等离子体显示器.ppt

作业,1、介绍PDP同CRT的差别。2、介绍PDP的基本原理,更大，更清晰，失真度更小，成为了业界追求的目标，促使更多的公司和他们的工程师不懈地努力平面显示技术无疑是技术潮流汹涌向前的领航者在平面显示技术上的最新突破是等离子体显示屏,等离子显示器（Plasma Display Panel）,一种平面显示屏幕，光线由两块玻璃之间的离子，射向磷质而发出使用惰性气体氖及氙混合气体,不含水银成份亮度可达1000 lx 或以上，可显示更多种颜色可制造出较大面积的显示屏，最大对角可达381厘米(150吋)等离子显示屏的对比度亦高，制造出全黑效果，对观看电影尤其适合显示屏厚度只有6厘米（2吋半），连同其他电路板，厚度亦只有10厘米(4吋)。,发光原理,PDP不同于其他传统电视或液晶的显示方式，等离子的发光原理是在真空玻璃管注入惰性气体或水银气体，利用加电压方式，使气体产生等离子效应，放出紫外线，激发三原色红蓝绿RGB三原色的发光体不经由电子枪扫描发光，每个个体独立发光的，产生不同三原色的可见光，并利用激发时间的长短来产生不同的亮度。,等离子电视,在等离子显示器上装上频道选台器的机器每个个别独立的发光体在同一时间（一张画面约1/301/60s）一次点亮的，所以特别清晰鲜明。透过紫外光刺激磷光质发光，跟CRT一样，属于自体发光，跟液晶屏幕的被动发光不同，它的发光亮度、颜色鲜艳度与屏幕反应速度，都跟CRT相近，PDP的亮度能够超过700nits，而LCD却要到后期产品才能达到500nits以上的亮度。使用寿命约56万个小时。会随着使用的时间，亮度衰退。,发展历史,等离子显示屏于1964年由美国伊利诺大学两位教授Donald L.Bitzer及H.Gene Slottow发明。原本只可显示单色，通常是橙色或绿色。1980年代个人电脑刚刚普及，等离子显示器当时曾一度被拿来用作电脑屏幕。这是由于当时的液晶显示发展仍未成熟，只能进行黑白显示，对比低且液晶反应时间太长的原因所致。直到薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)被发明，等离子显示器才渐渐被赶出电脑屏幕市场。,技术的启蒙期,最早出现在60年代初期1995年开始，才算正式步入商品化阶段。目前只能算是市场的启蒙期，仍然属于新产品。它的价格相对较高，每英寸售价约在300美元左右，以42英寸等离子体显示器为例，售价就高达12000美元，然而一经投放市场却立刻被接受。2002年等离子体显示器全球销量已超过5万台，主要销往美国和欧洲，合计市场规模为5亿美元，主要应用于机场、车站等公共场所作为公共显示器,基本工作原理,等离子显示屏由多个放电小空间cell所排列而成，每一个cell是负责红绿蓝（RGB）三色当中的一色，由三个cell混合不同比例的原色而混成的，而这个混色的方式，跟液晶屏幕所用到的混色方式其实是相近的。cell的架构，是利用类似日光灯的工作原理。可以把它当成是体积相当小巧的紫外光日光灯，当中使用解离的He、Ne、Xe等种类的惰性混合气体。当高压电通过的时候，会释放出电能，触发cell当中的气体，产生气体放电，发出紫外光。紫外光再去刺激涂布玻璃上的红、绿、蓝色磷光质，进而产生所需要的红光、绿光与蓝光等三原色。透过控制不同的cell发出不同强度的紫外光，就可以产生亮度不一的三原色，进而组成各式各样的颜色,代表了未来显示器的发展趋势,等离子体显示器（Plasma Display）又称电浆显示器，是继CRT、LCD后的最新一代显示器，其特点是厚度极薄，分辨率佳。可以当家中的壁挂电视使用，占用极少的空间，代表了未来显示器的发展趋势（不过对于现在中国大多数的家庭来说，那还是一种奢侈品）。,令人激动的两个原因,可以制造出超大尺寸的平面显示器（50英寸甚至更大）；与阴极射线管显示器不同，它没有弯曲的视觉表面，从而使视角扩大到了160度以上。另外，等离子体显示器的分辨率等于甚至超过传统的显示器，所显示图像的色彩也更亮丽，更鲜艳。,基本原理,显示屏上排列有上千个密封的小低压气体室（一般都是氙气和氖气的混合物），电流激发气体，使其发出肉眼看不见的紫外光紫外光碰击后面玻璃上的红、绿、蓝三色荧光体，它们再发出我们在显示器上所看到的可见光。利用惰性气体（Ne、He、Xe等）放电时所产生的紫外光来激发彩色荧光粉发光，然后将这种光转换成人眼可见的光,发光元器件,等离子显示器采用等离子管作为发光元器件，大量的等离子管排列在一起构成屏幕，每个等离子对应的每个小室内都充有氖氙气体。在等离子管电极间加上高压后，封在两层玻璃之间的等离子管小室中的气体会产生紫外光激发平板显示屏上的红、绿、蓝三原色荧光粉发出可见光。每个等离子管作为一个像素，由这些像素的明暗和颜色变化组合使之产生各种灰度和彩色的图像，与显像管发光很相似。,等离子显示器整机的四大部分,电源电路、信号接口及显示数据处理电路、驱动处理电路、显示屏。在四大部分中，因各公司的显示屏制造工艺技术有所不同，显示驱动原理也各有所别，并形成了各自的专利技术，所以屏制造公司一般都将显示屏、驱动处理电路作为模块（Module）对外提供；由于等离子显示器整机电源系统与传统显示器的差别较大，如扫描电压、维持电压等是等离子显示器的关键电源，并与屏的不同驱动电电路直接相关，因此，在等离子显示器研发中，电源系统一般也是与屏制造公司联合开发的。对整机制造公司而言，主要工作就是信号接口及显示数据处理功能的开发，这部分与传统电视技术比较接近。,整机工作原理,同其它显示方式的差别,在结构和组成方面领先一步。其工作原理类似普通日光灯和电视彩色图像，由各个独立的荧光粉像素发光组合而成，因此图像鲜艳、明亮、干净而清晰。等离子体显示设备最突出的特点是可做到超薄，可轻易做到40英寸以上的完全平面大屏幕，而厚度不到100毫米（实际上这也是它的一个弱点：即不能做得较小。目前成品最小只有42英寸，只能面向大屏幕需求的用户，和家庭影院等方面）。等离子体显示器具有体积小、重量轻、无X射线辐射的特点,同CRT显示方式的差别,由于各个发光单元的结构完全相同，因此不会出现CRT显像管常见的图像几何畸变。等离子体显示器屏幕亮度非常均匀，没有亮区和暗区，不像显像管的亮度屏幕中心比四周亮度要高一些等离子体显示器不会受磁场的影响，具有更好的环境适应能力。等离子体显示器屏幕也不存在聚焦的问题，因此，完全消除了CRT显像管某些区域聚焦不良或使用时间过长开始散焦的毛病；不会产生CRT显像管的色彩漂移现象，而表面平直也使大屏幕边角处的失真和色纯度变化得到彻底改善。同时，其高亮度、大视角、全彩色和高对比度，意味着等离子体显示器图像更加清晰，色彩更加鲜艳，感受更加舒适，效果更加理想，令传统显示设备自愧不如。,同LCD显示方式的差别,与LCD液晶显示器相比，等离子体显示器有亮度高、色彩还原性好、灰度丰富、对快速变化的画面响应速度快等优点。由于屏幕亮度很高,因此可以在明亮的环境下使用。等离子体显示器视野开阔，视角宽广（高达160度），能提供格外亮丽、均匀平滑的画面和前所未有的更大观赏角度。,视频信号流程,输入的模拟信号分3种情况进行视频解码及数字化处理：Video信号通过3D梳状滤波器YC分离后，视频解码输出RGB，经A/D转换输出;S-Video信号和YUV，解码后RGB经A/D转换输出;PC的RGB信号直接A/D转换输出。数字RGB信号和DVI输入的数字视频信号进入显示数据电路，该电路根据不同的输入格式（VGA,SVGS,XGA,1080i,720P,525P/480P,480i,525i）,经图像运算处理电路，转换为统一的480P输出格式的数字信号，再经过等离子显示器特有的子场数据处理电路，最后经数据驱动电路输出为数据脉冲用于显示器数据写入期。,信号部分处理,模拟信号部分处理与传统电视比较一致，在此，主要就数字信号、显示数据处理作一介绍。首先，看RGB信号A/D转换，由于RGB信号输入格式不同，因此，在A/D转换之前要通过4个不同的带通滤波器(525P-8MHz,XGA-15MHz,HD-25MHz,UXGA-35MHz),以减少各种干扰和进行通道负载匹配。由于A/D转换处理的是高速数据，为降低数据抖动率，保证转换精度，在转换前对RGB信号进行钳位控制，同时对输入信号进行缓冲，A/D转换必须采用高速器件。A/D转换后的8bit数字信号输入隔行/逐行、4:3/16:9及显示格式转换数字图像控制处理电路。,信号显示数据处理,输入转换控制处理IC 的数字信号（包含数字RGB、行场同步、消隐信号及相关控制、时钟数据），通过IC内部的行场同步检测，计数场同步之间的行同步数量，判断输入信号格式后，按照寄存器预先设定的参数，对图像高、宽、边界、消隐期等进行偏移设置，形成有效显示图像区域，同时通过行场同步的时序关系，可确定出隔行信号的奇偶场;隔行信号经运动检测和数字降噪处理后，运用特殊的图像处理算法，完成逐行变换的图像插值、运动补偿等，运算处理使用了3块16MB SDRAM帧存储器。处理完成的逐行信号和直接输入的逐行信号，经选择输入格式转换电路，成为统一的480P格式输出，格式转换主要通过控制信号写入和读出帧存储器的速率实现，输出的RGB像素从16bit到24bit可变，码流最大可支持到74Mpixels/second,数字图像处理原理图,输入接口,模拟输入接口：AV端子(CVBS信号)、S端子(YC分离信号)、YUV分量、RGB、计算机VGA接口数字输入接口；DVI（数字视频接口）等离子显示器与传统电视最主要的区别在于，视频信号最后是以数字方式作用于显示器，即等离子显示器是完全数字化的显示设备。从这点看，它作为数字电视的终端显示器，去除了模拟信号显示时所需D/A，A/D转换及复杂的编码运算，比CRT显示器好。,输入输出主要参数,工作方式,依据电流工作方式的不同，等离子体显示器可以分为直流型（DC）和交流型（AC）两种，而目前研究的多以交流型为主，并可依照电极的安排区分为二电极对向放电（Column Discharge）和三电极表面放电（Surface Discharge）两种结构。,彩色直流型PDP,直流PDP的电极裸露在放电空间，用直流电源驱动。图6为DC型PDP的结构示意图。它由前后两玻璃板组成，在前玻璃板上制有透明条状阴极，后玻璃板上制有与阴极正交的条状阳极，在后玻璃板的电极交叉处涂覆R,G,B荧光粉像元，像元周围制备防止光串扰的障壁，保持两玻璃间距，四周封闭，中间充入He-Xe混合气体即成。有的显示板为驱动方便，在后玻璃板上还制有辅助阳极、电阻等。DC型 PDP的驱动通常采用阴极脉冲存储驱动方式，利用该驱动方式可使原本不具有存储功能的DC型PDP获得存储功能，从而实现高亮度大屏幕显示,DC型PDP结构示意图,彩色交流型PDP,AC型PDP电极表面覆以透明介电层及保护层，通过绝缘体的介电层表面产生放电，在交流电压下工作。为形式放电单元而起隔离作用的障壁（隔断）为条状，而不是像DC型那样采用胞状，因此，图象分辨率可从VGA（640*480）到SVGA（800*600），在此基础上采取措施还可以进一步使画面精细化。,AC-PDP基本结构,AC-PDP是由Bitzer和Slottow为了简化DC-PDP的结构，设想把电极制作在基板的外表面，用基板电容替代每个放电单元的限流电阻，结构如图所示。显然，由于电极与放电单元被基板玻璃分隔开来，不能维持DC放电，必须对电极施加交变电压才能使单元放电发光。,开放单元结构AC-PDP,1969年，Owean-lllinois研究小组研制出开放单元（open cell）结构的AC-PDP，结构如图所示。它去掉了起限制放电区域作用的中间玻璃板。它的电极制作在基板的内表面，并被介质层所覆盖。因为介质层具有比玻璃基板低得多的容抗，且具有较好的电子发射特性，使得工作电压减小，再加上使用的封装气体是潘宁混合气（Ne加少量Ar）,维持电压可下降到120V。这种结构与现在的对向放电结构很接近，所不同的是现在对向放电型彩色AC-PDP的放电单元之间用介质障壁分隔开，以防止光串扰,交叉电极结构的表面放电型AC-PDP,表面放电型AC-PDP，它的两组金属电极均制作在同一块基板上，并由一介质层分开，上层电极也被一介质层覆盖。每个单元之间用介质障壁分隔开以防止光串扰。对PDP显示性能有影响的关键几何尺寸由光刻或丝网印刷技术来保证。,改进的三电极结构,（1）上下基板都只具有一维结构，并且相互正交。它不需要两块板严格对位，因为正交结构无论在哪里交叉都会自动构成象素。这样不仅可以带来制作上的方便，而且可以使成本降低提高产量。（2）象素结构简单。（3）障壁制作成平行条状，且顶部为黑色，下部为白色。可以省去沿维持电极方向障壁的制作，从而使工艺简化，增加了有效发光面积。提高对比度，提高亮度。（4）荧光粉涂覆在后玻璃板和障壁的侧壁上，而维持放电发生在靠近前玻璃板的区域，这样就避免了离子对荧光粉的轰击。,等离子体显示器的弱点,由于等离子体显示是平面设计，其显示屏上的玻璃极薄，所以它的表面不能承受太大或太小的大气压力，更不能承受意外的重压。等离子体显示器的每一个像素都是独立地自行发光，相比显示器使用的电子枪而言，耗电量自然大增。一般等离子体显示器的耗电量高于300瓦，是不折不扣的耗电大户。由于发热量大，所以等离子体显示器背板上装有多组风扇用于散热。,彩色等离子体显示的发展,早期的彩色等离子体显示（PDP），虽然可以显示视频图象，但亮度低，仅250cd/m2，显示运动图象时有明显的虚影，与CRT的图象质量差别很大。经过短短数年的研究开发，42英寸VGA产品亮度目前达到了400cd/m2，功耗300-350w。42英寸实验室样品的亮度已可达800 cd/m2（韩国Samsung公司），达到了CRT的峰值亮度，显示出彩色PDP在技术上的生命力。在1999年SID年会上，Plasmaco公司展出了60英寸HDTV（1366768线）用彩色PDP，图象质量完全达到了当前HDTV的要求。预计到2000年，42英寸VGA产品亮度可达600cd/m2,功耗小于200w。,两个关键技术问题,一是发光效率不高，二是生产成本高。围绕着这两个基本问题，日本和韩国各大公司、研究所和大学，就器件的工作机理和结构、驱动电路和器件制作工艺进行了深入的研究。到目前为止，在器件光效率的研究上还没有取得突破性进展，但利用现有的工作模式亮度有了较大的提高。驱动和控制电路的研究十分活跃，取得了不少可喜的成果，相同的显示屏采用不同的驱动方法，亮度可提高一倍以上。生产技术的研究主要集中在降低制作成本和材料消耗、提高产率方面，目前正积累经验，第二代生产线的模型已初具轮廓。计算机模拟是研究放电单元电场分布的有效方法，在此基础上进而研究混合气体的放电过程，尤其是研究对发射147nm真空紫外线有直接贡献的Xe共振态浓度，是研究气体放电效率的方法之一。,彩色PDP最新研究开发成果（长宽比都为16:9）,将逐渐成为市场新宠,虽然等离子体显示器还有某些不成熟的地方，不过和传统的显示器相比，实在要优秀许多。作为新型的显示器先锋，等离子显示器在国内越来越受到各方关注，仅亚洲，已经投产的PDP生产线就不下10条，据推测，2001-2005年为彩色PDP得成长期，这以阶段PDP性能价格比趋于合理，2006年以后为成熟期，PDP将成为大众商品，应用于数字电视，并在整个电视机市场中占据主要位置。,Applications of Plasma Displays,Plasma Display Panels(PDPs)in Comparison with Others,PDP世界市场预测,硬件组成,第二节 显示设备,显示器适配器,显示器件,（控制器、接口）,（CRT、LED、PDP、LCD）,本节主要讨论：,CRT显示器,成象原理、,屏幕显示与显示缓存的对应关系,显示方式、,屏幕显示与显示缓存的对应关系,2.1 CRT显示器的显示方式与常见显示规格,显示方式,字符/数字(A/N)方式：,图形(APA)方式：,以字符为显示单位,以点(象素)为显示单位,显示规格,显示方式,分辨率,颜色,A/N：一帧画面显示的字符数,（字符行数列数）,APA：一帧画面显示的象点数,（每线点数线数）,分辨率,2580,640200,适配器提供显示规格,如VGA卡：,A/N：,APA：,2540、2580，,320200、,2色、4色,800600，,2色、256色,显示器本身的分辨率应满足显卡提供的分辨率。,1.CRT结构,2.2 光栅扫描成象原理,视频放大,扫描控制,视频信号,水平同步信号,垂直同步信号,2.扫描方式,电子束无固定扫描路径，,随机扫描：,控制电路复杂。,光栅扫描：,电子束扫描路径固定,（自上而下，从左,向右全屏扫描），,控制电路简单。,3.光栅的形成,水平正扫,水平回扫,垂直回扫,水平偏转线圈加锯齿波电,流,形成水平扫描线,（行扫描）,垂直偏转线圈加锯齿波电,流,使水平线垂直移动,（场扫描）,行扫描电流：,场扫描电流：,4.扫描频率,fx=fy,行频,fx：,fy：,场频,s：,一帧线数,s,帧频不低于25HZ,扫描顺序,逐行扫描：,隔行扫描：,水平、垂直同步分别控制电子束X向与Y向偏转,I R G B 颜色,5.象点存在的因素,视频=0，点暗,红,象点,一帧一遍扫完,位置：,（一帧一场）,场频=帧频,一帧两遍扫完,（一帧两场）,场频=2帧频,亮度：,颜色：,视频信号控制电子束通、断,视频=1，点亮,红、绿、蓝三基色控制,红点,绿点,蓝点,0 1 0 0,1 1 0 0,淡红,0 0 1 0,绿,1 0 1 0,淡绿,0 1 1 1,白,例.2513字符发生器，,6.字符点阵的形成与屏幕组织,可提供64种字符点阵,字符点阵图形：,（1）字符发生器,产生字符点阵代码。,（79）,（58点阵）,字符点阵代码：,ROM,字符译码,648单元,行译码,字符编码（ROM高6位地址）,扫描线序号,（ROM低3位地址）,输出,例.,A B C D E F,（2）屏幕组织,每行字符逐线扫描。,字符79，字符区914,1）扫描顺序,2）间隔,横向间隔2点（消隐）,纵向间隔5线（消隐）,6.2.3 屏幕显示与显示器缓存(VRAM)的对应关系,显存功能,数据缓冲,屏幕刷新,对显存的操作直接影响屏幕显示。,对应关系表现在：,显存内容和容量的确定、显存地址组织、信息转换、,同步控制。,若显示规格为25行80列，,（1）A/N方式,VRAM内容：,基本容量=2580=2KB,1.显存内容和容量,字符的编码（ASCII码）,VRAM容量：,（一字节存放一字符编码）,（2）APA方式,图形的象点代码,VRAM内容：,（一位存放一点，单色）,VRAM容量：,若显示规格为640点200线，,基本容量=,8,640200,若考虑字符属性，显存容量增加。,=16KB,若考虑颜色,分辨率不变：,颜色,容量,容量不变：,颜色,分辨率,屏幕显示从左向右，自上而下，显存地址从低到高安排。,2.显存地址组织,3.信息转换,能实现将A从屏幕左上角逐渐移向屏幕右下角吗？,显存单元的地址由屏幕显示的行、列号决定。,A,B,C,F,行号决定高位地址,列号决定低位地址,A,A,A,A,A,A,能实现在屏幕上将一行字符自下而上地滚动吗？,能实现让一个图形在屏幕上旋转吗？,如何将显存中的信息（字符编码/图形点代码）转换为字符/图形显示在屏幕上。,（1）A/N,VRAM,移位寄存器,并行,串行,A,N,D,字符编码,字符发生器,扫描时序,一行点阵代码(并),移位器,视频信号(串),显示头,（2）APA,VRAM,移位寄存器,并行,串行,一字节点代码(并),移位器,视频信号(串),显示头,视频的发送与电子束扫描严格同步：,4.同步控制,电子束扫描到某点位置，相应视频应同时送到，控制点亮或不亮。,需解决：,何时访问显存，取字符编码或图形点代码？,以控制产生视频信号。,何时发水平同步信号？,何时发垂直同步信号？,以控制电子束扫描。,在显示器中设置若干级计数器，对显示器点频进行若干级分频，产生相应控制信号。,例.显示规格25行80列，,（1）A/N方式,字符79,字符区914,7,2,9,9点,5,14线,80字符,25行,设置4级计数器,1）点计数器：,点计数器,字符 计数器,线计数器,行计数器,对一个字符的一行点计数。,点频,9：1,一次点计数循环访问一次VRAM、ROM。,2）字符计数器：,对一帧的字符列计数。,(80+l)：1,一次字符计数循环发一次水平同步信号。,3）线计数器：,对一行字符的扫描线计数。,14：1,线计数值提供ROM行地址。,4）行计数器：,对一帧的字符行计数。,(25+m)：1,帧频,一次行计数循环发一次垂直同步信号。,字符计数值提供VRAM列地址（低地址）。,行计数值提供VRAM行地址（高地址）。,例.显示规格800点200线、单色,（1）APA方式,8点,200线,100字节,设置几级计数器？,何时访问VRAM？,何时发水平、垂直同步信号？,如何提供VRAM行、列地址？,8点,