液晶和等离子电视基本原理、结构——请结合山西老王的帖子看

szf229

声明：此帖是网上搜罗，整理的，其中pdp结构图我加上中文注解。
只讲基本发光原理，具体的色彩和信号驱动方式不讲，比较枯燥。主要是帮顶老王，看了老王的帖子，有兴趣深了解数字电视原理的可以看下。主要是两张结构图。
〈一〉液晶电视

一、什么是液晶？
液晶（Liquid Crystal）是一种几乎完全透明的有机化合物，它具有液体和固体的某些特征，即从表面看它是一种液体，但其水晶式分子结构又表现出固体形态。当液晶受到外界电场影响时，各分子会产生精确的有序排列，如对分子的排列顺序和紧密程度适当进行控制，液晶分子将能穿透光线，光线穿透液晶的路径可由构成它的分子排列顺序和紧密程度决定。

二、液晶的历史
1888年，奥地利植物学家Friedrich Reinitzer在加热苯酸脂晶体时有一个意外的发现：当温度升到145.5℃时，晶体融化成为乳白色粘稠的液体；再继续加热到178.5℃时，乳白粘稠的液体变成完全透明的液体。后来，德国卡尔斯吕爱大学教授Otto Lehmann经研究发现此种透明的液体具有光学各向异性，并建议称之为液态的晶体（Liquid Crystal）。
20世纪50年代以前，各项研究主要集中在液晶的合成、分类、光学各向异性、介电各向异性、列相液晶等方面，长期以来并没有给人类带来实用价值。
1961年，美国RCA公司普林斯顿实验室有一个叫F•Heimeier的年轻电子学者放弃微波固体元件的研究转而投入有机半导体方面的研究，他将电子学方面的知识应用于有机化学，很快便获得了成功。不久，他对激光又产生了兴趣，为了研究外部电场对晶体内部电场的作用，他将掺有染料的向列液晶夹在两片透明导电玻璃之间，当在液晶层两边施加几伏电压时，液晶层就由红色变成透明，他立刻意识到这可以做彩色平板电视！然而，RCA公司的领导人过分强调液晶显示器件的缺点，而极力抵毁液晶显示的产业化，因此液晶小组成员开始外流，专利技术也被卖出。
1976年，日本SHARP公司将液晶用于计算机屏幕，这促成了液晶显示在日本实现产业化。
三、什么是液晶显示器？

液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）就是利用液晶的电光效应的特点制成的显示器件。    目前，液晶显示器可分为扭曲向列型（Twisted Nematic，TN）、超强扭曲向列型（Super Twisted Nematic，STN）和彩色薄膜型（Thin Film Transistors，TFT）三种。


四、液晶显示器的显像原理

液晶显示器的显像原理是将液晶置于两片导电玻璃之间，靠两个电极间电场的驱动，引起液晶分子扭曲向列的电场效应，以控制光源透射或遮蔽，在电源开关之间产生明暗而将影像显示出来，若加上彩色滤光片，则可显示彩色影像。


五、什么是液晶电视？

液晶电视（Liquid Crystal Display TV，LCD TV）就是利用液晶的电光效应的特点制成的电视。液晶电视采用的液晶按照一定的顺序排列，在不同电压的作用下，这些液状晶体扭曲不同的角度，透过不同程度的光线，经过彩色滤光膜就呈现不同的颜色，不同的颜色按不同比例搭配就可以呈现不同的色彩。由于我们主要生产和销售薄膜晶体管液晶电视（TFT-LCD TV），因此在此仅介绍薄膜晶体管液晶电视。


六、薄膜晶体管液晶显示器的组成


TFT-LCD主要由玻璃基板（Mother Glass）、液晶（Liquid Crystal）、彩色滤光片（Color Filter）、偏光板（Polarizer）、驱动集成电路（Driver IC）、背光板模块（Backlight）组成。其中，玻璃基板用作彩色滤光片和驱动集成电路的承载材料；液晶是TFT-LCD的主体，用于控制光；彩色滤光片是组成液晶面板中最重要的零部件，用于形成各色光；偏光板的作用是阻隔与偏光片垂直的光， 允许与偏光片平行的光通过；驱动集成电路用于驱动TFT-LCD；背光板模块是TFT-LCD光源的提供者。

七、薄膜晶体管液晶显示器结构
薄膜晶体管液晶显示器剖面结构图示如下：


薄膜晶体管液晶显示器剖面结构图


如图，液晶材料是TFT-LCD的主体，用于穿透或屏蔽光。液晶材料主要有层状液晶、线状液晶、胆固醇液晶、碟状液晶几种。在实际生产中，液晶材料通常都是由几种乃至十几种单体液晶材料混合而成，每种液晶材料都有其自己固定的清亮点TL和结晶点Ts。
偏光板由偏光片组成，它用于阻隔与偏光片垂直的光和允许与偏光片平行的光通过。偏光片由塑料膜材料制成，在其表面涂有一层光学压敏胶，可以贴在液晶盒的表面。
玻璃基板用作彩色滤光片和驱动集成电路的承载材料。玻璃基板是一种表面极其平整的浮法生产薄玻璃片，其表面蒸镀有ITO膜和光刻有透明导电图形。在生产时，无碱玻璃基板的表面经干式蚀刻，将红、绿、蓝三原色与黑色以微细的结构建置于玻璃表面，做成彩色滤光片；另外，利用半导体制作程序将CMOS电路建置于玻璃表面做成驱动集成电路。
彩色滤光片是组成液晶显示器面板最重要的零部件，其制造方法是在玻璃基板上涂布红、绿、蓝色的负片光液，然后以黄光蚀刻（颜料分散/转印）方式形成红、绿、蓝三原色的长条形阵列的基板。在背光源穿透一个个像素内的红、绿、蓝滤光片与被电路驱动呈现灰阶的液晶之后，会变成有不同比例的三种原色的混合片，人眼所看到的彩色影像就是这些混合片组成的结果。
保护膜就是ITO膜，它是In2O3或SnO2透明导电层。
公共电极用于生成能精确控制的电场，以决定液晶的排列方式。
配向膜用于液晶未加电场前的分子的定位，其主要成分为PI树脂（是唯一能提供给LCD稳定显示质量的半导体级高分子树脂材料）。其制程是在已蒸上透明导电ITO膜的玻璃基板上， 继续加工，用转轮（roller）转印法，在ITO膜上印出一条一条平行的沟槽，这样液晶就可依沟槽的方向横躺于沟槽内，达到使液晶呈同一方向排列之目的，此一条一条具有方向的膜就是配向膜。
存储电容用于液晶在选址期提供持续电流。
薄膜晶体管液晶显示器的各液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动，这样可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息。
框胶用于使上下两层玻璃基板紧密黏住， 并且提供面板中的液晶分子与外界的隔离。
间隙粒子（spacer）主要提供上下两层玻璃的支撑， 它必须均匀分布在玻璃基板上。
测光（灯管）、反射板、扩散板、棱镜板、分光片等组成背光板模块，它是液晶显示器光源的提供者。灯管是主要的发光元件,它发出的光由导光板分布到各处，反射板使光线都只往液晶显示器方向前进， 最后由棱镜板和扩散板将光线均匀分布到各个区域,以提供给液晶显示器一个明亮的光源，液晶显示器藉由电压控制液晶的转动, 控制通过光线的亮度, 从而形成不同的灰阶。

八、薄膜晶体管液晶显示器的显像原理
扭曲向列型液晶显示器的显像原理图示如下：
      
如图所示，由于在两片玻璃基板上都装有配向膜，因此液晶会沿着沟槽配向；由于玻璃基板配向膜沟槽偏离90度，因此液晶分子成为扭转型。在玻璃基板没有加入电场时，光线透过偏光板跟着液晶做90度扭转，通过上方偏光板，液晶面板显示颜色；当玻璃基板加入电场时，液晶分子产生配列变化，光线通过液晶分子空隙维持原来方向，被上方偏光板遮蔽，光线被吸收而无法透出，液晶面板显示黑色。可见，液晶本身并不会发光，而是靠在外光源的调制下才能显示，在整个显示过程中，液晶就像一个电压控制的光阀。
薄膜晶体管液晶显示器的显像原理与上述相似，只是其电场控制部分由薄膜晶体管来完成，薄膜晶体管的漏电极与ITO像素电极连结，源电极与源线（列电极）连结，栅极与栅线（行电极）连结。当栅极正向电压大于施加电压时，漏源电极导通，当栅极正向电压等于0或负电压时，漏源电极断开。
九、液晶电视的优点
1、不闪烁
2、无辐射
3、功率低
4、显示质量高
5、可视面积大
6、应用范围广

十、液晶常用名词

亮度（Brightness）
亮度就是人眼对光的明暗程度的感觉，液晶显示器的最大亮度通常由背光源决定。

对比度（Contrast Ratio）
对比度是定义最大亮度值(全白)除以最小亮度值(全黑)的比值。

色温（Color Temperature）
    色温是用来表示颜色的视觉印象，单位是K。洛德•开尔文认为把某个黑体加热到一个温度，所发射光的颜色与某个光源所发射光的颜色相同时，此黑体加热的温度称之为该光源的颜色温度，简称色温。

屏幕照明管寿命（Lamp Life）
   屏幕照明管寿命即是背光板内部灯管的使用寿命。

视角（Viewing Angle）
视角就是可视角度，指可以正常看到图像的最大角度。液晶有水平和垂直视角的说法。

色彩数（Number of Colors）
即色彩表现度。如果每个基色采用8bit，那么每个独立的像素就有28×28×28=16777216种色彩（即13.7M色）；如果每个基色采用10bit，那么每个独立的像素就有210×210×210=10.7亿种色彩。

响应时间/最快反应速度（Respond Time）
响应时间是指液晶显示器各像素点对输入信号反应的速度。响应时间越短越好。如果响应时间太长，那么在显示动态图像时就可能有拖尾现象。

分辨率(Resolution Ratio)
分辨率指单位长度内所具有的像素的数目。常见的表示方法有16：9和4：3两种，
16：9的：1920×1080、1366×768、1280×720等
4：3的：1280×1024、 1024×768、 800×600、640×480等。

点距（distance between the two points）
14英寸LCD的可视面积为285.7mm×214.3mm，它的最大分辨率为1024×768，那么点距为可视宽度/水平像素(或者可视高度/垂直像素)，即285.7mm/1024＝0.279mm(或者是214.3mm/768＝0.279mm)。
纯色滤光片（Pure Color Filter）
纯色滤光片可使红、绿、蓝三原色释放的彩色光更纯正（还可减少折射），从而提高画面的对比度。

视频彩色制式（Color Signal Type）
视频彩色制式包括PAL、NTSC、SECAM三种。

视频信号（Video Signal）
视频信号通常指图像信号，VCD、录像机、摄像机等通常具有视频输出。

音频制式（Audio System）
音频制式包括I、D/K、M等二十多种。

分量（Component）
分量通常指Y、Cb、Cr信号和Y、Pb、Pr信号。

TN（Twisted Nematic）：扭曲向列的显示类型
HTN（High Twisted Nematic）：高扭曲向列的显示类型
STN（Supper Twisted Nematic）：超扭曲向列的显示类型
FSTN（Formulated STN）：薄膜补偿型STN，用于黑白显示
CSTN（Color STN）：彩色STN
TFT（Thin Film Transistor）薄膜晶体管显示类型
LCD（Liquid Crystal Display）：液晶显示器
LED（Light Emitting Diode）：发光二极管
LCM（LCD Module）：液晶显示模块
VFD（Vacuum Fluorescence Display）：真空荧光显示
ITO（Indium-Tin Oxide）：氧化铟锡
ECB（Electrically Controlled Birefringence）：电控双折射
PCB（Print Circuit Board）：印刷线路板
COB（Chip On Board）：集成电路裸片通过绑定固定于印刷线路板上
COF（Chip On Film）：将集成电路封装于柔性线路板上
COG（Chip On Glass）：将集成电路封装于玻璃上
TAB（Tape Automated Bonding）：各向异性导电胶连接方式
EL（Electroluminescence）背光：电致发光型的背光源
LED（Light Emitting Diode）背光：发光二极管型的背光源
CCFL（Cold Cathode Fluorescent Lamp）背光：冷阴极荧光灯型的背光源
LTPS（Low Temperature Ploy Silicon）：低温多晶硅

〈二〉等离子电视

一、什么是等离子？
等离子是电子、自由离子和中性粒子构成的混合体（宏观上说，它是中性的），由于它的正电荷和负电荷相等，因此中文常叫它等离子。等离子体状态是物质存在的基本形态之一，它是固态、液态和气态之外的另一种物质形态，通常称之为物质的第四态。

二、PDP（Plasma Display Panel）的发展简史
1964年，美国伊利诺大学的D.L.Bitzer和H.G.Slottow教授发明了交流型PDP（AC-PDP）。70年代初，美国实现了10英寸（分辨率512×512）单色AC-PDP的量产。70年代末，日本富士通公司和美国IBM公司分别开发了有氧化镁保护层的第二代单色AC-PDP，使用寿命达1万小时。20世纪80年代初，IBM公司采用集成驱动和标准接口技术开发出第三代单色AC-PDP，使用寿命突破10万小时。之后，PDP向大显示容量和和高分辨率方向发展。1986年，美国研发出1.5米（分辨率2048×2048）单色AC-PDP。80年代后期，相继推出了低功耗、低成本、256级灰度显示的第四代单色AC-PDP。
20世纪70年代中期，彩色AC-PDP进入研发阶段。90年代初，彩色PDP的亮度、寿命、驱动等关键技术获得突破。1993年，日本富士通公司首次进行21英寸（分辨率640×480）彩色AC-PDP的批量生产，揭开了彩色PDP通向规模生产的序幕。1994年，日本三菱公司开始20英寸（分辨率852×480）彩色AC-PDP的量产，首次使真正的16：9宽屏幕壁挂电视进入实用化。1997年，三菱、先锋、NEC、Philips等公司开始对40英寸和42英寸彩色AC-PDP进行量产。
1968年，荷兰人发明了直流型PDP（DC-PDP）。70年代初，美国人发明了自扫描（SelfScan）DC-PDP，但由于工艺复杂等而未能批量生产。80年代初，松下公司利用全丝网印刷技术研发出结构简单的DC-PDP，并率先量产。80年代中期，各公司开发出全集成化和标准接口的第二代单色DC-PDP。1986年，10英寸（分辨率为640×480）单色DC-PDP在世界上第一台便携式计算机上采用，此时单色DC-PDP几乎占据了所有便携式计算机市场，年产量达100万块。80年代后期，日本开发出超薄、轻量化的第三代单色DC-PDP。90年代初，日本又开发出无需充电汞的第四代DC-PDP。
80年代初，彩色DC-PDP进入研发阶段。80 年代末，日本NHK公司发明了脉冲存储式DC-PDP 技术。90年代初，DC-PDP彩色化关键技术获得突破。1993年，NHK开发出40英寸彩色DC-PDP。1994年，松下率先实现字符式多色DC-PDP的量产，1995年，又实现26寸彩色DC-PDP的量产。

三、PDP的主要构成
PDP主要由等离子显示屏体（PANEL）、屏蔽玻璃（EMI FILTER）、电源（PSU）、接口电路（VSC）、信号存储控制驱动电路（CONTROLLER）、XYZ三极低压驱动电路、外壳（COVER）构成。信号存贮控制是将接口送来的数字图像信号进行子场分离，实现灰度控制。

四、PDP的显示原理
PDP采用等离子管作为发光元件，显示屏中有大量等离子管，每一个等离子管对应一个像素，等离子管之间由100～200um的玻璃基板相隔，四周经气密性封装，形成放电小室，其中充有Ne-Xe 或He-Xe混合惰性气体作为工作媒质，在两块玻璃基板的内侧涂有金属氧化物导电薄膜作为激励电极，当在等离子管电极间加足够的电压后，混合惰性气体会产生等离子体放电（也叫雪崩/电浆效应）,随着放电的进行，电子被加速，加速的电子碰撞Xe原子，Xe被激发至更高能级，形成不稳定的激发态Xe，这种激发态最终跃迁至Xe的基态，产生波长为147nm的真空紫外光，紫外光激励红、绿、蓝三基色磷光体荧光粉发出可见光，当各彩色单元实现灰度控制后再进行混色，便实现了彩色图像的显示。
电离雪崩效应：受某些因素影响，气体内部会存在少量电子，电子在极间电场作用下加速，在达到一定动能时会碰撞Xe原子，使Xe电离，导致自由电子增加，如此，形成电离雪崩效应。在Xe气体中加入少量Ne气体是利用气体之间的电离反应来提高混合气体的电离截面，以加速电离雪崩。
也就是说，PDP是一种利用气体放电激发荧光粉发光的显示装置，其发光过程由气体的电离放电和荧光粉发光两部分组成（类似于日光灯的发光原理）。其原理图示如下：



五、PDP的主要优点
1.超大屏幕：传统电视的屏幕最大尺寸只能做到40英寸，而PDP屏幕可以做到80英寸以上；
2.超宽视角：PDP的视角超过160度，因此可以容纳更多人同时观看；
3.纯平面无失真：PDP完全是纯平面显示，且各个发光单元的结构都相同，因此不会出现显像管电视常见的梯形失真、线性失真和枕形失真等几何失真现象；
4.不受电磁干扰：由于PDP本身没有电磁结构，因此不会受电磁的干扰，喇叭、高压电、甚至磁场都不会对其产生任何干扰，这样就能够获得更稳定的画质；
5.亮度均匀：传统CRT电视有热晕问题（画面正中与四角的亮度不均匀），而PDP的各像素都可独立发光，且非常均匀，没有亮区和暗区，不存在热晕问题；
6.绿色环保：PDP是通过等离子体放电（不是通过扫描）形成图像的，因此画面无大面积闪烁（还无电磁辐射），人们长时间观看不会受到伤害，属绿色环保产品；
7.图像清晰、彩色鲜艳：PDP有较高的亮度（显示的画面更清晰、鲜艳）和对比度（图像就会越清晰）
8.全数码显示：支持数码视频接口（DVI），无需数模转换即可显示数字图像信号，这样可以减少转换带来的失真
9.经久耐用：世界各等离子显示屏厂家均以10万小时使用寿命为目标开发显示屏，通常估计，其实际寿命约在6万小时左右，按每天观看6小时计算，PDP的使用寿命在30年以上。

十、PDP常用名词
伽玛校正（Gamma-Correction）
伽玛校正是一种信号处理方式，它可以使图像的暗部层次感更强，同时也能使画面更清晰、更细腻。
逐行扫描（Prograssive Scan）
隔行影像经过逐行扫描处理，能填补隔行扫描方式行与行之间的空位，使画面更清晰、细腻。
外增倍线器（Scaler）
没有采用3：2 提取技术的PDP在显示活动画面时容易失真，外增倍线器可以改善活动画面的质量。
热晕问题（Hot Spot）
传统CRT电视的电子枪发射的电子到达屏幕的中心和屏幕的四周的距离是不一样的，这种差异导致画面的中心与四周出现亮度不均匀现象，即为热晕问题。

表面互相发光方式（Alternate Lighting of Surfaces Method / ALIS）
此为日本富士通公司独有的技术，此类PDP面板的奇数、偶数线条能交互发光，它的垂直方向的解像力较其它PDP的解像力提高2倍，另外还可消除大部分黑影现象。


非对称Cell结构（Asymmetrical Cell Structure）
此为日本松下公司独有的技术，它将面板上发光效率较差的蓝色Cell（小室）做得比红、绿Cell大，从而提高画面质量，此方式称为非对称Cell结构。

特深密封式蜂窝（Deep Waffle Rib）
此为日本先锋公司独有的技术，它使红、绿、蓝三色荧光体的每个“井”字型的蜂窝结构加深，这样能增加PDP输出亮度，使光线释放能力提升60%，大大提高亮度和对比度。

EMI滤光玻璃
屏幕表面的那块玻璃是EMI滤光玻璃，它由一层钢化玻璃、一层EMI金属丝网和三层功能各异的薄膜复合而成，除了可以保护显示屏外，还可以过滤杂色光。

[ 本帖最后由 szf229 于 2010-3-5 10:09 编辑 ]

sboys

老王的帖子真如一缕春风啊，让家电bbs越来越技术流了。。。。。。。。可喜可喜

youlike

拜读

凌珊骑妖

原帖由 szf229 于 2010-3-5 09:30 发表
声明：此帖是网上搜罗，整理的，其中pdp结构图我加上中文注解。
只讲基本发光原理，具体的色彩和信号驱动方式不讲，比较枯燥。主要是帮顶老王，看了老王的帖子，有兴趣深了解数字电视原理的可以看下。主要是两张结构 ...

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scqgw

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完颜祖儿

不顶说不过去

雨轩

6.绿色环保：PDP是通过等离子体放电（不是通过扫描）形成图像的，因此画面无大面积闪烁（还无电磁辐射），人们长时间观看不会受到伤害，属绿色环保产品；

不错！等离子确实是无闪烁、无辐射、无伤害的三无产品啊！[s:20]

loio

技术帖，拜读了！[s:20]

帮顶啊！~

jdbbslgm

[s:139]

xiatian3

很专业，很全面，想不顶都难。

小时候可俊了

用技术说事，方能服人。。。

qi509

[s:20] :victory:

栗子大梨子

雨轩教主终于文明的酸了一回