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液晶- LED背光-等离子显示技术

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液晶换代之战LED背光激战传统显示器

液晶是一种介乎于液体和晶体之间的物质。液晶的奇妙之处是可以通过电流来改变其分子排列状态,给液晶施加不同的电压就能控制光线的通过量,从而显示多种多样的图像。但液晶本身并不会发光,因此所有的LCD都需要背光照明,所以LCD背光源应用是至关重要的。一直以来,CCFL(冷阴极荧光灯)扮演着重要的角色,现在市场主流的产品大部分采用了CCFL背光设计。直到2009年,LED背光显示器正式面世,这开拓了液晶背光源的新领域,同时展开了液晶的换代之战。

那到底白色LED背光设计到底有什么优势?CCFL发展到现在还存在什么弊端?白色LED 背光是否能真正满足消费者需求而取代CCFL背光?下面笔者将从两者背光原理以及实际效果对比来说明这一切。

参与测试的显示器官方参数解读:

在产品参数方面我们看到两者最大的不同就是背光设计和价格不同,究竟两者整体性能表现有什么差别,我们将为大家揭晓。

在对比测试开始之前,笔者先简单介绍一下CCFL背光以及白色LED背光的工作原理。

CCFL(冷阴极灯管)背光

上图所示,冷阴极灯管在一玻璃管内封入隋性气体Ne+Ar混合气体,其中含有微量水银蒸气(数mg),并于玻璃内壁涂布萤光体,于二电极间加上一高压高频电场,则水银蒸气在此电场内被激发即产生释能发光效应,放出波长253.7nm的紫外线光,而内壁的萤光体原子则因紫外线激发而提升其能阶,当原子反回原低能阶时放射出可见光(此可见光波长由萤光体物质特性决定)。而CCFL对交流电压要求相对较高,启动时达到1500~1600 Vac(交流电压),然后稳定至700或800Vac。

LED(发光二极管)背光

LED(Light Emitting Diode)也就是我们常说的发光二极管,这种产品及其应用由来已久,例如路边的广告牌、家用电器上的各色指示灯。LED背光技术应用到显示屏上,就是采用LED(Light Emitting Diode,发光二极管)为背光模组的液晶面板。LED(Light Emitting Diode),发光二极管,是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。典型的LED 背光子系统在12~24Vdc(直流电压)或更低电压。上图就是发光二极管的简单结构图。

分析完简单的工作原理后,我们先看看下面LED背光的优势所在和现在的不足之处。

下面我们说说白色LED背光的三大优势,希望能让消费者更加明白CCFL以及白色LED背光之间理论上的区别。

白色LED优势一:白色 LED背光设计让显示器更轻薄。

从上图的结构图可以看出,由于发光二极管和荧光管物理厚度有所差别,导致两者成品上的厚度有着质的差别。理论上,LED背光液晶显示器厚度只是CCFL背光显示器的一半。当然,部分显示器虽然采用了LED背光设计,但为了控制生产新模具的成本,依然采用CCFL 液晶的模具,导致LED背光液晶成品和CCFL背光液晶成品厚度相差不明显。

白色LED优势二:白色 LED背光寿命长、功耗低、更环保。

经过这些年的发年,CCFL在效率和使用寿命上已经取得极大的进步,但今后继续获得大的技术进步的前景非常黯淡。相比之下,作为备选的LED技术发展相当迅速,且这种技术有一条明确的通向未来发展的道路。

相信有一些老用户会觉得他的显示器开始泛黄,倘若经过拆解后,不难发现里面有灯管已经烧坏。这是因为普通的CCFL背光源一般的使用寿命在2.5万小时左右,顶级CCFL背光的发光寿命也不过6万小时,在使用寿命末期,LCD的亮度就会明显下降,不得不更换LCD 的CCFL背光模组。而现阶段白色LED背光的实际使用寿命为5万至10万小时,与LCD显示屏的使用寿命基本一致,而且还有再次提升的潜力。即使每天连续使用12个小时,也可以连续用上10年以上。

功耗方面,上文已经提及到CCFL的交流电压要求相对较高,启动时达到1500~1600 Vac,然后稳定至700或800Vac。它们还需要电源逆变器,以通过直流电源工作,这样就增加了应用的成本、占位面积和重量。相比之下,典型的LED背光子系统在12~24Vdc或更低电压下工作。实际功耗

中,从我们以往测试中可以看出,CCFL设计的19英寸宽屏满载功耗大概35W,而LED背光则是14W。

相信不少用户在购买IT产品的时候,有看到RoHS这个标志,其实该指令是代表该电子产品没有铅、镉、汞、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚等物质,而汞是CCFL灯管和其它类型荧光照明的主要成份,LED背光则不含汞,所以现在欧美国家已经在大力推举LED背光液晶。

白色LED优势三:白色 LED背光屏的色彩表现力胜于CCFL。

上图可以反映色彩均匀问题

首先,设计原理上的区别注定了白色LED背光设计让显示器的色彩更均匀,毕竟CCFL 背光设计会让画面出现明暗不一的状况,而且漏光现象比较普遍。

CCFL背光由于色纯度等问题,在色阶方面表现不佳。这就导致了LCD在灰度和色彩过渡方面不如CRT。据测试,采用CCFL背光只能实现NTSC色彩区域的70%左右,即使是通过

采用改进型的CCFL光源,也只能达到NTSC等比90%左右的色域范围,也就是现在的广色域显示器。白色LED背光NTSC色彩区域大概是70%以上,另外一种RGB LED背光是一种高端设计,NTSC色域区域可达100%左右,当然这种设计成本高,暂时在高端液晶电视中出现。总的来说,在色彩表现力和色阶过渡方面,LED背光也有显著的优势。

现在白色LED背光的不足之处

当然,事物发展是需要一个过程的,白色LED背光作为一个新生的事物,虽然理论上材料造价成本低,但技术成熟度还不够高,产量不够高,所以LED背光整体价格比CCFL高。色彩方面,现在LED背光设计的色彩表现能力实际效果和CCFL设计相当,不过这段时间LED 背光显示器的色彩表现能力已经越来越好。总的来说,上市到普及无论技术和价格都需要一个过程,相信这个过程不需要太长时间。

关于等离子电视与液晶电视有什么不同这个问题,相信是许多朋友一直想弄清楚的,今天笔者就来简单说一下液晶电视和等离子电视的最基本的区别是什么。那么下面我们先来说一下液晶电视,液晶电视的面板最大的特点就是像素可以做的十分小,而且间距可以很近,因为不需要像等离子电视那样为每个像素需要留出空间来放电。所以像素的间距可以很近,而且液晶面板的像素基于半导体工艺、光刻和印刷技术,以致于可以轻松的在小尺寸液晶面

板上实现高分辨率。

液晶面板结构

液晶通过光线照射,利用电压使液晶分子转动,这样光线透过液晶分子产生不同的亮度强度,最后通过虑光片色轮来决定显示出画面的色彩,最终达到成像。不过液晶面板本身不发光,是通过电视内部的背光源灯来照亮的。

液晶面板的背光灯(CCFL)我们可以将它看做一个长明灯,它的光是不间断的,所以就成就了健康无闪烁的液晶面板。但也正因为液晶面板是透光的,需要背光灯来照亮,导致了液晶的对比度一直上不去。并且液晶电视的对比度受可视角度的严重影响,基本上是液晶屏幕的中央对比度最高,然后从中央向外开始逐渐减弱。如果按照液晶电视176度可视角度的宣传来说,当在这个角度观看电视的时候,电视的对比度可能已经不足十分之一。

● 等离子电视结构与成像原理

等离子电视和液晶的成像原理截然不同,液晶是通过一个大的背光灯照亮画面,而等离子则是每个像素都在发着光。有人说等离子屏幕上布满了等离子电枪,每个像素都是一把可以打亮的枪。但其实等离子屏幕中的每个像素都是由3个玻璃气室组成的,依此类推通过大量的玻璃气室室组组成了一个平板。

在每个玻璃气室当中都含有惰性气体,一个像素由3个气室组成,然后这个像素的3个气室会分别涂有红色荧光粉、绿色荧光粉和蓝色荧光粉。然后通过电极导线在驱动电路的控制下对每个气室放电,在气室中的惰性气体中放电导致离子体发射出紫外线,紫外线再激发荧光粉发光,这就达到了等离子成像。

等离子面板结构图

等离子的亮度与导线放电频率有关,通过驱动电路的控制,放电频率越快,亮度就越大。这就是等离子电视完整的成像方法,因为是通过高温放电来达到成像,所以每个气室像素必须有一定间距,这也就是为什么等离子电视的分辨率无法做的很高的原因了。CRT电视是公认的目前色彩最出色的电视,如果将色和种分配给液晶电视和等离子电视的话,那么液晶就是色,等离子就是种。

● 结论

荧光粉主动发光器件图象主观感受最好,这是公认的。所以等离子体发出的紫外线激发银光粉发光,这和CRT电视的高压轰击银光粉发光很相似,在成像效果上也十分相似。不可否认,论清晰度,等离子无法和液晶电视相比。不过论画面,不用怀疑,等离子电视在液晶电视之上,包括对比度、画面层次感、以及可视角度。

什么是等离子电视机

伴随近两年平板电视机产品的大幅度降价,越来越多的消费者把购买平板电视机列入了最近的采购计划。随着2008奥运年的来临,更迎来了一个电视机产品更新换代的高峰。平板电视机普及率的提高必然拉动消费者对平板电视机相关知识的需求。为了大家更好的选购平板产品,尤其是在动态画面上具有显示优势的等离子电视机产品,特意为大家总结有关等离子电视机的一系列消费常识,希望对大伙有所帮助。

什么是等离子电视机之等离子显示技术

等离子电视机是目前流行的平板电视机的一种主流技术种类。等离子电视机又称

PDP-TV。其中PDP是英文Plasma Display Panel的缩写形式。Plasma Display Panel中文翻译过来就是等离子显示器。等离子电视机就是等离子显示器结合电视信号接收、处理电路构成的应用产品。

了解什么是等离子电视机,等离子电视的特点、选购、保养的知识,首先需要了解等离子电视的历史。等离子显示技术并不是什么新鲜玩意。早在1964年美国伊利诺斯大学就成功研制出了等离子显示产品。只不过当时的等离子只能显示单色,还不能作为彩色电视机产品来应用。在以后的时间里这项技术得到了广泛的支持,同时技术进步飞快。

在1964年7月实验性样品的简单发光点阵基础上,1979年,人们已经能够开发出了5英寸100×100像素的AC方式表面放电彩色PDP等离子显示器产品。而另一个标志性的产品是1993年, 21英寸、分辨率达到640×480的26万全彩色PDP等离子显示器正式进入纽约证券交易所,等离子显示器或者说等离子电视第一次迈入实质的商用化时代。

到了1996年,42英寸、852×480像素(标准清晰度)、色彩显示达到1677万色的大型全彩色宽屏PDP等离子电视的成功开发,使等离子电视真正的开始进入家用视听产品的行列。自此等离子产品开始成为人们人常生活的伙伴。只不过在早期受制于价格因素的影响,等离子产品只能成为富人们的享受工具。不过这种情况以更快的速度在倍改变。

价格问题已经摆在著名的企业面前。而解决这个问题的不是等离子电视的发明者,美国人,而是最大的家电王国日本的财团们。因为他们认为等离子将在未来成为新型显示设备最主要的技术品种。甚至日本企业认为在大屏幕家用电视机领域,液晶电视机根本不足以和等离子电视机竞争(虽然事实已经证明这种看法多么错误和幼稚)。在这个时期等离子电视机迎来了大批的支持厂家。而价格的目标则是降到5000美元以下,这将是等离子产品开始普及的底线。

著名视听产品品牌索尼Sony采用富士通Fujitsu公司等离子显示器件制造高档次的平板电视。这个时期NEC也正在使其等离子厂达到更高的生产速度。而先锋Pioneer的努力程度不如前两者,不过先锋仍然推出了40英寸和50英寸模件。作为后来,或者是说今天,等离子电视产品的最大提供商Matsushita(松下的上属公司)也在努力提高产能,并支持东芝42英寸等离子电视机显示器的开发。Matsushita甚至还在INFOCOMM'99上展示了一台60寸的XGA初级产品,并从此开始致力于制造最大的等离子电视机:今年(2008)松下展出了150英寸达到4k分辨率(四倍全高清)的样机产品。此外如Sanyo三洋、JVC、Philips飞利浦、Runco、Marantz、Proton和Hitachi日立这些大公司也在上世纪90年代加入了等离子电视阵营。不过等离子电视机真正走向普及还是近几年的事:直到1998年全球等离子电视的销量仅48000台。

等离子电视厂商下一个价格目标是42英寸产品2000美元。该目标在03、04年成为现实。进入本世纪,等离子技术得到更多的企业支持,飞利浦、三星、LG和国内彩电企业厦华是本世纪初最主要的加盟者。等离子产品的支持阵营在2003年达到最大,同时产品价格大幅下降,使等离子电视产品进入高速普及阶段。

目前等离子电视依然是主流的平板电视显示技术。虽然面临着来自液晶电视产品的巨大竞争压力,和索尼、东芝、富士通、飞利浦等诸多传统等离子企业退出该领域的尴尬,但是专家依然认为在未来四五年内,等离子电视产品年销售数量会持续增长。当然受价格因素影响,等离子产品的销售额可能在2010年出现下滑。而在此时有机发光显示技术OLED将开始取代液晶和等离子电视产品。在2015年,液晶和等离子电视机产品将进入产销双下滑的淘汰阶段。

什么是等离子电视机之等离子电视机发光原理

浅显的了解了等离子电视机的历史,接下来要了解一下等离子电视机的显示发光原理。这也是理解什么是等离子电视机的关键。等离子电视机,或者说是等离子显示技术是一种利用气体放电产生射线激发荧光粉发光的显示技术,其工作原理与我们常见的日光灯很相似。

在等离子电视机的显示原理中,最重要的是利用等离子体再结合产生的“电磁波”来轰击荧光粉发光。为了得到合适波长的电磁波往往需要挑选适合的气体分子。等离子电视机采用的氖、氙等混合惰性气体作为工作媒质。这种气体在电离后的再次结合中会产生较强的紫外线。紫外线轰击荧光粉则可以发出可见光线。

等离子电视机选用不同的荧光粉来产生红绿蓝三种基本色彩的光线。三原色的光线按不同比例混合则可以产生人眼常见的自然界的主要色彩。目前等离子电视机的色彩再现能力能够达到几十亿色,甚至几百亿色。但是这些色彩在根本上是红绿蓝三原色混合呈现。

什么是等离子电视机之等离子屏成像结构

利用气体电离、结合产生紫外线,在利用紫外线照射荧光粉产生可见光,这是等离子电视机发光的基本原理。而等离子电视机显示万般变化的画面,却需要大量的不同色彩的组合。其实等离子电视机的显示屏可以看成会是很多的等离子管构成的阵列:每个等离子管是一个独立的发光单位——可以把它们当成是体积相当小巧的紫外光日光灯。

通常等离子屏幕上排列的放电小空间(等离子管)所被称为cell。而每一个cell是负责红绿蓝(RGB)三色当中的一色。我们所看到的多重色调的颜色,是由三个cell混合不同

比例的原色而混成的。这里要注意的是等离子管或者是cell并不是通常所说的像素。事实上一个像素由红绿蓝三个cell构成。因此,cell也被叫做次级象素。

Cell也就是次级像素三个一组构成像素,像素在排列成矩阵构成等离子屏幕。等离子电视机工作的时候,它不像显像管CRT电视机那样可以经由对电子束量的控制进行明暗调整。因为等离子电视机工作的时候紫外线和可视光都已经是处于饱和状态,即不可能像CRT 电视那样通过改变电流大小,控制画面的明暗程度,只能利用其亮和灭两态特性,以改变发光时间的长短(放电次数)来控制灰度高低。

为了显示更多的色彩,等离子电视机采用PCM(Pulse Code Modulation)技术来控制每一个Cell发光。原理就是通过脉冲电压控制Cell放光的时间长短,进而在整体上可以改变色彩的亮度。实际产品设计中,等离子电视机把每一帧画面(通常的影像每秒拥有60帧画面,我国电视信号采用每秒50帧画面,电影院的胶片电影为24帧)分割成几个次区域分别控制。

假设每一帧画面拥有8个次区域,遵照设定的适当的脉冲规律,各个次区域可以实现不同的亮度。最后,把这些次区域组合起来便可以显示多种色调的颜色——通常8个次区域的设置可以显示256种灰度。将这些色彩的总数结合,便是256×256x 256=16,777,216

种色彩。次区域数目取决于数字图像信号量化精度的位数,在其产品采用8位,目前主流产品采用10位或者13位,即每一帧画面存在10或者13个次区域。由此可以看出,等离子电视的灰度控制、色彩控制是完全数字化的。

什么是等离子电视机之等离子屏制造结构

虽然在概念上等离子电视机的屏幕是由一个个的等离子管构成,但是这并不是实际中等离子屏幕的制造方式。等离子电视机的屏幕制造绝对不是先早好一个个的等离子管,然后把管子拼起来,而是一次性形成所有的管子。

实际中的等离子电视机的屏幕面板主要由两个部份所构成:一个是靠近使用者面的前板制程(Front Process),其中包括玻璃基板(Glass Substrate)、透明电极(Transparent Electrode)、Bus电极(Bus-Electrode)、透明诱电体层(Dielectric Layer)、MgO膜(MgO Thin Film)。

前板制程(Front Process)

等离子电视机屏幕的另外一个是后板制程(Rear Process),其中包括有萤光体层(Phosphor Layer)、隔墙(Barrier Rib)、下板透明诱电体层(Dielectric Layer)、寻址电极(Address Electrode)、玻璃基板(Glass Substrate)。

后板制程(Rear Process)

负责等离子电视机屏幕的发光的磷光质并不是在靠近使用者的那一面,而是在比较内部的部份。等离子电视屏幕的基本结构可以看成是上下两层玻璃板,配合一些列中间层材料构成的。实际中的等离子管则是靠上下玻璃层、隔墙层构成。通常隔墙层的材料是特种陶瓷。而我国也有自主开发的金属栅荫罩式隔层。采用此项技术的第一条等离子屏幕生产线已经在2007年底投入试生产。

此外,由于等离子电视机屏幕的控制电路必须要夹在前板制程与后板制程当中,因此在面板的组合过程当中,需要将前后板准确对齐,并且与控制电路作好搭配,确保在连接上不会有问题。

将控制电路嵌入前后制程当中,组成面板

等离子电视机屏幕正常工作单单只有面板还不够,还需要有高压驱动电路、控制电路,才能最终工作并显示出优美的画面。而构成等离子电视则还需要加入电视信号的接入和处理器件,才能最终成为市场上销售的、消费者可以用的等离子电视。

什么是等离子电视机之等离子电视机优点

消费者购买等离子电视机主要看中的就是等离子电视机的优势。这也是了解什么是等离子电视机必修的一课。相比传统CRT阴极射线管电视机和液晶平板电视机拥有着自己独特的优势。主要表现在外观造型、色彩表现、灰度效果等方面。

等离子电视机作为平板电视的典型技术之一,其具有超薄的特点。在08年的美国消费电子展上,先锋、松下和日立分别展示了厚度只有9毫米、1英寸和1.5英寸的超薄型50英寸等离子电视机。如此纤薄的厚度是“大手大脚”的crt电视所不可能相提并论的。据悉目前最薄的在售CRT产品也要10英寸,25厘米以上的厚度。超薄的外观也是等离子电视机受人喜爱的主要原因之一。

出了超薄的特点,等离子电视机还具有色彩丰富、色彩饱和度高、色域宽广的特点。这是等离子电视机和液晶电视机比较最大的优势所在。虽然目前液晶电视机也在大力提升色彩表现,但是在市场产品上依然是等离子电视机占有优势,当然如果采用LED背光源的液晶电视机能够普及,那么等离子电视机的这个最主要优势将面临丧失的危险。(不过也有人指出,色彩够用就好,等离子在宽的色域,在肉眼里面也很难区分出于液晶电视机的区别)。

等离子电视机的色彩水平也可以和CRT媲美——虽然还有些差距,但是毕竟比较接近。导致等离子电视机拥有出色色彩效果的原因是等离子电视机的发光原理。荧光粉发光本质上

和CRT电视是相同的,只不过是CRT电视采用电子束激发荧光粉发光;而等离子电视机采用紫外线激发荧光粉发光。

等离子电视机采用的发光原理还导致等离子电视机的另一个优秀的显示特点,那就是出色的灰阶效果,特别是在暗部灰阶的效果格外出色。不同于液晶电视机的被动发光,即利用背光源发光,等离子电视机采用像素点主动发光,可以将黑色控制到最好。被动发光的液晶电视机不光液晶分子如何关闭,总会有些许光源被遗漏出来近而导致不能很好的显示黑色。等离子电视机的主动发光,在等离子管不被点燃的时候亮度可以控制到零。进而展示完美的黑色。同样的道理使得等离子电视机在接近黑的颜色上也有超过约液晶电视机的效果。

等离子电视机的另一个主要优点是优秀的动态清晰度。等离子电视机的等离子管的状态控制可以在瞬间完成,据测算反应速度仅相当于0.002毫秒。这是目前液晶电视机屏幕三四毫秒的放映时间没有办法媲美的。高速的控制能力带来了画面更快的切换和变化效果,因因此等离子电视机在运动换面的流畅性上具有优秀的表现,很少出现拖尾等现象。

除此之外,在早期的一些报道中提到等离子电视机具有可视角度宽广、容易实现大屏幕、亮度均匀、寿命长等优点。但是随着液晶电视机技术的进步到今天为止,这些优势已经渐渐丧失,成为大众化的特点。

什么是等离子电视机之等离子电视机的缺点一

真正的了解什么等离子电视机,那就不能不提等离子电视机的缺点。因为营销学有句名言,消费者不接受你的产品往往不是不喜欢你的优点,而是接受帮不了你的缺点。等离子电视机和液晶电视机比较,其主要缺点包括能源利用效率低,间接导致能耗大、发热大和亮度低;烧屏和海拔问题依然困扰等离子电视机的应用;分辨率提高、减轻重量和尺寸线的丰富化依然需要努力。

等离子电视机最大的缺点就是能耗利用率低。在早期的等离子电视机显示屏幕的能源利用效率只有1.4%,而发光效率则只有1.1流明每瓦。为了实现等离子电视机的大规模产业化,提升等离子电视机屏幕的能效水平势在必行。提高等离子电视机显示屏能效水平的方法主要有两种:一是从屏幕开口率结构下手;二是在材料方面改善发光效率。

提高等离子屏幕的开口率主要在等离子管上做文章。高开口率意味着屏幕的更多面积参与发光。而实际上等离子管的间隔壁构造会占用屏幕相当的面积。所以提高开口率就是要把等离子屏幕的间隔壁做得更薄。此外,改变等离子电视机面板的红绿蓝亚像素的排列结构也是重要的方法。Pioneer先锋公司就利用井字状排列来改善面板的额开口率。同时,新型的荧光粉的应用也被用来提高等离子电视机的能效水平。

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