGB) образуют реальный пиксель на экране. Главным отличием от других технологий формирования изображения является то, что в панелях OLED и microLED отсутствует подсветка. В результате такие экраны обеспечивают не только натуральную цветопередачу и широкий цветовой охват, но и способны формировать абсолютный чёрный цвет – другими словами, в темном участке экрана обеспечить нулевой уровень излучения. С использованием подсветки такого результата достичь невозможно.
QLED – подсветка, но иная
В технологии QLED, предложенной компанией Samsung Electronics, а также в родственных технологиях NanoCell от LG Electronics, Triluminos от Sony или ULED от Hisense, квантовые точки используются в подсветке ЖК-экрана. В подсветке здесь работают не белые, а синие светодиоды гораздо большей, чем в обычных LED-телевизорах мощности, что позволяет достигать гораздо большей яркости. Особенно это качество QLED-телевизоров будет полезным для демонстрации видео с расширенным динамическим диапазоном HDR, предъявляющего особые требования к пиковым значениям яркости устройства отображения. Выбор именно синих светодиодов для подсветки QDEF обусловлено тем фактом, что для излучения синего света требуются квантовые точки наименьшего размера – около 2 нм (15 атомов) в диаметре. Для сравнения, размер красных квантовых точек составляет 7 нм (150 атомов), а зелёных – 3 нм (30 атомов). Из-за малых размеров синие квантовые точки неустойчивы и сложны и в производстве, и в эксплуатации.
Использование квантовых точек в подсветке позволяет достигать большего цветового охвата, вплотную приближающегося к стандарту DCI-P3. Другими словами, квантовые точки обеспечивают гораздо лучшую насыщенность и глубину цветов. Тем не менее, все же, подсветка остается подсветкой – потому по глубине чёрного цвета, а значит – по контрастности, экраны на квантовых точках уступают дисплеям OLED и microLED.
Краеугольный камень богатой цветовой палитры – источник правильного света
На одном моменте хотелось бы остановиться подробнее. Как отмечалось выше, в подсветке обычных LED-телевизоров используются белые светодиоды. Для получения корректной цветопередачи с широким цветовым охватом необходимо, чтобы источник обеспечивал свечение, пропустив которое через призму получался бы радужный спектр с компонентами одинаковой интенсивности. Проблема в том, что белый светодиод не может обеспечить такое излучение. В реальности у светодиодов весьма узкий цветовой спектр, а белый цвет чаще всего достигается применением люминофоров с добавкой желтой компоненты. Но даже эти меры не дают идеального результата – после призмы излучение таких диодов дает разные по интенсивности цветовые компоненты. Например, яркость красной составляющей оказывается меньше двух других. Чтобы скомпенсировать этот дисбаланс, приходится в настройках уменьшать яркость зелёного и синего компонентов, что приводит к общему снижению яркости картинки.
Использование квантовых точек в подсветке помогает во многом решить эту проблему. Упрощенно источник света с квантовыми точками представляет собой тонкую пленку с нанесенным покрытием из квантовых точек QDEF, генерирующих зеленый и красный цвет. Важно подчеркнуть – квантовые точки на этом покрытии тщательно перемешаны. Если такую пленку подсветить синими светодиодами, то в результате смешения трех основных цветовых составляющих мы получим источник белого света, по характеристикам близкий к идеальному. Качественный белый свет, получаемый от подсветки, позволяет достичь натуральной цветопередачи, поскольку для этого нет необходимости проводить никаких искусственных настроек, которые искажают спектр. Бонусом мы получаем высокую яркость картинки.
Технологии формирования изображения, использующие QD (Quantum Dot), стали следующей ступенью развития жидкокристаллических телевизоров. Квантовые точки позволили существенно улучшить качество подсветки и, как следствие, добиться ощутимо лучшей цветопередачи, более широкого цветового охвата и гораздо большей яркости картинки. При этом, недостатки ЖК-технологии, такие как недостаточная глубина чёрного цвета, квантовые точки не устраняют. С нетерпением ждем следующего года, когда компания Samsung обещала представить телевизоры, базирующиеся на новой технологии QD-OLED. Суть инновации пока не обнародована, но название определенно интригует.
На видео может показаться, что вольфрамовым ломом черпают расплавленный светящийся уран, но… но нет. И это не изображение тепловизора — это самый ближний инфракрасный спектральный диапазон. Возможно, вы больше не увидите таких уникальных картинок, которые спрятались под кат, добро пожаловать…
ps: читающие заголовок в мобильной версии анимацию сейчас не видят, поэтому добро пожаловать сразу в статью… ваша чашка со свежезаваренным кофе далее по тексту… =)
Обычные кремниевые детекторы ПЗС и CMOS не могут использоваться для получения изображения в спектральном диапазоне с длиной волны более 1мкм. Кванты с длиной волны 1мкм не могут индуцировать электроны в кремниевых детекторах, квантовая эффективность в ближнем ИК диапазоне быстро спадает до нуля.
Для регистрации ближнего ИК излучения используют уже детекторы на основе арсенид галлия-индия (InGaAs). Ну и несколько лет назад нам попал в руки коммерческий детектор такого типа ближнего ИК диапазона (SWIR, Near-infrared). Разрешение детектора небольшое: 320х256 элементов. Спектральная характеристика детектора представлена на рисунке ниже.
Казалось, ничто не предвещало сложностей, и разработка камеры на данном детекторе не должна была бы отличаться от разработки камеры видимого диапазона, но это оказалось не так. Основной сложностью оказался очень большой темновой ток детектора и очень большой разброс в параметрах отдельных элементов. Посмотрите на график ниже:
Второй особенностью является очень большой разброс характеристик каждого элемента в отдельности. Разработка заняла несколько лет, упор делался на разработку малошумящей аналоговой схемотехники, а также на аппроксимацию характеристик отдельных элементов в зависимости от температуры. Повторюсь, детектор коммерческий, мы не могли охладить детектор и напрямую уменьшить уровень темнового тока возможности не было, но смогли реализовать термостатирование детектора, что значительно сказалось на стабильности характеристик.
Сейчас же мы хотим дополнить опубликованное ранее и продемонстрировать другие уникальные возможности камеры ближнего ИК диапазона.
само видео наблюдения в тумане SWIR камерой
Чувствительность же камеры демонстрирует видео, фрагмент которого представлен в заголовке статьи. Это обычная чашка с вкусным свежезаваренным кофе. В начале видео мы наблюдаем собственное тепловое излучение объектов, а после включения освещения — отраженное. Пока камера VS320 единственная, которая может демонстрировать видео излучения объектов до 100'C. Мы несколько раз показывали это видео на выставках и всегда сталкивались со скепсисом =)
Для примера: цветная камера и глаз видят раскаленный металл с температурой выше 500'С, черно-белая ПЗС-матрица видит жало горячего паяльника с температурой 400'С, SWIR камера VS320 видит предметы начиная с 50-60'С.
Более объективные измерения по модели абсолютно черного тела. Примерно на уровне 50 градусов шум элементов детектора и сигнал модели абсолютно черного тела сравниваются.
Из некоторых интересных моментов, с которыми мы столкнулись во время работы с камерами,
это особенная защита, которую наносят на банкноты, возможно это люминесцентные маркеры:
Изображения банкнот при обычном освещении не отличается от указанных на сайте Центробанка России, для примера 500р:
но при освещении исключительно видимым спектром (люминесцентной лампой) наблюдаются маркеры, которые находятся у разных банкнот в разных местах и могли бы использоваться для дополнительной автоматической сортировки банкнот:
на сайте ЦБ РФ такая защита не обозначена
В новых купюрах от такой маркировки, видимо, отказались, теперь маркер находится в одном и том же месте, круглый с буквой Р:
и вот все банкноты вместе:
А вот днём наоборот, в ближнем ИК диапазоне небо намного темнее (в сравнении с яркостью неба в видимой части спектра), для примера кадр в очень яркий солнечный день.
Наиболее важным свойством камеры ближнего ИК (наравне с возможностью улучшения видимости в тумане) — это значительно лучшая видимость в дымке, для сравнения кадры разных частей спектра:
А вот видео в ближнем ИК диапазоне по вантовому мосту на дальности 9-10км.
а вот демонстрация на дальности в 9км по Смольному (в середине видео включается функция камеры: локальное контрастирование (аналог HDR/DDE) )
Можно ещё довольно много рассказывать про ближний ИК-диапазон, но, к сожалению, это выходит за объём одной статьи. Если получится и будет достаточно материала, мы обязательно продолжим. Подводя итоги можно сказать, что камеры ближнего ИК можно применять:
— для улучшения видимости в тумане
— для улучшения видимости при атмосферной дымке, смоге
— в качестве приборов ночного видения (улучшения видимости ночью)
— поиске объектов на дневном небе
— при разработке мультиспектральных камер, когда важно увидеть значительно теплый
скрытый в видимом диапазоне объект
— для особых применений в промышленности, когда важен именно этот спектральный диапазон
— поиске замаскированных предметов, когда одни краски становятся малоконтрастными, а другие наоборот темнеют в данном диапазоне или люминесцируют.
Читайте также: