《顯示技術(shù)》課件第5章

第5章等離子體顯示技術(shù)5.1等離子體的基本特征5.2等離子體顯示器5.3等離子體顯示屏的驅(qū)動與控制習(xí)題5

5.1等離子體的基本特征

物質(zhì)的固體、液體和氣體三態(tài),例如,將冰升溫至0℃會變成水,如果繼續(xù)使溫度上升至100℃,那么水就會沸騰成為水蒸氣,這就是物質(zhì)固態(tài)→液態(tài)→氣態(tài)三種物態(tài)的轉(zhuǎn)化過程。

那么對于氣態(tài)物質(zhì),溫度升至幾千度時(shí),將會有什么新變化呢?由于物質(zhì)分子熱運(yùn)動的加劇,相互間的碰撞就會使氣體分子產(chǎn)生電離,即原子的外層電子會擺脫原子核的束縛成為自由電子,而失去外層電子的原子變成帶電的離子;當(dāng)帶電粒子的比例超過一定程度時(shí),電離氣體凸現(xiàn)出明顯的電磁性質(zhì);當(dāng)電離度達(dá)到一定程度時(shí),就會出現(xiàn)放電現(xiàn)象,此時(shí)的氣體表現(xiàn)出導(dǎo)電性。氣體電離后,整體仍表現(xiàn)出電中性,這是因?yàn)殡婋x氣體內(nèi)正負(fù)電荷的數(shù)量是相等的,這些電離產(chǎn)生的正負(fù)電荷統(tǒng)稱為等離子體(Plasma),如圖5－1所示。由于氣體在等

離子體狀態(tài)下具有放電特性,因而廣泛用于照明器具和顯示器件中。圖5－1等離子———物質(zhì)第四態(tài)

5.1.1等離子體的概念

所謂等離子體,指的是分子、原子及被電離后產(chǎn)生的正負(fù)電子組成的氣體狀物質(zhì),是一種擁有離子、電子和核心粒子的不帶電的離子化物質(zhì)。它包括有大量的離子和電子,如圖5－2所示,是電的最佳導(dǎo)體,而且它會受到磁場的影響。當(dāng)溫度高時(shí),電子便會從核心粒子中分離出來。圖5－2等離子體示意圖

這種差別主要表現(xiàn)在:

①等離子體從整體上可以看做一種導(dǎo)電流體;

②氣體分子間并不存在凈電磁力,而等離子體中電離氣體帶電粒子間存在庫侖力,由此會導(dǎo)致帶電粒子群的種種集體行為,如等離子體振蕩和等離子體輻射等。

等離子體的狀態(tài)主要取決于它的組成粒子、粒子密度和粒子溫度。其中粒子密度和粒子溫度是描述等離子體特性的最重要的基本參量。

1)粒子密度和電離度

如前所述,組成等離子體的基本成分是電子、離子和中性粒子。通常分別用ne、ni和ng

來表示等離子體內(nèi)的電子密度、粒子密度和未電離的中性粒子密度,而當(dāng)ne=ni時(shí),則可用n來表示二者中任一個帶電粒子的密度。然而,一般等離子體中可能含有不同價(jià)態(tài)的離子,也可能含有不同種類的中性粒子,因此電子密度與粒子密度不一定總是相等的。對于主要是一階電離和含有同一類中性粒子的等離子體,可以認(rèn)為ne≈ni

。對于這種情形,電離度定義為

2)電子溫度和粒子溫度

由于等離子體內(nèi)不止一種粒子,而且通常不一定有合適的形成條件和足夠的持續(xù)時(shí)間來使各種不同的粒子達(dá)到統(tǒng)一的熱平衡條件,因此,不能用一個統(tǒng)一的溫度來對等離子體進(jìn)行描述。根據(jù)彈性碰撞理論,離子-離子、電子-電子等同類粒子間的碰撞頻率遠(yuǎn)大于離子-電子間的碰撞頻率,而且同類粒子的質(zhì)量相同,碰撞時(shí)能量交換最有效。顯然,等離子體內(nèi)部應(yīng)當(dāng)是每一種粒子各自先行達(dá)到自身的熱平衡態(tài)。相比較而言,電子的質(zhì)量最輕,達(dá)到熱平衡態(tài)的過程也進(jìn)行得較快。所以,等離子體的溫度必須用不同的粒子溫度加以描述。

通常,分別用Te、Ti

和Tg來表示等離子體的電子溫度、離子溫度和中性粒子溫度。當(dāng)Te=Ti

時(shí),稱這種情況為熱平衡等離子體,這類等離子體不僅比電子溫度高,比重粒子溫度也高,因此,也叫高溫等離子體。當(dāng)Te?Ti

時(shí),則稱其為非平衡態(tài)的等離子體。盡管這種等離子體的電子溫度高達(dá)104K以上,但離子和原子之類的重粒子體溫度卻低到300~500K,因此按照其重粒子體溫度的特點(diǎn)也將其叫做低溫等離子體。

等離子體還是一種具有集體效應(yīng)的混合氣體。中性氣體中粒子的相互作用是粒子間的頻繁碰撞,兩個粒子只有在碰撞的瞬間才有相互作用,除此之外沒有相互作用。而等離子

體中帶電粒子之間的相互作用是長程庫侖力作用,體系內(nèi)的多個帶電粒子均同時(shí)且持續(xù)地參與作用,任何帶電粒子的運(yùn)動狀態(tài)均受到其他帶電粒子(包括近處和遠(yuǎn)處)的影響。另外,帶電粒子的運(yùn)動可以形成局部的電荷集中,從而產(chǎn)生電場,帶電粒子的運(yùn)動也可以產(chǎn)生電流,從而產(chǎn)生磁場,這些電磁場又會影響其他帶電粒子的運(yùn)動。

5.1.2等離子體的發(fā)光機(jī)理

我們拿一個放大鏡去近距離觀察等離子體顯示屏,會發(fā)現(xiàn)等離子體顯示屏和普通的CRT顯像管一樣,是由一個個紅、綠、藍(lán)的小發(fā)光點(diǎn)排列組成的。對于CRT顯像管,其顯

示屏上的紅、綠、藍(lán)發(fā)光點(diǎn)是排列的紅、綠、藍(lán)熒光粉在顯像管內(nèi)部電子槍射出的高速電子流轟擊下發(fā)光,并組成圖像。而對于等離子體顯示屏,這一個個紅、綠、藍(lán)發(fā)光點(diǎn)是類似

于我們常用的日光燈管構(gòu)造的發(fā)光體,也就是說,等離子體顯示屏就是千千萬萬個微型的“日光燈管”組合排列組成的。圖5－3給出了等離子體顯示屏結(jié)構(gòu)示意圖。圖5－3等離子體顯示屏結(jié)構(gòu)示意圖圖5－4日光燈管發(fā)光原理

在了解等離子體顯示器的原理之前,我們首先了解一下日光燈的發(fā)光原理。如圖5－4所示,日光燈管中充入水銀,管壁上所見的白色粉末為熒光粉。通電之后,管內(nèi)的燈絲因

為電阻產(chǎn)生熱,提供能量讓電子逸出。此時(shí),管內(nèi)的水銀變?yōu)樗y蒸氣,彌漫在電子行經(jīng)的路徑上,部分電子會和水銀產(chǎn)生碰撞,將汞原子中的電子由較低的能階激發(fā)到較高的能階,而這些具有較高能量的電子由高能階掉下來的同時(shí),會將能量以紫外線(UV)的形式放出來,這些紫外線的能量會被涂布在管壁上的熒光物質(zhì)吸收,進(jìn)而產(chǎn)生可見光。所涂的熒光物質(zhì)不同,產(chǎn)生的顏色也不同。

以充有NeXe混合氣體的ACPDP為例,結(jié)合圖5－5所示的等離子體發(fā)光單元的發(fā)光原理圖,具體分析一下等離子體發(fā)光的兩個基本過程。圖5－5等離子體發(fā)光單元的發(fā)光原理

(1)氣體放電過程,即惰性氣體在外加電信號的作用下產(chǎn)生放電效應(yīng),使原子受激躍遷,發(fā)射出真空紫外線(波長小于200nm)的過程。

NeXe混合氣體在一定外部電壓作用下產(chǎn)生氣體放電時(shí),氣體內(nèi)部最主要的反應(yīng)是Ne原子的直接電離反應(yīng),即

e+Ne=Ne-+2e-(電子碰撞電離)(5－1)

其中,Ne-為氖離子。由于受到外部條件或引火單元激發(fā),氣體內(nèi)部已存在少量的放電粒子。其中電子被極間電場加速并達(dá)到一定動能時(shí)碰撞Ne原子,使其電離而導(dǎo)致氣體內(nèi)部的自由電子增殖,同時(shí)又重復(fù)式(5－1)反應(yīng)致使形成電離雪崩效應(yīng)。

這種電離雪崩過程中會大量產(chǎn)生如式(5－1)、式(5－2)、式(5－3)所示的兩體碰撞反應(yīng),即

其中,Ne+表示Ne的激發(fā)態(tài),Nem為Ne的亞穩(wěn)激發(fā)態(tài)。由于Nem的亞穩(wěn)能級(16.62eV)大于Xe的電離能(12.127eV),因此,亞穩(wěn)原子Nem與Xe原子的碰撞過程為

人們稱此為潘寧電離反應(yīng)。這種反應(yīng)產(chǎn)生的概率極高,從而提高了氣體的電離截面,加速了Nem的消失和Xe原子的電離雪崩。

與此同時(shí),被加速后的電子也會與Xe+發(fā)生碰撞。碰撞符合后,激發(fā)態(tài)Xe**原子的外圍電子,由較高能級躍遷到較低能級,產(chǎn)生碰撞躍遷,即

Xe原子2P5、2P6能級的激發(fā)態(tài)Xe**2P2或2P6很不穩(wěn)定,極易由較高能級躍遷到極低能級,產(chǎn)生逐級躍遷,即

Xe*(1S5)與周圍的分子相互碰撞,發(fā)生能量轉(zhuǎn)移,但并不產(chǎn)生輻射,即發(fā)生碰撞轉(zhuǎn)移:

其中,1S4是原子Xe的諧振激發(fā)能級。Xe原子能級的激發(fā)態(tài)躍遷到Xe的基態(tài)時(shí),就發(fā)生共振躍遷,產(chǎn)生使PDP放電發(fā)光的147nm紫外光,即

(2)熒光粉發(fā)光過程,即氣體放電所產(chǎn)生的紫外線激發(fā)光致熒光粉發(fā)射可見光的過程。

由于147nm的真空紫外光能量大,發(fā)光強(qiáng)度高,所以彩色PDP激發(fā)紅、綠、藍(lán)熒光粉發(fā)光,得到三基色,從而實(shí)現(xiàn)彩色顯示。這種發(fā)光被稱為光致發(fā)光。真空紫外光激發(fā)熒光粉的發(fā)光過程如圖5－6所示。圖5－6熒光粉的發(fā)光過程

5.2等離子體顯示器

等離子體顯示器(PlasmaDisplayPanel,PDP)是采用等離子平面屏幕技術(shù)的新一代顯示設(shè)備,目前市場上銷售的產(chǎn)品有兩種類型,一種是等離子體顯示屏,另一種是等離子體電視。兩者在本質(zhì)上沒有太大的區(qū)別,唯一的區(qū)別是有沒有內(nèi)置電視接收調(diào)諧器。

5.2.1PDP的分類與特點(diǎn)

PDP是由氣體放電體作為像素單元組成的顯示屏,由前后兩塊平板玻璃組成,其間置有障壁隔離并使之平行,四周用低熔點(diǎn)玻璃密封,中間充以氣體(Ne、Xe等惰性氣體),電極間施加一定幅度的電壓,就會引起氣體擊穿產(chǎn)生放電。

單色PDP通常直接利用氣體放電發(fā)出的可見光來實(shí)現(xiàn)單色顯示。放電氣體一般選擇純氖氣(Ne)或氖氬(Ne-Ar)混合氣體。彩色PDP則通過氣體放電產(chǎn)生的真空紫外線(VUV)照射紅、綠、藍(lán)三基色熒光粉,使熒光粉發(fā)光實(shí)現(xiàn)彩色顯示。其放電氣體一般選擇含氙的稀有混合氣體,比如氖氙混合氣體(Ne-Xe)、氦氙混合氣體(He-Xe)或氦氖氙混合

氣體(He-Ne-Xe)。

PDP按工作方式的不同,分為電極與氣體直接接觸的直流型(DC-PDP)和電極用覆蓋介質(zhì)層與氣體相隔離的交流型(AC-PDP)兩大類。目前研究較多的以交流型為主。交流型

依據(jù)電極結(jié)構(gòu)又可分為二電極對向放電式(ColumnDischarge)和三電極表面放電式(SurfaceDischarge)兩種結(jié)構(gòu)。

表面放電型結(jié)構(gòu)有多種。典型的三電極表面放電型ACPDP的顯示電極(包括透明電極和匯流電流)制作在前基板上,尋址電極制作在后基板上并與顯示電極正交,一對顯示電極與一條尋址電極的交叉區(qū)域就是一個放電單元,維持放電在兩組顯示電極間進(jìn)行。圖5－7給出了三種典型的放電結(jié)構(gòu)單元。圖5－7三種典型的放電結(jié)構(gòu)單元

5.2.2等離子體顯示屏的顯像原理

等離子體顯示屏是由許多的CELL組成的。為了能在圖像信號的控制下產(chǎn)生明暗變化的光點(diǎn),最終形成圖像,組成等離子體顯示屏的小小“日光燈管”內(nèi)部就有三個電極:兩個外加電壓維持放電發(fā)光的電極叫放電維持電極或X、Y電

極,接較高的脈沖放電電壓;另一個是控制放電以便達(dá)到發(fā)光和熄滅的電極叫尋址電極或A電極,接收經(jīng)過處理的圖像信號,如圖5－8所示。圖5－8等離子體顯示屏結(jié)構(gòu)圖

X電極:也叫維持電極,主要就是和Y電極共同形成維持期,波形簡單,是放電維持電極。

Y電極:也是維持電極,但還承擔(dān)著全屏寫、建立壁電荷、和X電極共同形成維持期等任務(wù),波形較復(fù)雜。

尋址電極:本質(zhì)是一個數(shù)據(jù)輸入的電極,正是在它的作用下,控制X、Y電極放電的產(chǎn)生,達(dá)到控制像素點(diǎn)發(fā)光亮度的目的,類似于CRT顯像管陰極的作用,所施加的就是經(jīng)過處理的圖像信號。

為了降低放電時(shí)的點(diǎn)火電壓,根據(jù)PDP的工作原理,通常均采用圖5－8中的三電極結(jié)構(gòu),下面以ACPDP為例,具體說明其工作放電的過程。圖5－9給出了ACPDP的三電極放電步驟圖,其基本步驟如下:

(1)在X電極加正脈沖之后,Y電極加擦除脈沖進(jìn)行全屏擦除,使X電極表面帶正壁電荷,為之后將出現(xiàn)的大脈沖作電壓增強(qiáng)準(zhǔn)備。

(2)X電極加書寫脈沖作全屏寫操作,使X對Y、X對A電極放電,全屏點(diǎn)亮。

(3)壁電荷調(diào)整。Y電極依次加一正一負(fù)兩個脈沖,該過程通常安排得稍長,以使調(diào)整后的壁電荷趨于穩(wěn)定。

(4)利用Y電極從0~180V緩慢變化的正脈沖,使氣體逐漸放電,擦除Y電極一部分正的壁電荷,并達(dá)到預(yù)定的電荷量。

(5)寫顯示數(shù)據(jù)。這時(shí)X電極加55V正脈沖,以抵消擦除過程中所剩的負(fù)壁電荷的作用,使其參與暗放電;對于被選而需作寫操作的Y電極加幅度為180V的負(fù)脈沖,未被選擇的Y電極則加-80V的電壓,而A電極此時(shí)只需加65V的電壓。圖5－9ACPDP的三電極放電步驟圖

由上可見,在同一維護(hù)電壓下,每個單元既可以處于著火也可以處于熄火狀態(tài),只要由邏輯電路對選址點(diǎn)加上書寫或擦除脈沖就可改變其狀態(tài),不必像陰極射線管那樣以幀頻

不斷予以刷新。這里僅需加一次控制脈沖就可以將狀態(tài)自行“記憶”或“存儲”,這是ACPDP的突出優(yōu)點(diǎn)。

如果停止已放電單元的放電,可在維持脈沖之前加入一個擦除脈沖,它產(chǎn)生一個弱放電,抵消原來存在介質(zhì)表面的電荷。此時(shí),放電單元已不能產(chǎn)生足夠的新的壁電荷,維持電壓倒相后沒有足夠的壁電荷電場與之相加,放電就不能繼續(xù)發(fā)生,轉(zhuǎn)入熄火狀態(tài)。所以,ACPDP的像素在書寫脈沖和擦除脈沖的作用下分別進(jìn)入放電和熄火狀態(tài)以后,僅在維持脈沖的作用下就能保持原有的放電和熄火狀態(tài),直到下次改寫的脈沖到來為止。圖5－10給出了ACPDP的擦寫工作原理圖。圖5－10ACPDP的擦寫工作原理圖

現(xiàn)在的等離子體顯示屏都是彩色顯示屏,每一個像素單元是由三個類似于“日光燈管”的氣體放電體組成的,在三個放電腔體內(nèi)表面分別涂敷紅、綠、藍(lán)熒光粉組成一個像素的三色體單元,如圖5－11所示。通常等離子體發(fā)出的紫外光是不可見光,但涂在顯示單元中的紅、綠、藍(lán)三種熒光粉受到紫外線轟擊時(shí),會產(chǎn)生紅、綠和藍(lán)的顏色。改變?nèi)N顏色光的合成比例就可以得到任意的顏色,這樣等離子體顯示屏就可以顯示彩色圖像。圖5－11彩色等離子體顯示單元

5.2.3典型等離子體顯示器的物理結(jié)構(gòu)

彩色PDP一般為表面放電式ACPDP,其結(jié)構(gòu)如圖5－12所示。從圖中可以看出,PDP顯示屏由前后兩塊玻璃基板組成。圖5－12表面放電型彩色PDP顯示屏結(jié)構(gòu)示意圖

前玻璃基板包括:

①前玻璃,起保護(hù)和透光作用;

②掃描電極和維持電極,用以形成水平掃描;

③絕緣層,起絕緣作用。

后玻璃基板包括:

①后玻璃,起保護(hù)作用;

②尋址地址,即數(shù)據(jù)電極,選擇發(fā)光單元的地址;

③反射層,增加正面的光亮度;

④熒光粉層,R、G、B三基色熒光粉依次相同,能吸收紫外光而發(fā)出R、G、B三基色光;

⑤障壁,起分隔放電區(qū)和防止串光的作用。

實(shí)際的PDP顯示屏就是由許許多多的X、Y和A電極所形成的無數(shù)個像素構(gòu)成發(fā)光單元的。比如,一個分辨率為852×480的三電極表面放電式彩色PDP中,就存在852×3=

2556根尋址電極,480根X電極和480根Y電極,共存在852×3×480=1226880個由微小放電單元構(gòu)成的紅、綠、藍(lán)色子像素。彩色PDP顯示屏的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5－13所示,

水平方向從左邊引出的是480根Y電極,從右邊引出的是480根X電極,其中,X電極全部短接在一起,與每一對X、Y電極間隔排列的水平方向的粗線就是上面所說的黑色介質(zhì)

條,水平方向的電極和介質(zhì)條都制作在后玻璃基板的上面,

垂直方向引出的是2556根A電極,由于A電極引出線密度很大,為了減少與電路板對接時(shí)的對位困難,將奇數(shù)A電極從屏的上邊引出,偶數(shù)A電極從屏的下邊引出。圖中,豎直的粗線條代表了上面所說的障壁,A電極和障壁制作在前玻璃基板的下面。

圖5－13分辨率為852×480的彩色PDP顯示屏結(jié)構(gòu)示意圖

5.3等離子體顯示屏的驅(qū)動與控制

等離子體顯示屏的顯示方法與其他顯示屏有極大區(qū)別,有關(guān)電路結(jié)構(gòu)和功能也有重大差異。本節(jié)從最常用的尋址與顯示分離(ADS)的基本驅(qū)動原理出發(fā),論述等離子體顯示屏實(shí)現(xiàn)灰度顯示的方法及彩色PDP的電路組成。

5.3.1等離子體顯示屏的驅(qū)動原理概述

ADS(AddressandDisplaySeparation)工作方式也就是選址和顯示分離方式,是目前最常用的驅(qū)動方法之一。圖5－14所示為ADS工作方式在每一場內(nèi)加在顯示屏各電極上的具體的工作波形。圖514彩色PDP的ADS方式驅(qū)動波形

從圖5－14可以看出,ADS工作方式在每子場內(nèi)的工作主要分為三個階段,分別是初始化準(zhǔn)備期、尋址期及維持期。

1.初始化準(zhǔn)備期

初始化準(zhǔn)備期的主要目的是消除上一子場在單元內(nèi)產(chǎn)生的壁電荷,使各單元具有相同的初始狀態(tài)。

每子場的初始化階段又分為三個階段。首先是在X電極上施加一高電壓正脈沖,幅度遠(yuǎn)高于X、Y電極間的著火電壓,使顯示板上所有的單元不論內(nèi)部有無壁電荷均能產(chǎn)生一次強(qiáng)烈的放電,放電產(chǎn)生大量的壁電荷。通過放電,消除各單元間壁電荷的不均勻性。

第二個階段是對在自放電過程中沒有消除的壁電荷進(jìn)行放大。自放電后,在X電極上積累的是電子,Y電極上積累的是正離子。為了對壁電荷數(shù)量進(jìn)行放大后消除,在自放電后,Y電極上施加一正脈沖,使有壁電荷的單元產(chǎn)生一次放電,已無壁電荷的單元將不再放電,從而不再產(chǎn)生新的壁電荷。然后,在Y電極上再施加一個負(fù)脈沖,使壁電壓極性轉(zhuǎn)向。

第三個階段是消除第二個階段產(chǎn)生的壁電荷,以確保下一步選址時(shí)單元內(nèi)的壁電荷對選址不至于造成影響。消除單元內(nèi)的壁電荷的方法是在所有的Y電極上施加一個幅度逐漸

上升的斜坡脈沖。斜坡脈沖的作用是不論單元內(nèi)壁電壓的幅值是多少,一旦壁電壓的幅值與斜坡脈沖某一位置的幅值相加大于或等于氣體的著火電壓,單元就放電;放電后,原壁電荷的數(shù)量減少,減少到一定程度后,放電熄火。隨著斜坡脈沖幅度的緩慢上升,一旦滿足放電條件,再發(fā)生一次弱放電,直至斜坡脈沖達(dá)到最大時(shí)為止。由上述分析可知,斜坡脈沖的施加,可以通過一系列的弱放電逐漸消除單元內(nèi)的壁電荷,最后達(dá)到斜坡脈沖的最大幅值與單元內(nèi)的殘留壁電壓之和小于著火電壓。

2.尋址期

尋址期采取每次一行的選址方式,掃描由Y電極進(jìn)行,掃描到某一Y行時(shí),在該行Y電極上施加一負(fù)電壓脈沖,所有需選址單元對應(yīng)的A電極同時(shí)施加一正的選址脈沖,使需選址單元放電。由于選址階段X電極加一正電壓,所以選址單元放電產(chǎn)生的壁電荷可以積累在單元內(nèi)的X、Y電極表面的介質(zhì)上,產(chǎn)生壁電壓。所有行均掃描結(jié)束后,全屏同時(shí)進(jìn)入維持過程,使本場已選址的單元在維持電壓的作用下放電,實(shí)現(xiàn)顯示目的。

3.維持期

尋址完成后,進(jìn)入維持期。該階段是在X、Y電極間進(jìn)行的,維持的第一個脈沖必須與尋址單元內(nèi)的壁電壓的極性相同,且滿足維持電壓規(guī)定的條件,以確保所加維持脈沖的

幅度和壁電壓之和大于X、Y電極間的著火電壓,產(chǎn)生用于顯示的放電。一子場結(jié)束后,進(jìn)入下一子場,直至一場結(jié)束,進(jìn)入下一場,重復(fù)上述過程,實(shí)現(xiàn)灰度顯示。隨著放電的進(jìn)行,單元內(nèi)的壁電荷逐漸減少,直到無壁電壓,最后過渡到反向積累,到放電結(jié)束時(shí),壁電壓的極性與放電之前極性相反。

下一個極性相反的脈沖到來時(shí)與上一脈沖剛好極性相反。因此,第二個脈沖到來后,剛好與上一次放電產(chǎn)生的壁電壓極性相同,相加大于著火電壓,再一次放電。所以在維持階段,X、Y電極上施加的必須是雙極性脈沖,同時(shí),為了不誤寫,維持電壓必須小于著火電壓。

模擬式圖像信號由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成8位數(shù)字信號流以后,可以很方便地和這種8個副場的掃描方式配合起來。以亮度信號為例,以1為亮,以0為暗時(shí),當(dāng)8位數(shù)字中只有

最低位為1即00000001時(shí),亮度最低為1;次低位為1時(shí)即00000010時(shí),亮度為2,而只有最高位為1即10000000時(shí),亮度為128級,其余類推。而8個副場中,第1副場發(fā)光時(shí)

間最短,正好與最低位數(shù)據(jù)相符,第二副場發(fā)光時(shí)間為2,正好與次低位數(shù)據(jù)相符,第8副場發(fā)光時(shí)間最長,正好與最高位數(shù)據(jù)相符,因此以8位數(shù)字圖像信號和8個副場掃描系統(tǒng)相配合,就能發(fā)揮等離子體顯示屏的特點(diǎn),以簡單直接的方式實(shí)現(xiàn)每個像元的灰度顯示,從而完成圖像的再現(xiàn)。

從圖5－15中8個副場中黑色驅(qū)動的成比例寬度變化能夠看到二進(jìn)制位數(shù)與副場點(diǎn)亮?xí)r間的關(guān)系。圖中以黑色表示,是因?yàn)榘咨y于有清楚的圖示表達(dá)。

圖5－15用ADS實(shí)現(xiàn)256級灰度的子場分配方法

5.3.2等離子體顯示器的電路組成

如圖5－16所示,等離子體顯示器主要由接口電路、存儲控制電路、高壓驅(qū)動電路、DC/DC轉(zhuǎn)換電路和顯示屏等組成。圖5－16等離子體顯示器的電路方框圖

1.接口電路

接口電路是PDP與有關(guān)輸入信號的銜接部件,用來提供針對各種信號源的界面,例如對標(biāo)準(zhǔn)的VGA信號,NTSC、PAL等制式的電視信號,S-Video信號等,將各種模擬的視

頻輸入信號進(jìn)行解碼和數(shù)字化,并進(jìn)行必要的格式變換等預(yù)處理工作,為PDP的驅(qū)動控制電路提供分辨率與顯示屏相同的、刷新頻率固定的數(shù)字圖像信號,以及必要的同步、消隱、

時(shí)鐘等信號。這幾種信號是PDP正常工作中不可缺少的圖像信號和控制信號。在數(shù)字化過程中,還要使采樣時(shí)鐘與行同步信號同步,以使圖像的每行采樣點(diǎn)的采樣時(shí)刻相一致,避

免在PDP上顯示的圖像扭動。接口電路的組成如圖5－17所示。圖5－17接口電路的組成

2.存儲控制電路

存儲控制電路是PDP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的核心,它將接口部分送來的數(shù)字圖像信號進(jìn)行必要的處理。圖5－18中,存儲控制電路由兩部分組成,虛線框內(nèi)為數(shù)據(jù)整理部分,主要完

成對輸入數(shù)據(jù)的整理、合并工作。它向PDP的驅(qū)動器提供其所需的顯示數(shù)據(jù)信號。首先從接口電路中采入數(shù)據(jù),采集數(shù)據(jù)的同時(shí)需根據(jù)場同步、行同步、消隱信號等采入有效數(shù)據(jù)信號。然后經(jīng)過緩存,按照8421碼分離子場,寫入場存儲器RAM。數(shù)據(jù)寫入RAM時(shí),合理分配地址,并產(chǎn)生RAM所需的控制信號。數(shù)據(jù)從RAM讀出時(shí),要分子場讀,并且讀出

的數(shù)據(jù)需符合A電極高壓驅(qū)動芯片傳送格式的數(shù)據(jù)形式,通過FIFO傳送給驅(qū)動芯片,使數(shù)據(jù)正確地加到尋址電極上。圖5－18存儲控制電路圖

我們以ACPDP為例,重點(diǎn)考慮其兩個主要特點(diǎn):①顯示屏上電極的特殊排列方式;②ACPDP所采用的尋址/顯示分離型子場技術(shù)(ADS)。子場技術(shù)在ACPDP中起著關(guān)鍵作用,人眼對它的亮度感覺不僅僅取決于其發(fā)光強(qiáng)度,還與該發(fā)光體點(diǎn)亮的時(shí)間有關(guān)。在一定時(shí)間范圍內(nèi),人眼對它的亮度感覺呈現(xiàn)出一種類似于積分的效果。因而,要區(qū)分亮度,不僅僅可以采用調(diào)節(jié)振幅的方式,還可以根據(jù)人眼的以上特征,使用脈沖寬度和脈沖個數(shù)來區(qū)分亮度,即在一定的時(shí)間間隔內(nèi),脈沖寬度越大或脈沖個數(shù)越多,人眼的亮度感覺越強(qiáng)。對于ACPDP,由于其顯示單元固有的存儲性,利用脈沖個數(shù)即可以達(dá)到區(qū)分亮度的目標(biāo)。

按照子場法,通過下面的公式可以計(jì)算出這個像素在一場中的顯示時(shí)間為

其中,T為單元顯示時(shí)間。一個像素在一場中的顯示時(shí)間可以由其在每一個子場中的顯示時(shí)間求和而得,

在選擇電路方案時(shí),主要應(yīng)考慮以下幾個因素的限制:

(1)RAM速度的限制。考慮到價(jià)格等方面的因素,選用的是動態(tài)RAM(DRAM)。DRAM的存取時(shí)間較靜態(tài)RAM(SRAM)的長,一般都在幾十ns以上。當(dāng)采用較典型的80ns存取時(shí)間的指標(biāo)來設(shè)計(jì)電路時(shí),由于輸入數(shù)據(jù)的頻率較快,達(dá)25.175MHz,即約每隔40ns就到達(dá)一組數(shù)據(jù),這樣就產(chǎn)生了高速的數(shù)據(jù)輸入和低速的數(shù)據(jù)輸出的矛盾。要解決這個矛盾,就要增加電路中的數(shù)據(jù)緩存量,即以空間換取時(shí)間。因而,電路中要提供較多數(shù)量的觸發(fā)器。就整個電路來說,光是緩存部分就需要3000個以上觸發(fā)器。

(2)要盡量提高PDP的亮度。PDP的亮度決定于維持期的長度,只能減少尋址時(shí)間,也就是要在盡量短的時(shí)間內(nèi)把一場或一個子場的數(shù)據(jù)讀出來?，F(xiàn)在,RAM的存取時(shí)間是

一定的,要增加讀出的數(shù)據(jù)量,只能采取一次對若干片RAM同時(shí)讀的方式。上面的這個要求反映在電路上就是要有大量的輸入/輸出引腳,以數(shù)據(jù)輸出電路來說,僅數(shù)據(jù)I/O引腳就達(dá)124個(64個為輸入引腳,60個為輸出引腳)。

(3)驅(qū)動器電路的速度限制。這些驅(qū)動芯片是四通道串行到并行推挽式驅(qū)動器,每一個通道的數(shù)據(jù)輸入速率只有10MHz,這是整個電路在速度上的瓶頸。在選擇電路方案時(shí),

不能不考慮這一速度瓶頸的限制。

3.高壓驅(qū)動電路

高壓驅(qū)動電路是直接與PDP顯示屏相連接的電路,包括尋址驅(qū)動電路、掃描驅(qū)動電路和維持驅(qū)動電路等。高壓驅(qū)動電路在控制電路送來的TTL電平的驅(qū)動信號的控制下,產(chǎn)生PDP的準(zhǔn)備期、尋址期和維持發(fā)光期所需要的各種高壓脈沖,使PDP根據(jù)輸入的顯示數(shù)據(jù)來顯示圖像。驅(qū)動電路是彩色PDP電路中最重要的電路,驅(qū)動電路的構(gòu)成方式又決定

了驅(qū)動控制的原理及控制波形,驅(qū)動電路的好壞直接影響著顯示器的顯示性能。

彩色PDP的驅(qū)動電路包括尋址電極(又稱為A電極或選址電極)驅(qū)動電路、維持電極(又稱為X電極)驅(qū)動電路和掃描電極(又稱為Y電極)驅(qū)動電路。其中,Y電極驅(qū)動電路和A電極驅(qū)動電路中除了用到分立的功率器件外,還用到了高壓集成驅(qū)動電路。

下面分別對PDP的三電極驅(qū)動電路作一詳細(xì)介紹。

1)尋址電極

如圖5－19中所示,左邊虛線框內(nèi)的電路是尋址電極驅(qū)動的供電電路,為尋址電極的所有驅(qū)動電路所公用,右邊虛線框內(nèi)的電路是尋址驅(qū)動電路的一個高壓輸出端。尋址電極

工作時(shí)需要的電壓有Ua

和Uaw

兩種。因此,在電路實(shí)現(xiàn)時(shí),采用了自舉電路,使用一組電源來產(chǎn)生兩種電壓輸出,減少了電源數(shù)目。圖5－19尋址電極驅(qū)動電路示意圖

電路工作時(shí),電容C1

兩端的電壓為穩(wěn)壓管VD2的擊穿電壓Ud

,在尋址期,接通S2,斷開S1,則左邊虛線框內(nèi)電路的輸出電壓為Ua

;在非尋址期,斷開S2,接通S1,該電路的輸出為Uaw=Ua

+Ud

。在驅(qū)動電路中,接通S3,斷開S4,則在A電極上所加的電壓為Ua或Uaw;接通S4,斷開S3

,則A電極所加的電壓為0V。圖中的開關(guān)實(shí)際上為OSFET,它具有良好的開關(guān)特性,導(dǎo)通電阻小,輸出功率大,對應(yīng)的電路示意圖如圖5－20所示。

圖5－20使用MOSFET構(gòu)成的尋址電極驅(qū)動電路

尋址電極驅(qū)動電路的控制信號如圖5－21所示,其中,S

1、S2、S4電平為高表示對應(yīng)的開關(guān)導(dǎo)通,為低則表示開關(guān)截止;S3

反之。PC和BLK是尋址驅(qū)動電路的控制信號,它

們可以控制驅(qū)動電路的輸出為全高、全低或者按照鎖存數(shù)據(jù)輸出。圖5－21尋址電極驅(qū)動電路的控制信號

2)X電極

由于PDP為容性負(fù)載,當(dāng)給其加高壓脈沖Us

時(shí),會在屏電容Cp上存儲CU2p/2的能量。當(dāng)高壓回零時(shí),如果將這一部分能量直接通過開關(guān)管接地釋放掉,則這部分能量就通

過開關(guān)管的內(nèi)阻以熱能的形式消耗掉了,這是十分不利的。能量恢復(fù)電路就是將PDP的屏電容的充放電通過一個輔助電感來進(jìn)行,用一個輔助電容(如圖5－22中的C11)來不斷地回收和釋放部分能量,而不是簡單地通過大功率開關(guān)管的導(dǎo)通電阻進(jìn)行損耗性放電。圖5－22X電極驅(qū)動電路示意圖

圖5－23中的S11~S17

代表7個開關(guān)管,實(shí)