Эволюция и закат плазменных телевизоров

Терминал PLATO V. Источник: Wikipedia

В 1960 году исследовательская группа из Иллинойсского университета представила пионерскую разработку — PLATO, одну из первых автоматизированных обучающих систем. Со временем проект развернулся в масштабную сеть из тысяч терминалов, объединенных с мощными мейнфреймами. Учащиеся могли осваивать посредством PLATO самые разные дисциплины: от точных наук и медицины до лингвистики и музыки.

Изначально в качестве мониторов для PLATO использовались обычные телевизионные приёмники, но это решение носило сугубо временный характер. В ту пору телевизоры строились на базе электронно-лучевых трубок (ЭЛТ), которые формировали картинку на стеклянной поверхности с помощью пучка электронов, управляемого магнитной системой. Поскольку этот луч обновлял кадр тридцать раз в секунду, компьютеру приходилось транслировать на трубку колоссальный массив видеоинформации в режиме реального времени. Для эфирного вещания, транслирующего единый сигнал на все приёмники сразу, это не составляло труда.

Однако архитектура PLATO требовала индивидуального контента для каждого отдельного терминала в зависимости от действий пользователя. Это означало необходимость не только прокладывать высокоскоростные линии связи между центральным сервером и рабочими местами, но и снабжать каждый терминал солидным буфером видеопамяти, чья стоимость в те годы была астрономической. ЭЛТ вполне оправдывали себя в скромных экспериментальных установках, но создатели системы понимали, что масштабирование сети до тысяч или миллионов точек с такой технологией невозможно. Требовался принципиально новый класс дисплеев — со встроенным эффектом «памяти». Такой экран перерисовывал бы исключительно те участки, где произошли изменения, что кардинально снизило бы требования к пропускной способности каналов и объему памяти.

Один из ведущих архитекторов PLATO, Дональд Битцер, методично изучал возможные альтернативы. Перспективным направлением выглядела газовая плазма: при пропускании электрического разряда через разреженный газ возникает свечение. Физикам этот эффект был известен еще с XVII столетия, а с двадцатых годов прошлого века его вовсю эксплуатировали в неоновой рекламе. Тем не менее, создать на этой базе компьютерный монитор до сих пор никто не пробовал. Конструкция потребовала бы интеграции тысяч или миллионов миниатюрных плазменных ячеек, функционирующих независимо друг от друга — ровно по одной на каждый пиксель. Битцер решил рискнуть.

В 1962 году аспирант Роберт Уиллсон под руководством Битцера сконструировал действующий макет плазменного экрана, состоявший всего из одной ячейки — по сути, одиночного пикселя. Устройство представляло собой миниатюрный «сэндвич» из трех тонких стеклянных пластин, причем в среднем слое имелась полость, заполненная микроскопической порцией аргона, а по обе стороны от нее располагались проводники. Под воздействием тока аргон ярко вспыхивал. Эксперимент Уиллсона подтвердил состоятельность концепции, но одновременно вскрыл массу технологических трудностей: яркость ячейки плавала, компоненты стремительно деградировали, возникали микроутечки, а ионизированный газ постепенно оседал на электродах, блокируя ток. Кроме того, для предотвращения электрической дуги каждой ячейке требовался индивидуальный резистор. В масштабах полноценного экрана 500 на 500 пикселей это означало бы необходимость вручную припаять четверть миллиона резисторов, сделав производство непомерно сложным.

Настоящий качественный скачок произошел в 1964 году, когда команда Битцера додумалась вынести управляющие электроды на внешнюю сторону стеклянного пакета, полностью избавившись от дискретных резисторов. Во время сборки нового прототипа произошел счастливый случай: в одну из ячеек случайно просочился воздух, что неожиданно обеспечило искомый эффект памяти. Газ продолжал светиться даже после падения напряжения на электродах. К 1967 году инженеры масштабировали технологию до матрицы размером 16х16 пикселей (Weber, 2006). Тем не менее, конструкция оставалась крайне уязвимой: проблемы с герметичностью и загрязнениями никуда не делись, а хрупчайшее стекло (изначально для этих целей брали обычные предметные стёкла для микроскопов) легко ломалось.

В том же 1967 году стекольный гигант Owens-Illinoisобзавелся лицензией на разработку, получившую название «плазменный дисплей», и приступил к её коммерческой адаптации. Инженеры компании исключили из конструкции среднюю перфорированную пластину и изолированные газовые камеры, заполнив рабочей смесью всё внутреннее пространство между защитными стёклами. Свечение возникало исключительно в точках пересечения активных электродов, что сохраняло возможность попиксельного адресования. Уже в 1968 году Owens-Illinois продемонстрировала панель формата 128х128 точек, отличавшуюся исключительной прочностью по сравнению с лабораторными образцами, а к 1971 году вывела на рынок Digivue — первую в истории серийную плазменную панель с разрешением 512х512 пикселей. Первым крупным заказчиком стала система PLATO, стремительно расширявшая свою глобальную инфраструктуру.

Ирония судьбы заключалась в том, что пока плазменную технологию доводили до ума, технологический ландшафт вокруг стремительно трансформировался. Изначально плазму замышляли как ответ громоздким и дорогим внешним запоминающим устройствам для ЭЛТ, однако индустрия памяти тоже не стояла на месте. В конце шестидесятых, параллельно с иллинойсскими экспериментами, специалисты IBM изобрели DRAM — динамическую память на транзисторах и конденсаторах. Вскоре в дело вступил закон Мура: микросхемы памяти стремительно дешевели, уменьшались в размерах и наращивали емкость, из-за чего проблема видеопамяти для ЭЛТ постепенно утратила остроту.

Безусловно, у плазменных панелей имелись иные сильные стороны. В отличие от ЭЛТ, нуждавшихся в массивной вакуумной колбе, плазменные экраны поражали своей компактностью и потенциально превосходили лучевые трубки по механической прочности, избавляя пользователей от проблемы сбивающейся настройки.

Впрочем, минусов тоже хватало: в сравнении с ЭЛТ плазма потребляла колоссальное количество энергии, уступала по яркости и обходилась значительно дороже. И хотя опытные образцы цветных плазменных экранов в Иллинойсе тестировали еще на рубеже 1960–70-х годов, до создания надежной цветной панели промышленного уровня было еще очень далеко.

Более того, в начале семидесятых плазма столкнулась с серьезной конкуренцией со стороны других технологий. Еще в предыдущем десятилетии исследователи из Westinghouse и RCA активно экспериментировали с жидкими кристаллами — веществами, которые сохраняют текучесть жидкости, но обладают упорядоченной кристаллической структурой. Выяснилось, что под воздействием электрического поля молекулы жидких кристаллов меняют пространственную ориентацию, а проходящий сквозь них поляризованный свет меняет плоскость поляризации соответствующим образом. К концу десятилетия на базе этих эффектов были созданы первые дисплеи. В семидесятых годах ЖК-экраны прописались в калькуляторах и миниатюрной электронике, а к восьмидесятым стали стандартом для портативных телевизоров.

Инженеры, занимавшиеся плазмой, тем временем продолжали совершенствовать своё детище. За последующие годы они оптимизировали конструкцию электродов, снизили энергопотребление и научились воспроизводить полутона за счет быстрой модуляции тактов включения и выключения пикселей: чем короче интервал активности, тем темнее казался оттенок. Появление градаций серого открыло путь к созданию полноцветных плазменных панелей, дебютировавших в конце семидесятых.

Постепенно плазма заняла узкую, но стабильную рыночную нишу. В 1973 году IBM внедрила плазменные дисплеи в собственные банковские терминалы, а с середины десятилетия их начали активно использовать в оборонной сфере благодаря исключительной надежности и неприхотливости в обслуживании. В восьмидесятых на рынке появились монохромные портативные компьютеры и лэптопы с плазменными экранами. Однако уже к девяностым годам жидкокристаллическая технология совершила столь мощный рывок, что позволила наладить выпуск качественных цветных матриц для ноутбуков, окончательно вытеснив плазму из этого сегмента.

Ноутбук Toshiba T3100 с плазменным дисплеем. Источник: Wikipedia

Уход из сектора портативной техники открыл для плазменных панелей новую перспективную нишу — крупноформатные телевизоры высокой четкости. До наступления девяностых годов телевизионный рынок целиком зависел от ЭЛТ, однако диагонали свыше 40 дюймов требовали чудовищных по габаритам кинескопов: так, 45-дюймовая модель от Sony, выпущенная в 1988 году, весила более 180 килограммов. Плазменная же архитектура позволяла собирать огромные экраны без критического роста массы. Корпорация Fujitsu продемонстрировала 31-дюймовый плазменный телевизор в 1990 году, а в 1995-м последовала модель с диагональю 42 дюйма. Американский стартап Plasmaco в 1999 году удивил рынок 60-дюймовой панелью, тогда как компания Samsung в 2005 году установила рекорд, представив гигантский 102-дюймовый экран.

Параллельно в эту же нишу стремительно заходили жидкокристаллические технологии, и к началу двухтысячных годов ЖК-экраны догнали плазму по габаритам. У плазменных дисплеев оставались весомые козыри вроде более глубокого черного цвета, насыщенных оттенков и высокой частоты обновления кадров, но минусы тоже бросались в глаза. Они потребляли больше энергии, сильнее нагревались и уступали ЖК в пиковой яркости. Кроме того, при сопоставимой диагонали ЖК-панели обеспечивали существенно более высокое разрешение.

Вероятно, решающим фактором стала экономика производства. Наладить массовый выпуск плазмы с высоким процентом выхода годных изделий и низкой себестоимостью оказалось значительно сложнее, чем в случае с ЖК, в которые вложили астрономический объем капитала.

К середине двухтысячных годов превосходство плазмы в качестве изображения либо нивелировалось, либо перестало волновать массового потребителя. По итогам 2006 года профильные эксперты оценивали потребительские свойства плазмы и ЖК как паритетные, однако продажи жидкокристаллических телевизоров уверенно доминировали. Конкуренция продолжалась вплоть до начала десятых годов, но к 2013 году доля плазменных телевизоров сжалась до минимума. К концу десятилетия их выпуск был полностью свернут, и сегодня эта некогда революционная технология окончательно ушла в историю.

Жизненный цикл любой инновации обычно описывается S-образной кривой. На старте она решает узкоспециализированные задачи тех, кому критически важен её уникальный набор свойств. Затем происходит удешевление и масштабное внедрение вплоть до рыночного пика. А в период заката, вытесняемая новыми фаворитами, технология проходит тот же путь в обратном порядке: массовый потребитель от нее отказывается, но её продолжают использовать те, кто ценит специфические достоинства. Иногда этого хватает для долгой жизни архаичных решений — например, транзисторы вытеснили радиолампы везде, кроме нишевой аудиотехники премиум-класса, где лампы собирают до сих пор. Но в случае с плазмой этого оказалось недостаточно: несмотря на то, что армия преданных фанатов до сих пор боготворит картинку на плазменных панелях, удержать массовое производство на плаву это уже не могло.

Источник