プラズマディスプレイの興隆と衰退

The Rise and Fall of the Plasma Screen

1960年、イリノイ大学のチームは、最終的に数千台のコンピュータ端末が大型メインフレームコンピュータに接続されたネットワークである、PLATO「コンピュータ化された教育システム」の最初のバージョンをリリースしました。PLATOのユーザーは、化学、数学、音楽、外国語などの科目のコースを含む、さまざまなトピックについて学習するためにこのシステムを使用できました。

PLATOの最初のイテレーションでは、端末ディスプレイに単純なテレビ画面が使用されていましたが、これはせいぜい場当たり的な対策でした。テレビ画面はブラウン管（CRT）を使用しており、これはガラス画面に画像を映し出すために電子ビームを磁気的に偏向させていました。このビームは毎秒30回画面全体を再描画する必要があり、コンピュータはCRT画面に絶え間なく高帯域幅のビデオデータを供給する必要がありました。これは放送テレビには問題ありませんでした。なぜなら、同じ信号が受信するすべてのテレビに送信されていたからです。しかし、PLATOシステムでは、ユーザーが行っていることに応じて、各端末に異なるデータが送信される必要がありました。これにはメインフレームとPLATO端末間の高帯域幅データ接続が必要になるだけでなく、当時のビデオデータは非常に高価であったため、各端末に大量のメモリストレージを搭載する必要が生じました。CRTベースの画面は、少数の端末を持つ小規模システムでは十分に機能しましたが、PLATOの設計者が構想していた数千または数百万台の端末には、この技術はスケールしないと考えられました。必要とされていたのは、内蔵された「メモリ」を持つ新しいタイプの画面でした。そのような画面では、画面上で変更されたものだけが再描画されればよく、CRTと比較してそのような画面が必要とする帯域幅とデータストレージが劇的に削減されます。

PLATOシステムのアーキテクトの一人であるドナルド・ビッツァーは、そのようなディスプレイを作成するために使用できる可能性のある方法を検討しました。1つの可能性のある選択肢はガスプラズマでした。低圧ガスに電流を流すと、そのガスが光るというものです。科学者たちは1600年代から電流を使って低圧ガスを光らせていましたが、この現象は20世紀初頭からネオンサインで使用されていました。しかし、誰もこの現象をコンピュータディスプレイに変える方法を見つけていませんでした。これは、画面上の各ピクセルに対応する、数千または数百万もの独立して制御可能な小さなガスプラズマランプのアレイを必要とするものでした。ビッツァーは、試す価値があると考えました。

1962年、ビッツァーの大学院生ロバート・ウィルソンは、プラズマディスプレイ画面の1セルモデル、つまり単一ピクセルに相当するものを構築しました。これは、アルゴンガスが封入された小さなポケットを中央のガラスシートの穴に挟んだ、3枚の薄いガラスシートの「サンドイッチ」で構成されていました。ワイヤーからガスに電流が流れると、アルゴンは明るく光りました。ウィルソンのモデルは、プラズマ画面が機能する可能性を示唆しましたが、克服しなければならない多くの問題があることも示唆しました。セルの明るさは一貫性がなく、コンポーネントはすぐに焼き切れ、漏れが蔓延し、時間の経過とともに電気的に励起されたガスが電極に堆積し、電流の流れを減少させました。ウィルソンの設計では、電極間のアーク放電を防ぐために各セルに個別の抵抗が必要でしたが、これはフルサイズのディスプレイでの製造に大きな困難をもたらすと予想されました。500x500ピクセルの画面では、250,000個の個別に取り付けられた抵抗が必要になります。

1964年、ビッツァーのチームは、電極をガラスサンドイッチの外側に移動させるというアイデアを思いつき、これにより個別の抵抗の必要性がなくなりました。新しいモデルのテストディスプレイを構築する際に、チームは偶然の発見をしました。セルに少量の空気が誤って混入したことで、ディスプレイに求められていたメモリ効果が得られました。電極の電圧が低下してもガスは光り続けました。1967年までに、チームは単一ピクセルディスプレイを16x16ピクセルアレイにスケールアップしましたが（weber 2006）、これはまだ壊れやすいプロトタイプに過ぎませんでした。漏れや汚染は一般的であり、非常に薄いガラスシート（元々は顕微鏡スライド用）は簡単に壊れました。

1967年、ガラスメーカーであるOwens-Illinoisは、プラズマディスプレイとして知られるこの技術をライセンスし、現実的で実用的な製品に変えるための作業を開始しました。Owens-Illinoisは、中央のガラスシートとそれに沿った個別のガス充填ポケットを排除し、2つの外側ガラスシート間のスペース全体をガスで満たしました。パネル内のガスは連続していましたが、充電された電極の交差点でのみ光り、個々のピクセルを制御できるようになりました。1968年、Owens-Illinoisは、イリノイ大学のプロトタイプよりもはるかに頑丈で信頼性の高い128x128ピクセルのプラズマディスプレイを発表し、1971年には世界初の商用プラズマディスプレイパネルである512x512画面「Digivue」を出荷しました。まもなく世界中で数千台の端末にスケールアップされたPLATOシステムが、その最初の顧客となりました。

しかし、新しくリリースされたプラズマ画面は電子ディスプレイ市場で孤立していたわけではありません。プラズマ画面は元々、CRT画面とそのかさばる高価な外部メモリの代替として考案されていました。しかし、メモリ技術も停滞していたわけではありません。1960年代後半、イリノイの研究者がプラズマ画面のプロトタイプを開発していた頃、IBMの研究者はトランジスタとコンデンサを使用してデータを格納するタイプのコンピュータメモリであるDRAMを開発しました。コンピュータメモリはすぐにムーアの法則に沿って進化し、世代ごとに小型化、高速化、低価格化が進み、やがてCRT画面のメモリ要件は些細な問題となりました。

プラズマ画面には、物理的特性が一種の「メモリ」を可能にした方法以外にも利点がありました。CRTとは異なり、かさばるガラス管を必要としなかったため、プラズマディスプレイは非常に薄く作ることができました。また、プラズマ画面は、デリケートで壊れやすい電子銃を持つCRTよりもはるかに頑丈になる可能性がありました。

しかし、プラズマ画面には欠点もありました。CRTと比較して消費電力が非常に大きく、明るさが低く、はるかに高価でした。また、イリノイの研究者は1960年代後半にカラープラズマ画面をテストしましたが、商業化できるほど頑丈なカラープラズマ画面が開発されるまでには何年もかかりました。

さらに、プラズマは1970年代初頭に登場した唯一の新しいディスプレイ技術ではありませんでした。1960年代、ウェスチングハウスとRCAの科学者は、液晶に基づいたディスプレイを実験していました。液晶は液体ですが、結晶のような組織化された繰り返し構造を示す物質です。液晶分子は、電界が印加されると配向が変化することが発見され、偏光（単一平面内で振動する光）が液晶を通過すると、その偏光面は回転しました。1960年代後半までに、研究者たちはこれらの現象を使用してディスプレイを構築しました。最初の液晶ディスプレイ（LCD）画面は1970年代に電卓やその他の小型電子機器に登場し、1980年代にはポータブルテレビに使用されるようになりました。

プラズマも停滞しませんでした。その後数十年間、プラズマディスプレイ技術は着実に向上しました。エンジニアはより良い電極を開発し、消費電力を削減し、ピクセルを高速で点滅させることでグレイスケールを作成する方法を発明しました（ピクセルが「オフ」である時間が長いほど、ピクセルは暗くなります）。グレイスケールは、フルカラープラズマディスプレイへの道を開き、これらは1970年代後半に登場し始めました。

その能力が向上するにつれて、プラズマディスプレイは電子ディスプレイ市場でニッチな市場を開拓し始めました。IBMは1973年にプラズマディスプレイを備えた銀行向け電子機器のラインを導入し、1970年代半ばには、その頑丈でメンテナンスの少ない設計のおかげで、プラズマディスプレイがさまざまな軍事用途に使用され始めました。1980年代には、モノクロプラズマ画面を搭載したラップトップやポータブルコンピュータが登場しました。しかし、1990年代までに、LCD技術はラップトップ用の高品質カラー画面を作成できるレベルまで進歩し、その市場からプラズマを完全に駆逐しました。

［画像: Toshiba T3100ラップトップ、プラズマディスプレイ搭載、Wikipediaより］

ラップトップディスプレイ市場から追放されたプラズマは、新しい市場、つまり大画面高精細テレビで成功を収めていました。1990年代までCRTはテレビ製造の標準技術でしたが、チューブのサイズが大きいため、40インチ以上の非常に大きな画面にCRTをスケールアップするのは困難でした。ソニーが1988年に45インチCRTテレビを発売したとき、それは400ポンド以上ありました。対照的に、より薄いプラズマ画面は、非常に大きな画面に簡単にスケールアップできました。日本の電機メーカーである富士通は1990年に31インチプラズマテレビ、1995年には42インチプラズマを展示しました。米国のディスプレイ新興企業Plasmacoは1999年に60インチプラズマ画面を発表し、サムスンは2005年に巨大な102インチプラズマ画面を展示しました。

しかし、LCDもほぼ同時期に大画面テレビ市場に参入しており、2000年代初頭までにLCDメーカーはプラズマ画面と同等のサイズの画面を製造していました。プラズマはLCDテレビよりもいくつかの利点（より豊かな色と高いリフレッシュレートを提供できた）がありましたが、いくつかの欠点もありました。プラズマ画面はより多くの電力を消費し、より多くの熱を発生し、LCD画面よりも明るさが劣りました。そして、同じ画面サイズでも、LCD画面はプラズマ画面よりもはるかに高解像度にすることができました。

しかし、最も重要な問題はおそらく製造でした。プラズマ画面の方がLCD画面よりも高い収率と低い製造コストを達成するのが難しいことが判明しました。おそらく、メーカーはLCD製造にプラズマ製造よりもはるかに多くの投資を行ったためでしょう。

2000年代半ばまでに、プラズマの画面品質の利点は失われるか、ほとんどの消費者に気づかれなくなっていました。2006年には、レビューで品質がほぼ同等であるとされ、LCDはプラズマ画面を大幅に上回る売上を記録していました。プラズマとLCDは2010年代初頭までテレビ市場で競合しましたが、2013年までにプラズマは市場シェアをほぼすべて失いました。2010年代後半までには、プラズマ画面の製造は実質的に停止し、今日ではこの技術はほぼ死に絶えています。

新しい技術の採用における古典的なパターンは、S字カーブのようなものです。まず、その特定の属性の組み合わせを必要とするユーザーのニッチな用途に役立ちますが、技術がより高性能で安価になるにつれて、より広く採用され、あるピークに達します。技術が置き換えられるとき、それは逆のパターンをたどる傾向があり、ますます多くの用途から削除されますが、その特定の属性の組み合わせを高く評価するユーザーによって使用され続けます。時には、この組み合わせが「時代遅れ」の技術が長期間使用され続けることを可能にします。真空管は数十年前にはほとんどの用途でトランジスタに置き換えられましたが、特定のオーディオ機器で使用するために今日でも製造されています。しかし、時にはこれが技術を救うのに十分ではないこともあります。一部の人々はプラズマ画面の外観を好みますが、この好みは生産を維持するには十分ではなかったようです。

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