等离子显示屏的构造原理及逻辑驱动电路

等离子显示屏的构造原理及逻辑驱动电路

等离子屏显示屏的构造原理及逻辑驱动电路（一）

一、等离子显示屏的构造及工作原理

什么是等离子显示屏？

等离子显示屏是由气体放电体作为像素单元组成的显示屏。

等离子电视的显示屏在工作时，我们拿一个放大镜去近距离观察显示屏，会发现等离子屏和普通的CRT显像管一样，是由一个个红、绿、蓝，红、绿、蓝的小发光点排列组成。 对于CRT的显像管，我们已经了解：这是一个个红、绿、蓝发光点是排列的红、绿、蓝荧光粉由显像管内部电子射出的高速电子流轰击下发光，并组成图像。而对于等离子显示屏是怎么回事呢？等离子显示屏上面看到的红、绿、蓝排列的发光点也是红、绿、蓝荧光粉在发光，而这一个个红、绿、蓝发光点是一个个类似于我们常用的日光灯管构造的小小“日光灯管”的荧光粉在发光。也就是说等离子显示屏就是千千万万个小小的微型的“日光灯管”组合排列组成。这些“日光灯管”在外加电压的作用下内部气体产生电离放电，气体电离放电产生大量紫外线，紫外线激发管壁涂覆的荧光粉发光。组成等离子屏的这些微型“日光灯管”管壁涂覆的是红、绿、蓝三基色荧光粉发光，和普通日光灯管不同的是：这些微型的组成等离子屏的“日光灯管“的发光强度要受到图像信号的控制，就像普通CRT显像管上面荧光粉的发光要受显像管阴极所加的图像信号的控制一样。

因为等离子屏内部没有类似CRT里面的电子，所以等离子屏可以做的很薄，可以称为平板电视。

尽管原理、构造类似日光灯管，但是为了能在图像信号的控制下产生明暗变化的光点，最终组成图像，所以组成等离子屏的小“日光灯管”内部还有一个能控制这个小日光灯管发光强度的电极；这样这个组成等离子屏的小小“日光灯管”内部就有3个电极；两个外加电压维持放电发光的电极，叫放电维持电极或X、Y电极，接较高的脉冲放电电压；一个是控制放电以便达到发光和熄灭的电极叫地址电极或D电极，接经过处理的图像信号，图1所示：

图1

现在的等离子屏都是彩色显示屏，每一个像素单元是有3个类似于“日光灯管”的气体放电体组成，在三个放电腔体内表面分别涂敷红、绿、蓝荧光粉；组成一个像素的三色体单元，图2所示。目前的等离子屏有标清屏（SDTV）和高清屏（HDTV）之分，长宽比例都是16：9。标清屏适用于收看目前电视台播放的普通电视节目（SDTV信号），高清屏着适用于收看以后的真正意义的高清晰度数字电视节目（HDTV信号）；例如1081i及1080P标准的数字电视信号。对于标清屏分辨率要求有480×852显示，要有40万个像素，那么3个小小“日光灯管”组成一个像素，这样一个标清屏就必须有120万个这样的类似日光灯管的放电体组成。对于高清屏分辨率则要求有1080×1920显示，要有200万个像

素，这样一个高清屏就必须有600万个这样的类似日光灯管的放电体组成，图3所示。（以下我们把这些小小“日光灯管”称为气体放电体）

图2

图3

通过以上简单的介绍对等离子显示屏有了初步的了解；下面进一步介绍等离子屏的具体结构及工作原理。

等离子屏气体放电体组成矩阵方式显示图像，每一个发光的气体放电体都有3个电极，

图1所示：

X电极：也叫维持电极，主要就是和Y电极共同形成维持期，波形简单是放电维持电极。

Y电极：也是维持电极，但还承担着全屏写、建立壁电荷、和X电极共同形成维持期等任务，波形较复杂。

D电极：本质是一个数据输入的电极，正是在它的作用下；控制X、Y电极放电的产生，达到控制像素点发光亮度的目的，类似于CRT显像管阴极的作用，所施加的就是经过处理的图像信号，也称地址电极。

气体放电体在屏上排列方式和CRT屏上的彩色荧光粉排列方式类似，由于放电的需要，等离子屏上的每一个气体放电体都有3根电极线引出，并且和放电维持脉冲及地址寻址脉冲相连接，为了方便连接显示图像，采用矩阵方式连接；如图4所示；图4中水平的虚线是X电极连线和Y电极连线，X电极引入端在右边是全部连在一起；接X电极驱动信号，Y电极的引入端在左边，每一根一个引入端，由Y驱动信号上下扫描引入（便于和地址电极共同完成决定点亮某一个像素点），图中垂直的竖线是D地址电极连线；图中的圆圈表示等离子显示像素的气体放电体，如图4上排列；可以看出每一个气体放电体里都有三根引线经过；一根是X电极线；一根是Y电极线；一根是地址电极线。

等离子屏放电体三电极的工作关系，

在X电极接X驱动电路，由X驱动电路提供X放电维持驱动电压；Y电极经过上下扫描控制电路接Y驱动电路提供Y放电维持驱动电压，这两个电压在放电体内均略低于放电

临界电压，此时不能产生放电，而放电的产生、控制就由垂直的D地址电极上的电压决定，也就是X、Y电极上所加的电压使放电体具有放电的条件，具体的放电开始、放电熄灭则由D地址电极上的电压控制决定，而D地址电极接的就是图像信号，这样就是由图像信号控制放电的产生、及放电的熄灭从而在屏上控制产生图像。

图3

等离子屏上决定某个放电体放电的控制的过程；称为“寻址”，这个过程是由Y电极的上下位移和D地址电极的左右位移共同决定，如图4所示，Y电极扫描驱动决定放电的垂直位置；D地址电极水平移动决定放电水平位置，最终不同的明暗变化的亮点，完成图像的组合。【郝铭原创 请勿转载 】

图4

气体放电体的驱动原理及驱动波形：

CRT荧光屏上的荧光粉，在一个聚焦的电子束轰击下产生了一个亮点，这个亮点就是组成图像的像素单元，根据图像内容变化的要求；这个亮点的“亮”、“暗”，亮度的强弱都可以很容易的由加到CRT阴极上的电压（图像信号）来控制，再在扫描的组合下形成图像，但是对于组成等离子显示屏像素单元的气体放电体的亮度控制，就不这么容易了。它是一个具有负阻特性的非线性器件，点亮和熄灭控制都有滞后现象，特别是发光强度的控制就更困难了，它是一个类似日光灯原理的气体放电器件，只有“亮”、“不亮”两种状态，要靠改变所加电压的大小来控制亮度是不行的，就像有些人试图用调压器对市电调压的办法来来达到控制日光灯亮度的方法一样；其结果是不可能的。但是这个问题不解决，等离子图像显示就不能成为现实。

经过研究人员的多年潜心研究；应用了完全不同于CRT和液晶显示屏完全不同的驱动技术；这就是把我们接收到的电视信号或视频信号，采用计算机技术、数字技术对信号进行分解，重新组合转；在普通电视显示的一个场周期内由8帧图像叠加为一帧完整图像（子

场显示技术）以便形成灰度等级；并且形成等离子屏显示图像所需要的X驱动、Y驱动和D地址驱动信号。这就是是等离子显示屏的逻辑驱动技术。这项技术的运用包括两项内容：1： X、 Y、 D放电脉冲产生 2： 子场数据信号产生

为了便于对气体放电单元内部的放电能做到灵活的控制，目前的等离子显示屏均采用具有电解质层（绝缘层）涂覆的X、Y、D电极，在放电X和Y电极工作时；会产生大量的壁垒电荷，就是利用D地址电极对壁垒电荷的控制作用来达到控制发光和不发光点目的，为了达到对壁垒电荷的控制，对X、Y、D电极的驱动激励波形是有严格的要求，在时间上、幅度上和波形上都有精确的要求，如图5所示

图5

图5所示是一个等离子放电体单元，该放电单元有三个电极，左面是Y 电极、右面是X电极，下面是D地址电极。在Y电极输入Y驱动信号；波形如左边的“Y驱动波形”图；在X电极幅度输入X驱动信号；波形如右边的“X驱动波形”图；下面的D地址电极，输入图像驱动信号，不过这个图像信号是经过专门处理，的数字脉冲信号。对于Y驱动信号、X驱动信号极D地址驱动信号，都有及其严格的要求，在时间上、幅度上、波形上都有精确的规定，图6所示。对于不同型号的屏，这些标准还不同。

图6

图6是Y电极、X电极、D电极的驱动波形及三个波形时间对于关系。

结论：X电极、Y电极是产生放电的条件，D电极来控制放电，D电极施加的就是视频图像信号（经过处理），D电极的作用有点类似于CRT的阴极。

（我们拿 CRT来做比喻：CRT的阳极高压（2.5万伏）和加速极电压（400伏）是CRT内部电子束 产生射向荧光屏的条件，而控制电子束强弱、有无是阴极）

图7所示是等离子显示屏逻辑驱动系统电路框图。

等离子屏显示屏的构造原理及逻辑驱动电路原理分析 （二）

等离子屏放电单元（子像素）的放电发光控制原理

一、放电单元（子像素）的构造

在CRT显示屏上，产生像素的亮点；是由图像信号通过CRT的阴极控制电子束轰击屏荧光粉而产生的；最终在扫描的作用下组成图像。等离子屏产生像素的亮点；是由图像信号通过对等离子屏放电单元的地址电极（D）；控制放电单元的放电激发放电单元内部的荧光粉发光；产生亮度像素点；最终；众多的有一定亮度的像素点在矩阵电路排列下组成图像。

CRT屏和等离子屏虽然都是由图像信号控制荧光粉发光组成图像，但是荧光粉产生亮点的方式、原理；却截然不同。图1是一个基色像素（子像素）三电极交流等离子放电管

断面结构图。

图1

图1是等离子屏的断面图，图中标注“射出光线”部分是屏幕正面，下面的两个“隔离墙”之间是一个单色放电体内部放电腔体，腔体内部充有一定压力的混合惰性气体；腔体的下部涂敷有荧光粉（图中显示是绿色放电腔体的结构），上部有“X电极”和“Y电极”，下部是“地址电极”，电极的表面涂敷一层绝缘的电解质层（黑色边线）。“X电极”和“Y电极”施加维持放电电压（波形是交流方波，幅度略低于触发电压幅度；使X、Y电极间处于临界放电状态）；“地址电极”施加控制放电脉冲（控制放电脉冲就是经过处理的图像信号，这个信号通过地址电极；引燃处于临界状态的X、Y电极间的惰性气体产生放电）；在电场的作用下；腔体内部气体电离产生放电；放电产生大量的波长为147nm（纳米）的紫外线；紫外线射向腔体下部的荧光粉；荧光粉在紫外线的激发下发光；光线由屏正面射出（正面的玻璃也是防止紫外线伤人的防护层）。和CRT显像管一样；一个像素的是由红、绿、蓝（R、G、B）三个发光的单色发光体组成，这个单色的发光体称为：“子像素”，图1所示；就是一个绿色子像素的组成结构，它的两边是蓝色和红色子像素的放电腔体。

图2是多个R、G、B三基色等离子放电管排列在一起的断面结构图。

图2

上一节谈到组成等离子屏的放电单元——子像素；实际上是一个小小的“日光灯管”更确切来说是一个：“冷阴极日光灯管”（现在液晶屏的背光管也是冷阴极日光灯管只不过大罢了），要使这个只有像素点大小的“冷阴极日光灯管”要在图像信号的控制下；产生相应明暗变化的亮度，是极其困难的。要解决许多原理上、技术上复杂的问题。在今天实现了；这是科学技术、电子技术发展的结晶。

二、气体放电器件作为等离子像素显示要解决的问题

等离子屏上的一个小小的作为像素发光的“冷阴极日光灯管”实际上是一个气体放电管，要让它和CRT荧光屏上的像素点一样发光；并受控于图像信号产生明暗亮度的变化；要解决如下几个问题：

1、低压触发放电；现在的日光灯管及液晶屏的冷阴极背光灯管；都是气体放电器件

；点亮的触发电压都在1000V以上，每个灯管都有一个高压变压器，而作为组成等离子屏的“冷阴极日光灯管”不可能每个像素点；带一个高压变压器，必须解决采用低压（小于100V，无需升压装置）触发放电问题（解决方法：腔体内充惰性混合气体降低触发电压）。

2、图像信号控制等离子放电腔体点亮与熄灭：我们用的日光灯及液晶屏的背光灯；在开启接通电源；都不是立即就亮；有一个时间上的滞后；作为像素点的小小“日光灯管”必须随时高速的随图像信号的控制产生相应的点亮与熄灭（解决方法：由地址电极输入图像信号，控制壁垒电荷达到控制放电和熄灭）。

3、灰度的产生及亮度的控制：像素点的亮度对应于图像信号，亮度可以由暗到亮、由亮到暗逐步变化，也就是图像的灰度等级；必须有256个变化级别。但是气体放电器件是一旦放电就产生亮度、放电停止就无亮度，也无法做到改变电压达到控制亮度的目的的，例如把日光灯管接到调压器上；改变调压器的电压；日光灯管的亮度不会随电压的改变而变化（只能有亮和不亮两种状态）。作为像素点发光它必须跟随图像信号的变化；亮度相应变化，虽然困难但是必须要做到（解决方法：采用8子场显示技术达到256级灰度显示）。

详细叙述上述三个问题的解决方法及原理

三、低压触发放电：

一般的日光灯管内部充有氖气及微量的水银，在1000V以上的电压激发下；氖电离放电；致使水银蒸发；变为水银蒸汽共同参与放电；放电产生大量的紫外线激发管壁涂敷的荧光粉发光。等离子像素发光的气体放电器件原理；和日光灯管基本相同；只不过作为像素发光的千千万万个小小的气体放电管；不可能每一个放电管（像素）都配备一个1000多伏特的升压变压器；只能采用降低触发电压（小于100伏特）省去变压器的气体放电管作为像素发光；才能使等离子图像显示成为现实。现在采用放电管内部充混合惰性气体的技术解决了降低触发电压的技术来解决这一难题：把氙气、氦气、氖气按照规定的不同的比例混合，就会产生Penning effect （潘宁效应：混合气体气体被击穿的电位明显低于单纯气体的击穿电位从而极大地降低了启动电压，这一现象就是著名的潘宁效应，潘宁效

应决定了混合气具有非常优越的性质，为等离子显示屏的成功奠定了基础。）；从而大大的降低了触发电压；只需直接采用一般开关电源输出的几十伏特至一百伏特电压就可以触发其放电发光。图3所示是单纯充氖气的放电管放电示意图；外加电压需要达到1000V以上才能产生放电。

图3

图4所示；是采用了混合气体（注意图中管内气体）的等离子像素放电管，由于“潘宁效应”电压低至100V以下下；仍然可以正常产生放电。

图4 、

四、等离子放电腔体的持续放电控制：

气体放电发光的点亮都有一个滞后的现象；如开启日光灯电源开关；日光灯管不是立即就亮，这样就难以达到采用图像信号直接控制等离子气体放电管的发光随图像信号的变化而迅速变化。现在的实用的等离子屏是采用三电极交流等离子放电管，由图像信号通过地址电极控制壁垒电荷的临界控制的方法来实现图像信号对放电灵敏的控制。等离子放电管结构示意图如图5所示：

图5

1、三电极交流等离子放电管的构造：

图5 是为了方便进行分析；根据图1绘制的等离子放电管腔体放电简图。图中；在等离子放电管（腔体）内部；充有按一定比例混合的氖、氙、氦惰性气体；在两端安装两个放电电极；左边是Y电极；右边是X电极；Y、X电极组成放电维持电极。下面是地址电极 D；地址电极是放电控制电极；其作用类似于CRT的阴极；起到控制放电的作用。在管下部地址电极的两边；涂敷有荧光粉（由三个这样的放电管分别涂敷红、绿、蓝荧光粉组成一个像素显示的三色体）。大家要注意的是：在Y电极、X电极和D电极的表面涂敷有一层电解质层（图中红色表示）；涂敷在全部电极表面；电解质的本身是绝缘的；用以在放电的同时产生的电荷聚集在表面；以形成“壁垒电荷”，控制“壁垒电荷”数量起到维持放电及熄灭放电的作用。

2、维持放电电压的施加：

Y电极和X电极是维持放电的电极；在X、Y电极两端；施加略低于触发电压的交流（方波）电压；使之处于触发的临界状态；图6所示；（在图6的下部画出维持放电脉冲的波形图；波形的上面和下面有“+”“—”两根虚线；虚线之间的距离所示，就是X、Y电极的触发电压，可见维持放电脉冲的幅度略小于X、Y电极的触发电压；）也就是X、Y电极施加的维持放电脉冲最大幅度小于触发电压的幅度，等离子放电管是不会引起放电的。

图6

3、壁垒电荷的产生及对放电的维持作用：

假如；我们暂时用外加电池作为维持放电电压接于X电极和Y电极两端并且此时电池的电压高于触发电压的幅度；如图7所示（Y电极接电池的正极、X电极接电池的负极）；由于电池电压高于触发电压；立即会引发了放电的产生，放电的产生就会引起电荷的移动，负电荷就会由电池的负极经由X电极、放电腔体内部、Y电极流入电池的正极，由于X电极和Y电极的表面涂敷有一层绝缘的电解质层，放电引起的电荷移动无法经过电极经由电池的正负极流通，但是由于电场的引力作用；放电产生的正、负电荷会在电场引力作用下；负电荷会聚集在Y电极的表面；正电荷会聚集在X电极的表面，这个聚集的电荷称为：“壁垒电荷”，如图7的Y电极和X电极表面聚集电荷所示；

图7

随着放电的持续；Y电极表面聚集的负电荷越来越多；X电极的表面聚集的正电荷也越来越多；这个Y电极表面聚集的正电荷和X电极表面聚集的负电荷之间也形成了一个电场；而电场的方向是左正、右负；和外加电池的方向是反向关系，图8所示；这个壁垒电荷形成的电场抵消了外电池电场（等于降低了外电池的电压）；使放电减弱；随着放电时间的持续；壁垒电荷越聚集越多；壁垒电荷形成的电场越来越强；放电越来越弱，最终会造成外电池的电压形成的电场在壁垒电荷电场的抵消下；放电停止，图9所示；

图8

图9

壁垒电荷的电压和外加电池电压的等效图，如图10所示；图10中下面红色的电池就表示壁垒电荷的电压和外电池（黑色）和等离子放电管的放电腔体是串联关系，但是壁垒电荷电势和外加电池电压是反方向串联关系（等离子腔体放电电场；等于外电池电压减去壁垒电荷电压，放电电场减弱），随着放电的继续；必然造成腔体内部放电强度的减弱甚至放电停止。

图10

如果在放电刚要减弱时；迅速把外电池的极性反转过来；那么外电池的电压等于和壁

垒电荷的电势顺向串联；等效于大大的加强了腔体放电的电场强度（等离子腔体放电电场；等于外电池电压加壁垒电荷电压，放电电场加强），放电将继续持续下去，图11所示（此时降低外加电池的电压，使外加电池电压小于等离子放电腔体的触发电压，这个电压再和壁垒电荷形成的电压叠加下也高于等离子放电腔体的触发电压，放电会继续下去，如图11中所示；外加电池（黑色）比图10中的外加电池（黑色）少了一组）。

图11

当电池极性反转后；放电持续进行；放电腔体内部的负电荷；又由Y电极的表面反方向的向X电极移动，在Y电极表面的负电荷逐步向X电极移动；负电荷又逐步的聚集在X电极表面；正电荷逐步的聚集在Y电极表面，其壁垒电荷形成的电场方向，仍然和外电池的方向相反；图12所示；同上面的道理；随着放电的持续进行；壁垒电荷电压不断上升；仍将逐步减弱放电的强度；此时再把外电池极性反转过来，此时；外电池的电压又等于和壁垒电荷的电势顺向串联；大大的加强了腔体放电的电场强度，只要电池（电池电压低于触发电压）极性不断的反转，放电就可以维持下去。

图12

把电池换成电压相同的交流方波（等效于自动反转电池电压）；就可以连续不断的持续放电了，图13所示。

图13

通过以上的介绍；就可以容易的理解；在放电开始后只要在Y电极和X电极加上略低于等离子放电腔体放电的方波；放电就可以持续不断的进行；如图13接于X、Y电极的维持放电脉冲的幅度小于触发电压的幅度。

结论：子像素腔体放电的持续的条件是；第一；Y或X电极表面有壁垒电荷存在。第二、X、Y电极外加交流方波；方波的幅度略低于X、Y电极触发电压值，壁垒电荷的极性不断反转和外加方波方向不断反转；放电电场始终是叠加的强电场作用于等离子的放电腔体。

五、等离子放电腔体的触发（点亮）和停止放电（熄灭）的控制

上一节；介绍到了等离子放电管（像素）持续放电的原理；要掌握壁垒电荷产生的原理、过程及维持放电的作用，还要知道X、Y电极所加的电压幅度是略低于放电管腔体触发电压的幅度。作为等离子放电管（像素亮点显示）它的放电是要受到图像信号的控制的；在图像信号亮电平到来放电开始；图像信号全黑电平到来放电停止；这是怎么控制的？

1、等离子屏一个子像素在一个场周期的工作过程：

我们先来分析一下；电视机屏幕图像的特点（以帧屏50周为例）；屏幕上的图像是活动图像，是每秒50幅静止图像连续变换形成的，也就是在等离子的荧光屏上；在20毫秒时间是一副静止图像，也就是等离子屏实际上是每秒产生50幅静止图像；如果简单的以一个2位图像（像素只有“亮”“和”黑两种状态）举例来说明问题；也就是在一个20毫秒场周期内；等离子屏的子像素放电腔体是进行一次20毫秒的持续的放电（在20毫秒内：放电是持续稳定的；产生的光线也是持续稳定的；产生一幅静止的稳定的图像）。到20毫秒结束；放电停止（停止放电后还要清除掉腔体内部的残余壁垒电荷；以防影响下一场周期的正常放电），在下一个场周期又开始一个新的20毫秒时间的放电；出现下一场静止稳定的图像，这样每秒时间内；子像素放电腔体被触发放电50次；有50次的开始放电及50次的停止放电，这里面就出现了两个问题：

问题一、是放电的开始是怎么触发的？也就是加到X、Y电极的交流方波幅度低于触发电压幅度，要有壁垒电荷协助才能开始并持续放电，开始放电的壁垒电荷从那里来的？像素是“亮”；就要有壁垒电荷；促使连续（20毫秒）放电，像素是“黑”就不能有壁垒电荷；就不放电。

问题二、既然在“亮”时；腔体内部持续放电产生亮度；那么20毫秒结束（一幅图像显示时间完毕）；必须熄灭停止放电，并清除残余壁垒电荷，迎接下一场图像的放电开始；那么；放电是怎么停止的？壁垒电荷是如何清除的？

2、腔体怎么开始放电？（问题一的解决）

像素是组成图像的最小单元；在电视机屏幕上也是如此；电视机屏幕的像素的明暗变化是对应于图像信号的；也是受图像信号控制的；作为等离子显示屏的子像素的亮度；也必须对应于相应的图像信号；也就是要受到图像信号的控制，前面已经叙述过；X、Y电极开始放电的条件是：X、Y电极间具有交变方波电压和电极上有壁垒电荷，那么组成等离子屏的放电腔体在一场周期开始放电，就是由图像信号转换的有一定幅度的脉冲波（引燃脉冲）；通过地址电极；首先强迫在地址电极和Y电极之间放电，如图14所示；形成Y电极表面的壁垒电荷的建立，该壁垒电荷也作用于X电极。Y电极表面的壁垒电荷形成后在X、Y电极外加方波的叠加下，使X、Y电极间的电场幅度；超过X、Y电极触发电压幅度，X、Y电极就可以持续不断的维持放电；此像素点的一个场周期就“亮”了。

图14

3、 腔体怎样停止放电？壁垒电荷是如何清除的？（问题二的解决）

放电一场时间结束怎么停止（熄灭）放电？而且停止放电后还必须清除剩余的壁垒电荷；以便有利于下一放电周期的开始。

地址电极的作用是在图像信号的控制下；触发放电产生；放电一旦产生；在壁垒电荷及外加交流方波的作用下就会持续不断的持续下去；这一个像素点就点亮了，当一场周期结束；要让这个亮的像素点熄灭；地址电极就为力了。

上面说过等离子屏上的活动图像的产生原理和CRT是相同的；即每秒显示50幅图像（以场频50赫兹，逐行扫描，2级灰度的2位图像显示为例），每一幅图像显示的时间是20毫秒、每一幅都是稳定静止的，在这20毫秒期间；组成图像的像素点的发光状态都是稳定不变的。在时间上，这20毫秒结束；即要转换到下一幅图像时；所有的像素点的放电腔体都要停止放电；各像素点的放电腔体在下一场图像信号的触发下放电（如果是黒电平就不放电）产生对应于下一场图像的亮度，这样在时间上一场一场的重复，这就有一个共同的规律；

一是；在空间上：组成一场图像的每一个子像素的放电腔体（A子像素、B子像素、C子像素、D子像素……….）；都是同时开始放电（图15中的C子像素是黑电平，就无触发脉冲）并同时停止放电（图15中一场放电时间结束；红色虚线标注位置）。二是；在时间上：单个子像素放电腔体的每一个放电周期都是开始由地址电极触发放电；周期的结束停止放电。（图15所示；在每一个场周期的时间段都是在相同的时间位置开始由地址电极触发放电；在每一个场周期的时间段都是在相同的时间位置停止放电熄灭）；

图15

等离子子像素放电腔体，从开始触发放电到放电结束；时间是一场时间，而且每一个场周期中开始触发放电到放电结束时间都是相同的；（开始放电上一节已经谈到：由图像信号经过地址电极触发）我们就可以在每一个放电结束的时间在X、Y电极施加的方波信号上设置一个无方波的区段（类似于CRT电视的场扫描逆程期的消隐信号），放电到了这个区域X、Y电极的外加方波幅度为零，放电就停止了。这样虽然能够使放电停止；但是这

样并不能清除放电腔体内部放电剩余的残留壁垒电荷（会影响下一场正常放电）；为了使放电停止并能清除掉剩余的残留壁垒电荷；在这个无方波区域；设置一个壁垒电荷消隐脉冲（擦除脉冲），图16所示；图中在放电停止的红色虚线部分的蓝色脉冲；则为壁垒电荷擦除脉冲；该脉冲的幅度、宽度、上升的沿的斜坡；严格的定量设定；以在这个擦除脉冲出现时；产生的电荷量正好抵消掉腔体内部的壁垒电荷（调整斜坡的斜率使之产生的能量正好抵消掉壁垒电荷的能量），使放电停止，发光熄灭。

图16

以上是简单的放电及控制放电的工作过程，这只是组成等离子屏，放电腔体工作的简单原理；采用气体放电管作为图像显示等离子屏的子像素单元；起码在一个场周期的工作过程中有触发、维持放电、停止放电壁垒电荷清除这三个步骤；图15、图16的驱动波形和实际的驱动波形（图17是实际的波形）还有很大的差距，这些原理的理解才能为下一

步的真实的X、Y、地址电极的驱动信号（图17所示）的工作过程及功率驱动电路、逻辑电路的理解打下基础。基础原理介绍完后；再详细分析图17的工作过程及驱动波形产生的原理。

图17

等离子显示屏的构造原理及逻辑驱动电路（三）

等离子子像素放电腔体的实际工作过程及驱动波形

等离子放电腔体的工作过程

上一部分介绍了组成等离子屏放电腔体的触发、连续放电、停止放电及清除壁垒电荷的简单原理及过程。

作为组成等离子屏的放电单元的工作过程除了有上述的（触发、连续放电、停止放电及清除壁垒电荷）三个过程外；为了保证在图像信号能顺利的、灵敏的触发放电；在触发放电这一过程之前增加了一个保证触发放电能顺利进行对放电腔体进行一次预放电的管壁处理的“初始化”过程（有的资料称为“复位”（RESET））,也就是在上一个场周期的放电结束后放电停止，由清除脉冲清除掉腔体内残余的壁垒电荷后即进入了下一个场的放电周期，在下一个场周期开始的“初始化”过程中进一步的对放电腔体进行整理；并在电极的表面产生一层浅薄的离子层（能量较低的壁垒电荷）以利于代表图像内容的地址脉冲顺利的触发放电(并防止误触发)。

初始化的步骤是：上一场的擦除脉冲进行了全屏擦除；擦除上一子场形成的壁电荷后。在这一场的开始；通过在X、Y电极各加一次弱放电来实现；在屏上初步建立起壁电荷；再进行一次自擦除，擦除多余的壁电荷，建立对下一步地址触发有利的浅薄的壁电荷。“初始化”过程结束后，表示图像信息的脉冲通过地址电极；进行触发放电；把这个过程称为“寻址”过程；图像的触发脉冲只是起到触发、引燃的作用。而在一场的时间段内；放电（产生亮度）主要是依靠X、Y电极外加交流方波和寻址阶段产生的壁垒电荷维持放电；把这一段称为“维持阶段”；维持阶段是20毫秒时间段占时间比例最长的时间段，到了场周期的结尾维持放电结束就进入停止放电和清除壁垒电荷的“擦除阶段”；这一个完整的过程就结束了；这样一个子像素的一个场放电周期有四个步骤；这四个步骤按时间顺序如下：【 郝铭原创作品 】

1 初始化（放电准备期）

1 寻址：（图像信号触发期）

2 维持放电：（持续点亮期）

3 壁垒电荷擦除：（一场放电结束，壁垒电荷清除期）

为了更方便的对放电进行控制；X电极、Y电极分别施加的是波形完全不同的放电驱动波形，图1所示的“X电极驱动”波形图及“Y电极驱动”波形图。作用于X电极和Y电极间的放电电压；则是两个波形幅度的对应值（瞬时电压差）。图1所示是一个场周期Y电极、X电极、D地址电极的驱动波形图及对应关系。

图1

图1中标注了5个电压的幅值：

VS：维持电压；此电压就是前面所述的X电极和Y电极的所加的维持放电电压，VS电压的幅度小于X电极和Y电极的触发电压，也就是X电极和Y电极只加VS电压；不会引起放电产生。

VSET (Vset) 初始化电压；在初始化阶段产生预放电的电压，叠加在VS上面；使之在X电极和Y电极间产生预放电的条件。

VSCAN 扫描电压；在Y电极驱动波形的寻址阶段出现；其幅度是一个叠加在Y电极驱动波形寻址阶段的反向脉冲，在该脉冲出现时；Y电极为负（零）电平，该扫描脉冲在寻址阶段，每一行Y电极驱动波形中；其脉冲的位置不同；随Y电极的不同的“行”；其扫描脉冲出现的位置也不同。

VE 擦除电压；在一场周期结束维持电压降为零点，在X电极驱动波形上的一个；具有斜坡的脉冲，在逐步上升的过程中，和不同能量的壁垒电荷放电中和、抵消起到清除壁垒电荷的作用。

VA 寻址电压；出现在地址驱动波形上；是控制X电极、Y电极产生放电的控制脉冲。它的出现受图像信号的控制；在像素点要点亮时出现；像素点不点亮时则不出现；其幅度(VA)是在Y电极为零电平时(VSCAN脉冲出现时)；足以在Y电极和D地址电极间引发放电的产生。脉冲宽度为寻址期的整个时间段；这样在Y电极驱动波形的寻址阶段；任何位置出现VSCAN扫描脉冲；都会引发放电的产生。

图1波形图及对应关系的分析如下：

这个波形图是一个场周期的波形图。图中有三个波形图；“Y电极驱动”是加到等离子屏Y电极的驱动波形图，“X电极驱动”是加到等离子屏X电极的驱动波形图，“D地址电极驱动”是加到等离子屏地址电极的驱动波形图。三个波形图在时间上也必须有如图所示的对应关系。这是一场周期的波形图；也是产生一幅（一场）静止图像的波形图。

初始化阶段：是一个放电预处理阶段；其目的是对等离子放电腔体进行一次预放电处理；彻底清理上一场放电完毕；经过擦除壁垒电荷后遗留的不规则残余电荷；并在电极表面产生浅表的壁垒电荷层（能量极低，不经过触发不会放电）；以利于在寻址阶段图像脉冲

能有效触发放电（并防止误放电的产生）。在这一初始化阶段；有上升期和下降期，图2所示Y电极驱动波形（红色）：

t1—t2上升期:Y电极电压由VS幅度开始逐步上升一个VSET幅度，也就是VS+VSET幅度，并且形成一个有一定斜率的斜边，此时的X电极施加X驱动波形（图2蓝色波形）；可以看出在上升期X电极是低电平；Y电极是高电平（VS）。在t1到t2时间；电压由VS逐步上升至VSET；并形成一个上升的斜坡。斜坡意味着VSET的上升过程是相对缓慢的，在这个过程中；由于电压逐步上升；可以逐步的中和掉不同能量的残余壁垒电荷。达到VSET电压峰点时进行一次短暂的放电（VSET顶部时间为20µs,由于放电时间极短、能量极低且只有一次，不会产生可见的亮度）。

t2—t3下降期:Y电极电压迅速降至VS电压，并且X电极电压上升至VS,此时Y电极和X电极是等电位关系；在VSET顶部产生的放电无法继续维持；放电停止，由于放电时产生的壁垒电荷存在；随着Y电极电压的逐步下降（由VS缓慢降为零）；壁垒电荷会逐步的均匀分布在电极的表面。在VSET顶部极短时间的一次放电，产生极小电荷量的壁垒电荷；浅薄的均匀分布在电极的表面（残余的不规则电荷已经不存在），是对等离子的放电腔体进行了一次预处理；有利于在后面的寻址期地址电极的有效触发，由于在t2—t3下降期Y电极相对于X电极；Y电极的电压是逐步下降；所以在Y电极表面分布的是正电荷，X电极始终是高电压；X电极表面分布是负电荷，这样只有在有地址脉冲（图像信号）时才能有效触发Y电极和地址电极的放电，从而防止了误放电的产生，对于t2—t3下降期的斜率对于不同的等离子屏是有不同的要求；是要进行调整的，在等离子的Y驱动电路板上面就有一个可调的电阻，改变其阻值，用示波器在测试点上观察其Y驱动波形的初始化阶段的t2—t3下降期，按要求调到规定的值（幅度、时间）；图3所示

图2 图3

经过初始化处理后；处于接受触发的最佳状态等待迎接下一步图像信息脉冲的触发：“寻址”。

寻址阶段：

寻址就是反映图像的像素脉冲；通过地址电极；在等离子屏上寻找相应位置的放电腔体和该放电腔体的Y电极放电；引发该点的发光。也就是当地址电极施加一个幅度很高的

高电平脉冲VA（电平脉冲有足够引起Y电极和地址电极迅速放电）；相应的Y电极是低电平时；等离子放电腔体内部将引发Y电极和地址电极放电；放电产生壁垒电荷；在壁垒电荷的作用下；Y电极和X电极产生持续的放电；激发该腔体内壁荧光粉发光，该点就发光了。

通过图1可以看出：在整个寻址阶段的时间内；X电极的驱动波形(蓝色)是高电平。地址电极的驱动波形（绿色）也是高电平（像素信号为“亮”地址电极驱动电平为：高电平，像素信号为“黑”地址电极驱动电平为：低电平）。Y电极的驱动波形（红色）也是高电平。此时看来；三个电极基本上；均为等电位关系，不会引发放电的产生。但是细看；在Y电极驱动波形的寻址阶段；有一个下凹的“Y扫描脉冲”幅度为：VSCAN的负脉冲。在寻址阶段；当这个幅度为VSCAN的负脉冲出现时的瞬间Y电极为零电平；这一瞬间时刻；地址电极为高电平；Y电极为低电平；引发了Y电极和地址电极的放电产生，此时X电极虽然是高电平但是如前面所述；这个电平的幅度是在X、Y放电电平之下；X电极和Y电极之间不会产生放电。

这个幅度为VSCAN 的负脉冲是Y电极的扫描脉冲，“寻址”就是依靠这个VSCAN 的负脉冲在Y电极驱动波形寻址期间的位置来实现的。在等离子显示屏的垂直方向排列的Y电极上；每一个Y电极施加的Y驱动波形都是一样的；不同的是VSCAN 的负脉冲在Y电极驱动波形寻址期间出现的位置不同，如图4所示；一个Y电极的驱动波形只允许有一个VSCAN 的负脉冲出现。

图4

在图4中把Y电极驱动波形的寻址期展开；可以看到：

第一行Y电极的驱动波形和第二行、第三行一直到第480行的波形都是一样；而VSCAN 扫描脉冲出现的位置不同；由第一行开始VSCAN 扫描脉冲出现在左边位置；随着对等离子屏Y电极逐行触发的向下位移；VSCAN 扫描脉冲在寻址期波形上逐步按一行时间间隔右移；以此类推，最后触发到第480行（SDTV标准的屏有480个Y电极触发端）Y电极；VSCAN 扫描脉冲移动到最右边最后一个位置。图5所示是在一场时间各行Y电极VSCAN 扫描脉冲出现的时间关系图，由图4可以看出：每一个Y电极驱动波形只允许有一个VSCAN 扫描脉冲存在。由图5可以看出在一场时间出现了480个VSCAN 扫描脉冲，在同一时间不允许出现两个脉冲，也就是在一个单位时间只允许有一个VSCAN 扫描脉冲出现，并且随着等离子屏Y电极由上向下触发；VSCAN 扫描脉冲是由左向右顺序以“行”时间间隔排开

【注：如果等离子屏的显示标准是SDTV标准（现行标清电视标准），由于现在的等离子屏高宽比都是16：9在屏的垂直方向要显示480个像素；水平方向要显示852个像素（480×852屏），这就要求等离子屏要有480根Y电极线，480个Y电极就要注入480路Y电极驱动信号。而地址电极就要触发852个像素，由于每一个像素又是由R、G、B子像素组成，所以SDTV标准的等离子屏；地址电极要有852×3=2556根地址电极线】

图5

Y电极VSCAN 扫描脉冲和地址电极的对于关系：

当Y电极VSCAN 扫描脉冲出现时，随着触发的Y“行”不同；VSCAN 扫描脉冲在Y电极寻址阶段上的位置不同。为了保证在1~480行的任何位置都能被经过地址电极送来的地址脉冲触发，地址电极送来的脉冲的宽度占满了整个寻址阶段的时间，图6、图7所示。

从图6和图7中可以看出不管VSCAN 扫描脉冲出现在什么位置；所对应的地址脉冲都在有效的触发范围以内。

6 图7

图

图6中Y 电极驱动波形（红色）；在t3—t4时间是一个下凹的VSCAN负脉冲；位置靠近Y电极驱动波形寻址阶段的左边（在等离子屏上也就是作用于屏上部的Y电极线的触发）；对应于地址驱动波形（绿色）的高电平时间段（在地址触发为“亮”时，地址电平是一个宽度占满寻址阶段的高电平）。图7中Y电极驱动波形（红色）；在t3—t4时间也是一个下凹的VSCAN负脉冲；位置靠近Y电极驱动波形寻址阶段的中间（在等离子屏上也就是作用于屏中部的Y电极线的触发）；也对应于地址驱动波形（绿色）的高电平时间段。这样对比图4、图5可以看出；无论VSCAN负脉冲在Y电极驱动波形寻址阶段的任何区

域出现都可以有效触发Y电极和地址电极的放电产生.

当地址电极的像素信号是“黑”时（像素点为：不亮），地址脉冲就为:低电平（零电位），此时；等离子放电腔体就不产生触发，像素点就不亮。

寻址阶段X电极的关系：在整个寻址期间 X电极始终是高电平，图6、图7蓝色所示

在VSCAN负脉冲出现的的瞬间；此时由于Y电极是低电平；X电极是高电平，那么是否会引发X电极和Y电极之间的放电呢？“不会”回答是肯定的，因为；尽管此时X电极和Y电极之间有高低的电位差；但是X、Y电极间所加的电压是低于触发放电的电压，所以不会产生放电，至于X电极和地址电极间；当地址电极有寻址脉冲时：X电极和地址电极之间基本上是等电位关系；不会产生放电，当地址电极无寻址脉冲时：X电极和地址电极之间；有电位差但是其电位差也是低于触发放电的电压；也不会产生放电，总之在寻址阶段X电极不会和任何电极产生放电。

【注：某些文献上把寻址阶段也称为：“记忆”其含义就是地址脉冲的“亮”与“黑”信息在寻址阶段使；等离子放电腔体产生了在维持阶段：“放电”与“不放电”的记忆效应】

维持阶段：

维持阶段：是等离子放电腔体被地址电极触发后产生壁垒电荷；在X电极和Y电极间产生持续放电的时间段（如果寻址脉冲是“黑”像素信息，维持阶段就不放电），虽然加到X电极和Y电极分别是两个驱动波形，图8所示；但是从两个波形在时间上相对位置来看：

在T1时间、X电极为；正脉冲， Y电极为；零。

在T2时间、X电极为；零 Y电极为；正脉冲。

在T3时间、X电极为；正脉冲， Y电极为；零。

在T4时间、X电极为；零 Y电极为；正脉冲。

在T5时间、X电极为；正脉冲， Y电极为；零。

这样也等效于在X电极和Y电极之间；施加了一个幅度为VS的交流方波的电压。

（VS幅度小于X电极Y电极的触发电压）

图8

维持阶段的放电原理非常简单在：“等离子屏显示屏的构造原理及逻辑驱动电路（二）”已经详尽叙述；可以参考前面已经上传（一）、（二）部分；这理不再赘述.

擦除阶段：

等离子显示屏放电腔体点亮后，亮度要维持一场时间，一场结束在显示下一场图像时；放电腔体必须停止放电，并且清除腔体内部的壁垒电荷。

停止放电的控制很简单；如图9 只要Y电极变成“零”电平；X电平也变成“零”电平放电就停止了。但是为了保证下一场的正确触发；停止放电后还必须把腔体内参与放电的壁垒电荷清除掉，在X电极零电平线上设置一个；设置一个壁垒电荷消隐脉冲（擦除脉冲）；其形状是：前沿是具有斜边的方波，上升的斜坡；意味着电压由零逐步上升；在不同的位置；抵消掉不同能量的壁垒电荷的存在。

该擦除脉冲的幅度、宽度、上升的沿的斜坡；严格的定量设定；以在这个擦除脉冲出现时；产生的电荷量正好抵消掉腔体内部的壁垒电荷（调整斜坡的斜率使之产生的能量正好抵消掉壁垒电荷的能量），使放电停止，发光熄灭（在部分等离子屏的X驱动电路上，设置了斜坡调整电位器，以使擦除效果在最佳状态）。

图9是擦除阶段；三电极的关系图；图中在擦除阶段；其Y电极、地址电极均为零电平，这样只有X电极和壁垒电荷作用。

图9

清除脉冲的斜坡对清除效果的影响：

清除脉冲电压的斜率与放电腔体中残留壁垒电荷的电场强度成正比。如果清除脉冲的斜坡很徒.图10所示，表示可以抵消（中和）很多的壁垒电荷。这种情况下，放电后可以清除大部分的壁垒电荷。但应注意，当电压突然上升时会引起误放电。

图10 图11

当清除脉冲的斜坡很平缓时，图11所示，电场强度不足以迅速抵消清除壁垒电荷，

达到清除壁垒电荷的目的。所以，有一部分壁垒电荷会留在电极上，而这些留在电极上的电荷会在下一个场建立脉冲到达时引起误放电，所以擦除脉冲的波形斜坡是要精心设置、调整的。【 郝铭原创作品 转载请注明出处】

等离子屏像素组合成图像的方式：

图12所示是 等离子屏显示图像的方式；在水平方向像素信息是一排一排并行的同时在一行Y电极线上显示的，完全不同于CRT的行扫描的方式；CRT的一行像素信息是串行的按一定的时间顺序的先后以水平扫描的方式显示在荧光屏上。在垂直方向的扫描是类似于CRT的扫描概念（不过等离子屏是采用：上半部和下半部的双扫描方式。以后会介绍）。

图12

等离子显示屏的构造原理及逻辑驱动电路（四）

一、等离子屏X、Y电极驱动波形的产生：

前面几部分已经把等离子屏的构造；基本工作原理作了介绍了，特别是第三讲的；驱动等离子像素放电腔体的：初始化、寻址、维持放电、擦除这四个过程，可以看出等离子像素放电腔体的主要工作过程；完全依靠所施加在X电极、Y电极和地址电极上的驱动脉冲来完成的；如图1所示。X电极、Y电极和地址电极分别有各自的驱动脉冲，这三个的驱动脉冲在时间上又有严格的对应关系。

图1

各驱动脉冲的波形在波形上、幅度上、时间上都有严格的定量要求；否则等离子屏不能正常工作。我们以Y电极驱动波形为例，图2所示是Y电极的驱动波形图；

图2

从图2的Y电极驱动波形中可以看出；在 初始化、寻址、维持放电、擦除这四个过程中，每一个时间段；波形不同、时间不同、振幅不同。而且要求要有极高的精度；驱动脉冲的时间要求精确在微秒级以内，幅度要求；其电压（振幅）的误差在±1V以内。

Y驱动脉冲的波形中有三个电压；Vs Vset Vscan 精度要求都在±1V以内，例如国外某一品牌的等离子屏的Y电极驱动波形的Vset 就要求为170V 正负误差在1V以内；Vscan要求70V正负误差也在1V以内，Vs为110V正负误差也在1V以内（为了方便维修在等离子屏的电路板上，都贴有一个不干胶的标签；表明各电压的幅度值及误差要求）；并且在初始化阶段的两个斜坡（上升、下降斜坡）的倾斜度都有严格的要求；并且在电路上要做到斜坡的可调（第三讲的图2、图3所示）。

这么复杂的波形、这么高要求；是怎么来的？由什么电路提供的？

这就是一直困扰着某些维修人员；感觉到学习等离子维修技术难以逾越的障碍——等离子逻辑驱动电路的Y驱动电路提供的。（等离子逻辑驱动电路包括逻辑板电路、Y驱动板电路、Y上下扫描板电路、X驱动电路和地址驱动电路，这些就是等离子屏显示的核心技术（难度较高），理解了、熟悉了、掌握了、能分析电路原理了，在你的维修生涯就是一个巨大的飞跃）。

Y驱动电路实际上就是：众多的开关组合，这些开关就是大功率的MOS开关管，这些开关管在逻辑板电路送来的控制信号的作用下；相应的动作；最后输出了我们需要的Y电极驱动脉冲。

下面以一系列图片说明Y驱动波形产生的过程及条件：

图3所示；是一个产生Y电极驱动脉冲（波形）的组合开关电路的等效电路图

图3

在图3中主要由Q1、Q2、Q3、Q3A、Q4、Q5、Q6七个开关组成的一个开关组合电路；图中；“屏Y电极负载”代表等离子屏的Y电极（因为等离子屏的负载特性呈容性，内部以一个电容器符号代表），上面的Vs、Vset、Vscan是由开关电压提供的稳定的直流电压（某一款进口等离子屏为例：Vs=110V、Vset=170V、Vscan=70V），要求误差为；±1V。

图3中的Q3、Q3A两只开关，带有“M/I”符号；表示该开关在接通时内阻是由大到小逐步减小最后彻底导通，导通电流是由小到大变化（实际电路的Q3及Q3A是MOS管加反馈电路来实现）。控制Q1、Q2、Q3、Q3A、Q4、Q5、Q6这七个开关的激励控制信号如图4所示；图4中的Q1、Q2、Q3、Q3A、Q4、Q5、Q6七条激励波形图就是图3中Q1、Q2、Q3、Q3A、Q4、Q5、Q6这七个开关的激励控制信号，（这七个激励

信号，由等离子屏的逻辑板电路产生）。

图4上面的Y电极驱动波形是由下面的激励信号产生的（注意图4下面的激励波形和上面Y电极驱动波形在时间上的对应关系）。

图3的开关组合的供电压是Vs、Vset、Vscan，各个开关在激励信号的控制下；相应的“导通”、“断开”在输出端（屏负载）；就输出规定要求的Y电极驱动信号（波形）。

图4

二、Y电极驱动波形产生的过程：

1、 t0~t1时间：图4中的t0~t1 时间段 Y驱动波形；零电平

此期间；Y驱动组合开关电路工作状态如图5所示：

图5中 右边是在t0~t1时间；图中阴影部分所示；在这个时间段；可以看出Q1、Q4

、Q5激励信号是高电平，高电平就表示开关闭合导通；其它的Q2、Q3、Q3A、Q6激励波形是低电平，低电平就表示开关开路断开；对应左边的组合开关图中的开关；Q1、Q4、Q5是导通状态。其它的开关Q2、Q3、Q3A、Q6是断开状态。

Q1导通接地、Q4、Q5导通，等于此时t0~t1时间段；输出加到屏负载是零电平。

图5右边；可以看到上面Y驱动波形在这个时间段为：“零”。

图5

2、 t1~t2时间：这个时间段是初始化时间段内部的Vs平台；幅度为：Vs

此期间；Y驱动组合开关电路工作状态如图6所示：从图6右边的 t1~t2时间阴影部分可以看出：可以看出Q2、Q4、Q5激励信号是高电平；Q2、Q4、Q5闭合导通；其它的Q1、Q3、Q3A、Q6激励波形是低电平；对应左边的组合开关图中的开关；Q2、Q4、Q5是导通状态。其它的开关Q1、Q3、Q3A、Q6是断开状态。Q2导通等效于Vs电压经过 Q2、二极管、Q4、Q5输出到屏负载；Y电极驱动波形在这个时间段为：Vs

图6

3、 t2~t3时间：这个时间段是Vset上升的斜坡段，波形的特点是：由Vs幅度逐步上升到Vset幅度；形成一个上升斜坡。

此期间；Y驱动组合开关电路工作状态如图7所示：从图7的右边 t2~t3时间阴影部分可以看出，此时：Q2、Q3、Q4、Q5激励信号是高电平；对应左边的组合开关图中的开关；Q2、Q3、Q4、Q5闭合导通；其它的Q1、Q3A、Q6激励波形是低电平；对应左边的组合开关图中的开关； Q1、Q3A、Q6是断开状态。Q3导通等效于把Vset电压加到输出端（由于二极管的存在，Vset不会倒灌到Vs），因为Q3是一个具有“M/I”功能的开关（导通时：电流只能逐步增大），所以；输出电压只能由Vs平台逐步上到Vset幅度，形成一个斜坡。输出到屏负载；Y电极驱动波形在这个时间段为：由Vs幅度逐步上升到Vset幅度的斜坡。

图7

4、 t3~t4时间：这个时间段是Vset平顶阶段；波形的特点是：维持约10微秒Vset幅度的一个平台。

此期间；Y驱动组合开关电路工作状态如图8所示：从图8的右边 t3~t4时间阴影部分可以看出，此时：Q2、Q3、Q4、Q5激励信号是高电平；对应左边的组合开关图中的开关；Q2、Q3、Q4、Q5闭合导通；其它的Q1、Q3A、Q6激励波形是低电平；对应左边的组合开关图中的开关； Q1、Q3A、Q6是断开状态。现在Q3已经彻底导通；等效于把Vset电压加到输出端（由于二极管的存在，Vset不会倒灌到Vs），输出到屏负载；Y电极驱动波形在这个时间段为：10微秒时间Vset幅度的平台。

图8

5、 t4~t5时间：这个时间段是由Vset回到Vs平台；幅度为：Vs

此期间；Y驱动组合开关电路工作状态如图9所示：从图9右边的 t4~t5时间阴影部分可以看出：可以看出Q2、Q4、Q5激励信号是高电平；Q2、Q4、Q5闭合导通；其它的Q1、Q3、Q3A、Q6激励波形是低电平；对应左边的组合开关图中的开关；Q2、Q4、Q5是导通状态。其它的开关Q1、Q3、Q3A、Q6是断开状态。输出的Y电极驱动波形在这个时间段为：Vs

图9

6、 t5~t6时间：这个时间段是下降斜坡段；波形的特点是：由Vs平台逐步下降为零。

此期间；Y驱动组合开关电路工作状态如图10所示：从图10的右边 t5~t6时间阴影部分可以看出，此时：只有Q3A激励信号是高电平；对应左边的组合开关图中的开关；Q3A闭合导通；其它的Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6激励波形是低电平；对应左边的组合开关图中的开关；Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6是断开状态。因为Q3A也是一个具有“M/I”功能的开关（导通时：电流只能逐步增大），这样Q3A的导通逐步的把容性负载存储的电荷逐步释放，致使电压幅度逐步由Vs下降为零。输出的Y电极驱动波形在这个时间段为：由Vs下降为零的斜坡。

图10

7、 t6~t7时间：这个时间段是输出零电平时间段 Y驱动波形；零电平

此期间；Y驱动组合开关电路工作状态如图11所示；电路的状态、过程和t0~t1时间段完全相同。

图11

8、 t7~t8时间：这个时间段是寻址（也称扫描）时间段， Y驱动波形；在这个时间范围内是一个Vscan幅度的高电平，这个期间对应的地址驱动波形也是高电平（像素点亮）；两者间电位差太小，不会引起Y电极和地址电极间的放电，在寻址瞬间；在Y驱动波形产生一个下凹的波形（负脉冲），在这一瞬间；Y电极为低电平地址电极为高电平，引燃触发放电产生。这个下凹的脉冲，随Y电极扫描位置的不同；在寻址期出现的时间不同。

在此时间段；Y驱动组合开关电路工作状态如图12所示；从图12的右边 t7~t8时间阴影部分可以看出，此时： Q4、Q6激励信号是高电平（Q6在寻址触发瞬间是低电平）；对应左边的组合开关图中的开关；Q6闭合导通；虽然Q4也导通，但是由于Q5的断开Q4的导通无意义，也等效于只有Q6导通，其它的Q1、Q2、Q3、Q3A、Q5激励波形是低电平；对应左边的组合开关图中的开关；Q1、Q2、Q3、Q3A、Q5是断开状态。此

时输出电平和波形；完全取决于Q6的工作状态；在这个寻址期Q6基本是闭合导通，由于Q6的供电是Vscan 所以；输出波形就是Vscan。在寻址触发瞬间Q6迅速断开又迅速导通，在这一瞬间在输出形成了一个下凹的脉冲波形。

图12

9、 t8~t20时间：这个时间段是维持放电时间段；输出的波形是Vs幅度的交流方波（在壁垒电荷的配合下，等离子放电腔体的放电持续维持下去）。

此期间；Y驱动组合开关电路工作状态如图13所示：从图13右边的 t8~t20时间阴影部分可以看出：可以看出Q4、Q5激励信号是高电平；Q4、Q5闭合导通，Q3、Q3A、Q6激励波形是低电平；Q3、Q3A、Q6断开，Q1、Q2激励信号是交替变换的方波；Q1、Q2是轮流导通；Q2导通瞬间Vs幅度的电压加到输出端，输出到屏负载的Y电极驱动波

形在这个时间段为：Vs幅度的交流方波。

图13

10、 t8~t20时间：这个时间段是擦除时间段 Y电极驱动波形是零电平，由X电极驱动电路产生擦除脉冲，进行壁垒电荷的清除工作，图14所示。

此时的电路及工作状态和t0~t1时间段相同。

图14

以上是以简单的等效电路；介绍了等离子屏Y电极驱动波形产生的过程；可以看出等离子屏的Y电极驱动电路实际上就是一群开关的组合；实际电路是采用MOS管取代等效电路中的开关，电路的工作条件；1、就是要有组合开关的激励信号，2、要向电路提供精准的Vs、 Vset、 Vscan 电压。 激励信号是由等离子专用逻辑电路提供，精准的Vs Vset Vscan电压是由开关电源提供。

以上只是等效电路分析；实际电路要还有能量回复电路等要复杂的多，不过由浅入深、循序渐进掌握故障的维修是没有问题的。

学习等离子电视机原理及维修技术就是要掌握：等离子屏的结构、屏工作原理、X、Y驱动原理及逻辑驱动信号的产生原理，及复杂的等离子开关电源技术，这些掌握了经过一

定时间的实践锻炼，就可以胜任等离子电视的工作了，可以断定；能进入完全胜任这个领域的是不多的，这才是机会。

后面要介绍 能量回复电路的原理、子场显示技术及逻辑驱动电路原理

等离子显示屏的构造原理及逻辑驱动电路（五）

（由于示图的制作复杂，等离子屏寻址、扫描、像素组合原理 推后发表）

等离子子场分离式图像显示技术：

一、等离子放电腔体直接显示图像的缺憾：

前面已经介绍了等离子屏重现图像的原理的基本原理；利用等离子放电腔体（像素单元）在图像脉冲的触发下相应的发光；产生一个表示图像的光亮的像素点；在矩阵的组合下组成图像。但是等离子放电腔体的发光只有两种状态；要么发光“亮”、要么不发光“黑”，不能像CRT能控制电子束的强弱；使产生光点的亮度得到控制从而产生一个由暗逐渐变亮或由亮逐渐变暗的灰度。前面所述的等离子屏产生的图像如果不能进一步采取措施解决此问题将产生；图1所示的没有灰度的图像（组成图像的像素点只有；“亮”与“黑”两种状态）；图2所示是相同的有灰度的正常图像（组成图像的像素点亮度是可以逐渐变化的多种亮度状态）。显然图1的图像是不能被观众所接受的。（市区马路上的LED显示屏，就是这样没有灰度的显示方式）

图1 图2

等离子显示屏的发明的伟大之处在于；他有过人的胆略人、用天才的思维、突破了重重障碍、克服了一个一个看似不能解决的困难，发明了令人不可思议的利用气体放电泡（小小日光灯管）作为像素单元的显示器件。重现图像的品质远远超过液晶显示屏的重现能力。而等离子屏重现图像的灰度等级的显示方式采用超乎寻常、令人难以理解的办法得到解决（电子技术、计算机技术、超大规模数字集成电路的进步奠定了成功的基础）这也是一般维修技术人员最感困惑的技术问题——等离子子场分离式图像显示技术。

二、子场合成原理：

为了比较形象的说明子场分离技术的原理，我们采用图像亮度叠加的方法来介绍其原理（此方法不一定科学、合理。但是易懂）：

一幅层次丰富的图像，我们可以把它看成是一层一层图像的叠加组合。这样每一层图像的结构就简单的多了，例如一个修理、检验电视机的简单的黑白灰度等级测试图画面，图3所示；就是一个具有定量亮度灰度等级变化的图片；特点是有垂直排列的不同亮

度的亮带；从左到右亮度是分等级的逐级变暗，下面标注1、2、3、4、5、6、7、8数字以示区别，1号条最亮；8号条最暗（黑），中间的2、3、4、5、6、7号亮度条；亮度逐级变暗，每两条之间的亮度变化一个级差，共有7个级差。我们逐层的分解，可以看出这个灰度等级图可以分解为七幅图；每一幅图；都是只有“亮”、“黑”两种状态的简单图像。如图4所示；A、B、C、D、E、F、G七幅图像。因为这每幅图像只有“亮”、“黑”两种状态，由等离子屏产生是没有问题的。

图3

A B

C D

E F

G

图4

下面我们再逐步的把这7幅图片重叠起来看看会发生什么变化。

首先第一步：把图A和图B重叠；重叠后如图5所示：

图A和图B都是只有“亮”与“黑”两种状态的图；图A；只有1号条“亮”、2至8号条为“黑”，图B；只是1号条、2号条“亮”、3至8号条为“黑”。

当把图A和图B重叠在一起成为图5；图5的1号条部位分别是图A和图B两个1号条亮度的叠加；亮度分量提高一倍，图5的2号条部位则接受了图B的2号条的亮度分量（图A2号条部位为“黑”），这样图5就是一幅具有两级亮度等级变化的图像；1号条亮度高于2号条亮度；3至8号条为“黑”（通过A和B图的叠加后的图像已经具有灰度了）。

第二步：再把图5和图C重叠；重叠后如图6所示：

图C也是只有“亮”与“黑”两种状态的图像；1至3号条为“亮”、4至8号条为“黑”，而图5是；1号条亮度高于2号条亮度；3至8号条为“黑”，图5和图C重叠后的图像；原来图5的3号条为“黑”的部位和图C的3号条的亮重叠；致使图6的3号条部位接受了图C的3号条的亮度分量，变成了“亮”，而原来图5的1号条和2号条在原来的亮度基础上又重叠了图C的1号条和2号条的亮度；1号条和2号条的亮度等级又都提高了一个亮度等级，形成了1号条比2号条亮一个等级；2号条比3号条亮一个等级；3号条比4至8号条亮一个等级的图像，这样图6就是一幅具有3级亮度等级（3级灰度显示）的图像了。

第三步；如法炮制：把图6和图D重叠；重叠后获得图7所示图像：

图D也是只有“亮”与“黑”两种状态的图像；1至4号条为“亮”、5至8号条为“黑”，而图6是；1号条亮度高于2号条亮度；2号条亮度高于3号条亮度；4至8号条为“黑”，图6和图D重叠后的图像；原来图6的4号条为“黑”的部位和图D的4号条的“亮”重叠；致使图7的4号条部位接受了图D的4号条的亮度分量，变成了“亮”，而原来图6的1号条至3号条在原来的亮度基础上又重叠了图D的1号条至3号条的亮度；1号条至3号条的亮度等级又都提高了一个亮度等级，形成了1号条比2号条亮一个等级；2号条比3号条亮一个等级；3号条比4号条亮一个等级；4号条比5至8号条亮一个等级的图像，这样图7就是一幅具有4级亮度等级（4级灰度显示）的图像了。

接下来；第四步、第五步、第六步；依此类推把图E、图F、图G依次叠加，得到图8图9最终得到图10的一幅完美的标准的七级灰度等级的测试图。（原理同上，不在赘述）

第五步：

第六步：

以上的图片叠加说明了一个问题 一幅层次（灰度）丰富的图像都可以通过几张（多张）只有两个亮度状态（“亮”和“黑”）的图片叠加形成。而对这个只有两个亮度状态的图片引入数字概念就是 0和1的含义；0表示“黑”、1表示“亮”，0和1在一起有两个位，我们称为2比特（bit），也可以称为2位（2bit）图像。（“比特”就是“位”的意思，是二进制数的表示方法；如1010就是4比特；10110110就是8位或8比特）

而这每一张只有两个亮度状态的可以叠加重合组成一幅完美图像的2位图像称为“子图像”

而在等离子屏显示技的一场（一帧）图像中；也是由多幅只有两个亮度状态（“亮”和“黑”）的2位图像叠加形成，这每一幅只有两个亮度状态的图像就称为“子场”，因

为等离子屏显示的层次(灰度)丰富的每一帧画面都是由多幅“子场”画面组成，所以等离子屏的图像显示技术称为：“子场分离图像显示技术”。这项技术的发明成功的解决了；气体放电管作为像素单元显示图像没有灰度的缺憾。不管等离子图像显示的发展趋势如何，这项发明都是在显示技术上具有划时代里程碑的意义——是伟大的。

现代的等离子电视屏的子场技术都是采用了8子场显示技术，也就是过去的CRT电视的场频是50赫兹；每一秒显示是50帧图像（逐行显示），而等离子屏的子场技术是：每一帧图像是由8个子场画面组成，那么等离子屏的实际场频为：400赫兹（50×8=400）。在电路处理上：是把场频为50赫兹的图像信号；一场一场的图像信号先输入等离子屏特有的逻辑电路，在逻辑电路对图像信号进行分解；并重新组合把原一场信号变成8场信号（这是一个极其规范、复杂、庞大的数字信号处理过程）再送往等离子屏的地址驱动电极以显示图像。

三、等离子屏256级灰度显示的实现：

上面的子画面合成图像的过程；只是采用了最简单的方法，帮助大家了解“子场”技术的概念，这种介绍方法并不合理。但是能帮助广大的修理师傅理解子场的概念。

上面介绍的方法组成一帧图像的子画面，都是两个亮度状态，而且在亮的状态其亮度的大小都是一样的，例如上面图A的1号条、图B的2号条、图G的5号条等，所有的亮的条；其亮度等级都是一样的。这样的子画面叠加组成的图像最多也只能有8个亮度条（包括无亮度“黑”条），而亮度级差只有七级。也就是说：组成图像的子画面如果“亮”的大小都是一样的话；只会显示7个等级灰度的图像，这样对于电视显示屏重现图像的要求来说是远远不够的。怎么办？经过分析把不同的子画面；“亮”的度设置成不同的亮度，在根据画面的需要进行叠加组合就可以得到，多亮度级别（多灰度等级）的显示。现代等

离子电视屏的灰度等级都是8位（8子场）显示；最大的灰度等级可以达到256级，对于电视图像的重现已经足够了（前期液晶电视的灰度等级只有6位，灰度等级只有级，有些人不是也看的津津有味吗）。

怎么样才能在等离子屏上控制一个发光的像素点的亮度由黑到亮；能达到256等级变化？

等离子放电腔体的发光亮度和该腔体放电的次数成正比，我们在每个子场中的维持放电阶段，把放电的时间设定不同（维持放电脉冲的频率都是在子场中都是相同的，只有控制子场放电的时间就控制了亮度），其8个子场维持放电阶段放电时间的位权值分别设置为：1、2、4、8、16、32、、128，这是8个子场放电的时间比例；图11所示（这8个数相邻之间都是倍数关系）。这8个数全部相加等于255加上“黑”屏正好256，也就是在屏上某一个位置的像素点的发光，都是由8个子场这个部位的叠加形成。这个256就是亮度等级，第256级就是最亮的级别。如果需要得到由0到256之间的任何一级亮度；就可以用这8个等级中的相关级别叠加就可以了。例如我们需要得到152级别的亮度；就选取：128+16+8=152。如果要得到173级别的亮度；就选取：128+32+8+4+1=173。这样不同的任意亮度发光的像素点都可以获得了。

图11

在一个正常的电视场频时间内；例如50赫兹场频其场时间是20Ms(毫秒)，就要容纳8个子场，每个子场的维持放电期间的时间不同，但是8个子场时间加起来正好是一场时间20毫秒（场频为50赫兹），如图12所示。

如果等离子能做到9子场显示；灰度等级就可以达到512级、10子场显示；灰度等级就可以达到1024级，不过此时逻辑板处理的数据容量剧增，技术上、软件上、硬件上都要有一个飞跃。