Как и многие другие изобретения, плазменные панели были открыты случайно, в процессе работы над другим проектом. Группа ученых из университета Иллинойса разрабатывала в 1964 году систему для электронного обучения (по сути, речь шла о компьютере). Проект назывался PLATO (Programmed Logic for Automated Teaching Operations — программируемая логика для автоматизированного процесса обучения). По сути, они заложили основу для современных OLED-панелей, предложив создать дисплей, в котором каждый пиксель будет светиться самостоятельно как неоновая вывеска, и управляться компьютером. Сама себе плазма как четвертое состояние материи была известна с 20-х годов прошлого столетия. И свойства ионизированных инертных газов испускать молнии и светиться мы знаем по красивым физическим экспериментам как на снимке справа или неоновым вывескам. Ученые создали первый плазменный дисплей — он был монохромным и состоял из... одного пикселя. Но технологии относительно быстро развивались и первые коммерческие телевизоры с плазменными экранами появились почти одновременно с жидкокристаллическими, опережая ЖК-телевизоры в яркости и глубине черного.

Плазменная панель представляет собой две стеклянные пластины со слоями диэлектриков, между которыми находится матрица с ячейками, заполненными инертными газами. К каждой ячейке подведены два прозрачных электрода: сканирующие горизонтальные и управляющие вертикальные. Вместе они образуют сетку, позволяющую управлять цветом каждой ячейки благодаря люминофорному покрытию, аналог которого используется в кинескопах. Цвет каждой ячейки формируется тремя субпикселями. Управляющая панелью электроника (да, это свой, отдельный компьютер) позволяет автоматически выбирать нужные пиксели, и делает это во много раз быстрее, чем луч проходит по экрану ЭЛТ-телевизоров. В последних моделях плазменных телевизоров это происходило до 600 раз в секунду. Что позволило полностью избавиться в телевизорах от присущего ЭЛТ мерцания. Заодно получить глубокий черный цвет, соответствующий выключенному пикселю (к этой детали мы еще вернемся).

При подаче высокочастотного напряжения на электроды происходит чудесный процесс образования плазмы (ионизации интерных газов). Затем в плазме образуется разряд (подобный тому, какой мы видим в шаре сверху), который и вызывает свечение люминофора необходимого цвета: красного, зелёного или синего, формирующих изображение одного пикселя.

Началась эта история в Австрии, где в 1888 году химик и ботаник Фридрих Рейнитцер обнаружил, что у кристаллов холестерилбензоата и холестерилацетата существует две точки плавления и два разных состояния жидкости — прозрачное и замутненное. Это открытие нарушало стройную теорию о том, что у веществ всего три агрегатных состояния: твердое, жидкое и газообразное. Жидкие кристаллы обладают свойствами как жидкости (например, текучестью), так и кристаллов (упорядоченная структура).

Исследования продолжил Отто Леман, предложивший сам термин «жидкие кристаллы». Попутно он усовершенствовал такое устройство как микроскоп и был несколько раз кандидатом на получение Нобелевской премии (но так ее и не получил). Серьезный вклад в развитие технологии внес Всеволод Фредерикс, чей « Переход Фредерикса » позволил понять как можно менять оптическую плотность жидких кристаллов и, соответственно, формировать изображение. Затем осталось лишь добавить три наших любимых фильтра: синий, зеленый и красный, для получения цветного изображения. А вот отцом экранов на жидких кристаллов стал американец Джеймс Фергасон, создавший первый TN-дисплей на транзисторных пленках. Его детище используется и до сих пор, хотя технологические процессы были многократно улучшены с 1963 года, когда он получил патент на свое изобретение.

В жизни жидкий кристалл — это вязкая жидкость, молекулы которой имеют вытянутую или дискообразную форму. Их главное свойство — способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрического тока. Изменение ориентации меняет их оптическую плотность, влияя на пропускную способность света. В каждой ячейке жидкого кристалла находятся два поляризационных фильтра — вертикальный и горизонтальный, пропускающие или, наоборот, препятствующие прохождению света. Как и в плазменных экранах, для подачи напряжения на кристаллы используются прозрачные электроды. Наконец, цветовой фильтр, позволяет формировать субпиксель и участвовать в создании цветного изображения. Но сами жидкие кристаллы не создают свечения, а только являются затворами при прохождении света. Для формирования светового потока за панелью с жидкими кристаллами располагают подсветку. И вот дисплей на жидких кристаллах со всеми своими преимуществами и недостатками готов!

Когда мы говорим про квантовые точки, то речь идет про дополнительный слой между светодиодной подсветкой и жидкокристаллической матрицей. Квантовые точки — это полупроводники размером от 3 до 7 нанометров, являющиеся (и это важное ключевое отличие от традиционных ЖК-панелей) источниками света. Они способны поглощать световые (от светодиодной подсветки) волны одной длины и излучать — другой длины в зависимости от своих размеров. Точки побольше генерируют красный цвет, точки поменьше — зеленый.Триллионы таких квантовых точек позволяют делать изображение более четким и ярким. Соответственно, при полном отсутствии света, создается полностью черный цвет выключенного экрана.

В этот раз я не буду мучать вас историями физиков и научными выкладками. Хотя бы потому, что, с одной стороны, схема OLED-панели очень проста: между анодом и катодом находятся два слоя — при подаче напряжения на один из них, второй начинает испускать свет (тут уместна аналогия с плазменными телевизорами, процессы очень похожи по физическим процессам). С другой — довольна сложна в понимании и требует основательного погружения в глубокие дебри физики, за которые дают Нобелевку. Поэтому ограничимся простой картинкой — фундаментальная разница между многослойной ЖК-панелью со светодиодной подсветкой и OLED-панелью в том, что OLED использует свойство органических соединений испускать свет. В результате панель телевизора получается намного тоньше (считанные миллиметры), а яркость и четкость изображения — гораздо выше, чем в случае с экранами на жидких кристаллах. К тому же OLED более совершенная технология, благодаря которой инженеры научились создавать сначала изогнутые, затем сгибающиеся экраны. И вплотную подобрались к массовому производству экранов телевизоров, которые можно сворачивать в рулон в прямом смысле слова.

Визуально разницу между телевизором с ЖК-экраном и светодиодной подсветкой и OLED-экраном можно увидеть на видео ниже. Как и всегда, качество изображения определяется яркостью (она выше) и глубиной черного (она больше и соответствует полностью выключенному экрану, то есть черный — это максимальной возможный глубокий черный).