张钜老师上午课件PDPandLCD

1、液 晶 电 视与等 离 子 电 视彩 色 电 视 新 技 术 讲 座彩 色 电 视 新 技 术 讲 座等 离 子 电 视液 晶 电 视液 晶 电 视与等 离 子 电 视液晶电视与等离子电视- - 彩色电视新技术讲座彩色电视新技术讲座之三之三液晶的基本知识液晶的基本知识液晶显示器液晶显示器液晶电视机液晶电视机Liquid Crystal Television液晶液晶（液态晶体的简称）（液态晶体的简称） 处于液态和晶态之间的中间态的一种物质处于液态和晶态之间的中间态的一种物质1888年，奥地利植物学家莱尼茨尔（年，奥地利植物学家莱尼茨尔（F.Reinitzer）首先）首先发现了发现了液晶液晶196

2、8年，美国年，美国RCA公司海麦尔（公司海麦尔（G.H.Heilmeier）首先）首先发现了发现了液晶的电光效应液晶的电光效应液晶外观是流动的混浊液体，同时又具有液晶外观是流动的混浊液体，同时又具有光学各向异性光学各向异性 晶体所特有的晶体所特有的双折射特性双折射特性1973年日本年日本SHARP公司制造出世界上第一个公司制造出世界上第一个液晶显示液晶显示器件器件（LCD： Liquid Crystal Device）（1）热致液晶热致液晶（2）溶致液晶溶致液晶在一定的温度范围内才呈现液晶态的物质在一定的温度范围内才呈现液晶态的物质将某些物质溶于另一种物质时形成的液晶态物质将某些物质溶于另一种

3、物质时形成的液晶态物质溶致液晶溶致液晶广泛存在于自然界，特别是生物体内。广泛存在于自然界，特别是生物体内。 很多生物体的构造，例如大脑、神经、肌肉、血液很多生物体的构造，例如大脑、神经、肌肉、血液等生命的新陈代谢、知觉、信息传递等生命现象都等生命的新陈代谢、知觉、信息传递等生命现象都与溶致液晶有关与溶致液晶有关溶致液晶在显示技术中尚无应用溶致液晶在显示技术中尚无应用热致液晶热致液晶溶致液晶溶致液晶液晶分子液晶分子呈二维有序性：分子排列成层状，层内分子长呈二维有序性：分子排列成层状，层内分子长轴彼此平行而与层面垂直或相交，重心位于同一平面内，轴彼此平行而与层面垂直或相交，重心位于同一平面内，同一

4、层内分子间距没有规则性，分子层相互堆砌，分子同一层内分子间距没有规则性，分子层相互堆砌，分子只能在层内运动而不能层间运动只能在层内运动而不能层间运动近晶型近晶型液晶的粘度与表面张力都较大，对外界磁场、温液晶的粘度与表面张力都较大，对外界磁场、温度变化不敏感。度变化不敏感。液晶分子液晶分子只有一维有序：分子长轴彼此平行但分子重心只有一维有序：分子长轴彼此平行但分子重心分布无序、不分层，分子可以自由流动，分子在空间排分布无序、不分层，分子可以自由流动，分子在空间排列成线状，始终平行某一方向列成线状，始终平行某一方向向列型液晶向列型液晶流动性最大；对外界电磁、温度、应力变化流动性最大；对外界电磁、温

5、度、应力变化都很敏感，（目前显示器中应用最多的液晶材料）都很敏感，（目前显示器中应用最多的液晶材料）液晶分子液晶分子排列成层，每层分子长轴方向相同，平行于层，排列成层，每层分子长轴方向相同，平行于层，但每层长轴方向转动变化，多层扭转成螺旋形，螺距约但每层长轴方向转动变化，多层扭转成螺旋形，螺距约为为0.3m，与可见光波长相当，与可见光波长相当胆甾型液晶胆甾型液晶在外部应力、电、磁等条件变化时，与螺距在外部应力、电、磁等条件变化时，与螺距方向平行传播的光会产生双折射、旋光性等变化方向平行传播的光会产生双折射、旋光性等变化盘型液晶盘型液晶重入型液晶重入型液晶分子排列呈圆盘状分子排列呈圆盘状没有电各

6、向异性没有电各向异性有光学各向异性有光学各向异性在在降温过程降温过程中近晶型液晶两端都会出现的向列型现象中近晶型液晶两端都会出现的向列型现象在电的作用下，液晶分子的初始排列发生改变，从而使在电的作用下，液晶分子的初始排列发生改变，从而使液晶的光学性质发生变化的现象液晶的光学性质发生变化的现象液晶的电光效应液晶的电光效应微小的外部能量微小的外部能量电场、磁场、应力、热能等就能实电场、磁场、应力、热能等就能实现液晶分子状态间的转变，从而引起液晶的光、电、磁现液晶分子状态间的转变，从而引起液晶的光、电、磁等物理性质的各向异性的改变等物理性质的各向异性的改变液晶的异向性液晶的异向性扭曲向列（扭曲向列（

7、Twisted Nematic）效应）效应宾主（宾主（GH）效应）效应相畸变（相畸变（PC）效应）效应铁电（铁电（FE）效应）效应超扭曲向列（超扭曲向列（Super Twisted Nematic）效应）效应双重超扭曲向列（双重超扭曲向列（DSTN）效应）效应电控双折射（电控双折射（ECB）效应）效应存贮效应存贮效应电流效应电流效应电热效应电热效应动态散射（动态散射（Dynamic Scattering ）效应）效应Liquid Crystal Display Device液 晶 显 示 器（ LCD： Liquid Crystal Display Device ）（按（按电光效应电光效应不同

8、分类）不同分类） 动态散射型（动态散射型（DS）电场效应型电场效应型电流效应型电流效应型电热效应型电热效应型铁电型（铁电型（FLC）相变型（相变型（PC）正性液晶正性液晶负性液晶负性液晶扭曲向列型（扭曲向列型（TN）沿平面平行排列型沿平面平行排列型垂直排列型垂直排列型扭曲排列型扭曲排列型宾主型宾主型（GH）STNDSTNNTNSBEOMI超扭曲向列型超扭曲向列型（STN）电控双折射型（电控双折射型（ECB）垂直型（垂直型（DAP）沿面型沿面型混合排列型（混合排列型（HAN）玻璃基片玻璃基片彩色滤光片彩色滤光片TFTTFTTFT玻璃基片玻璃基片偏振片偏振片偏振片偏振片取向膜取向膜透明电极透明电极

9、LCD 是具有电学双向性的高电阻、电容性器件是具有电学双向性的高电阻、电容性器件玻璃基片玻璃基片彩色滤光片彩色滤光片玻璃基片玻璃基片液晶显示器利用液晶材料的利用液晶材料的电光效应电光效应（双折射、宾主效应等），（双折射、宾主效应等），液晶单元起光阀开关作用液晶单元起光阀开关作用用用外光源外光源照射液晶板照射液晶板三基色（红绿蓝）滤色片三基色（红绿蓝）滤色片 对应的三个液晶单元对应的三个液晶单元 组成组成一个彩色像素一个彩色像素背背 光光 源源背背 光光 源源透射式透射式显示需要照明光源显示需要照明光源（背光源）（背光源）透射式透射式LCD 的优点的优点: 对比度高、亮度强、对比度高、亮度强、

10、彩色重现范围大彩色重现范围大 （透射式显示是（透射式显示是 LCD 的主流）的主流）玻璃基片玻璃基片彩色滤光片彩色滤光片玻璃基片玻璃基片玻璃基片玻璃基片彩色滤光片彩色滤光片玻璃基片玻璃基片反反 射射 板板反射式反射式LCD 采用反射板，直采用反射板，直接利用自然环境光进行显示，接利用自然环境光进行显示， 没有专用背光源没有专用背光源反射式反射式LCD的显示性能比透的显示性能比透射式差，不能在暗场所使用射式差，不能在暗场所使用反射式反射式LCD的优点：的优点：电消耗小、显示模块薄、紧凑电消耗小、显示模块薄、紧凑（适合于电池驱动的便携机）（适合于电池驱动的便携机）DM （二色镜）（二色镜）DMDM

11、DMM（反射镜反射镜）MUV-IR 滤光片滤光片场透镜场透镜LCD面板面板投影透镜投影透镜屏幕屏幕静态驱动（直接寻址驱动）静态驱动（直接寻址驱动）动态驱动动态驱动有源矩阵驱动有源矩阵驱动光束扫描驱动光束扫描驱动多路寻址驱动多路寻址驱动无源矩阵驱动无源矩阵驱动将显示图案分成若干笔段将显示图案分成若干笔段对显示的像素电极（段型电极）分别对显示的像素电极（段型电极）分别同时施加驱动电压同时施加驱动电压只适用于简单图案只适用于简单图案(位数有限的数字位数有限的数字)显示显示将显示图案分成若干单元将显示图案分成若干单元显示的像素电极（单元电极）分时施加驱动电压显示的像素电极（单元电极）分时施加驱动电压适

12、用于多位数的段型数字驱动适用于多位数的段型数字驱动点阵型电极点阵型电极n 个行个行( X )电极与电极与m 个列个列( Y )电极将电极将 mn 个交叉点构成的个交叉点构成的像素以像素以 m + n 个电路实施驱动个电路实施驱动多用于计算机、手表、游戏机及笔记本电脑等各类家电多用于计算机、手表、游戏机及笔记本电脑等各类家电产品的显示产品的显示驱动电压驱动电压为时间分割脉冲。各像素承受一定周期的间歇为时间分割脉冲。各像素承受一定周期的间歇式电压激励。一般以式电压激励。一般以30Hz以上的帧频对行电极进行逐以上的帧频对行电极进行逐行扫描，对列电极同步施加亮和不亮的选通信号行扫描，对列电极同步施加亮

13、和不亮的选通信号非线性器件非线性器件：如非线性电阻、金属：如非线性电阻、金属绝缘体绝缘体金属隧道金属隧道二极管（二极管（MIM）、非线性薄膜场效应晶体管（）、非线性薄膜场效应晶体管（TFT）和）和电荷存贮电容等电荷存贮电容等有源矩阵驱动有源矩阵驱动是在无源矩阵的基础上在每个像素点增加是在无源矩阵的基础上在每个像素点增加一个具有开关特性的一个具有开关特性的非线性器件非线性器件。通过适当的选通信号，。通过适当的选通信号，利用开关器件的开关或非线性特性对像素施加驱动电压，利用开关器件的开关或非线性特性对像素施加驱动电压，以避免无源驱动因半选通引起的各种不正常显示以避免无源驱动因半选通引起的各种不正常

14、显示二端二端 三端三端 MIM （金属（金属-绝缘体绝缘体-金属隧道二极管）金属隧道二极管）MSM（金属（金属-半绝缘体半绝缘体-金属二极管）金属二极管）DR （二极管环）（二极管环）BTBD（背对背二极管）（背对背二极管）ZnO变阻器变阻器单晶硅单晶硅 MOSFETTFT（薄膜晶体管）（薄膜晶体管）目前彩色液晶电视都采用目前彩色液晶电视都采用有源矩阵驱动有源矩阵驱动LCDa-Si（非晶硅非晶硅）p-Si（多晶硅）（多晶硅）CdSe （硒化镉）（硒化镉）Te（碲）（碲）取取 样样 保保 持持 电电 路路扫扫 描描 电电 路路X1X2XnY1Y2Y3Ym 信信 号号漏极母线漏极母线栅极母线栅极母

15、线通过光束的扫描形成像素（光束点相当于一个像素）通过光束的扫描形成像素（光束点相当于一个像素）在面板上没有被分割的像素电极在面板上没有被分割的像素电极投影显示方式中的光写入式、热（激光）写入式属于投影显示方式中的光写入式、热（激光）写入式属于光束扫描驱动光束扫描驱动易于实现薄型大屏幕，显示信息量大，易于彩色化易于实现薄型大屏幕，显示信息量大，易于彩色化纯平而无图像畸变，不受电磁干扰纯平而无图像畸变，不受电磁干扰没有会聚和聚焦问题没有会聚和聚焦问题无辐射污染无辐射污染工作电压低，功耗小工作电压低，功耗小寿命长（寿命长（6万小时）万小时）显示视角：电视机可达显示视角：电视机可达 170。一般一般

16、30 40响应速度慢（响应速度慢（ ms 数量级）数量级）图像亮度、对比度不够图像亮度、对比度不够价格高价格高调谐器调谐器中放中放视频视频 检波检波视频视频放大放大彩色彩色解调解调时序时序彩色彩色 取样取样 开关开关 电平放大电平放大R 电平放大电平放大 电平放大电平放大SVVS取样保持取样保持信号驱动器信号驱动器同步电路同步电路音频放大音频放大SVSH扫扫 描描 驱驱 动动 器器液晶彩色显示屏液晶彩色显示屏等 离 子 体 电 视 等离子体显示基本原理等离子体显示基本原理等离子体显示器等离子体显示器( (PDP) )基本结构与类型基本结构与类型彩色彩色PDP工作原理工作原理等离子体显示技术特点

17、等离子体显示技术特点等离子彩色电视机的组成等离子彩色电视机的组成Plasma Display Panel Television等离子体显示基本原理等离子体显示基本原理等离子体显示基本原理1、等离子体、等离子体等离子体等离子体（Plasma）主要由电子和正离子（或带正电的核）组成的物质主要由电子和正离子（或带正电的核）组成的物质宇宙中宇宙中 99% 的物质是的物质是等离子体等离子体（太阳、恒星、星云）（太阳、恒星、星云）地球上地球上天然等离子体天然等离子体非常稀少（闪电、极光、高空电离层）非常稀少（闪电、极光、高空电离层）人造等离子体人造等离子体电弧、霓虹灯、日光灯发光时管内物质、原子弹爆炸火球

18、电弧、霓虹灯、日光灯发光时管内物质、原子弹爆炸火球等离子体是良导体（高温气体是绝缘体）等离子体是良导体（高温气体是绝缘体）等离子体显示基本原理2、等离子体显示器等离子体显示器（PDP： Plasma Display Panel ）3、PDP 发光机理发光机理利用气体放电（电离）而发光的平板显示器件的总称利用气体放电（电离）而发光的平板显示器件的总称 利用混合惰性气体（利用混合惰性气体（Ne氖氖- Xe氙、氙、 He氦氦-Ne 、 He -Ne - Xe ）在外加电压的作用下放电，使原子受激发而跃迁，）在外加电压的作用下放电，使原子受激发而跃迁，发射出发射出真空紫外线真空紫外线（VUV：Vacu

19、um Ultraviolet） 利用气体放电产生的真空紫外线（利用气体放电产生的真空紫外线（200nm），激发光致），激发光致荧光粉荧光粉发射出可见光发射出可见光（类似普通日光灯或氖灯管）（类似普通日光灯或氖灯管）等 离 子 体 显 示 基 本 原 理4、等离子体等离子体显示屏显示屏一个一个等离子腔等离子腔（气体放电发光单元）相当于一个（气体放电发光单元）相当于一个像素像素中的一种中的一种基色基色。几百万等离子腔排列在一起构成屏幕。几百万等离子腔排列在一起构成屏幕屏体由相距屏体由相距100 200m的两块玻璃板（前后基板），分的两块玻璃板（前后基板），分隔成几百万等离子腔隔成几百万等离子腔密封

20、在两层玻璃之间的等离子腔体内部充有密封在两层玻璃之间的等离子腔体内部充有1/500 大气压大气压左右的左右的混合惰性气体混合惰性气体利用特殊的利用特殊的电极和驱动技术电极和驱动技术使气体放电产生紫外线，激使气体放电产生紫外线，激励励RG 荧光粉发出可见光荧光粉发出可见光等离子体显示器等离子体显示器( (PDP) ) 基本结构与类型基本结构与类型 P D P 基 本 结 构 与 类 型1、PDP基本类型基本类型PDPDC-PDPAC-PDP对面放电型对面放电型表面放电型表面放电型AC/DC-PDP三电极表面放电型三电极表面放电型（反射式）（反射式）两电极表面放电型两电极表面放电型（透射式）（透射

21、式）2、PDP 基本结构基本结构 DC-PDP P D P 基 本 结 构 与 类 型电极曝露于放电空间，电极易受离子撞击冲蚀电极曝露于放电空间，电极易受离子撞击冲蚀响应速度快，制作成本低响应速度快，制作成本低后基板后基板障壁障壁荧 光 体荧 光 体荧 光 体荧 光 体阳极阳极障壁障壁阴极阴极前 基 板前 基 板 AC-PDP P D P 基 本 结 构绝缘层绝缘层后基板后基板前 基 板前 基 板障壁障壁障壁障壁荧 光 体荧 光 体荧 光 体荧 光 体绝缘层绝缘层电极用覆盖绝缘介质层与气体相隔离，寿命长电极用覆盖绝缘介质层与气体相隔离，寿命长结构复杂，技术要求高，成本高结构复杂，技术要求高，成

22、本高MgO 保护膜保护膜Y（列）电极（列）电极X（行）电极（行）电极（对向放电型）（对向放电型）电极间电容小，绝缘性能要求低，易于提高分辨率电极间电容小，绝缘性能要求低，易于提高分辨率荧光粉处于离子轰击区，容易劣化荧光粉处于离子轰击区，容易劣化 AC-PDP（两电极表面放电型（两电极表面放电型/透射式）透射式） P D P 基 本 结 构障壁障壁荧 光 体荧 光 体荧 光 体荧 光 体绝缘层绝缘层后基板后基板障壁障壁前 基 板前 基 板X（行）电极（行）电极Y（列）电极（列）电极表面放电型表面放电型PDP荧光粉不处于离子轰击区，寿命长荧光粉不处于离子轰击区，寿命长容易实现单元工作特性的一致性容

23、易实现单元工作特性的一致性亮度和发光效率高（相对对向放电型）亮度和发光效率高（相对对向放电型） AC-PDP（三电极表面放电型（三电极表面放电型/反射式）反射式）后基板后基板前 基 板前 基 板障壁障壁障壁障壁绝缘层绝缘层绝缘层绝缘层荧 光 体荧 光 体荧 光 体荧 光 体 P D P 基 本 结 构反射式结构反射式结构PDP的荧光粉涂覆在后基板和障壁的侧壁，的荧光粉涂覆在后基板和障壁的侧壁，亮度和发光效率比透射式高，视角大亮度和发光效率比透射式高，视角大寻址电极寻址电极 A扫描扫描( X )电极电极维持维持(Y)电极电极彩色彩色 PDP 工作原理工作原理彩 色 P D P 工 作 原 理1、

24、点亮点亮状态状态Vwr 写入电压写入电压 + + + + +VS 维持维持电压电压前 基 板前 基 板后基板后基板A障壁障壁障壁障壁绝缘层绝缘层XY绝缘层绝缘层A 寻址电极寻址电极X 扫描电极扫描电极Y 维持电极维持电极壁电荷壁电荷三 电 极 表 面 放 电 型 彩 色三 电 极 表 面 放 电 型 彩 色 A C - P D P 工 作 原 理工 作 原 理1、点亮点亮状态状态三 电 极 表 面 放 电 型 彩 色三 电 极 表 面 放 电 型 彩 色 A C - P D P 工 作 原 理工 作 原 理后基板后基板A前 基 板前 基 板障壁障壁障壁障壁绝缘层绝缘层A 寻址电极寻址电极XYX

25、 扫描电极扫描电极Y 维持电极维持电极 + + + + 绝缘层绝缘层Vwr 写入电压写入电压Vs 维持维持电压电压Ve 擦除擦除电压电压彩 色 P D P 工 作 原 理2、熄灭熄灭状态状态彩 色 P D P 工 作 原 理3、灰度的控制灰度的控制分离子场技术分离子场技术：将一帧图像的显示时间分成若干段来显示，：将一帧图像的显示时间分成若干段来显示，每段的维持显示时间不同实现不同灰度每段的维持显示时间不同实现不同灰度每场图像分成每场图像分成 8 个子场个子场( sub-field )，可实现，可实现256 (28) 级灰度控制级灰度控制1 2 4 8 16 32 64 1281 2 3 4 5

26、 6 7 8（寻址与显示分离的子场驱动技术）（寻址与显示分离的子场驱动技术）彩 色 P D P 工 作 原 理4、彩色显示彩色显示的实现的实现通过控制每个通过控制每个R、G、 放电单元累计放电时间的长短，放电单元累计放电时间的长短，控制该单元的亮度，再通过控制该单元的亮度，再通过空间混色法空间混色法实现彩色显示实现彩色显示256 (28) 级灰度控制模式可实现级灰度控制模式可实现16777216 (224) 种彩色显示种彩色显示采用采用数字灰度技术数字灰度技术，可实现可实现16位和位和24位位真彩色显示真彩色显示彩 色 P D P 工 作 原 理 弯曲弯曲障壁结构（富士通）障壁结构（富士通）发

27、光效率高发光效率高结构精度高，制作难度大结构精度高，制作难度大彩 色 P D P 工 作 原 理 非对称单元结构（松下）非对称单元结构（松下）提高提高色温度色温度（白平衡）（白平衡）单元工作电压偏差范围增大单元工作电压偏差范围增大绝缘层绝缘层前 基 板前 基 板绝缘层绝缘层后基板后基板彩 色 P D P 工 作 原 理 彩色滤色片彩色滤色片（CCF：Capsulated Color Filter 松下）松下）提高色纯度和图像对比度提高色纯度和图像对比度扩大彩色再现范围扩大彩色再现范围绝缘层绝缘层后基板后基板绝缘层绝缘层前 基 板前 基 板5、PDP 驱动方法驱动方法（2）线扫描驱动）线扫描驱动

28、（3）面驱动）面驱动（1）点顺序驱动）点顺序驱动彩 色 P D P 工 作 原 理P D P 驱 动 方 法（1）点顺序驱动点顺序驱动驱动驱动电路电路视频视频处理处理调制驱动调制驱动电电 路路 P D P 驱 动 方 法（2）线扫描驱动线扫描驱动驱动驱动电路电路视频处理视频处理视频处理视频处理 P D P 驱 动 方 法（3）面驱动面驱动（4）PDP 驱动电路驱动电路彩 色 P D P 工 作 原 理三电极彩色三电极彩色AC-PDP 驱动电路方框组成驱动电路方框组成维持维持电极电极驱动驱动脉冲脉冲产生产生电路电路 扫描电极扫描电极驱动驱动脉冲产生电路脉冲产生电路 扫扫描描电电极极驱驱动动器器

29、显示数显示数据缓冲据缓冲 寻址电极寻址电极驱动器驱动器 PDP显示数据显示数据扫描时序扫描时序控制信号控制信号驱动驱动时序时序控制信号控制信号等离子体显示技术特点等离子体显示技术特点等 离 子 体 显 示 技 术 特 点易于实现薄型大屏幕，可实现易于实现薄型大屏幕，可实现全彩色显示全彩色显示纯平而纯平而无图像畸变无图像畸变，不受电磁干扰，不受电磁干扰没有会聚和聚焦问题没有会聚和聚焦问题具有具有高速响应高速响应特性，可以显示速度很快的运动图像特性，可以显示速度很快的运动图像视角宽视角宽，可达，可达 180图像图像亮度均匀性亮度均匀性好、好、对比度对比度较高较高寿命长寿命长（4万小时以上）万小时以

30、上）功耗大功耗大有较强的高频有较强的高频电磁辐射电磁辐射价格价格高高等离子彩色电视机的组成等离子彩色电视机的组成等 离 子 彩 色 电 视 机 的 方 框 组 成等 离 子 彩 色 电 视 机 的 方 框 组 成PDP输出输出处理处理扫描扫描变换变换处理信号处理信号控制信号控制信号产生电路产生电路A/D 、S/P变换变换逆逆校校正正帧存帧存储器储器时序信号时序信号产生电路产生电路视频信号视频信号 RGB / Y R-Y B-Y/ Y PR PB同步信号同步信号Sync.彩色信号处理电路彩色信号处理电路液晶电视与等离子电视的比较项目项目液晶电视等离子电视优优 点点薄型大屏幕彩色显示薄型大屏幕彩色显示纯平而无图像畸变，不受电磁干扰纯平而无图像畸变，不受电磁干扰没有会聚和聚焦问题没有会聚和聚焦问题可视角可视角