光电显示技术第5章 - 2015

1、5.1 等离子体基本知识等离子体基本知识5.2 气体放电特性气体放电特性5.3 PDP的结构和特性的结构和特性5.4 PDP的驱动与控制的驱动与控制第第5章章 等离子体显示技术等离子体显示技术5.1 等离子体基本知识等离子体基本知识 1901年年12月月12日，发生了一件使当时的科日，发生了一件使当时的科学家们为之一惊的学家们为之一惊的“怪事怪事”。在加拿大的纽。在加拿大的纽芬兰收到了英国人马克尼从英国康沃尔发出芬兰收到了英国人马克尼从英国康沃尔发出的电讯号。人们在当时怎么也弄不明白，一的电讯号。人们在当时怎么也弄不明白，一向以直线传播的无线电波怎么会横越向以直线传播的无线电波怎么会横越340

2、0公公里的大西洋，绕过弯曲的地球表面传到纽芬里的大西洋，绕过弯曲的地球表面传到纽芬兰呢兰呢？原来这是等离子体在作怪。？原来这是等离子体在作怪。历史历史-等离子体在作怪：等离子体在作怪： 4在物理学中指正、负电荷正、负电荷浓度处于平衡状态的体系，即等离子体就是原子的部分电子被去除原子的部分电子被去除后留下的离子（正）与电子（负）组成的离子后留下的离子（正）与电子（负）组成的离子化气体状物质，又称电浆。化气体状物质，又称电浆。由于电离气体整体行为表现出电中性，也就是由于电离气体整体行为表现出电中性，也就是电离气体内正负电荷数电离气体内正负电荷数相等相等，因此称这种气体，因此称这种气体状态为状态为等

3、等离子体态。离子体态。在近代物理学中把电离度大于1的电离气体都称为等离子体。等离子体的基本概念等离子体的基本概念等离子体与普通气体的对比等离子体与普通气体的对比p相似：构成等离子体的粒子相似：构成等离子体的粒子间距较大，并处于不断无规间距较大，并处于不断无规则碰撞之中，其热运动与普则碰撞之中，其热运动与普通气体相似；通气体相似；p不同：等离子体由等量的电不同：等离子体由等量的电子和正离子构成，整体上不子和正离子构成，整体上不显电性，但各粒子带电，而显电性，但各粒子带电，而普通气体是由中性的原子或普通气体是由中性的原子或分子构成。分子构成。 英国的物理学家英国的物理学家海维赛德海维赛德和美国电气

4、工程师和美国电气工程师肯肯涅利涅利在等离子体概念确立之前就设想大气层的高处在等离子体概念确立之前就设想大气层的高处有一个带电粒子层（等离子层），无线电波向四面有一个带电粒子层（等离子层），无线电波向四面八方传播时，有一部分向地面上空传播，这部分电八方传播时，有一部分向地面上空传播，这部分电磁波遇到了高空中的带电粒子层就反射回来传到远磁波遇到了高空中的带电粒子层就反射回来传到远处。处。 3030年代英国物理学家年代英国物理学家阿普顿阿普顿（E.V.Appleton） 用实验证实了高空中电离层的用实验证实了高空中电离层的 存在，因而他获得了存在，因而他获得了1947年度年度 的诺贝尔物理学奖。的诺

5、贝尔物理学奖。 阿普顿阿普顿（E.V.Appleton）等离子体分类等离子体分类根据等离子体根据等离子体焰温度焰温度 高温等离子体高温等离子体：108-109 K完全电离的等离子完全电离的等离子体，如体，如:太阳，受控热核聚变等离子体太阳，受控热核聚变等离子体 低温等离子体低温等离子体：热等离子体和冷等离子体：热等离子体和冷等离子体热等离子体：稠密高压热等离子体：稠密高压(1大气压以上大气压以上)，温度，温度103- 105K, 如电弧，高频和燃烧等如电弧，高频和燃烧等冷等离子体：电子温度高冷等离子体：电子温度高(103-105K)、气体温度、气体温度低，如低压辉光放电等离子体，电晕放电等离低

6、，如低压辉光放电等离子体，电晕放电等离子体。子体。 一般说来，即使温度在一般说来，即使温度在1 100000000左右，物质中等离子左右，物质中等离子体所占的比例约为体所占的比例约为1%1%。因此，在我们生存的空间，等。因此，在我们生存的空间，等离子体现象很少见。然而宇宙中大量的物质均以等离离子体现象很少见。然而宇宙中大量的物质均以等离子体的形式存在，等离子体约占宇宙物质的子体的形式存在，等离子体约占宇宙物质的9999，甚，甚至更多，这是因为宇宙中大部分物质都集中在恒星内至更多，这是因为宇宙中大部分物质都集中在恒星内，而恒星的温度都，而恒星的温度都 比较高，如太阳中比较高，如太阳中 心的温度高

7、达心的温度高达1 1千千 万万，那里的物质，那里的物质 显然都以等离子体显然都以等离子体 的形式存在。的形式存在。等离子体有下述特征：等离子体有下述特征： u 高度电离高度电离u 带电粒子浓度高，具有良导体的特征。带电粒子浓度高，具有良导体的特征。u 具有电振荡的特征，在带电粒子穿过等离子体具有电振荡的特征，在带电粒子穿过等离子体时，能够产生等离子体激元，等离子体激元的时，能够产生等离子体激元，等离子体激元的能量是量化的。能量是量化的。u 具有加热气体的特征。在高气压收缩等离子体具有加热气体的特征。在高气压收缩等离子体内，气体可被加热到数万度。内，气体可被加热到数万度。u 在稳定情况下，气体放

8、电等离子体中的电场很在稳定情况下，气体放电等离子体中的电场很弱，电子与气体原子进行着频繁的碰撞，因此弱，电子与气体原子进行着频繁的碰撞，因此粒子在等离子体中的运动可以看做是热运动。粒子在等离子体中的运动可以看做是热运动。等离子体的获得等离子体的获得u 高能粒子束轰击u 强激光照射u 气体放电u 高温电离等方法固体 冰液体 水气体 水汽等离子体 电离气体温度010010000高温产生等离子体高温产生等离子体气体放电产生等离子体气体放电产生等离子体在通常情况下,气体是不导电的。但是,在适当的条件下，组成气体的分子可能发生电离,产生可自由移动的带电粒子,并在电场作用下形成电流,这种电流通过气体的现象

9、称为气体放电。电源R阴极阳极当电极间的电压足够高时，就使电极间气体击穿而产生放电。气体中的带电粒子，在电场加速下获得足够高的速度（动能）,再与中性气体原子碰撞，使其释放出另一个电子，失去一个电子的气体原子形成带正电的离子。离子带正电后受阴极的吸引，而与电子的运动方向相反,也会与电子一样获得加速运动。最后撞击阴极，使其发射电子。这样气体中产生大量带电粒子，形成电流，即气体放电。电源R阴极阳极等离子体显示技术等离子体显示技术 等离子体显示器等离子体显示器(Plasma Display Panel)缩写为缩写为PDP，又称电浆显示器，是继又称电浆显示器，是继CRT(阴极射线管阴极射线管)、LCD（液

10、晶显示器）后的最新一代显示器，其特点是（液晶显示器）后的最新一代显示器，其特点是厚度极薄，分辨率佳。可以当家中的壁挂电视使用，厚度极薄，分辨率佳。可以当家中的壁挂电视使用，占用极少的空间，代表了未来显示器的发展趋势之一占用极少的空间，代表了未来显示器的发展趋势之一。 等离子体显示技术之所以令人激动，主要在于可等离子体显示技术之所以令人激动，主要在于可以制造出超大尺寸的平面显示器（以制造出超大尺寸的平面显示器（50英寸甚至更大）英寸甚至更大）PDPPDP的工作原理的工作原理 等离子体显示板等离子体显示板(Plasma display panel PDP)：是利：是利用气体放电发光进用气体放电发光

11、进行显示的平面显示行显示的平面显示板，可以看成是由板，可以看成是由大量小型日光灯排大量小型日光灯排列构成。列构成。日常所见的日光灯就是日常所见的日光灯就是PDP的基础的基础 等离子显示器采用等离子管作为发光元器件，大量等离子显示器采用等离子管作为发光元器件，大量的等离子管排列在一起构成屏幕，每个等离子对应的等离子管排列在一起构成屏幕，每个等离子对应的每个小室内都充有氖氙气体。在等离子管电极间的每个小室内都充有氖氙气体。在等离子管电极间加上高压后，封在两层玻璃之间的等离子管小室中加上高压后，封在两层玻璃之间的等离子管小室中的气体会产生紫外光激发平板显示屏上的红、绿、的气体会产生紫外光激发平板显示

12、屏上的红、绿、蓝三原色荧光粉发出可见光。蓝三原色荧光粉发出可见光。PDPPDP基本原理基本原理透明电极放电区前玻璃基板 透明介电质层MgO保护层壁障(隔断)荧光体选址电极后玻璃基板 紫外线显示屏幕以玻璃作为基板，基板间隔一定距离，四周经气密性封接形成一个个放电空间 ，其结构如图所示。PDPPDP基本结构基本结构充入Ne-Ar混合气体80120mm PDP由由前、后玻璃板前、后玻璃板和和铝基板铝基板组成。对组成。对于具有于具有VGA显示水平的显示水平的PDP，其前玻璃板上，其前玻璃板上分别有分别有 480 行扫描和维持透明电极，后玻璃行扫描和维持透明电极，后玻璃板表面有板表面有2556（8523

13、）行数据电极，这些）行数据电极，这些电极直接与数据驱动电路板相连。根据显示电极直接与数据驱动电路板相连。根据显示水平的不同，电极数会有变化。水平的不同，电极数会有变化。 怎样实现彩色怎样实现彩色等离子体显示等离子体显示？ He-Xe 混合气体放电时产生不可见的混合气体放电时产生不可见的147nm真空紫外线（真空紫外线（VUV），再使），再使VUV激激发相应的三基色发相应的三基色光致发光荧光粉光致发光荧光粉发出可见发出可见光而达到显示的目的。光而达到显示的目的。 单色等离子体显示是利用单色等离子体显示是利用Ne-Ar混合气混合气体在一定电压作用下产生气体放电，直接发体在一定电压作用下产生气体放电

14、，直接发射出射出582nm橙色光。橙色光。每个等离子管作为放电胞每个等离子管作为放电胞PDPPDP的分类的分类 根据工作方式的不同，大致可分为两类：根据工作方式的不同，大致可分为两类：交流型（交流型（AC-PDP）和直流型（）和直流型（DC-PDP）。）。直流直流PDP-结构复杂，加工的工艺要求精度结构复杂，加工的工艺要求精度高高,本身没有记忆功能，驱动电压高本身没有记忆功能，驱动电压高, 非生产的非生产的主流。主流。 交流型交流型PDP由于有记忆功能，驱动电压低，由于有记忆功能，驱动电压低，寿命长等优点，而成为当前研究最多的的平板寿命长等优点，而成为当前研究最多的的平板显示器。显示器。AC型

15、PDP与DC型PDP的区别 ACAC型型PDPPDP电极表面覆以透明介电层及保护层，通过绝缘体电极表面覆以透明介电层及保护层，通过绝缘体的介电层表面产生放电。为形成放电单元而起隔离作用的的介电层表面产生放电。为形成放电单元而起隔离作用的障壁（隔断）为条状，而不是像障壁（隔断）为条状，而不是像DCDC型那样采用胞状，因此型那样采用胞状，因此，图像分辨率可从，图像分辨率可从VGAVGA（640 X 480640 X 480）到）到SVGASVGA（800 X 600800 X 600），在此基础上采取措施还可以进一步使画面精细化。），在此基础上采取措施还可以进一步使画面精细化。 DCDC型型PDP

16、PDP的电极不加保护层，而是直接暴露在放电空间中的电极不加保护层，而是直接暴露在放电空间中，放电电流为直流（，放电电流为直流（direct currentdirect current，DCDC）。为防止电极）。为防止电极磨损、提高寿命，要通过电阻限制放电电流，而且封入气磨损、提高寿命，要通过电阻限制放电电流，而且封入气体的压力也较高。体的压力也较高。 离子向电极入射时，先与介电质层表面积蓄的电离子向电极入射时，先与介电质层表面积蓄的电荷发生复合，失去部分能量后，以较低的能量轰击介电质荷发生复合，失去部分能量后，以较低的能量轰击介电质层的表面层的表面;较高能量的离子直接碰撞作为阴极的电极表面，较

17、高能量的离子直接碰撞作为阴极的电极表面，离子所带的能量全部释放在阴极中，结果离子对阴极表面离子所带的能量全部释放在阴极中，结果离子对阴极表面产生溅射作用，并造成很大损伤。产生溅射作用，并造成很大损伤。介电体电极表面状态的变化会引起壁电荷积蓄介电体电极表面状态的变化会引起壁电荷积蓄量的变化。随着运行时间增加，会造成工作电压及存储特量的变化。随着运行时间增加，会造成工作电压及存储特性变化，从而显示特性变差。性变化，从而显示特性变差。离子的轰击造成阴极物质的溅射飞散，沉积在放离子的轰击造成阴极物质的溅射飞散，沉积在放电胞障壁四周，对比度及灰度等都会下降。电胞障壁四周，对比度及灰度等都会下降。DC型和

18、型和AC型型PDP中气体放电的区别中气体放电的区别前玻璃基板透明显示电极透明介电体层保护层白色介电体层后玻璃基板选址电极障壁荧光层图2.5.2-1 AC型PDP的结构AC-PDP整体结构示意图整体结构示意图AC型PDP又分为透射型与反射型两种。在透射型结构PDP中，荧光是从后基板侧透射出来的，视者是从后基板一侧观看画面；在反射型结构PDP中，荧光是从前基板侧射出，是从前基板一侧观看画面。前玻璃基板透明电极透明介电体层保护层白色介电体层后玻璃基板选址电极障壁荧光层对向放电式表面放电式两种实现彩色显示的交流两种实现彩色显示的交流PDP结构结构气体放电空间前板VUV可见光荧光层后板气体放电空间前 板

19、VUV可见光荧光层X电极Y电极MgOMgO后板显示电极寻址电极介质层 介质层两个电极分别做在相对放置的底板上，这种结构放电时荧光粉受离子轰击会使发光性能变差，因此难以实现实用的彩色显示，同时，荧光粉淀积在MgO绝缘层上也使驱动电压不稳定。对向放电式对向放电式 表面放电式表面放电式表面放电式结构避免了上述缺点，显示电极位于同一侧的底板上，放电也在同侧电极间进行。PDPPDP的发展史的发展史 1964年美国伊利诺斯大学的教授年美国伊利诺斯大学的教授Bitzer和和Slottow制作出具有存储特性的制作出具有存储特性的AC-PDP 1968年，年，Owens-Illinois将将PDP单元改为单元改

20、为开放式结构，器件寿命大为延长。开放式结构，器件寿命大为延长。 1993年日本的富士通公司制作出了彩色年日本的富士通公司制作出了彩色PDP原理样机。原理样机。 1998年实现年实现40吋吋彩色彩色PDP批量生产。批量生产。中国中国PDPPDP的发展史的发展史 1970S，“55所所” ：单色：单色PDP研究和开发。研究和开发。 1980S，建有一条单色建有一条单色PDP军标生产线。军标生产线。 1990S ，“55所所”开展了彩色开展了彩色PDP研究和研究和开发；杭州大学也有拼接屏研究。开发；杭州大学也有拼接屏研究。 “九五九五”期间期间 ，“55所所”和西安交大分别和西安交大分别研制出了研制

21、出了21英寸彩色英寸彩色PDP实用化样机。实用化样机。 2003年，年，TCL：全套彩色：全套彩色PDP驱动电路。驱动电路。PDPPDP的的主要主要特点特点 主动发光、灰度丰富、可以实现全彩色主动发光、灰度丰富、可以实现全彩色 高亮度和高对比度高亮度和高对比度 纯平面大屏幕显示纯平面大屏幕显示 超薄设计、超宽视角超薄设计、超宽视角 良好的防电磁干扰能力良好的防电磁干扰能力功耗大，不便于采用电池电源（与功耗大，不便于采用电池电源（与LCD、LED比较）比较）彩色发光效率低（与彩色发光效率低（与CRT比较）比较）驱动电压高（与驱动电压高（与LCD、LED比较）比较）目前的价格还较高（与目前的价格还

22、较高（与CRT、LCD比较）。比较）。PDP可能的应用领域如下图显示可能的应用领域如下图显示 PDP显示器件的性能指标主要指它的显示器件的性能指标主要指它的空空间分辨率间分辨率、颜色分辨率颜色分辨率和和扫描频率扫描频率。 用像素点的大小或水平方向像素点数与垂直方用像素点的大小或水平方向像素点数与垂直方向像素点的乘积表示。前两代的点距大约为向像素点的乘积表示。前两代的点距大约为1.33 mm，42英寸分辨率一般在英寸分辨率一般在852480。第三代的点。第三代的点距为距为0.890.99 mm，42英寸分辨率一般在英寸分辨率一般在1024768，50英寸的产品大多为英寸的产品大多为1366768

23、。 指每一个像素点可以有多少指每一个像素点可以有多少种颜色，这是由用来表示一个像种颜色，这是由用来表示一个像素点的二进制位数决定的。素点的二进制位数决定的。 扫描频率必须达到一定的值扫描频率必须达到一定的值时才不会出现闪烁现象。时才不会出现闪烁现象。5.1.5 PDP的的性能指标性能指标（1）分辨率：）分辨率：42吋吋1024768，50吋吋更高。更高。（2）亮度）亮度780 cd/cm2，灰度达到，灰度达到1024级。级。（3）标称对比度）标称对比度3000:1（标准测试（标准测试650:1）。）。（4）是否与计算机模式兼容（能否兼容）是否与计算机模式兼容（能否兼容VGA/SVGA/XGA/

24、SXGA等模式）。等模式）。（5）功耗：低于）功耗：低于300 W，越低越好。，越低越好。（6）寿命：）寿命：3万小时，最好万小时，最好10万小时。万小时。购买购买PDP时应该注意的性能指标时应该注意的性能指标（1）PDP的表面玻璃不能承受太大或太小的表面玻璃不能承受太大或太小大气压力，更不能有意外重压。大气压力，更不能有意外重压。（2）发热量大，）发热量大，PDP彩电的背板上装有多彩电的背板上装有多组风扇用于散热，注意使用环境。组风扇用于散热，注意使用环境。（3）发光发热元件向外辐射使得不能在机）发光发热元件向外辐射使得不能在机内解决接收电视节目信号，对输入的视频内解决接收电视节目信号，对输

25、入的视频信号接线要求较高。信号接线要求较高。PDP的使用注意事项的使用注意事项5.2 气体放电特性气体放电特性5.2.1 气体放电气体放电的全伏安特性的全伏安特性5.2.2 辉光放电的发光空间分布辉光放电的发光空间分布5.2.3 巴邢定律巴邢定律5.2.4 潘宁效应潘宁效应激发与辐射激发与辐射 激发：高能电子碰撞气体分子时，有时能导致原激发：高能电子碰撞气体分子时，有时能导致原子外壳层电子由原来能级跃迁到较高能级。实际子外壳层电子由原来能级跃迁到较高能级。实际上，即使电子能量等于或高于激发能量，碰撞未上，即使电子能量等于或高于激发能量，碰撞未必都能引起激发，而是仅有一部分能引起激发。必都能引起

26、激发，而是仅有一部分能引起激发。引起激发的碰撞数与碰撞总数之比，称为碰撞几引起激发的碰撞数与碰撞总数之比，称为碰撞几率。率。 受激发后的原子停留在激发状态的时间很短暂受激发后的原子停留在激发状态的时间很短暂（约为（约为10-6秒），便从能量为秒），便从能量为Em的气体放电状态的气体放电状态回复到能量为回复到能量为E1的正常状态的正常状态,并辐射出能量为并辐射出能量为hv的光。气体放电时伴随有发光现象，主要就是由的光。气体放电时伴随有发光现象，主要就是由于这个原因。于这个原因。 n 在某些情况下，受激原子不能以辐射光量子的形在某些情况下，受激原子不能以辐射光量子的形式自发回到正常状态式自发回到正

27、常状态,这时便称为处于亚稳状态这时便称为处于亚稳状态,处于亚稳状态的原子称为亚稳原子。处于亚稳状态的原子称为亚稳原子。n 亚稳原子可以借助两种过程回复到正常状态：亚稳原子可以借助两种过程回复到正常状态：一是由电子再次碰撞或吸收相应的光量子一是由电子再次碰撞或吸收相应的光量子,升升到更高的能级到更高的能级,然后从这个能级辐射出光量子然后从这个能级辐射出光量子而回到常态。而回到常态。另一是通过与电子碰撞将能量转化为电子的动另一是通过与电子碰撞将能量转化为电子的动能能,它本身回到常态。它本身回到常态。n亚稳原子的寿命约为亚稳原子的寿命约为10-410-2秒；由于它秒；由于它寿命较长寿命较长,在放电中

28、常常起重要的作用。在放电中常常起重要的作用。 图图5.1所示所示为用于为用于PDP的典型气体放电伏安的典型气体放电伏安特性曲线。特性曲线。AC段是非自持放电段是非自持放电CD是自持的暗放电是自持的暗放电B点对应于击穿电压（即放电着火电压）点对应于击穿电压（即放电着火电压）EF段是正常辉光放电区段是正常辉光放电区FG段称为反常辉光放电区段称为反常辉光放电区5.2.1 气体放电的全伏安特性气体放电的全伏安特性有微弱的发光有微弱的发光 自然辐射照射阴极所自然辐射照射阴极所引起的电子发射和气引起的电子发射和气体的空间电离体的空间电离5.2.2 辉光放电的发光空间分布辉光放电的发光空间分布 图图5.2所

29、示所示，按辉光放电外貌及其微观过，按辉光放电外貌及其微观过程，从阴极到阳极大致可分为阿斯顿暗区、程，从阴极到阳极大致可分为阿斯顿暗区、阴极光层、阴极暗区、负辉区、法拉第暗区、阴极光层、阴极暗区、负辉区、法拉第暗区、正光柱区及阳极区等几个区域。正光柱区及阳极区等几个区域。 阿斯顿暗区：阿斯顿暗区：刚离开冷阴极的电子能量刚离开冷阴极的电子能量低，不能引起气体原子激发和电离，阴极近低，不能引起气体原子激发和电离，阴极近表面为暗区。表面为暗区。凡是电流通过气体的现象即为气体放电。凡是电流通过气体的现象即为气体放电。 阴极光层：阴极光层：电子加速，其能量可使气体电子加速，其能量可使气体原子激发产生辉光，

30、这就是阴极光层。原子激发产生辉光，这就是阴极光层。 阴极暗区：阴极暗区：电子能量再增加时，就能引电子能量再增加时，就能引起原子电离，产生大量离子与低速电子，此起原子电离，产生大量离子与低速电子，此过程不发可见光，该区域称为阴极暗区。过程不发可见光，该区域称为阴极暗区。 负辉区：负辉区：低速电子增加速度后，会引起低速电子增加速度后，会引起气体原子激发，从而形成负辉区。再向阳极气体原子激发，从而形成负辉区。再向阳极方向，还有几个明暗相间的区域。方向，还有几个明暗相间的区域。 法拉第暗区法拉第暗区：负辉区到正柱区的过渡区域。在本区中，电子能量很低，不发生激发或电离，因此是暗区。 正辉柱区正辉柱区:与

31、法拉第暗区有明显的边界,是电子在法拉第暗区中受到加速，具备了激发和电离的能力后在本区中激发电离原子形成的，因发光明亮故又称正辉柱。正辉柱区中电子、离子浓度很高(约10151016个/米3)，且两者的浓度相等，因此称为等离子体。正柱区具有良好的导电性能；但它对放电的自持来说，不是必要的区域。在短的放电管中，正柱区甚至消失；在长的放电管中，它几乎可以充满整个管子。正柱区中轴向电场强度很小，因此迁移运动很弱，扩散运动（即乱向运动）占优势。 辉光放电的基本特征：辉光放电的基本特征： 是一种稳定的自持放电；是一种稳定的自持放电； 放电电压明显低于着火电压，其着火放电电压明显低于着火电压，其着火电压由巴邢

32、定律决定；电压由巴邢定律决定； 放电时，放电空间呈现明暗相间的、放电时，放电空间呈现明暗相间的、有一定分布的光区；有一定分布的光区； 只有只有正光柱区正光柱区部分属于等离子区，其部分属于等离子区，其正负电荷密度相等，整体呈电中性；正负电荷密度相等，整体呈电中性； 放电依靠二次放电依靠二次电子繁流电子繁流维持。维持。 汤生理论的物理描述是：设外界催汤生理论的物理描述是：设外界催离素在阴极表面辐照出一个电子，这个离素在阴极表面辐照出一个电子，这个电子向阳极方向飞行，并与分子频繁碰电子向阳极方向飞行，并与分子频繁碰撞，其中一些碰撞可能导致分子的电离，撞，其中一些碰撞可能导致分子的电离，得到一个正离子

33、和一个电子。新电子和得到一个正离子和一个电子。新电子和原有电子一起，在原有电子一起，在电场加速下继续前进电场加速下继续前进,又又能引起分子的电离能引起分子的电离,电子电子数目便雪崩式地增长。数目便雪崩式地增长。这称为电子繁流。这称为电子繁流。 气体放电过程应包括：启始放电和稳定放电。气体放电是气体放电过程应包括：启始放电和稳定放电。气体放电是如何形成的呢？英国物理学家汤生（如何形成的呢？英国物理学家汤生（J.S.Townsend）在）在1910年第一个提出了年第一个提出了“雪崩雪崩”气体放电理论，适用范围是非自持暗气体放电理论，适用范围是非自持暗放电区及过渡区；放电区及过渡区；19311932

34、年，罗果夫斯基在考虑了空间电年，罗果夫斯基在考虑了空间电荷使放电间隙中荷使放电间隙中电场电场发生畸变，对汤生理论做了重要补充，使发生畸变，对汤生理论做了重要补充，使适用范围扩展到了自持暗放电和辉光放电区。所以人们通常把适用范围扩展到了自持暗放电和辉光放电区。所以人们通常把电子雪崩放电理论称为汤生电子雪崩放电理论称为汤生-罗果夫斯基理论。罗果夫斯基理论。 放电中产生的正离子最后都抵达阴极。正放电中产生的正离子最后都抵达阴极。正离子轰击阴极表面时，使阴极产生电子发离子轰击阴极表面时，使阴极产生电子发射；这种离子轰击产生的射；这种离子轰击产生的次级电子发射次级电子发射，称为称为r过程。过程。r过程使

35、放电出现新的特点过程使放电出现新的特点,这这就是：就是：r过程产生的次级电子也能参加繁流。过程产生的次级电子也能参加繁流。如果同一时间内，由于如果同一时间内，由于r过程产生的电子数过程产生的电子数,恰好等于飞抵阳极的电子数，放电就能自恰好等于飞抵阳极的电子数，放电就能自行维持而不依赖于外界电离源，这时就转行维持而不依赖于外界电离源，这时就转化为自持放电。化为自持放电。 放电管的平板电极间是均匀电场。当气放电管的平板电极间是均匀电场。当气体两端的电压缓慢上升时，初始阶段只有体两端的电压缓慢上升时，初始阶段只有10-16A的电流的电流气体未放电气体未放电，当电压超过，当电压超过某一值时，电流开始以

36、指数规律增加，这时某一值时，电流开始以指数规律增加，这时的放电一般称为汤生放电。的放电一般称为汤生放电。) 1(10ddeeII I0：初始电流；：初始电流；：电离系数；：电离系数；d：电极：电极间的距离；间的距离；为二次电子发射系数。为二次电子发射系数。5.2.3 巴邢定律巴邢定律自持放电的条件：自持放电的条件：1) 1(de)1ln(1d电离系数电离系数 )exp(21EpCpC气体的击穿电压或着火电压气体的击穿电压或着火电压 )()11ln()ln(1112pdfpdCpdCUf 这就是巴邢定律，也是彩色这就是巴邢定律，也是彩色PDP工作工作的基本定律之一。的基本定律之一。 1dUEfd

37、: 电极距离（厘米）电极距离（厘米） p:气压（托）气压（托） 影响着火电压因素：电极材料、表面状影响着火电压因素：电极材料、表面状况。表面二次发射系数较高，有利于繁流产况。表面二次发射系数较高，有利于繁流产生和维持，引火装置导入浓度较高的初始粒生和维持，引火装置导入浓度较高的初始粒子，两者都可子，两者都可降低着火电压降低着火电压。 令令 ，由前式可得着火电压，由前式可得着火电压Uf的最小值和相应的的最小值和相应的pd值，即值，即)11ln(72. 2)(11minCpd)11ln(72. 2112min,CCUf 0)(pdddUf5.2.3 巴邢定律巴邢定律 在给定的基本气体中加入少量的杂

38、质气在给定的基本气体中加入少量的杂质气体，如果杂质气体的体，如果杂质气体的电离电位电离电位小于小于基本气体基本气体的的亚稳态能级亚稳态能级，混合气体的着火电压会小于，混合气体的着火电压会小于基本气体的着火电压，这种现象称为潘宁基本气体的着火电压，这种现象称为潘宁（Penning）效应。）效应。 PDP用潘宁气体降低器件的着火电压。用潘宁气体降低器件的着火电压。5.2.4 潘宁效应潘宁效应 潘宁效应是因为基本气体的潘宁效应是因为基本气体的亚稳态原子亚稳态原子和和杂质气体原子杂质气体原子之间具有之间具有极高的碰撞几率极高的碰撞几率，从而提高了杂质气体的从而提高了杂质气体的电离截面电离截面，加速了杂

39、，加速了杂质气体原子的质气体原子的电离雪崩电离雪崩，降低了工作气体的，降低了工作气体的着火电压。着火电压。 Ne-Xe混合气体在一定外部电压作用混合气体在一定外部电压作用下产生气体放电下产生气体放电 ： e+NeNe+2e（电子碰撞电离）（电子碰撞电离） e+NeNe+2e（逐次电离）（逐次电离） e+NeNem+e（亚稳激发（亚稳激发） e+XeXe+2e（电子碰撞电离）（电子碰撞电离）激发态激发态 由于由于Nem的亚稳能级（的亚稳能级（16.62eV）大于）大于Xe的电离能（的电离能（12.127eV），因此，亚稳原子），因此，亚稳原子Nem与与Xe原子碰撞过程为原子碰撞过程为： Nem+

40、XeNe+Xe+e 此为潘宁电离反应，这种反应产生的几此为潘宁电离反应，这种反应产生的几率极高，从而提高了气体的电离截面，加速率极高，从而提高了气体的电离截面，加速了了Nem的消失和的消失和Xe原子的电离雪崩。此外这原子的电离雪崩。此外这种反应的工作电压比直接电离反应的要低，种反应的工作电压比直接电离反应的要低，因此也降低了显示器件的工作电压因此也降低了显示器件的工作电压。e+Xe+Xe（2P2或或2P6）十）十h Xe（2P5或或2P6）Xe（1S4或或1S5）+h（823nm、828nm） Xe（1S5）Xe（1S4） Xe（1S4）Xe+h（147nm） 潘宁电离反应与潘宁电离反应与Xe

41、逐级跃迁的示意逐级跃迁的示意图如图图如图5.6所示所示。 高能级激发态高能级激发态低能级激发态低能级激发态谐振激发能级谐振激发能级5.3.1 PDP的结构的结构5.3.2 PDP的发光机理的发光机理5.3.3 PDP显示单元等效电路显示单元等效电路5.3.4 PDP的壁电荷和存储特性的壁电荷和存储特性5.3.5 PDP的工作原理的工作原理5.3 PDP的结构和特性的结构和特性 彩色彩色PDP发光显示的发光显示的两个过程：两个过程： 气体放电过程，即隋性气体在外加气体放电过程，即隋性气体在外加电压信号的作用下产生放电，使原子受激而电压信号的作用下产生放电，使原子受激而跃迁跃迁， 发射出波长发射出

42、波长147nm 真空紫外线真空紫外线。 荧光粉发光过程，即气体放电所产荧光粉发光过程，即气体放电所产生的紫外线，激发光致荧光粉发射可见光的生的紫外线，激发光致荧光粉发射可见光的过程。过程。如图如图5.5所示所示。5.3.2 PDP的发光机理的发光机理 147nm的真空紫外光能量大，发光强度的真空紫外光能量大，发光强度高，所以彩色高，所以彩色PDP激发红、绿、蓝荧光粉发激发红、绿、蓝荧光粉发光，得到三基色，从而实现彩色显示。光，得到三基色，从而实现彩色显示。 真空紫外光照射到荧光粉表面时，一部真空紫外光照射到荧光粉表面时，一部分被反射，一部分被吸收，另一部分则透射分被反射，一部分被吸收，另一部分

43、则透射出荧光粉层。当荧光粉的基质吸收了真空紫出荧光粉层。当荧光粉的基质吸收了真空紫外光能量后，基态电子从原子的外光能量后，基态电子从原子的价带价带跃迁到跃迁到导带，价带中因为电子跃迁而出现空穴导带，价带中因为电子跃迁而出现空穴。2、荧光粉发光过程、荧光粉发光过程 空穴因热运动扩散到价带顶后空穴因热运动扩散到价带顶后，被掺入被掺入荧光粉中的激活剂荧光粉中的激活剂（发光中心发光中心）俘获俘获。 获得获得紫外紫外光子能量而跃迁到导带的电子，光子能量而跃迁到导带的电子，在导带中运动，并很快在消耗能量后下降到在导带中运动，并很快在消耗能量后下降到导带底，然后与发光中心的空穴复合，放出导带底，然后与发光中

44、心的空穴复合，放出一定波长的光一定波长的光。 红粉红粉Y2O3：EU中中，EU3+是激活剂是激活剂、发光发光中心中心。2、荧光粉发光过程、荧光粉发光过程 交流交流PDP电极表面覆盖介质，驱动波电极表面覆盖介质，驱动波形是交流脉冲。当气体着火后，产生的电形是交流脉冲。当气体着火后，产生的电子和正离子沿外加电压方向移动并聚积在子和正离子沿外加电压方向移动并聚积在电极对应的介质表面，形成壁电荷。电极对应的介质表面，形成壁电荷。 由壁电荷会形成的壁电压由壁电荷会形成的壁电压Uw。 UwQwC0 壁电压与外加电压极性相反壁电压与外加电压极性相反。 5.3.4 PDP的壁电荷和存储特性的壁电荷和存储特性

45、壁电荷使加在气体两端的电压减弱，放壁电荷使加在气体两端的电压减弱，放电停止。电停止。 外加电压是交变的，电压反向时，壁电外加电压是交变的，电压反向时，壁电荷产生的电场与外加电场荷产生的电场与外加电场正向叠加正向叠加而使放电而使放电空间的实际电压增强，脉冲幅值大于着火电空间的实际电压增强，脉冲幅值大于着火电压压Uf 时时 ，放电再次发生。放电再次发生。fsmUUU最小维最小维持电压持电压着火电压着火电压有足够壁电荷与有足够壁电荷与之叠加则之叠加则点亮点亮无壁电荷（或无壁电荷（或不足）则不足）则熄火熄火fsmUUU维持电压脉冲幅值：U 当单元施加这一幅值范围的交流脉冲时，当单元施加这一幅值范围的交

46、流脉冲时，如果单元原先是如果单元原先是“点亮点亮”的，此后的状态仍的，此后的状态仍为为“点亮点亮”，原来是，原来是“熄火熄火”的仍为的仍为“熄熄火火”，记忆了单元的历史。只有当外加一定，记忆了单元的历史。只有当外加一定特征的脉冲改变单元内的壁电荷，特征的脉冲改变单元内的壁电荷，“点亮点亮”、 “熄火熄火”状态才会发生改变。这一特征即为状态才会发生改变。这一特征即为交流交流PDP的存储特性，的存储特性，如图如图5.9所示所示。利用交。利用交流流PDP的存储方式工作可以实现的存储方式工作可以实现PDP的大容的大容量显示而不影响量显示而不影响PDP的亮度。的亮度。 显示屏上第一次出现一个点亮单元的电

47、显示屏上第一次出现一个点亮单元的电压称为最小着火电压压称为最小着火电压Uf1，把正好使所有单，把正好使所有单元全亮的电压定义为最大着火电压元全亮的电压定义为最大着火电压Ufn。 定义出现第一个单元开始熄火时的电压定义出现第一个单元开始熄火时的电压为最大熄火电压为最大熄火电压Usm1，定义使熄火的单元减，定义使熄火的单元减少到只剩一个点亮单元的维持电压为最小熄少到只剩一个点亮单元的维持电压为最小熄火电压火电压Usmn。11sfsmUUU静态维持工静态维持工作范围作范围存贮容限存贮容限最小着最小着火电压火电压最大熄最大熄火电压火电压 AC-PDP工作时，所有行、列电极之工作时，所有行、列电极之间都

48、加上交变的维持电压脉冲间都加上交变的维持电压脉冲Us，其幅值，其幅值不足以点燃单元放电，但能维持已有的放不足以点燃单元放电，但能维持已有的放电，此时各行、列电极交点形成的像素均电，此时各行、列电极交点形成的像素均未改变放电发光情况。未改变放电发光情况。PDP的擦写工作原的擦写工作原理如图理如图5.12所示。所示。 在被选单元相对应的一对电极间叠加在被选单元相对应的一对电极间叠加一个书写脉冲，其幅值超过着火电压一个书写脉冲，其幅值超过着火电压Uf，则该单元产生放电而发光。则该单元产生放电而发光。几百纳秒几百纳秒壁电压壁电压 如要停止已放电单元的放电，可在维持如要停止已放电单元的放电，可在维持脉冲

49、之前加入一个擦除脉冲，它产生一个弱脉冲之前加入一个擦除脉冲，它产生一个弱放电，抵消原来存在介质表面的电荷，即不放电，抵消原来存在介质表面的电荷，即不产生足够的新的壁电荷，维持电压倒向后没产生足够的新的壁电荷，维持电压倒向后没有足够的壁电荷电场与之相加，放电就不能有足够的壁电荷电场与之相加，放电就不能继续发生，转入熄火状态。继续发生，转入熄火状态。图图5.125.4.1 PDP的的ADS驱动原理驱动原理5.4.2 实现灰度显示的子场驱动法实现灰度显示的子场驱动法5.4.3 PDP驱动电路框图驱动电路框图5.4.4 PDP的动态伪轮廓现象的动态伪轮廓现象及及克服克服5.4 PDP的驱动与控制的驱动

50、与控制 电极连接：电极连接：所有维持电极所有维持电极X相连相连接接维持维持驱动电路驱动电路；扫描电极；扫描电极Y由扫描驱动电路和维由扫描驱动电路和维持电路驱动；选址电极持电路驱动；选址电极A由选址电路驱动。由选址电路驱动。 ADS（Address and Display Separation）方式方式选址与显示分离方式，是目前最常选址与显示分离方式，是目前最常用的。用的。图图5.13所示为所示为ADS工作方式在每一场工作方式在每一场内加在显示屏各电极上的具体的工作波形，内加在显示屏各电极上的具体的工作波形，所不同的是各场的维持时间。所不同的是各场的维持时间。5.4.1 PDP的的ADS驱动原理

51、驱动原理 ADS方式在每场内分为方式在每场内分为3个工作阶段：个工作阶段：初始化阶段、选址阶段及维持阶段。初始化阶段、选址阶段及维持阶段。 1、初始化阶段：、初始化阶段： X电极上施加一高电压正脉冲，幅度远电极上施加一高电压正脉冲，幅度远高于高于X、Y电极间着火电压，使所有单元均电极间着火电压，使所有单元均能产生一次能产生一次强烈的放电强烈的放电。 产生的壁电压大于气体的着火电压，使产生的壁电压大于气体的着火电压，使单元在正脉冲过去后产生自放电，消除单元单元在正脉冲过去后产生自放电，消除单元内的壁电荷。自放电过程较慢。内的壁电荷。自放电过程较慢。5.4.1 PDP的的ADS驱动原理驱动原理 对

52、自放电中未消除的壁电荷放大：在对自放电中未消除的壁电荷放大：在Y电极上施加一电极上施加一正脉冲正脉冲，使有壁电荷的单元产，使有壁电荷的单元产生一次放电。无壁电荷的不再放电，故不会生一次放电。无壁电荷的不再放电，故不会产生新的壁电荷。然后，在产生新的壁电荷。然后，在Y电极上再施加电极上再施加一个负脉冲，使壁一个负脉冲，使壁电压极性转向电压极性转向。 消除第二阶段产生的壁电荷，以确保下消除第二阶段产生的壁电荷，以确保下一步选址时，单元内的壁电荷对选址不致于一步选址时，单元内的壁电荷对选址不致于造成影响。在所有的造成影响。在所有的Y电极上加一幅度逐渐电极上加一幅度逐渐上升的上升的斜坡脉冲斜坡脉冲。1

53、、初始化阶段、初始化阶段 选址是在选址是在A、Y电极间进行的，一次选电极间进行的，一次选一行，选中行的一行，选中行的Y电极加一负脉冲，需选址电极加一负脉冲，需选址单元的单元的A电极加数据信号（正脉冲），使电电极加数据信号（正脉冲），使电压压UAY大于着火电压大于着火电压Uf，选址时，选址时X电极上加了电极上加了正电平正电平，选址放电在，选址放电在X、Y电极上的介质表电极上的介质表面形成面形成壁电荷壁电荷。某行选址时，其。某行选址时，其他行他行Y电极电极上加的负电压不能导致上加的负电压不能导致A、Y间放电间放电。2、选址阶段、选址阶段 屏上所有行均选址后，所有选址单元内屏上所有行均选址后，所有选

54、址单元内均产生了均产生了壁电荷壁电荷和和壁电压壁电压，相当于将一子场，相当于将一子场的图像信号用壁电荷写入相应的单元内。的图像信号用壁电荷写入相应的单元内。 3、维持阶段：、维持阶段： 维持是在维持是在X、Y电极间进行的，维持的电极间进行的，维持的第一个脉冲第一个脉冲必须必须与与选址单元内的选址单元内的壁电压的壁电压的极极性相同性相同，以确保所加维持脉冲的幅度和壁电，以确保所加维持脉冲的幅度和壁电压之和大于压之和大于X、Y电极间的着火电压，产生电极间的着火电压，产生用于显示的放电。用于显示的放电。 随着放电的进行，单元内的壁电荷由逐渐减少随着放电的进行，单元内的壁电荷由逐渐减少直到无壁电压，最后过渡到反向积累，到放电结束直到无壁电压，最后过渡到反向积累，到放电结束时，壁电压的极性与放电之前极性相反。下一个极时，壁电压的极性与放电之前极性相反。下一个极性相反的脉冲到来时与上一脉冲刚好极性相反，因性相反的脉冲到来时与上一脉冲刚好极性相反，因此，此，第二个脉冲到来后第二个脉冲到来后，刚好与上一次放电产生的，刚好与上一次放电产生的壁电压极性相同