等离子显示屏的构造原理及逻辑驱动电路

等离子显示屏的构造原理及逻辑驱动电路 等离子屏显示屏的构造原理及逻辑驱动电路 一 一 等离子显示屏的构造及工作原理 什么是等离子显示屏 等离子显示屏是由气体放电体作为像素单元组成的显示屏 等离子电视的显示屏在工作时 我们拿一个放大镜去近距离观察显示屏 会发 现等离子屏和普通的 CRT 显像管一样 是由一个个红 绿 蓝 红 绿 蓝的 小发光点排列组成 对于 CRT 的显像管 我们已经了解 这是一个个红 绿 蓝发光点是排列的红 绿 蓝荧光粉由显像管内部电子枪射出的高速电子流轰 击下发光 并组成图像 而对于等离子显示屏是怎么回事呢 等离子显示屏上 面看到的红 绿 蓝排列的发光点也是红 绿 蓝荧光粉在发光 而这一个个 红 绿 蓝发光点是一个个类似于我们常用的日光灯管构造的小小 日光灯管 的荧光粉在发光 也就是说等离子显示屏就是千千万万个小小的微型的 日光 灯管 组合排列组成 这些 日光灯管 在外加电压的作用下内部气体产生电 离放电 气体电离放电产生大量紫外线 紫外线激发管壁涂覆的荧光粉发光 组成等离子屏的这些微型 日光灯管 管壁涂覆的是红 绿 蓝三基色荧光粉 发光 和普通日光灯管不同的是 这些微型的组成等离子屏的 日光灯管 的 发光强度要受到图像信号的控制 就像普通 CRT 显像管上面荧光粉的发光要受 显像管阴极所加的图像信号的控制一样 因为等离子屏内部没有类似 CRT 里面的电子枪 所以等离子屏可以做的很薄 可以称为平板电视 尽管原理 构造类似日光灯管 但是为了能在图像信号的控制下产生明暗变化 的光点 最终组成图像 所以组成等离子屏的小 日光灯管 内部还有一个能 控制这个小日光灯管发光强度的电极 这样这个组成等离子屏的小小 日光灯 管 内部就有 3 个电极 两个外加电压维持放电发光的电极 叫放电维持电极 或 X Y 电极 接较高的脉冲放电电压 一个是控制放电以便达到发光和熄灭的 电极叫地址电极或 D 电极 接经过处理的图像信号 图 1 所示 图 1 现在的等离子屏都是彩色显示屏 每一个像素单元是有 3 个类似于 日光灯管 的气体放电体组成 在三个放电腔体内表面分别涂敷红 绿 蓝荧光粉 组成 一个像素的三色体单元 图 2 所示 目前的等离子屏有标清屏 SDTV 和高清 屏 HDTV 之分 长宽比例都是 16 9 标清屏适用于收看目前电视台播放的 普通电视节目 SDTV 信号 高清屏着适用于收看以后的真正意义的高清晰度 数字电视节目 HDTV 信号 例如 1081i 及 1080P 标准的数字电视信号 对于 标清屏分辨率要求有 480 852 显示 要有 40 万个像素 那么 3 个小小 日光 灯管 组成一个像素 这样一个标清屏就必须有 120 万个这样的类似日光灯管 的放电体组成 对于高清屏分辨率则要求有 1080 1920 显示 要有 200 万个像 素 这样一个高清屏就必须有 600 万个这样的类似日光灯管的放电体组成 图 3 所示 以下我们把这些小小 日光灯管 称为气体放电体 图 2 图 3 通过以上简单的介绍对等离子显示屏有了初步的了解 下面进一步介绍等离子 屏的具体结构及工作原理 等离子屏气体放电体组成矩阵方式显示图像 每一个发光的气体放电体都有 3 个电极 图 1 所示 X 电极 也叫维持电极 主要就是和 Y 电极共同形成维持期 波形简单是放电 维持电极 Y 电极 也是维持电极 但还承担着全屏写 建立壁电荷 和 X 电极共同形成 维持期等任务 波形较复杂 D 电极 本质是一个数据输入的电极 正是在它的作用下 控制 X Y 电极放电 的产生 达到控制像素点发光亮度的目的 类似于 CRT 显像管阴极的作用 所 施加的就是经过处理的图像信号 也称地址电极 气体放电体在屏上排列方式和 CRT 屏上的彩色荧光粉排列方式类似 由于放电 的需要 等离子屏上的每一个气体放电体都有 3 根电极线引出 并且和放电维 持脉冲及地址寻址脉冲相连接 为了方便连接显示图像 采用矩阵方式连接 如图 4 所示 图 4 中水平的虚线是 X 电极连线和 Y 电极连线 X 电极引入端在 右边是全部连在一起 接 X 电极驱动信号 Y 电极的引入端在左边 每一根一 个引入端 由 Y 驱动信号上下扫描引入 便于和地址电极共同完成决定点亮某 一个像素点 图中垂直的竖线是 D 地址电极连线 图中的圆圈表示等离子显 示像素的气体放电体 如图 4 上排列 可以看出每一个气体放电体里都有三根 引线经过 一根是 X 电极线 一根是 Y 电极线 一根是地址电极线 等离子屏放电体三电极的工作关系 在 X 电极接 X 驱动电路 由 X 驱动电路提供 X 放电维持驱动电压 Y 电极经过 上下扫描控制电路接 Y 驱动电路提供 Y 放电维持驱动电压 这两个电压在放电 体内均略低于放电临界电压 此时不能产生放电 而放电的产生 控制就由垂 直的 D 地址电极上的电压决定 也就是 X Y 电极上所加的电压使放电体具有放 电的条件 具体的放电开始 放电熄灭则由 D 地址电极上的电压控制决定 而 D 地址电极接的就是图像信号 这样就是由图像信号控制放电的产生 及放电 的熄灭从而在屏上控制产生图像 图 3 等离子屏上决定某个放电体放电的控制的过程 称为 寻址 这个过程是由 Y 电极的上下位移和 D 地址电极的左右位移共同决定 如图 4 所示 Y 电极扫描 驱动决定放电的垂直位置 D 地址电极水平移动决定放电水平位置 最终不同 的明暗变化的亮点 完成图像的组合 郝铭原创 请勿转载 图 4 气体放电体的驱动原理及驱动波形 CRT 荧光屏上的荧光粉 在一个聚焦的电子束轰击下产生了一个亮点 这个亮 点就是组成图像的像素单元 根据图像内容变化的要求 这个亮点的 亮 暗 亮度的强弱都可以很容易的由加到 CRT 阴极上的电压 图像信号 来 控制 再在扫描的组合下形成图像 但是对于组成等离子显示屏像素单元的气 体放电体的亮度控制 就不这么容易了 它是一个具有负阻特性的非线性器件 点亮和熄灭控制都有滞后现象 特别是发光强度的控制就更困难了 它是一个 类似日光灯原理的气体放电器件 只有 亮 不亮 两种状态 要靠改变 所加电压的大小来控制亮度是不行的 就像有些人试图用调压器对市电调压的 办法来来达到控制日光灯亮度的方法一样 其结果是不可能的 但是这个问题 不解决 等离子图像显示就不能成为现实 经过研究人员的多年潜心研究 应用了完全不同于 CRT 和液晶显示屏完全不同 的驱动技术 这就是把我们接收到的电视信号或视频信号 采用计算机技术 数字技术对信号进行分解 重新组合转 在普通电视显示的一个场周期内由 8 帧图像叠加为一帧完整图像 子场显示技术 以便形成灰度等级 并且形成等 离子屏显示图像所需要的 X 驱动 Y 驱动和 D 地址驱动信号 这就是是等离子 显示屏的逻辑驱动技术 这项技术的运用包括两项内容 1 X Y D 放电 脉冲产生 2 子场数据信号产生 为了便于对气体放电单元内部的放电能做到灵活的控制 目前的等离子显示屏 均采用具有电解质层 绝缘层 涂覆的 X Y D 电极 在放电 X 和 Y 电极工作 时 会产生大量的壁垒电荷 就是利用 D 地址电极对壁垒电荷的控制作用来达 到控制发光和不发光点目的 为了达到对壁垒电荷的控制 对 X Y D 电极的 驱动激励波形是有严格的要求 在时间上 幅度上和波形上都有精确的要求 如图 5 所示 图 5 图 5 所示是一个等离子放电体单元 该放电单元有三个电极 左面是 Y 电极 右面是 X 电极 下面是 D 地址电极 在 Y 电极输入 Y 驱动信号 波形如左边的 Y 驱动波形 图 在 X 电极幅度输入 X 驱动信号 波形如右边的 X 驱动波形 图 下面的 D 地址电极 输入图像驱动信号 不过这个图像信号是经过专门处 理 的数字脉冲信号 对于 Y 驱动信号 X 驱动信号极 D 地址驱动信号 都有 及其严格的要求 在时间上 幅度上 波形上都有精确的规定 图 6 所示 对 于不同型号的屏 这些标准还不同 图 6 图 6 是 Y 电极 X 电极 D 电极的驱动波形及三个波形时间对于关系 结论 X 电极 Y 电极是产生放电的条件 D 电极来控制放电 D 电极施加的就 是视频图像信号 经过处理 D 电极的作用有点类似于 CRT 的阴极 我们拿 CRT 来做比喻 CRT 的阳极高压 2 5 万伏 和加速极电压 400 伏 是 CRT 内部电子束 产生射向荧光屏的条件 而控制电子束强弱 有无是阴极 图 7 所示是等离子显示屏逻辑驱动系统电路框图 等离子屏显示屏的构造原理及逻辑驱动电路原理分析等离子屏显示屏的构造原理及逻辑驱动电路原理分析 二 二 等离子屏放电单元 子像素 的放电发光控制原理等离子屏放电单元 子像素 的放电发光控制原理 一 放电单元 子像素 的构造一 放电单元 子像素 的构造 在在 CRTCRT 显示屏上 产生像素的亮点 是由图像信号通过显示屏上 产生像素的亮点 是由图像信号通过 CRTCRT 的阴极控制电子束的阴极控制电子束 轰击屏荧光粉而产生的 最终在扫描的作用下组成图像 等离子屏产生像素的轰击屏荧光粉而产生的 最终在扫描的作用下组成图像 等离子屏产生像素的 亮点 是由图像信号通过对等离子屏放电单元的地址电极 亮点 是由图像信号通过对等离子屏放电单元的地址电极 D D 控制放电单元 控制放电单元 的放电激发放电单元内部的荧光粉发光 产生亮度像素点 最终 众多的有一的放电激发放电单元内部的荧光粉发光 产生亮度像素点 最终 众多的有一 定亮度的像素点在矩阵电路排列下组成图像 定亮度的像素点在矩阵电路排列下组成图像 CRTCRT 屏和等离子屏虽然都是由图像信号控制荧光粉发光组成图像 但是荧光粉屏和等离子屏虽然都是由图像信号控制荧光粉发光组成图像 但是荧光粉 产生亮点的方式 原理 却截然不同 图产生亮点的方式 原理 却截然不同 图 1 1 是一个基色像素 子像素 三电极是一个基色像素 子像素 三电极 交流等离子放电管断面结构图 交流等离子放电管断面结构图 图图 1 1 图图 1 1 是等离子屏的断面图 图中标注是等离子屏的断面图 图中标注 射出光线射出光线 部分是屏幕正面 下面的两部分是屏幕正面 下面的两 个个 隔离墙隔离墙 之间是一个单色放电体内部放电腔体 腔体内部充有一定压力的之间是一个单色放电体内部放电腔体 腔体内部充有一定压力的 混合惰性气体 腔体的下部涂敷有荧光粉 图中显示是绿色放电腔体的结构 混合惰性气体 腔体的下部涂敷有荧光粉 图中显示是绿色放电腔体的结构 上部有上部有 X X 电极电极 和和 Y Y 电极电极 下部是 下部是 地址电极地址电极 电极的表面涂敷一层绝 电极的表面涂敷一层绝 缘的电解质层 黑色边线 缘的电解质层 黑色边线 X X 电极电极 和和 Y Y 电极电极 施加维持放电电压 波形施加维持放电电压 波形 是交流方波 幅度略低于触发电压幅度 使是交流方波 幅度略低于触发电压幅度 使 X X Y Y 电极间处于临界放电状态 电极间处于临界放电状态 地址电极地址电极 施加控制放电脉冲 控制放电脉冲就是经过处理的图像信号 这施加控制放电脉冲 控制放电脉冲就是经过处理的图像信号 这 个信号通过地址电极 引燃处于临界状态的个信号通过地址电极 引燃处于临界状态的 X X Y Y 电极间的惰性气体产生放电 电极间的惰性气体产生放电 在电场的作用下 腔体内部气体电离产生放电 放电产生大量的波长为在电场的作用下 腔体内部气体电离产生放电 放电产生大量的波长为 147nm147nm 纳米 的紫外线 紫外线射向腔体下部的荧光粉 荧光粉在紫外线的激 纳米 的紫外线 紫外线射向腔体下部的荧光粉 荧光粉在紫外线的激 发下发光 光线由屏正面射出 正面的玻璃也是防止紫外线伤人的防护层 发下发光 光线由屏正面射出 正面的玻璃也是防止紫外线伤人的防护层 和和 CRTCRT 显像管一样 一个像素的是由红 绿 蓝 显像管一样 一个像素的是由红 绿 蓝 R R G G B B 三个发光的单色发 三个发光的单色发 光体组成 这个单色的发光体称为 光体组成 这个单色的发光体称为 子像素子像素 图 图 1 1 所示 就是一个绿色子所示 就是一个绿色子 像素的组成结构 它的两边是蓝色和红色子像素的放电腔体 像素的组成结构 它的两边是蓝色和红色子像素的放电腔体 图图 2 2 是多个是多个 R R G G B B 三基色等离子放电管排列在一起的断面结构图 三基色等离子放电管排列在一起的断面结构图 图图 2 2 上一节谈到组成等离子屏的放电单元上一节谈到组成等离子屏的放电单元 子像素 实际上是一个小小的子像素 实际上是一个小小的 日光日光 灯管灯管 更确切来说是一个 更确切来说是一个 冷阴极日光灯管冷阴极日光灯管 现在液晶屏的背光管也是冷 现在液晶屏的背光管也是冷 阴极日光灯管只不过大罢了 要使这个只有像素点大小的阴极日光灯管只不过大罢了 要使这个只有像素点大小的 冷阴极日光灯管冷阴极日光灯管 要在图像信号的控制下 产生相应明暗变化的亮度 是极其困难的 要解决许要在图像信号的控制下 产生相应明暗变化的亮度 是极其困难的 要解决许 多原理上 技术上复杂的问题 在今天实现了 这是科学技术 电子技术发展多原理上 技术上复杂的问题 在今天实现了 这是科学技术 电子技术发展 的结晶 的结晶 二 气体放电器件作为等离子像素显示要解决的问题二 气体放电器件作为等离子像素显示要解决的问题 等离子屏上的一个小小的作为像素发光的等离子屏上的一个小小的作为像素发光的 冷阴极日光灯管冷阴极日光灯管 实际上是一个气实际上是一个气 体放电管 要让它和体放电管 要让它和 CRTCRT 荧光屏上的像素点一样发光 并受控于图像信号产生荧光屏上的像素点一样发光 并受控于图像信号产生 明暗亮度的变化 要解决如下几个问题 明暗亮度的变化 要解决如下几个问题 1 1 低压触发放电 现在的日光灯管及液晶屏的冷阴极背光灯管 都是气体放电 低压触发放电 现在的日光灯管及液晶屏的冷阴极背光灯管 都是气体放电 器件器件 点亮的触发电压都在 点亮的触发电压都在 1000V1000V 以上 每个灯管都有一个高压变压器 而作为组以上 每个灯管都有一个高压变压器 而作为组 成等离子屏的成等离子屏的 冷阴极日光灯管冷阴极日光灯管 不可能每个像素点 带一个高压变压器 必不可能每个像素点 带一个高压变压器 必 须解决采用低压 小于须解决采用低压 小于 100V100V 无需升压装置 触发放电问题 解决方法 腔体 无需升压装置 触发放电问题 解决方法 腔体 内充惰性混合气体降低触发电压 内充惰性混合气体降低触发电压 2 2 图像信号控制等离子放电腔体点亮与熄灭 我们用的日光灯及液晶屏的背光 图像信号控制等离子放电腔体点亮与熄灭 我们用的日光灯及液晶屏的背光 灯 在开启接通电源 都不是立即就亮 有一个时间上的滞后 作为像素点的灯 在开启接通电源 都不是立即就亮 有一个时间上的滞后 作为像素点的 小小小小 日光灯管日光灯管 必须随时高速的随图像信号的控制产生相应的点亮与熄灭必须随时高速的随图像信号的控制产生相应的点亮与熄灭 解决方法 由地址电极输入图像信号 控制壁垒电荷达到控制放电和熄灭 解决方法 由地址电极输入图像信号 控制壁垒电荷达到控制放电和熄灭 3 3 灰度的产生及亮度的控制 像素点的亮度对应于图像信号 亮度可以由暗到 灰度的产生及亮度的控制 像素点的亮度对应于图像信号 亮度可以由暗到 亮 由亮到暗逐步变化 也就是图像的灰度等级 必须有亮 由亮到暗逐步变化 也就是图像的灰度等级 必须有 256256 个变化级别 但个变化级别 但 是气体放电器件是一旦放电就产生亮度 放电停止就无亮度 也无法做到改变是气体放电器件是一旦放电就产生亮度 放电停止就无亮度 也无法做到改变 电压达到控制亮度的目的的 例如把日光灯管接到调压器上 改变调压器的电电压达到控制亮度的目的的 例如把日光灯管接到调压器上 改变调压器的电 压 日光灯管的亮度不会随电压的改变而变化 只能有亮和不亮两种状态 压 日光灯管的亮度不会随电压的改变而变化 只能有亮和不亮两种状态 作为像素点发光它必须跟随图像信号的变化 亮度相应变化 虽然困难但是必作为像素点发光它必须跟随图像信号的变化 亮度相应变化 虽然困难但是必 须要做到 解决方法 采用须要做到 解决方法 采用 8 8 子场显示技术达到子场显示技术达到 256256 级灰度显示 级灰度显示 详细叙述上述三个问题的解决方法及原理详细叙述上述三个问题的解决方法及原理 三 低压触发放电 三 低压触发放电 一般的日光灯管内部充有氖气及微量的水银 在一般的日光灯管内部充有氖气及微量的水银 在 1000V1000V 以上的电压激发下 氖以上的电压激发下 氖 电离放电 致使水银蒸发 变为水银蒸汽共同参与放电 放电产生大量的紫外电离放电 致使水银蒸发 变为水银蒸汽共同参与放电 放电产生大量的紫外 线激发管壁涂敷的荧光粉发光 等离子像素发光的气体放电器件原理 和日光线激发管壁涂敷的荧光粉发光 等离子像素发光的气体放电器件原理 和日光 灯管基本相同 只不过作为像素发光的千千万万个小小的气体放电管 不可能灯管基本相同 只不过作为像素发光的千千万万个小小的气体放电管 不可能 每一个放电管 像素 都配备一个每一个放电管 像素 都配备一个 10001000 多伏特的升压变压器 只能采用降低触多伏特的升压变压器 只能采用降低触 发电压 小于发电压 小于 100100 伏特 省去变压器的气体放电管作为像素发光 才能使等离伏特 省去变压器的气体放电管作为像素发光 才能使等离 子图像显示成为现实 现在采用放电管内部充混合惰性气体的技术解决了降低子图像显示成为现实 现在采用放电管内部充混合惰性气体的技术解决了降低 触发电压的技术来解决这一难题 把氙气 氦气 氖气按照规定的不同的比例触发电压的技术来解决这一难题 把氙气 氦气 氖气按照规定的不同的比例 混合 就会产生混合 就会产生 PenningPenning effecteffect 潘宁效应 混合气体气体被击穿的电位明 潘宁效应 混合气体气体被击穿的电位明 显低于单纯气体的击穿电位从而极大地降低了启动电压 这一现象就是著名的显低于单纯气体的击穿电位从而极大地降低了启动电压 这一现象就是著名的 潘宁效应 潘宁效应决定了混合气具有非常优越的性质 为等离子显示屏的成潘宁效应 潘宁效应决定了混合气具有非常优越的性质 为等离子显示屏的成 功奠定了基础 从而大大的降低了触发电压 只需直接采用一般开关电源功奠定了基础 从而大大的降低了触发电压 只需直接采用一般开关电源 输出的几十伏特至一百伏特电压就可以触发其放电发光 图输出的几十伏特至一百伏特电压就可以触发其放电发光 图 3 3 所示是单纯充氖所示是单纯充氖 气的放电管放电示意图 外加电压需要达到气的放电管放电示意图 外加电压需要达到 1000V1000V 以上才能产生放电 以上才能产生放电 图图 3 3 图图 4 4 所示 是采用了混合气体 注意图中管内气体 的等离子像素放电管 由所示 是采用了混合气体 注意图中管内气体 的等离子像素放电管 由 于于 潘宁效应潘宁效应 电压低至电压低至 100V100V 以下下 仍然可以正常产生放电 以下下 仍然可以正常产生放电 图图 4 4 四 等离子放电腔体的持续放电控制 四 等离子放电腔体的持续放电控制 气体放电发光的点亮都有一个滞后的现象 如开启日光灯电源开关 日光灯管气体放电发光的点亮都有一个滞后的现象 如开启日光灯电源开关 日光灯管 不是立即就亮 这样就难以达到采用图像信号直接控制等离子气体放电管的发不是立即就亮 这样就难以达到采用图像信号直接控制等离子气体放电管的发 光随图像信号的变化而迅速变化 现在的实用的等离子屏是采用三电极交流等光随图像信号的变化而迅速变化 现在的实用的等离子屏是采用三电极交流等 离子放电管 由图像信号通过地址电极控制壁垒电荷的临界控制的方法来实现离子放电管 由图像信号通过地址电极控制壁垒电荷的临界控制的方法来实现 图像信号对放电灵敏的控制 等离子放电管结构示意图如图图像信号对放电灵敏的控制 等离子放电管结构示意图如图 5 5 所示 所示 图图 5 5 1 1 三电极交流等离子放电管的构造 三电极交流等离子放电管的构造 图图 5 5 是为了方便进行分析 根据图是为了方便进行分析 根据图 1 1 绘制的等离子放电管腔体放电简图 图中 绘制的等离子放电管腔体放电简图 图中 在等离子放电管 腔体 内部 充有按一定比例混合的氖 氙 氦惰性气体 在等离子放电管 腔体 内部 充有按一定比例混合的氖 氙 氦惰性气体 在两端安装两个放电电极 左边是在两端安装两个放电电极 左边是 Y Y 电极 右边是电极 右边是 X X 电极 电极 Y Y X X 电极组成放电电极组成放电 维持电极 下面是地址电极维持电极 下面是地址电极 D D 地址电极是放电控制电极 其作用类似于 地址电极是放电控制电极 其作用类似于 CRTCRT 的阴极 起到控制放电的作用 在管下部地址电极的两边 涂敷有荧光粉 由的阴极 起到控制放电的作用 在管下部地址电极的两边 涂敷有荧光粉 由 三个这样的放电管分别涂敷红 绿 蓝荧光粉组成一个像素显示的三色体 三个这样的放电管分别涂敷红 绿 蓝荧光粉组成一个像素显示的三色体 大家要注意的是 在大家要注意的是 在 Y Y 电极 电极 X X 电极和电极和 D D 电极的表面涂敷有一层电解质层 图电极的表面涂敷有一层电解质层 图 中红色表示 涂敷在全部电极表面 电解质的本身是绝缘的 用以在放电的中红色表示 涂敷在全部电极表面 电解质的本身是绝缘的 用以在放电的 同时产生的电荷聚集在表面 以形成同时产生的电荷聚集在表面 以形成 壁垒电荷壁垒电荷 控制 控制 壁垒电荷壁垒电荷 数量起数量起 到维持放电及熄灭放电的作用 到维持放电及熄灭放电的作用 2 2 维持放电电压的施加 维持放电电压的施加 Y Y 电极和电极和 X X 电极是维持放电的电极 在电极是维持放电的电极 在 X X Y Y 电极两端 施加略低于触发电压的电极两端 施加略低于触发电压的 交流 方波 电压 使之处于触发的临界状态 图交流 方波 电压 使之处于触发的临界状态 图 6 6 所示 在图所示 在图 6 6 的下部画的下部画 出维持放电脉冲的波形图 波形的上面和下面有出维持放电脉冲的波形图 波形的上面和下面有 两根虚线 虚线之两根虚线 虚线之 间的距离所示 就是间的距离所示 就是 X X Y Y 电极的触发电压 可见维持放电脉冲的幅度略小于电极的触发电压 可见维持放电脉冲的幅度略小于 X X Y Y 电极的触发电压 也就是电极的触发电压 也就是 X X Y Y 电极施加的维持放电脉冲最大幅度小于电极施加的维持放电脉冲最大幅度小于 触发电压的幅度 等离子放电管是不会引起放电的 触发电压的幅度 等离子放电管是不会引起放电的 图图 6 6 3 3 壁垒电荷的产生及对放电的维持作用 壁垒电荷的产生及对放电的维持作用 假如 我们暂时用外加电池作为维持放电电压接于假如 我们暂时用外加电池作为维持放电电压接于 X X 电极和电极和 Y Y 电极两端并且此电极两端并且此 时电池的电压高于触发电压的幅度 如图时电池的电压高于触发电压的幅度 如图 7 7 所示 所示 Y Y 电极接电池的正极 电极接电池的正极 X X 电极电极 接电池的负极 由于电池电压高于触发电压 立即会引发了放电的产生 放接电池的负极 由于电池电压高于触发电压 立即会引发了放电的产生 放 电的产生就会引起电荷的移动 负电荷就会由电池的负极经由电的产生就会引起电荷的移动 负电荷就会由电池的负极经由 X X 电极 放电腔电极 放电腔 体内部 体内部 Y Y 电极流入电池的正极 由于电极流入电池的正极 由于 X X 电极和电极和 Y Y 电极的表面涂敷有一层绝缘电极的表面涂敷有一层绝缘 的电解质层 放电引起的电荷移动无法经过电极经由电池的正负极流通 但是的电解质层 放电引起的电荷移动无法经过电极经由电池的正负极流通 但是 由于电场的引力作用 放电产生的正 负电荷会在电场引力作用下 负电荷会由于电场的引力作用 放电产生的正 负电荷会在电场引力作用下 负电荷会 聚集在聚集在 Y Y 电极的表面 正电荷会聚集在电极的表面 正电荷会聚集在 X X 电极的表面 这个聚集的电荷称为 电极的表面 这个聚集的电荷称为 壁垒电荷壁垒电荷 如图 如图 7 7 的的 Y Y 电极和电极和 X X 电极表面聚集电荷所示 电极表面聚集电荷所示 图图 7 7 随着放电的持续 随着放电的持续 Y Y 电极表面聚集的负电荷越来越多 电极表面聚集的负电荷越来越多 X X 电极的表面聚集的正电电极的表面聚集的正电 荷也越来越多 这个荷也越来越多 这个 Y Y 电极表面聚集的正电荷和电极表面聚集的正电荷和 X X 电极表面聚集的负电荷之间电极表面聚集的负电荷之间 也形成了一个电场 而电场的方向是左正 右负 和外加电池的方向是反向关也形成了一个电场 而电场的方向是左正 右负 和外加电池的方向是反向关 系 图系 图 8 8 所示 这个壁垒电荷形成的电场抵消了外电池电场 等于降低了外电所示 这个壁垒电荷形成的电场抵消了外电池电场 等于降低了外电 池的电压 使放电减弱 随着放电时间的持续 壁垒电荷越聚集越多 壁垒池的电压 使放电减弱 随着放电时间的持续 壁垒电荷越聚集越多 壁垒 电荷形成的电场越来越强 放电越来越弱 最终会造成外电池的电压形成的电电荷形成的电场越来越强 放电越来越弱 最终会造成外电池的电压形成的电 场在壁垒电荷电场的抵消下 放电停止 图场在壁垒电荷电场的抵消下 放电停止 图 9 9 所示 所示 图图 8 8 图图 9 9 壁垒电荷的电压和外加电池电压的等效图 如图壁垒电荷的电压和外加电池电压的等效图 如图 1010 所示 图所示 图 1010 中下面红色的中下面红色的 电池就表示壁垒电荷的电压和外电池 黑色 和等离子放电管的放电腔体是串电池就表示壁垒电荷的电压和外电池 黑色 和等离子放电管的放电腔体是串 联关系 但是壁垒电荷电势和外加电池电压是反方向串联关系 等离子腔体放联关系 但是壁垒电荷电势和外加电池电压是反方向串联关系 等离子腔体放 电电场 等于外电池电压减去壁垒电荷电压 放电电场减弱 随着放电的继电电场 等于外电池电压减去壁垒电荷电压 放电电场减弱 随着放电的继 续 必然造成腔体内部放电强度的减弱甚至放电停止 续 必然造成腔体内部放电强度的减弱甚至放电停止 图图 1010 如果在放电刚要减弱时 迅速把外电池的极性反转过来 那么外电池的电压等如果在放电刚要减弱时 迅速把外电池的极性反转过来 那么外电池的电压等 于和壁垒电荷的电势顺向串联 等效于大大的加强了腔体放电的电场强度 等于和壁垒电荷的电势顺向串联 等效于大大的加强了腔体放电的电场强度 等 离子腔体放电电场 等于外电池电压加壁垒电荷电压 放电电场加强 放电离子腔体放电电场 等于外电池电压加壁垒电荷电压 放电电场加强 放电 将继续持续下去 图将继续持续下去 图 1111 所示 此时降低外加电池的电压 使外加电池电压小于所示 此时降低外加电池的电压 使外加电池电压小于 等离子放电腔体的触发电压 这个电压再和壁垒电荷形成的电压叠加下也高于等离子放电腔体的触发电压 这个电压再和壁垒电荷形成的电压叠加下也高于 等离子放电腔体的触发电压 放电会继续下去 如图等离子放电腔体的触发电压 放电会继续下去 如图 1111 中所示 外加电池 黑中所示 外加电池 黑 色 比图色 比图 1010 中的外加电池 黑色 少了一组 中的外加电池 黑色 少了一组 图图 1111 当电池极性反转后 放电持续进行 放电腔体内部的负电荷 又由当电池极性反转后 放电持续进行 放电腔体内部的负电荷 又由 Y Y 电极的表电极的表 面反方向的向面反方向的向 X X 电极移动 在电极移动 在 Y Y 电极表面的负电荷逐步向电极表面的负电荷逐步向 X X 电极移动 负电荷电极移动 负电荷 又逐步的聚集在又逐步的聚集在 X X 电极表面 正电荷逐步的聚集在电极表面 正电荷逐步的聚集在 Y Y 电极表面 其壁垒电荷形电极表面 其壁垒电荷形 成的电场方向 仍然和外电池的方向相反 图成的电场方向 仍然和外电池的方向相反 图 1212 所示 同上面的道理 随着放所示 同上面的道理 随着放 电的持续进行 壁垒电荷电压不断上升 仍将逐步减弱放电的强度 此时再把电的持续进行 壁垒电荷电压不断上升 仍将逐步减弱放电的强度 此时再把 外电池极性反转过来 此时 外电池的电压又等于和壁垒电荷的电势顺向串联 外电池极性反转过来 此时 外电池的电压又等于和壁垒电荷的电势顺向串联 大大的加强了腔体放电的电场强度 只要电池 电池电压低于触发电压 极性大大的加强了腔体放电的电场强度 只要电池 电池电压低于触发电压 极性 不断的反转 放电就可以维持下去 不断的反转 放电就可以维持下去 图图 1212 把电池换成电压相同的交流方波 等效于自动反转电池电压 就可以连续不把电池换成电压相同的交流方波 等效于自动反转电池电压 就可以连续不 断的持续放电了 图断的持续放电了 图 1313 所示 所示 图图 1313 通过以上的介绍 就可以容易的理解 在放电开始后只要在通过以上的介绍 就可以容易的理解 在放电开始后只要在 Y Y 电极和电极和 X X 电极加电极加 上略低于等离子放电腔体放电的方波 放电就可以持续不断的进行 如图上略低于等离子放电腔体放电的方波 放电就可以持续不断的进行 如图 1313 接接 于于 X X Y Y 电极的维持放电脉冲的幅度小于触发电压的幅度 电极的维持放电脉冲的幅度小于触发电压的幅度 结论 子像素腔体放电的持续的条件是 第一 结论 子像素腔体放电的持续的条件是 第一 Y Y 或或 X X 电极表面有壁垒电荷存电极表面有壁垒电荷存 在 第二 在 第二 X X Y Y 电极外加交流方波 方波的幅度略低于电极外加交流方波 方波的幅度略低于 X X Y Y 电极触发电压值 电极触发电压值 壁垒电荷的极性不断反转和外加方波方向不断反转 放电电场始终是叠加的强壁垒电荷的极性不断反转和外加方波方向不断反转 放电电场始终是叠加的强 电场作用于等离子的放电腔体 电场作用于等离子的放电腔体 五 等离子放电腔体的触发 点亮 和停止放电 熄灭 的控制五 等离子放电腔体的触发 点亮 和停止放电 熄灭 的控制 上一节 介绍到了等离子放电管 像素 持续放电的原理 要掌握壁垒电荷产上一节 介绍到了等离子放电管 像素 持续放电的原理 要掌握壁垒电荷产 生的原理 过程及维持放电的作用 还要知道生的原理 过程及维持放电的作用 还要知道 X X Y Y 电极所加的电压幅度是略低电极所加的电压幅度是略低 于放电管腔体触发电压的幅度 作为等离子放电管 像素亮点显示 它的放电于放电管腔体触发电压的幅度 作为等离子放电管 像素亮点显示 它的放电 是要受到图像信号的控制的 在图像信号亮电平到来放电开始 图像信号全黑是要受到图像信号的控制的 在图像信号亮电平到来放电开始 图像信号全黑 电平到来放电停止 这是怎么控制的 电平到来放电停止 这是怎么控制的 1 1 等离子屏一个子像素在一个场周期的工作过程 等离子屏一个子像素在一个场周期的工作过程 我们先来分析一下 电视机屏幕图像的特点 以帧屏我们先来分析一下 电视机屏幕图像的特点 以帧屏 5050 周为例 屏幕上的图周为例 屏幕上的图 像是活动图像 是每秒像是活动图像 是每秒 5050 幅静止图像连续变换形成的 也就是在等离子的荧光幅静止图像连续变换形成的 也就是在等离子的荧光 屏上 在屏上 在 2020 毫秒时间是一副静止图像 也就是等离子屏实际上是每秒产生毫秒时间是一副静止图像 也就是等离子屏实际上是每秒产生 5050 幅静止图像 如果简单的以一个幅静止图像 如果简单的以一个 2 2 位图像 像素只有位图像 像素只有 亮亮 和和 黑两种状态 黑两种状态 举例来说明问题 也就是在一个举例来说明问题 也就是在一个 2020 毫秒场周期内 等离子屏的子像素放电腔体毫秒场周期内 等离子屏的子像素放电腔体 是进行一次是进行一次 2020 毫秒的持续的放电 在毫秒的持续的放电 在 2020 毫秒内 放电是持续稳定的 产生的毫秒内 放电是持续稳定的 产生的 光线也是持续稳定的 产生一幅静止的稳定的图像 到光线也是持续稳定的 产生一幅静止的稳定的图像 到 2020 毫秒结束 放电停毫秒结束 放电停 止 停止放电后还要清除掉腔体内部的残余壁垒电荷 以防影响下一场周期的止 停止放电后还要清除掉腔体内部的残余壁垒电荷 以防影响下一场周期的 正常放电 在下一个场周期又开始一个新的正常放电 在下一个场周期又开始一个新的 2020 毫秒时间的放电 出现下一场毫秒时间的放电 出现下一场 静止稳定的图像 这样每秒时间内 子像素放电腔体被触发放电静止稳定的图像 这样每秒时间内 子像素放电腔体被触发放电 5050 次 有次 有 5050 次的开始放电及次的开始放电及 5050 次的停止放电 这里面就出现了两个问题 次的停止放电 这里面就出现了两个问题 问题一 是放电的开始是怎么触发的 也就是加到问题一 是放电的开始是怎么触发的 也就是加到 X X Y Y 电极的交流方波幅度低电极的交流方波幅度低 于触发电压幅度 要有壁垒电荷协助才能开始并持续放电 开始放电的壁垒电于触发电压幅度 要有壁垒电荷协助才能开始并持续放电 开始放电的壁垒电 荷从那里来的 像素是荷从那里来的 像素是 亮亮 就要有壁垒电荷 促使连续 就要有壁垒电荷 促使连续 2020 毫秒 放电 毫秒 放电 像素是像素是 黑黑 就不能有壁垒电荷 就不放电 就不能有壁垒电荷 就不放电 问题二 既然在问题二 既然在 亮亮 时 腔体内部持续放电产生亮度 那么时 腔体内部持续放电产生亮度 那么 2020 毫秒结束 一毫秒结束 一 幅图像显示时间完毕 必须熄灭停止放电 并清除残余壁垒电荷 迎接下一幅图像显示时间完毕 必须熄灭停止放电 并清除残余壁垒电荷 迎接下一 场图像的放电开始 那么 放电是怎么停止的 壁垒电荷是如何清除的 场图像的放电开始 那么 放电是怎么停止的 壁垒电荷是如何清除的 2 2 腔体怎么开始放电 问题一的解决 腔体怎么开始放电 问题一的解决 像素是组成图像的最小单元 在电视机屏幕上也是如此 电视机屏幕的像素的像素是组成图像的最小单元 在电视机屏幕上也是如此 电视机屏幕的像素的 明暗变化是对应于图像信号的 也是受图像信号控制的 作为等离子显示屏的明暗变化是对应于图像信号的 也是受图像信号控制的 作为等离子显示屏的 子像素的亮度 也必须对应于相应的图像信号 也就是要受到图像信号的控制 子像素的亮度 也必须对应于相应的图像信号 也就是要受到图像信号的控制 前面已经叙述过 前面已经叙述过 X X Y Y 电极开始放电的条件是 电极开始放电的条件是 X X Y Y 电极间具有交变方波电压电极间具有交变方波电压 和电极上有壁垒电荷 那么组成等离子屏的放电腔体在一场周期开始放电 就和电极上有壁垒电荷 那么组成等离子屏的放电腔体在一场周期开始放电 就 是由图像信号转换的有一定幅度的脉冲波 引燃脉冲 通过地址电极 首先是由图像信号转换的有一定幅度的脉冲波 引燃脉冲 通过地址电极 首先 强迫在地址电极和强迫在地址电极和 Y Y 电极之间放电 如图电极之间放电 如图 1414 所示 形成所示 形成 Y Y 电极表面的壁垒电荷电极表面的壁垒电荷 的建立 该壁垒电荷也作用于的建立 该壁垒电荷也作用于 X X 电极 电极 Y Y 电极表面的壁垒电荷形成后在电极表面的壁垒电荷形成后在 X X Y Y 电电 极外加方波的叠加下 使极外加方波的叠加下 使 X X Y Y 电极间的电场幅度 超过电极间的电场幅度 超过 X X Y Y 电极触发电压幅电极触发电压幅 度 度 X X Y Y 电极就可以持续不断的维持放电 此像素点的一个场周期就电极就可以持续不断的维持放电 此像素点的一个场周期就 亮亮 了 了 图图 1414 3 3 腔体怎样停止放电 壁垒电荷是如何清除的 问题二的解决 腔体怎样停止放电 壁垒电荷是如何清除的 问题二的解决 放电一场时间结束怎么停止 熄灭 放电 而且停止放电后还必须清除剩余的放电一场时间结束怎么停止 熄灭 放电 而且停止放电后还必须清除剩余的 壁垒电荷 以便有利于下一放电周期的开始 壁垒电荷 以便有利于下一放电周期的开始 地址电极的作用是在图像信号的控制下 触发放电产生 放电一旦产生 在壁地址电极的作用是在图像信号的控制下 触发放电产生 放电一旦产生 在壁 垒电荷及外加交流方波的作用下就会持续不断的持续下去 这一个像素点就点垒电荷及外加交流方波的作用下就会持续不断的持续下去 这一个像素点就点 亮了 当一场周期结束 要让这个亮的像素点熄灭 地址电极就无能为力了 亮了 当一场周期结束 要让这个亮的像素点熄灭 地址电极就无能为力了 上面说过等离子屏上的活动图像的产生原理和上面说过等离子屏上的活动图像的产生原理和 CRTCRT 是相同的 即每秒显示是相同的 即每秒显示 5050 幅幅 图像 以场频图像 以场频 5050 赫兹 逐行扫描 赫兹 逐行扫描 2 2 级灰度的级灰度的 2 2 位图像显示为例 每一幅图位图像显示为例 每一幅图 像显示的时间是像显示的时间是 2020 毫秒 每一幅都是稳定静止的 在这毫秒 每一幅都是稳定静止的 在这 2020 毫秒期间 组成图毫秒期间 组成图 像的像素点的发光状态都是稳定不变的 在时间上 这像的像素点的发光状态都是稳定不变的 在时间上 这 2020 毫秒结束 即要转换毫秒结束 即要转换 到下一幅图像时 所有的像素点的放电腔体都要停止放电 各像素点的放电腔到下一幅图像时 所有的像素点的放电腔体都要停止放电 各像素点的放电腔 体在下一场图像信号的触发下放电 如果是黒电平就不放电 产生对应于下一体在下一场图像信号的触发下放电 如果是黒电平就不放电 产生对应于下一 场图像的亮度 这样在时间上一场一场的重复 这就有一个共同的规律 场图像的亮度 这样在时间上一场一场的重复 这就有一个共同的规律 一是 在空间上 组成一场图像的每一个子像素的放电腔体 一是 在空间上 组成一场图像的每一个子像素的放电腔体 A A 子像素 子像素 B B 子像子像 素 素 C C 子像素 子像素 D D 子像素子像素 都是同时开始放电 图 都是同时开始放电 图 1515 中的中的 C C 子像素是子像素是 黑电平 就无触发脉冲 并同时停止放电 图黑电平 就无触发脉冲 并同时停止放电 图 1515 中一场放电时间结束 红色虚中一场放电时间结束 红色虚 线标注位置 二是 在时间上 单个子像素放电腔体的每一个放电周期都是线标注位置 二是 在时间上 单个子像素放电腔体的每一个放电周期都是 开始由地址电极触发放电 周期的结束停止放电 图开始由地址电极触发放电 周期的结束停止放电 图 1515 所示 在每一个场周所示 在每一个场周 期的时间段都是在相同的时间位置开始由地址电极触发放电 在每一个场周期期的时间段都是在相同的时间位置开始由地址电极触发放电 在每一个场周期 的时间段都是在相同的时间位置停止放电熄灭 的时间段都是在相同的时间位置停止放电熄灭 图图 1515 等离子子像素放电腔体 从开始触发放电到放电结束 时间是一场时间 而且等离子子像素放电腔体 从开始触发放电到放电结束 时间是一场时间 而且 每一个场周期中开始触发放电到放电结束时间都是相同的 开始放电上一节每一个场周期中开始触发放电到放电结束时间都是相同的 开始放电上一节 已经谈到 由图像信号经过地址电极触发 我们就可以在每一个放电结束的时已经谈到 由图像信号经过地址电极触发 我们就可以在每一个放电结束的时 间在间在 X X Y Y 电极施加的方波信号上设置一个无方波的区段 类似于电极施加的方波信号上设置一个无方波的区段 类似于 CRTCRT 电视的场电视的场 扫描逆程期的消隐信号 放电到了这个区域扫描逆程期的消隐信号 放电到了这个区域 X X Y Y 电极的外加方波幅度为零 电极的外加方波幅度为零 放电就停止了 这样虽然能够使放电停止 但是这样并不能清除放电腔体内部放电就停止了 这样虽然能够使放电停止 但是这样并不能清除放电腔体内部 放电剩余的残留壁垒电荷 会影响下一场正常放电 为了使放电停止并能清放电剩余的残留壁垒电荷 会影响下一场正常放电 为了使放电停止并能清 除掉剩余的残留壁垒电荷 在这个无方波区域 设置一个壁垒电荷消隐脉冲除掉剩余的残留壁垒电荷 在这个无方波区域 设置一个壁垒电荷消隐脉冲 擦除脉冲 图 擦除脉冲 图 1616 所示 图中在放电停止的红色虚线部分的蓝色脉冲 则为所示 图中在放电停止的红色虚线部分的蓝色脉冲 则为 壁垒电荷擦除脉冲 该脉冲的幅度 宽度 上升的沿的斜坡 严格的定量设定 壁垒电荷擦除脉冲 该脉冲的幅度 宽度 上升的沿的斜坡 严格的定量设定 以在这个擦除脉冲出现时 产生的电荷量正好抵消掉腔体内部的壁垒电荷 调以在这个擦除脉冲出现时 产生的电荷量正好抵消掉腔体内部的壁垒电荷 调 整斜坡的斜率使之产生的能量正好抵消掉壁垒电荷的能量 使放电停止 发整斜坡的斜率使之产生的能量正好抵消掉壁垒电荷的能量 使放电停止 发 光熄灭 光熄灭 图图 1616 以上是简单的放电及控制放电的工作过程 这只是组成等离子屏 放电腔体工以上是简单的放电及控制放电的工作过程 这只是组成等离子屏 放电腔体工 作的简单原理 采用气体放电管作为图像显示等离子屏的子像素单元 起码在作的简单原理 采用气体放电管作为图像显示等离子屏的子像素单元 起码在 一个场周期的工作过程中有触发 维持放电 停止放电壁垒电荷清除这三个步一个场周期的工作过程中有触发 维持放电 停止放电壁垒电荷清除这三个步 骤 图骤 图 1515 图 图 1616 的驱动波形和实际的驱动波形 图的驱动波形和实际的驱动波形 图 1717 是实际的波形 还有很是实际的波形 还有很 大的差距 这些原理的理解才能为下一步的真实的大的差距 这些原理的理解才能为下一步的真实的 X X Y Y 地址电极的驱动信号 地址电极的驱动信号 图 图 1717 所示 的工作过程及功率驱动电路 逻辑电路的理解打下基础 基础原所示 的工作过程及功率驱动电路 逻辑电路的理解打下基础 基础原 理介绍完后 再详细分析图理介绍完后 再详细分析图 1717 的工作过程及驱动波形产生的原理 的工作过程及驱动波形产生的原理 图图 1717 等离子显示屏的构造原理及逻辑驱动电路 三 等离子子像素放电腔体的实际工作过程及驱动波形 等离子放电腔体的工作过程 上一部分介绍了组成等离子屏放电腔体的触发 连续放电 停止放电及清除壁 垒电荷的简单原理及过程 作为组成等离子屏的放电单元的工作过程除了有上述的 触发 连续放电 停 止放电及清除壁垒电荷 三个过程外 为了保证在图像信号能顺利的 灵敏的 触发放电 在触发放电这一过程之前增加了一个保证触发放电能顺利进行对放 电腔体进行一次预放电的管壁处理的 初始化 过程 有