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1、液晶、等离子 显示器介绍电视显示器大屏幕显示器背投投影平板 液晶显示器等离子显示器液晶显示器自然光与偏振光偏振光光波电磁波横波；在垂直于光的传播方向的平面内，光量 子还可以存在各种不同的振动状态，称之为 光的偏振态。偏振面：振动方向与传播方向构成的平 面。平面偏振光（线偏振光）：偏振面方位 恒定的光。自然光与偏振光自然光光波电磁波，它由原子或分子振动 产生，来自光源任一原子或分子的任一次辐 射波列，都是有恒定的振动方向，或者就是 一束振动面确定的平面偏振光。不同原子或分子在同一时刻，同一原子 或分子在不同时刻发出的不同波列，可能具 有不同的振动方向和初相位。自然光与偏振光自然光大量的原子或分子
2、在空间分布的各向异 性以及探测器的响应时间，可以认为由一般 光源发出的众多波列构成的光矢量，在垂直 于传播方向的平面上，即具有空间分布的均 匀性，又具有时间分布的均匀性。普通光源发出的光，偏振面具有各种不 同取向且相位随机分布的平面偏振光之集合 自然光。 马吕斯定律强度为I0的平面偏振光垂直通过检偏器，平面偏振光的偏振方向于检偏器的起 偏方向P的夹角为，则检偏器只允许入射的平面偏振光在检偏器起偏方向的投影分 量透射，在不考虑检偏器吸收损耗的情况 下，透射光强度自然光与偏振光液晶显示器的组成液晶显示器包括三部分液晶面板驱动电路及软件光源系统液晶显示器的组成液晶晶体与非晶体：晶体的物理性质具有各向
3、异性的特点。 液晶液态晶体的总称。 液晶的特点：液晶是介於固态和液态之间，不但具有 固态晶体光学特性，又具有液态流动特性。 它的物理特性包括：粘性（visco-sity）、弹 性（elasticity）和极化（polarizalility）即 各向异性。液晶其粘性和弹性，使其对于方向不同的作 用力具有不同的效果，可实现流动自由能,最 低的物理模型及产生自然偏转現象。液晶分子一般是棒形的，分子在长轴和短 轴两个方向上具有不同的性质，液晶分子的排 列按一定的规律排列，其自然状态总是长轴相 互平行。正因如此，使液晶的折射率在分子长轴平 行方向上和垂直方向上具有各向异性。液晶分子的排列与容器的边界形状
4、有关。液晶由于液晶本身的弹性系数很小，其分子的排列 很容易在外界条件下（外电场、磁场、应力和热能） 极容易发生变动。电介质的各向异性，使外电场可以控制液晶分子 的取向；光学性质的各向异性，使得液晶分子的取向 可以用来控制通过这个材料的光的能量。对这种材料 加以不同的电压时，可以改变通过这种材料的光的能 量。液晶分子与偏振光液晶分子对偏振光的作用：扭曲阻断液晶分子与偏振光液晶分子与偏振光LCD是依赖偏光板(片)和光線本身。自然光线是朝四面八方随机发散的。偏光板(片)实际是一系列非常细的平行线。这 些线形成一张网，阻断不與這些线平行的所有光。偏光板(片)的线正好與第一個偏光板(片)垂直， 所以能完
5、全阻断那些已经偏光的光线。只有两個偏 光板(片)的光線完全平行，或者光線本身已扭转到 与第二個偏光板(片)相匹配，光线才得以穿透。液晶分子与偏振光液晶分子与偏振光LCD正是由这样两个相互垂直的偏光板(片)构 成，所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光 线。但是，由于两個偏光板(片)之间充滿了扭曲液 晶，所以在光线穿出第一個偏光板(片)后，会被液 晶分子扭转90度，最后從第二個偏光板(片)中穿出。若为液晶加一个电压，分子又会重新排列並完 全平行，使光线不再扭转，所以正好被第二個偏光 板(片)挡住。总之，加电将光线阻断，不加电則使光线射 出。 偏光板偏光板调节层光光液晶 分子电 源液晶显示原理P
6、olarizeLiquid crystalRubbing layerVoltageLightLightRubbing layerPolarize配向膜偏光板液晶显示原理常亮模式 常暗模式 反射 透射扫描n不能完全阻断,背景光源n不能全黑，加大对比度，影响寿命n观看角度（背投光）n功耗较小等离子显示器工作原理等离子显示屏是一种利用气体放电的显示装 置，这种屏幕采用了等离子管作为发光元件。大 量的等离子管排列在一起构成整个全屏幕。每个 等离子管作为一个像素，每个像素由三种不同颜 色的发光体组成- 红、绿、蓝。由这些像素的明 暗和颜色组合变化产生各种灰度和色彩的图像， 这与CRT的原理很相似。等离子
7、管的中心元件就 是等离子体，它是由自由流动的离子(带电的原子 )和电子(带负电的粒子)组成的气体。在通常情况 下，气体主要由不带电的粒子组成，也就是说， 一个单独的气体分子包括了相同数量的质子(原子 核里带正电荷的粒子)和电子，带负电荷的电子和 带正电荷的质子保持着完美的平衡，所以原子的 净电荷为零。如果利用加大电压的方法把一些电子放入到气 体内，那么它就会立刻产生变化，自由的电子与原 子相撞，并使原子内部的电子数目失衡，这就会使 其带正电荷，并产生了离子。在稳定等离子体中如 果有电流穿行其中，那么带负电的粒子就会冲向那 些带正电粒子的区域，而带正电的粒子也会杀向那 些带负电粒子的区域。 在这
8、样的运动中，双方的粒子不断地进行着撞 击。这些撞击激发了等离子体中的气体原子，促使 它们发出了光。这个工作原理很类似于普通日光灯。等离子显示屏上每个等离子对应的小室内都充有 氖、氙原子，当它们被撞击时便发出了光。一般来 讲，这些原子发出的光只是紫外线光，而紫外线光人 眼是无法辨别的。但正是这些紫外线光，才激发了我 们可见的光线。 等离子电视显示原理等离子显示器PDP是一种利用气体放电的显示 装置，这种屏幕采用了等离子腔作为发光元件。大 量的等离子腔排列在一起构成屏幕。等离子显示屏 的屏体是由相距几百微米的两块玻璃板组成，与空 气隔绝，每个等离子腔体内部充有氖氙等惰性气 体，密封在两层玻璃之间的
9、等离子腔中的气体会产 生紫外光，从而激励平板显示屏上的红绿蓝三基色 荧光粉发出可见光。每个离子腔体作为一个像素， 其工作机理类似普通日光灯。这些像素的明暗和颜 色变化组合，产生各种灰度和色彩的图像，而电视 彩色图像由各个独立的像素发光综合而成。 等离子体是物质存在的第四种形态。当气体被 加热到足够高的温度，或受到高能带电粒子轰击 后，中性气体原子将被电离，空间中形成大量的电 子和离子，但总体上又保持电中性。等离子体在日 常生活中很少自然存在，但实际上它又无处不在。 远到宇宙天体，近到大气中的电离层，又如生活中 常用的日光灯等，都充满了等离子体。等离子放电过程若在低气压放电管中升高电压，同时测量
10、放电 电流，将得到图515所示的非线性电压一电流曲 线。A、B间的区域是本底电离区，电压升高就可以描出一个由宇宙线和其他形式 的电离本底辐射所产生的单个离子和电子的电流。 随着电压增加电流也会增加。B和C间的饱和区由本底辐射所产生的离子和电子从放电区中逸 出，电子并不具有产生新电离的足够能量。随着电 压增加电流不变。 C到E之间为汤生区，放电管中的电子从电场获得足够的能量，可以 电离一些本底中性气体，电压增高就导致电流非常 迅速地上升。D和E间将发生单极电晕放电，这是由于在尖 端、尖端边缘或粗糙的电极表面的局部电场集中而 引起的；这些强的局部电场超过了周围中性气体的 击穿强度。当电压增加至E点
11、的电压Vb时，发生电 击穿。在伏安特性上，A和E之间的区域被称为暗 放电区，因为除了电晕放电和电火花击穿外，肉眼 是看不到放电的。一旦在E点发生电击穿，放电就会转变为辉光 放电，电流足够高，激发的中性气体数量足够 多，肉眼可看到放电。经从E点到F点跃变后，进 入正常辉光放电区域，在放电电流变化几个数量 级的范围内，放电电压几乎不变。当电流从F点增加到G点时，阴极被等离子体 占据的部分增加，直到G点，整个表面被覆盖。G点到H点，进入异常辉光放电区。若放电从曲线的G点向左移动，则在伏安特 性曲线上有一滞后，正常辉光放电方式将被维持 到 点，此处的电流和电流密度比F点低很多， 然后跃迁返回汤生区。等
12、离子体显示屏及日光灯都工作于正常辉光放 电区。当电源电压增加到Vb而内阻又不大时，气体 将会被击穿，放电管中产生大量的高能量电子，并 碰撞激发中性气体原子发出可见光或紫外光。气体 一旦被击穿，就能以一较低的电压Vs将放电维持在 辉光放电区，这一特性对等离子体显示器件具有重 要意义。直流低气压放电管的伏安特性曲线PDP简介PDP分为直流(DC)驱动型和交流(AC)驱动型两种。直流型电极与放电气体直接接触，其紫外线的 产生效率高，但显示屏的结构比较复杂，在目前商 用彩色PDP中已很少使用。 交流型的电极表面涂敷了一层介质层，其结构 类似于一个电容器。交流型PDP又分为对向放电和 表面放电两种。对向
13、放电型PDP的结构如图514 所示，两电极分别制作在前后玻璃板上，等离子体 放电在整个放电室中进行。目前的主流彩色PDP为 三电极表面交流放电型。（1）结构表面放电型AC-PDP的结构如图516所示。扫 描电极Y和维持电极Z位于放电介质的同一侧，使放 电在前表面进行，减少了带电粒子对荧光粉的轰 击。放电电极与放电介质间由绝缘介质层隔开，使 得壁电荷可以在电极表面聚集。壁电荷形成的电场 与电极电场反向，随着壁电荷的积累，空间电场逐 步减弱。当空间电场减小到低于维持电压V。(见图 515)时，直流放电终止，但该放电单元处于交流 放电的激活态。当Z、Y电极的电压反向后，电极电 场与壁电荷形成的电场同
14、向，即使所加电压达不到 击穿电压，但只要电极电压与壁电荷电压之和大于 Vb就能再次起辉，如此反复，交流放电得以维持。前后玻璃板被压紧密封后，抽真空并充以惰性 气体(Ne+Xe或He+Xe或Ne+Ar+Xe等)就成了一个 复杂的辉光放电器件。若每帧图像由n行、每行m个 像素组成，则需n对放电电极，它们水平方向平行、 均匀排列。其中n个等电位连在一起以一个端子引 出，称为Z维持电极，另n个分别引出，称为yi(i=1， 2，n)扫描电极。垂直平行排列的数据电极有m 组，每组3个电极，分别对应三基色，用Xjk(j=1， 2，m；k=r，g，b)表示并分别引出。正交布置 的维持电极和数据电极构成n3m个
15、小放电管阵 列，每个对应一个基色单元，而每个像素的亮度和 色调由n+3m+1个端口信号控制。(2)灰度等级的实现辉光放电的电流(对应于发光强度)不容易控制， PDP利用的是其亮与不亮的两态特性，用其发光时 间的长短来实现灰度等级的控制，所以PDP是一种 数字显示器件。PDP发光时间的控制(即灰度)由子场 驱动技术实现，如图517所示。每场周期被分为8 个子场(或更多)。在常用的寻址一显示分离驱动法 中，每个子场又分为启动期、寻址期和维持期。启动期和寻址期在各子场中的时间长短相同， 期间全屏不发光，只是激活应发光的像元。维持期 的长短则各不相同，正比于其中包含的脉冲数(图 517所示为采用二进制
16、编码时各子场内放电脉冲 的比值)，期间被激活的像元同时点亮。某像元的灰 度等级由一帧期间加在其上的总的放电脉冲数决 定，当采用8子场驱动时，二进制编码一共可以获 得256个灰度等级。(3)PDP驱动图518所示的为寻址一显示分离驱动法中一个 子场期间各电极所加电压的波形及所形成的壁电荷 示意图。启动期分两个阶段：启动升压阶段。在数据电极X和维持电极Z加0 电压，扫描电极Y上的电压逐渐从维持电压(如 100V) 升到超过击穿电压(如300V)，在扫描电极和维持电 极、数据电极间都引起放电，形成如图518第二 步所示的壁电荷；降压阶段。在维持电极上加维持电压，扫描 电极上的电压逐渐降到0，由于壁电荷产生电场的 叠加，在扫描电极和维持电极间发生放电，维持电 极上的壁电荷被泄放掉，使全部像元处于预激活状 态。寻址期如图518第四步所示，期间依次给数 据电极Xjk施加方波寻址电压Va(如70V)，这个寻址 脉冲的作用是列选像元，每一瞬间有n个像元被选 中。在扫描数据电极Xjk的同时，各扫描电
