等离子电视机 :利用荧光粉发光成像的电视设备

更新时间:2024-09-20 17:53

等离子电视(英文名Plasma TV)是一种采用等离子显示面板(英文名Plasma Display Panel,缩写为PDP)的电视机。等离子显示面板是在两张相距几百微米的玻璃板之间注入惰性气体, 并施加电压, 激励平板显示屏上的红绿蓝三基色荧光粉发光成像的设备。其工作原理是一种利用气体放电的自发光显示技术,其工作原理与日光灯很相似。这种电视机具有轻、薄、大画屏、高画质、色彩逼真、画面动作流畅、不闪烁等特点。

等离子电视在1964年由美国伊利诺伊州大学的两位教授发明,70 年代初实现了10英寸512x512线单色PDP的批量生产。由于2002年6月的国际足联世界杯锦标赛极大地将等离子电视推向了高峰,但在2005年1月7日,索尼东芝两大日资家电巨头宣布淡出等离子电视市场。

2006年,索尼、东芝两家公司明确表示将放弃等离子电视领域的研发。后续富士通株式会社飞利浦、先锋、日立制作所松下电器一大批厂家陆续退出等离子电视市场,随后电视机市场逐渐被液晶显示器(LCD)逐渐取代。

发展历程

发展历史

等离子显示器于1964年由美国伊利诺伊州大学的两位教授发明,70年代初实现了10英寸512x512线单色 PDP 的批量生产,80年代中期,美国的Photonisc公司研制了60英寸级显示容量为2048x2048 线单色PDP,但直到90年代才突破彩色化、亮度和寿命等关键技术进入彩色实用化阶段。

1993年日本富士通株式会社首选进行21英寸640x480像素的彩色PDP生产,接着日本的三菱集团松下电器日本电气、先锋和WHK等公司先后推出了各自研制的彩色PDP,其分辨率达到实用化阶段。富士通公司开发的55英寸彩色PDP的分辨率达到了1920x1080像素,完全适合高清晰度电视的显示要求。

1998年飞利浦推出的42英寸壁挂式PDP宽屏幕彩色电视机。

2002年6月的国际足联世界杯锦标赛极大地促进了等离子电视的普及,而美国国会正在着手关于高清晰数字电视播的立法,更会加速这一进程。顺应美国政策要求,家 电行业的跨国公司纷纷减少CRT(显像管)电视的产量,加大等离子等高清晰电视的生产。

2005年1月4日于美国开幕的国际电子消费展上三星电子展示了当今全球最大的102英寸纯数字高清等离子电视Z102。内置两部电视调谐器,画面可以分割显示。

2005年1月7日,正当索尼东芝两大日资家电巨头宣布淡出等离子电视生产时,日本另一家电巨头先锋电子却高调宣布将继续追加近5亿美元巨资投向等离子的研发生产。 同时,先锋电子中国投资有限公司还宣布,将借道中国音响业巨头CAV的专卖店抢占中国市场,有意避开国美"苏宁易购等家电连锁卖场。

2005年2月3日至8日,在国产平板电视疯狂降价的一再刺激下,合资企业价格战终于在春节前一周爆发。苏宁在其促销清单中,LG 的一款42英寸等离子电视仅售19688元,首破20000元大关,三星“三洋”的等离子价格也应声下落。

2005年3月30日,一面由数十部等离子和液晶彩电组成的高端彩电展示墙在成都市首家平板电视精品店 —— 成都国美新南门店亮相。这面展示墙总长达150多米,高3米多,是目前国内最大的等离子电视墙。

2005年5月24日,松下电器发布消息准备投资1000亿日元(7.2亿欧元)在日本建设世界上最大的等离子显示屏工厂,以达到世界市场占有率 40% 的目标。该工厂在2005年11月开工,松下在2005年每月的等离子显示屏生产能力已经达到15万台,它预计有能力在2006年生产200万台等离子显示屏。

2005年7月15日,日本松下携第八代等离子入华。

2005年下半年,LG电子旗下的第四期等离子模块生产线正式投产使用。

2005年9月11日,长虹在北京国美推出55英寸液晶电视和65英寸等离子电视,这是截止2005年9月11日,中国国产品牌推出的最大规格平板电视。长虹彩电工程师王京若告诉记者,“55英寸液晶和65英寸等离子是目前为止中国能够自主制造的最大尺寸平板电视,价格在25000元至149999 元左右不等,今后消费者可以在国美安贞店内首先购买到全线型号、尺寸的产品。”

2005年11月25日,中央数字电视传媒有限公司在京宣布,确定日立制作所成为继松下电器之后中国中央电视台高清数字电视《高清影视》全国市场推广的第二家合作伙伴。

2008年6月26日,由中国电子视像行协会联合美国美国国际数据集团国际数据集团RBI锐德商业集团主办,中国电子视像行业协会等离子专业委员会和《TWICECHINA消费电子商讯》共同承办的“2008年等离子电视市场发展论坛”成功落下了帷幕。工业和信息化部、中国电子视像行业协会、北京中怡康时代、中国电子技术标准化研究所电子设备与系统研究中心等政府部门和研究机构专家出席。

2008年,中国彩电总销量较2007年基本持平,各彩电技术类型结构发生了显著的变化。CRT电视市场持续衰减,液晶电视稳定增长,等离子电视高速增长。等离子电视2008年销售量162万台,占总体彩电4.5%,销售额100亿元,占总体彩电7.6%。

2010年,国际消费电子展上,日本松下电器产业公司首次推出了世界最大的3D(三维)全高清等离子电视机,屏幕达到152英寸

各大企业淡出等离子市场

索尼东芝:2006年,索尼、东芝两家公司明确表示将放弃等离子电视领域的研发,全力转向液晶电视市场,而现有等离子将全部清仓,大幅降价处理。

富士通株式会社:2008年,日本富士通集团宣布,将停止生产等离子电视机。在2009年3月份退出带电粒子电视市场,将精力集中在核心业务上。

飞利浦:2007年3月传出退出,后予以否认,2007年9月证实退出,2009完全退出。

先锋:2008年3月,先锋宣布退出等离子面板的生产,改向松下电器采购面板

日立制作所:2008年9月18日,全球第四大等离子面板制造商日立突然宣布将停止自己的等离子面板生产,转向松下采购。

Vizio:2009年,中国台湾瑞轩科技 Vizio 也宣布停止等离子电视业务,今后将专心经营液晶电视事业

松下:2011年开始逐渐收缩等离子面板业务,加大液晶业务投资。2013年11月宣布停产,并将于次年3月停止所有等离子业务。

长虹:2012年10月26日,四川长虹召开临时股东大会,审议通过终止向大股东四川长虹电子控股集团有限公司收购“欧丽安PDP”股权的议案。

基本结构

等离子显示面板

等离子屏的基本结构由基板、 上层玻璃和下层玻璃组成。基板和玻璃是用双面胶粘合在一起的。PDP按工作方式的不同主要可分为电极与气体直接接触的直流型(DC-PDP)和电极用覆盖介质层与气体相隔离的交流型(AC-PDP)。

研究开发的彩色PDP的类型主要有三种:单基板式(又称表面放电式)交流PDP、双式(又称对向放电式)交流PDP和脉冲存储直流PDP。由于等离子电视显示原理, PDP屏存在严重的电磁干扰(EMI) 问题, 等离子屏四周边是易碎的玻璃, 因此等离子电视结构设计比显像管电视和液晶电视结构设计复杂。

屏蔽组件的设计

由于等离子显示面板的显示原理,导致PDP屏幕存在严重的电磁干扰(EMI)问题。会对电网造成污染,还会影响到其他用电器的正常运作,而且会以辐射干扰的形式影响到周围空间。为了确保产品符合CCC要求,必须严格控制产品的EMI。

PDP屏幕的电磁干扰主要分为传导干扰和辐射干扰两类。传导干扰通过交流电源线路传播,频率低于30MHz,而辐射干扰则通过空间传播,频率在30MHz~1GHz之间。所以使用屏蔽玻璃屏蔽屏的正面,使用金属压条(金属条)屏蔽侧面,使用铁壳屏蔽后部。

屏蔽玻璃由层压在两层聚丙烯或玻璃之间的金属丝制成,也可以将金属薄膜真空沉积在化学基片上制成。这种玻璃的透光率可达40%~50%,在100KHz磁场中的屏蔽效能为20dB,在10MHz电场中的屏蔽效能为80dB,在1GHz电场中的屏蔽效能为70dB。

为了达到良好的屏蔽效果并防止辐射泄漏,需要在正面、侧面和后部的屏蔽零件的接缝处加入既具有一定弹性,又具有良好导电特性的导电泡棉,填充缝隙的同时保持两个界面间的电连续性。

导电泡棉是一种防电磁波辐射的产品,采用弹性良好的聚氨泡棉作为夹层,外部用高导电性的复合铝箔包卷。底部贴有两面导电胶带,主要用于缝隙的屏蔽。使用时将胶带直接粘贴在有EMI泄漏的缝隙处,用力碾压多次,使金属箔与另一部分金属实现良好的电接触,保证屏蔽体的导电连续性,以达到最佳的屏蔽效果。

等离子屏的安装固定

由于等离子屏的正面是玻璃,四边没有保护,因此等离子屏的安装固定与同样属于平板的液晶屏不同。虽然液晶屏正面是较为软弱的膜,但其四周边和后部都用钢板包围起来,可以与前壳或其它零件直接接触。而等离子屏由于四边没有任何保护,左右两边和下部都粘贴有 FPC(软排线),不能与前壳或金属压条直接接触,必须悬浮在它们中部,与它们保持一定距离。所以支撑架、顶部小支撑架以及侧端小支撑架既和屏连接,也和前壳连接,作用是阻止前壳和屏之间相互运动,使等离子屏与前壳和金属压条始终保持一个固定的距离,避免它们相互接触。屏蔽玻璃与前壳直接接触,用螺钉固定在前壳上的金属压条通过导电泡棉紧紧压住屏蔽玻璃,使其不能移位。等离子屏悬浮在金属压条上,四边的空隙用海绵垫填充,防止灰尘进入。

机壳

前壳材料的选择

等离子电视与显像管电视结构不同,当放置在桌面时,等离子电视自身的重量通过固定在屏上的底座转接支架的传递而依靠底座来承受,外壳起到装饰的作用。显像管电视则是完全依靠外壳来承重的。一般29寸显像管电视重量约为42Kg,42寸等离子电视重量约为31Kg。单纯从放置在桌面使用来考虑,等离子电视的前壳完全可以采用以往显像管电视的前壳的用料HIPS (高抗冲聚苯乙烯),不需要提高强度方面的要求甚至还可以降低性能上的要求。但目前大多数的等离子电视都是整机和底座分开包装的,当运输和搬运时,是外壳在承受电视机的重力。另外考虑到消费者在家中移动电视机时,都是以外壳为承托,很少人会抓住底座来搬动电视机。从这些方面看,材料的性能不可以降低,故等离子电视的前壳用料还是选用HPS。

后壳材料的选择

等离子电视有相当大的辐射,为了屏蔽电磁波,等离子电视的后壳需使用金属材料。以往,等离子后壳一般采用铝板制作,因为铝板轻,而且散热性能好。随着市场竞争加剧,产品利润下降,等离子后壳一般采用电解板来制作。虽然重量增加了,但成本降低了。

电路

等离子电视的电路有以下几种:

(1)电源板:为显示器和相关电路提供电源。

(2)X/Y 驱动电路:其作用与普通显像管电视机的扫描电路基本相似。

(3)接口电路:用来完成信号的连接。

(4)逻辑电路:用来对相关电路的工作状态进行控制。

带电粒子电极之间加上高压后,密封在两层玻璃之间的气体便产生紫外光,从而激发 R、C、B三基色荧光体发出可见光。每个等离子作为一个像素,由这些像素的明暗和颜色变化的组合,即可产生各种灰度和色彩的图像。

配件

除了后壳, 等离子电视还需使用到许多金属件。 使用在平板电视上的钢板材一般有三种 ,SPCC、SGCC 和 SECC。

SPCC:又称冷轧板, 硬度最低, 表面一般需要喷涂处理(会增加成本),价格低。

SGCC:又称电镀锌板, 硬度中等, 一般无需表面处理,切断面易生锈, 一般板厚0.5~2.0mm,价格高。

SECC:又称热浸锌钢板, 硬度最高, 一般无需表面处理,韧性较差, 抽深时易裂, 一般板厚0.5~2.0mm,价格中等。

工作原理

等离子体显示器的显示原理

等离子体发光单元内部涂抹了荧光粉,这些荧光粉会在电场作用下被电离放电而发光。等离子彩色显示单元将一个像素单元分为三个小单元,并在每个单元内涂上红色、绿色和蓝色三色荧光粉。每个小单元所发的光就是红色、绿色和蓝色三色光合成的效果。等离子体显示单元的发光过程分为四个阶段:

第一阶段是预备放电,给扫描/维持电极和维持电极之间施加电压,使单元内的气体开始电离,为放电创造条件。

第二阶段是开始放电,接着给数据电极与扫描/维持电极之间加上电压,使得单元内的离子开始放电。

第三阶段是放电发光与维持发光,在这个阶段,数据电极上的电压被移除,而给扫描/维持电极和维持电极之间加上交流电压,使得单元内形成连续放电,从而可以维持发光状态。

第四阶段是消去放电,交流信号被移除后,单元内变成弱的放电状态,等待下一个帧周期的放电发光激励信号。

等离子体发光的原理主要有两种:一种是在电离形成等离子体时直接产生可见光;另一种是利用等离子体产生紫外光来激发荧光体发光。等离子体并非固态、液态或气态,它是一种含有离子和电子的混合物

在显示单元中,加上高电压使得电流流过气体,从而使原子核的外层电子被激发出来。这些带负电的粒子会飞向电极,在飞行过程中与其他电子碰撞会提高其能级。当电子回复到正常的低能级时,多余的能量就会以光子的形式释放出来。

等离子体显示板的像素实际上类似于微小的灯管,其基本结构是在两片玻璃之间设有一排一排的点阵式的驱动电极,其间充满惰性气体。像素单元位于水平和垂直电极的交叉点。要使像素单元发光,可在两个电极之间加上足以使气体电离的电压。颜色是由单元内的磷化合物(荧光粉)发出的光产生的。通常等离子体发出的紫外光是不可见光,但涂在显示单元中的红、绿、蓝三种荧光粉受到紫外线轰击就会产生红、绿和蓝的颜色。改变三种颜色光的合成比例就可以得到任意的颜色,这样等离子体显示屏就可以显示彩色图像。

等离子显示板的驱动方法

等离子体显示板是由水平和垂直交叉的阵列驱动电极组成的,与显像管的显示方法不同,它可以按像点的顺序驱动发光,也可以按线(相当于行)的顺序驱动显示,还可以按整个画面的顺序显示。而显像管由于有一组有R、G、B组成的电子枪,它只能采用一行一行的扫描方式驱动显示。主要由点顺序驱动、线扫描驱动、面驱动三种方式。

点顺序驱动,即水平驱动和垂直驱动信号经开关顺次接通各电极的引线,水平和垂直电极的交叉点就形成对等离子体显示单元的控制电压,使水平驱动开关和垂直驱动开关顺次变化就可以形成对整个画面的扫描。每个点在一场周期中的显示时间约为 0.1μs,因此,必须有很高的放射强度,才能有足够的亮度。

线扫描驱动方式,垂直扫描方式与上述相同,水平扫描驱动是由排列在水平方向的一排驱动信号线同时驱动的,一次将驱动信号送到水平方向的一排像点上。视频信号经处理后送到1H存储器上存储一个电视行的信号,这样配合垂直方向的驱动扫描一次就可以显示一行图像。一场中一行的显示时间等于电视信号的行扫描周期。

面驱动方式,视频信号经处理后送到存储器形成整个画面的驱动信号,一次将驱动信号送到显示板上所有的像素单元上,它所需要的电路比较复杂。但由于每个像素单元的发光时间长,一场中的显示时间等于一个场周期25ms,因而亮度也非常高,特别适合室外的大型显示屏。

参考资料

等离子电视(plasma display panel tv).有道.2023-10-23

对等离子预期悲观 飞利浦弃等离子转道液晶.新浪财经.2023-10-16

日立巨亏7000亿日元 昔日巨擘或退出消费电子(2)——中新网.中国新闻网.2023-10-16

松下将退出电视等离子面板业务 工厂将被出售.新浪财经.2023-10-16

长虹将告别等离子 投资40亿建设生产线面临关闭.新浪四川.2023-10-16

深度解析显示技术的发展史及其发展特点.AET电子技术应用.2023-10-15

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