第11章、等离子电视机

第十一章等离子电视机学习要点：1．等离子显示器的特点；2．等离子显示屏的显像原理；3．等离子电视机的组成；4．等离子显示器的主要参数及选购要点；第一节等离子显示器的特点等离子电视机是平板电视的一个重要种类。等离子电视机又称PDP-TV。其中PDP是英文PlasmaDisplayPanel的缩写形式。PlasmaDisplayPanel中文翻译过来就是等离子显示器。等离子电视机就是等离子显示器结合电视信号接收、处理电路构成的应用产品。等离子显示器件是一种新型器件。其主要特点是整体呈扁平状，轻而薄，它是自发光的器件，但显像原理又与传统的CRT显像管有所不同。传统的CRT彩电显像管的屏幕上涂有一层荧光粉，显像管电子枪发射出的高速电子束击打在屏幕上，使被击打位置的荧光粉发光，从而产生了图像，每一个发光点又由“红”“绿”“蓝”三个小的发光点组成，这个发光点也就是一个像素。等离子电视机的核心器件是等离子显示板，等离子体显示板是由几百万个像素单元构成的，每个像素单元中涂有荧光层并充有惰性气体。在外加电压的作用下气体呈离子状态，并且放电，放电电子使荧光层发光，这些单元称为放电单元。放电单元是组成图像的最小像素单元。随着等离子显示器件性能的提高，制作工艺的改善，由于它具有发光亮度高、显示效果好的特点，故等离子体彩色电视机正在进入百姓家中。一、等离子的基本概念等离子体显示面板（PlasmaDisplayPanel,简称PDP）是利用气体放电原理来实现显示功能的一种平板显示器件，又称为气体放电显示器。那什么是等离子体呢？等离子体就是由大量的带电粒子组成的非束缚态的宏观体系。它具有以下三个特征：◆非束缚性：异类带电粒子之间相互“自由”，等离子体的基本粒子元是带正负电荷的微粒（电子、离子），而不是其结合体。◆粒子与电磁场的不可分割性：等离子体中粒子的运动与电磁场（外场及粒子产生的自由场）的运动紧密耦合，不可分割。◆集体效应起主导作用：在等离子体中，带电粒子之间的是库仑力作用，库仑力的作用效果远远超过带电粒子可能发生的局部短程碰撞效果，等离子体中的带电粒子运动时，能引起正电荷或负电荷局部集中，产生电场。1．等离子体的形成物质有三种常规状态，分别是固态、液态和汽态。我们平时见到的气体，是由分子组成的，称为分子气体。随着气体温度的升高，气体分子的互相碰撞加剧，分子被碰碎了，成为单个的气体原子，这就是原子气体。原子气体的温度进一步升高，由于碰撞的加剧，原子外的电子，首先是一部分被碰掉，成为自由电子与离子的混合物。当温度继续上升，原子核外的全部电子被碰掉，成为自由电子与完全电离了的裸露的原子核的混合物。无论是部分电离或完全电离，在一个小的体积单元内，正离子或带正电的原子核的带电量与自由电子的带电量是相等的，因此呈电中性，这些气体，称等离子体，前者称部分等离子体，后者称完全等离子体。等离子体是由高度离子化的离子、电子和中性粒子组成。2．等离子体是物质第四态根据等离子的形成过程，可以看出：等离子体其实质是物质的第四态，如图11－1所示。图11－1物质的四态变化3．电离气体是一种常见的等离子体放电是使气体转变成等离子体的一种常见形式，如图11－2所示。在放电时，气体内部的原子发生电离反应。由于受外部条件作用，施加电能前，气体内部已存有少量的带电粒子；施加电能后，电子被引火单元激发，并在极间电场作用下加速，当达到一定动能时碰击原子，使其电离导致自由电子增值。如此继续，形成电离雪崩效应。由此可见，等离子体电离气体，但是需要有足够电离度的电离气体才具有等离子体性质。图11－2普通气体转变为等离子体二、等离子显示器件的特点及分类1．等离子显示器的特点等离子显示器的主要技术特点如表11－1所示。表11－1等离子显示器的主要技术特点2．等离子显示器件分类⑴根据颜色分PDP是指所有利用气体放电而发光的平板显示器件的总称，它属于冷阴极放电管，利用加在阴极和阳极间一定的电压，使气体产生辉光放电而发光，根据颜色不同，PDP分单色和彩色两类，见表11－2所示。表11－2单色PDP和彩色PDP无论是单色PDP还是彩色PDP，其主要原理都是基于惰性气体在一定电压作用下的气体放电现象。那么等离子按工作方式的不同，又分为哪些种类呢？⑵根据工作方式分等离子按工作方式不同可分为直流型等离子体显示面板（DC-PDP）和交流型等离子体显示面板(AC-PDP)两大类，见表11－3所示。表11－3两种工作方式的PDPAC-PDP又根据电极结构的不同，可分为对向放电型和表面放电型两种。几种工作方式的PDP如图11－3所示。图11－3PDP结构分类无论是AC-PDP还是DC-PDP，彩色PDP都是由数十万至数百万个气体放电单元组成的，这些放电单元是在两块玻璃基板之间用许多壁障分隔而成，每个空间为一个显示单元。每个显示单元都设有一组电极，并按一定排列形式涂敷有红、绿、蓝荧光粉。第二节等离子显示屏的显像原理了解了等离子的一些基础知识后，接下来介绍等离子电视机的显示发光原理，这也是理解等离子电视机工作原理的关键。一、气体放电的物理基础1．彩色AC-PDP显示机理⑴结构彩色AC-PDP的内部结构如图11－4所示。每一个显示单元都是在维持电极、地址电极（扫描）和数据电极的联合作用下放电发光的。等离子体彩色显示单元是将一个像素单元分割为3个小的单元，每个小的显示单元的结构如图11－5所示，在相邻的3个单元内涂上R、G、B（即红、绿、蓝）三色荧光粉构成一个像素单元，每一组所发的光，从远处观看是R、G、B三色光合成的效果。⑵显示原理等离子体显示单元的放电发光过程如图11－5所示。它有4个工作阶段。AC-PDP的显示原理见表11－4所示。图11－4等离子体显示单元的内部结构图图11－5PDP内部放电腔图表11－4PDP的显示原理等离子体从发光的原理上来说有两种：一种是在电离形成等离子体时直接产生可见光；另一类是利用等离子体产生紫外光来激发荧光体发光。通常等离子体不是固态、液态和气态，而是一种含有离子和电子的混合物。等离子体显示板的像素类似于微小的氖灯管，其基本结构是在两片玻璃之间设有一排排的点阵式的驱动电极，其间充满惰性气体。像素单元位于水平和垂直电极的交叉点。要使某一像素单元发光，可在两个电极之间加上足以使气体电离的电压。颜色是单元内的磷化合物（荧光粉）发光产生的，通常等离子体发出的紫外光是不可见光，但涂在显示单元中的红、绿、蓝3种荧光粉受到紫外线轰击时，会产生红、绿、蓝的颜色。改变3种颜色的合成比例就可以得到任意的颜色，这样等离子体显示屏就可以显示彩色图像。2．对向放电型彩色AC-PDP工作原理⑴结构对向放电型彩色PDP的结构如图11－3（b）所示。⑵特点对向放电型彩色AC-PDP极间电容小，对电极间绝缘性能要求低，易于提高分辨率，但由于其荧光粉处于离子轰击区，荧光粉容易劣化，因此AC-PDP寿命相对较短。3．表面放电型彩色AC-PDP工作原理⑴结构表面放电型彩色AC-PDP的结构如图11－3(C)所示。表面放电型彩色AC-PDP的结构说明如表11－5所示。表11－5表面放电型彩色AC-PDP的结构说明⑵特点该结构的主要特点是显示发光为反射式，可大大提高像素的亮度；气体放电为单基板表面方式而远离荧光粉，降低了放电离子对荧光粉的轰击，提高了工作寿命。第三节等离子电视机的组成一、等离子电视整机结构等离子电视由等离子屏组件及电视信号处理电路板组成。等离子屏由屏及屏驱动电路组成，即等离子屏本身包括屏驱动电路。我们提到的等离子电视电路部分，严格地说包括了电视信号处理电路和屏驱动电路。由于屏生产商的不同或型号的不同，其屏驱动电路（包括开关电源）也不同，且这部分电路现在被屏生产商控制和掌握着。这里对等离子电视内部结构作简单介绍。1．等离子电视的结构等离子电视由面框、滤光玻璃、压条、等离子屏、信号板和屏驱动电路板及其部件、后盖等组成，见图11－6所示。图11－6等离子电视屏结构等离子电视电路部分主要由主板、AV板、遥控组件板、按键板、功放板、转接板、屏组件（Y下选址电路板、Y上选址电路板、Y驱动板、X驱动板、屏电源板）、电源板、逻辑板、COF板等组成，见图11－7所示(从上往下看，a图在上，b图在下)。（a）(b)图11－7等离子电视机内部结构图2．电路板的作用等离子电视内部电路板的作用见表11－6所示。表11－6等离子电视内部电路板的作用二、等离子屏电路及特点等离子屏由离子屏及屏驱动电路组成。等离子屏外观结构见图11－8所示。屏通常由前玻璃基板、充满惰性气体的等离子腔体及后玻璃基板三层组成。前面已对等离子体工作过程及屏组成作了介绍，这里对等离子屏结构作进一步说明。图11－8等离子屏外观1．等离子屏结构介绍前面板，前面板通常由玻璃基板、扫描电极和维持扫描电极、透明介电层、保护层组成。在前玻璃基板内壁用透明导电材料制作成一层水平条纹导电极。平行导电极间隔布满整个前玻璃基极。扫描板产生的扫描SC信号（SCANDRIVESIGNAL）及维持扫描板产生的（SUSTAINDRIVESIGNAL）控制信号分别通过两平行电极（有的称X、Y电极）控制等离子体工作。电极采用特殊制作方法蚀刻在前玻璃基板上。电极材料要求耐热、耐腐蚀、透明性好、导电性好。透明介电层通常由透明玻璃作为介电层，此层采用印刷方式将透明玻璃材料印刷在电极表面上。介电层要求具有透光性好、表面平整，无凹凸，且耐压性好等特性。在电极与电离层间设置有MgO介电保护层。MgO具有透光率高，耐电子冲撞、且材料本身具有适应工作电压范围宽的特点，因而成为PDP屏生产商首选。此层的目的在于防止电离撞击。等离子屏内部结构图如图11-9所示。图11－9等离子屏内部结构图等离子层：等离子腔体内壁分别均匀涂沬了纯净的红、绿、蓝荧光物。腔体支撑着上下玻璃基板，并对三基色荧光物起隔离、防止混色等作用。电离子腔体在有的资料上称作肋，有的称作阻隔壁层，有的称作隔壁、障壁等。为增加画面亮度、对比度、阻隔壁层的上下部分可以做成不同的颜色。上段做成黑色，下段做成白色，这样处理后，可提高画面对比度、亮度的作用。后玻璃基板上印刷有导电电极（也称Z极），此电极与前基板电极空间垂直正交。数据信号(Data)或控制信号(address)通过此极控制荧光物质工作。在后玻璃基板上覆盖有反光层，以此加大可见光的反射强度。惰性气体：前后基板密封真空抽气处理后，再对每个腔体注入氦(He)+氙(Xe)或氖(Ne)+氙(Xe)混合惰性气体。真空处理及充入气体多少、比例都是各屏生产厂的机密。等离子腔体真空及惰性气体质量影响等离子屏的寿命。不纯的气体注入或荧光粉不纯，屏幕上可能出现红或绿或蓝色色斑现象，出现此情况时，只有更换玻璃屏了。第四节等离子显示器的主要参数PDP的主要光电参数如下：1．亮度PDP的亮度决定于器件的结构和驱动方法。开口率是个很直观的因素，因而障壁要尽可能窄。气体放电的效率是重要的因素，潜力较大，现在高氙(Xe)浓度的器件亮度高；荧光粉的效率和涂覆方法也是重要的因素，其中反射式亮度高。从驱动方面讲，维持脉冲个数多，也就是维持频率高，可以提高亮度。提高电压也可提高亮度，但曲线比较平坦。2．对比度对于PDP的非线性较强，矩阵工作时串扰引起对比度的降低不明显，但是PDP初始化时产生的放电，极大地影响了PDP暗室对比度。必需尽量减少初始化放电时的发光。现在暗室对比度最好可达10000：1以上。3．灰度灰度（G）决定于驱动的子场数S,G=2S。4．颜色数颜色数取决于灰度，为G3。5．色温色温取决于RGB各基色的比份，提高B的比份可以提高色温。现在一般在7500~11000K之间。6．响应速度气体放电的响应速度在微秒量级。PDP响应速度决定于荧光粉的余辉。7．视角荧光粉涂在凹槽中，视角大于170O，没有任何颜色漂移。8．色度范围色度范围决定于RGB各基色荧光粉的色饱和度。9．功耗功耗决定于器件的发光效率、电路效率等。本章小结1．等离子的基本概念及放电原理。等离子就是由大量的带电粒子组成的非束缚态的宏观体系。它具有三个特征：即非束缚