彩色等离子体显示器

彩色等离子体显示器一PDP的简介二彩色AC-PDP的结构和工作原理三彩色AC-PDP的制造技术四彩色AC-PDP的驱动方法五彩色AC-PDP的电路系统六显示动态图像的干扰问题彩色等离子体显示器1.1PDP（PlasmaDisplayPanel）放电发光真空紫外线（VUV）荧光粉可见光分类：单色，彩色；按工作方式：DC,AC

AC-PDPDC-PDP（1）1964年，美国伊利诺（Illinois）大学的教授Bitzer和Slottow发现在电极和放电气体之间加一层电介质可以实现电容限流，并同时获得记忆效果，他们将这样的显示器件命名为等离子体显示屏；（2）彩色PDP的研究始于70年代。到90年代认识到它就是长期以来所追求的家用壁挂式大屏幕平面彩色电视的最佳选择，开始投入巨资和人员开发。（3）直流PDP---结构复杂，加工的工艺要求精度高,本身没有记忆功能，驱动电压高,非生产的主流。交流型PDP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显示器。（4）随着PDP显示屏的制造工艺和大规模集成电路的飞速发展，大屏幕彩色PDP显示器陆续进入市场。如1993年，富士通公司的21英寸彩色PDP进入市场，分辨率为640×480象素，亮度达200cd/m2；1995年又推出了42英寸分辨率为852×480，亮度为300cd/m2。1999年SID年会和2001年SID年会上，Plasmaco公司和LG分别展出了60英寸的HDTV（1366×768线）用彩色PDP。后来LG又推出了70英寸的样机。（5）现在的42英寸产品，亮度为1000cd/m2

，对比度达3000：1，功耗<300W。1.2彩色PDP的发展历程（1）富士通公司(A)三电极面放电结构（1984）（B）反射型发光结构（1988）（C）ADS驱动方法（1990)（D）条形障壁结构（1992)（2）90年代后期，日本电气通信大学提出的边寻址边显示（AWD）技术。在九十年代后期富士通公司提出了一次引火放电的技术和表面交替发光法（ALIS），行的分辨率提高一倍，亮度和对比度也有大幅度提高，适应于HDTV的要求,富士通公司还提出了TERES驱动方法，降低功耗和成本。（2)先锋公司、松下公司和富士通公司以及韩国的三星和LG都在自己研制的驱动电路的基础上，推出了自己的逻辑板电路和驱动电路的专用集成电路。（3）显示动态图像时的动态假轮廓(DynamicFalseContour)现象，日本电气通讯大学，研究新的驱动方法和图像数据处理方法，如采用ErrorDiffusion、Dithering等技术结合重复子场技术等处理方法，使动态假轮廓现象得到减弱。（4）其它公司如先锋、松下等也开发了新的驱动法使得彩色PDP的性能得到了很大的提高。1.3彩色PDP的关键技术1.4彩色PDP的特点（1）易于实现薄型大屏幕（2）具有高速响应特性（<20ns）（3）可实现全彩色显示（4）视角宽，可达160度（5）具有存储功能（6）图像畸变，不受磁场干扰（7）应用的环境范围宽（8）工作于全数字化模式（9）具有长寿命（3万小时）

一PDP的简介二彩色AC-PDP的结构和工作原理三彩色AC-PDP的制造技术四彩色AC-PDP的驱动方法五彩色AC-PDP的电路系统六显示动态图像的干扰问题彩色等离子体显示器二彩色AC-PDP的结构和工作原理2.1气体放电基础气体放电的伏安特性PDP通常选择工作正常辉光放电和反常辉光放电区，要串R、L、C确定工作点。

2.1气体放电基础

正常辉光放电光区和其它参量的分布冷阴极辉光放电管各发光区中，发光强度以负辉区最强，正柱区居中，阴极光层和阳极辉光最弱。正柱区的强度不如负辉区强,但它的发光区域最大,因此对光通量的贡献也最大。如日光灯就是利用正柱区发光，光效高达80lm/W。PDP由于其放电单元的空间通常很小（电极间隙约100m），放电时只出现阴极位降区和负辉区，所以通常利用的是负辉区的发光，这是其发光效率不高的主要原因之一，目前其光效只有12lm/W。2.1气体放电基础气体放电着火电压的决定因素（1）Pd值的作用（巴邢定律:气体压强和电极间距）（2）气体种类和成分（原子电离能低，满足潘宁电离条件）（3）阴极材料和表面状况（二次电子发射系数越高，着火电压越低）（4）电场分布的影响（影响气体中电子与离子的运动轨迹以及电子雪崩过程）（5）辅助电离源的影响（辅助电离源来加快带电粒子的形成，也可以使着火电压降低；空间带电粒子消失的快慢，将影响放电着火电压的高低。）2.2三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理GBR显示电极(ITO)汇流电极(Bus)前基板玻璃介质层保护膜(MgO)荧光粉障壁介质层后基板玻璃寻址电极PDP显示屏单元结构介质层作用：限流阻抗，保护电极；MgO层的作用：保护介质层，增大γ。2.2.1三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构三电极彩色AC-PDP电极结构图2.2三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理PDP显示屏放电单元2.2三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理放电气体要求是：（1）着火电压低；（2）辐射的真空紫外光谱与荧光粉的激励光谱相匹配，而且强度高；（3）放电本身发出的可见光对荧光粉发光色纯影响小；（4）放电产生的离子对保护层材料溅射小；（5）化学性能稳定。PDP通常使用的荧光粉对波长在140nm200nm范围内的激发光谱具有较高的量子转化效率，因此一般选用Xe作为产生VUV的气体。（加He或Ne降低着火电压）由巴邢定律决定充气压强（pd值和最小着火电压的关系）荧光粉：（1）在真空紫外线的激发下，发光效率高；（2）色彩饱和度高，色彩再现区域大；（3）余辉适宜；（4）热稳定性和辐照稳定性好；（5）有良好真空性能，即具有低的饱和蒸汽压并容易去气；（6）涂覆性能良好。2.2三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理表面放电型AC-PDP是主流：与对向放电型AC-PDP相比的最大优点是亮度和发光效率高，显示电极间隙采用高精细的丝网印刷或光刻技术制作，各个单元工作特性的一致性容易保证，并且PDP的寿命长。三电极面放电单元结构

延长荧光粉寿命放电间隙一致性好2.2三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理条状障壁和反射型结构反射式发光效率高，亮度高表面放电AC-PDP结构的优点

（1）反射式面放电结构可减少荧光粉损伤，实现3万小时以上的长寿命。（2）放电间隙一致性容易控制，整体画面的亮度均匀性好，易实现大屏幕显示。（3）放电在共面的阴极和阳极之间进行，放电有效区域大，VUV辐射空间大，亮度和发光效率高。（4）通过特殊的放电单元构造，可扩大荧光粉的涂覆面积，进一步提高亮度和发光效率。2.2三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理2.2三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理结构的发展Waffle障壁增大荧光粉的涂覆面积(b)T型电极

先锋公司开发的表面放电型AC-PDP的结构黑条技术Plasmaco栅型Cr-Cu-Cr电极结构减少电阻，降低成本（便宜于ITO）

富士通公司弯曲障壁结构AC-PDP像素图增大荧光粉的涂覆面积

2.2三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理

2.2三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理松下公司的非对称单元结构提高色温

NEC公司

CCF提高色纯和色温2.2.2三电极表面放电型彩色AC-PDP的工作原理2.2三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理外加电压、壁电压和气体电压的关系（a）未着火单元（b）单元维持放电AC-PDP的存储特性，壁电荷，壁电压着火电压壁电压外加电压气体电压

三电极表面放电型彩色AC-PDP要实现图像的显示，必须对显示屏上的单元根据的显示数据进行寻址。寻址的目的是选择所要点亮的单元或不点亮的单元，即选择在要点亮的单元中形成或保留壁电荷到维持期，使得维持放电得以进行。一个有壁电荷（其壁电压与维持电压的绝对值之和大于单元的着火电压）的显示单元为此单元处在点亮状态，否则称该单元处在熄灭状态。使显示单元在点亮状态和熄灭状态之间转换有多种方法实现。（1）由熄灭至点亮状态a.利用先加一个外加电压Vwr，使Vwr>Vb，从而单元内发生放电，积累壁电荷，壁电荷的电压与Vwr反向；然后再加方向相反的维持电压Vs，则维持电压与壁电荷的电压叠加，单元又发生放电，最后的壁电荷的电压约等于-Vs。这样单元就处于稳定的点亮状态2.2三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理

b.利用寻址电极的作用（2）由点亮至熄灭状态

,四种方法

a.全屏写脉冲的作用 强放电积累壁电荷，壁电荷的电压发生自擦除放电。2.2三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理b.利用寻址电极积累额外的壁电荷，最后自擦除放电c.利用窄脉冲的擦除放电2.2三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理d.利用指数型脉冲的擦除放电

如果加上合适的电压脉冲序列，就可以实现AC-PDP显示单元中壁电荷的建立，擦除以及维持显示等操作。采用不同时序的电压脉冲序列就构成了不同的驱动方法。2.2三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理2.2.3实现彩色和多灰度级显示的原理一、

彩色AC-PDP的彩色显示原理与传统的CRT和LCD相同，都是采用空间混色效应。即利用人眼的极限分辨率，将显示象素点的尺寸制作到远小于人眼的分辨能力，实现颜色的相互混合。二、多灰度级显示的原理根据人眼的视觉特性，只要光脉冲的频率高，在一定时间段内可以用光脉冲个数来区分亮度的层次。这是寻址与显示分离的子场驱动技术的基础。2.2三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理人眼的亮度感觉与发光脉冲个数的关系2.2三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理2.2三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理ADS驱动技术ADS:AddressDisplayPeriodSeparatedSubfieldACPDP存储功能－寻址与显示分离寻址速度提高－全彩色化维持时间任意设定－高灰度级

彩色PDP图像显示方式2.2三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理一PDP的简介二彩色AC-PDP的结构和工作原理三彩色AC-PDP的制造技术四彩色AC-PDP的驱动方法五彩色AC-PDP的电路系统六显示动态图像的干扰问题彩色等离子体显示器三彩色AC-PDP的制造技术彩色AC-PDP主要部件

PDP的制造过程总体上可分为三部分：（1）前基板制造工序（2）后基板制造工序（3）总装工序。

三彩色AC-PDP的制造技术等离子体显示屏制造工艺流程最后进行驱动线路的装配

表4.3

彩色AC-PDP主要部件的制作材料和方法

主要部件技术要求

制作材料

制作方法

前后基板应变点温度高，线膨胀系数与电极和介质材料匹配普通平板钠钙玻璃PDP专用基板玻璃浮法工艺等透明导电电极可见光透过率高，电导率高，刻蚀性能优良氧化铟锡（ITO）薄膜SnO2薄膜用磁控溅射法、真空蒸镀法在玻璃基板上制备ITO或SnO2薄膜，刻蚀成形

汇流电极导电性能好，与透明导电薄膜附着力强Cr-Cu-Cr薄膜真空蒸镀薄膜，刻蚀成形Ag浆料丝网印刷图形，烧结制成光敏Ag浆料丝网印刷，光刻成形，烧结制成前基板透明介质层可见光透过率高，耐电压击穿强度高低熔点玻璃丝网印刷浆料，烧结制成三彩色AC-PDP的制造技术介质保护层次级电子发射系数高，表面电阻率和体电阻率高，耐离子轰击MgO薄膜电子束蒸发MgO膜料反应磁控溅射纯Mg靶反应空心阴极蒸发纯Mg靶

寻址电极导电性能好，与基板玻璃附着力强Ag浆料丝网印刷图形，烧结制成光敏Ag浆料丝网印刷，光刻成形，烧结制成后基板介质层反射率高，与玻璃附着牢固低熔点玻璃丝网印刷浆料，烧结制成障壁高度偏差小于5m低熔点玻璃丝网印刷法喷砂法

三彩色AC-PDP的制造技术荧光粉层发光效率高，色彩饱和度高，厚度均匀如(Y,Gd)BO3:Eu3+（R）

BaAl12O19:Mn2+（G）

BaMgAl14O23:Eu2+（B）丝网印刷法厚膜光刻法封接层封接温度低，线膨胀系数与基板玻璃材料匹配低熔点玻璃丝网印刷法喷涂法排气管线膨胀系数与基板玻璃和封接低玻粉材料匹配钠钙玻璃

放电气体着火电压低，真空紫外光谱辐射强度高，可见光强度低Ne-Xe、He-Xe、He-Ne-Xe、Ne-Ar-Xe等

各向异性导电膜同时具有粘接性、导电性和绝缘性金属粒子等导电微粒分散于树脂粘接剂中的特种薄膜

三彩色AC-PDP的制造技术一PDP的简介二彩色AC-PDP的结构和工作原理三彩色AC-PDP的制造技术四彩色AC-PDP的驱动方法五彩色AC-PDP的电路系统六显示动态图像的干扰问题彩色等离子体显示器4.1ADS驱动方法(fujitsu)常规擦除寻址方法无自擦除放电的擦除寻址法壁电荷可能会不完全中和，从而发生误放电，对比度不高不发生自擦除放电图4-3写寻址驱动方法的一个子场的驱动波形寻址电极占PDP电极总数的67%，所以降低寻址电压Va，可以减小功耗写寻址驱动方法在寻址时，不点亮的单元中并不发生放电4.1ADS驱动方法(fujitsu)4.2AWD驱动方法AWD驱动方法的灰度实现灰度实现的具体时序示意图维持时间长（90%），亮度高；着火电压高，电路复杂寻址并显示驱动方法的驱动电压波形4.2AWD驱动方法ALiS:AlternateLightingofSurfacesALiS驱动方法4.3ALiS驱动方法（fujitsu）ALIS驱动方法的驱动波形4.3ALiS驱动方法（fujitsu）ALiS技术的特点

ALiS技术的特征高精细1024＋1根电极，显示行是现行方式的2倍，能够进行1024行高精细显示。高亮度采用简单的单元结构，提高了开口率，即使超过1000行，也能进行VGA以上的高亮度显示。长寿命发光面交替发光，寿命长。经济性显示电极数目与VGA相同，可利用现有的批量生产技术制作高分辨率显示屏。4.3ALiS驱动方法（fujitsu）4.4CLEAR驱动法(先锋)CLEAR驱动方法的灰度显示实现方法CLEAR驱动法显著改善图像质量误差扩散法提高显示灰度等级消除动态假轮廓4.4CLEAR驱动法(先锋)4.5TERES驱动法(FUJITSU)TERES:TechnologyofReciprocalSustainer4.5E-ALIS驱动法(FUJITSU)(2003年)e-ALiS：extended-ALiS分辨率：1366768峰值亮度：1000cd/m2对比度（暗室）：1000:1彩色数目：10亿7千万色色温：9000K功耗：350We-ALiS技术的特点（1）上基板电极结构与原来的ALiS相同，下基板障壁为栅格状。（2）采用逐行驱动技术，而原来的ALiS技术则是隔行驱动。e-ALiS驱动时，奇行和偶行交替寻址，然后所有行同时进行维持放电。（3）同时具有高分辨率和高亮度，在50英寸以上PDP中亮度最高。4.5E-ALIS驱动法(FUJITSU)(2003年)一PDP的简介二彩色AC-PDP的结构和工作原理三彩色AC-PDP的制造技术四彩色AC-PDP的驱动方法五彩色AC-PDP的电路系统六显示动态图像的干扰问题彩色等离子体显示器五彩色AC-PDP的电路系统电路系统整体框图图3-3象素排列与寻址电极的引出数据的处理电路设计依赖于显示屏的结构，特别是电极的引出方式5.1逻辑板电路逻辑板电路的整体框图5.1逻辑板电路的研制5.1.1数据按子场分离与存储二级缓存器中数据按位分离

数据按子场分离数据按子场分离采用移位寄存器的方式完成。64位数据宽度由A电极驱动器和帧存储器的数据宽度决定。5.1.2图像数据的读出与发送显示(1)A电极驱动ICA.时钟的下降沿移位B.当LE为高电平时，在以时钟的上升沿，所有移位寄存器的并行输出数据锁存输出至LnC.在寻址期，BLK---低电平，PC---高电平。PDP显示屏上半部分A电极的驱动器PD16337的R/L----低电平，使用左移方式；显示屏下半部分A电极的驱动器PD16337的R/L端全部接高电平，使用右移方式。(2)Y电极的扫描时钟的形成Y电极驱动IC的结构图送往A电极的显示数据经过PD16337转变为高压输出后，必须配合以Y电极的负高压脉冲扫描才能完成整个一行的寻址。所以，Y电极的扫描必须与A电极的输出紧密配合并保持同步。5.2.2图像数据的读出与发送显示5.2驱动电路5.2.1高压驱动电路驱动电路的主要功能是按一定的逻辑控制时序，给显示屏输出上节所述的高压驱动波形。所以设计的主要内容是选择合理的驱动器件和高压开关，设计出它们的逻辑控制波形及电路。驱动电路的基本形式高压电源开关可以采用功率场效应晶体管（MOSFET）。。（1）由于场效应管是多数载流子导电，从而有较高的开关速度。（2）具有较宽的安全工作区而不会产生热点和二次击穿，同时它具有正的温度系数，容易并联使用，可以解决大电流问题。（3）具有较高的阈值电压，因此噪声容限和抗干扰能力较高。（4）由于它是电压控制器件，具有很高的输入阻抗，因此驱动功率小，而且驱动电路简单。驱动用驱动器 如IR公司的IR2110, TI公司的SN75372 HP公司的光耦等 有些公司如LG公司这部分电路叶做成了厚膜电路 5.2.1高压驱动电路A电极和X电极驱动电路A电极驱动电路图X电极驱动电路图A电极只需要Va和Vaw两种电压脉冲在X电极所需的电压脉冲有Vx＝Va

、Vxw和Vs有能量恢复电路5.2.1高压驱动电路Y电极驱动电路工作时，Y电极所需的电压有-Vy、-Vsc和Vs在寻址期，只有扫描的电极加的电压脉冲为-Vy，而未扫描到的Y电极所加的电压脉冲为-Vsc，这样，Y电极的驱动IC只有工作在浮地状态才能实现。5.2.1高压驱动电路ALIS驱动方法驱动电路与显示屏的连接5.2.1高压驱动电路5.2.2逻辑控制波形产生电路简单的方法是将所需的所有逻辑控制波形存储在ROM中，按一定时序读出就可实现。驱动的逻辑控制波形产生电路基本结构LC振荡电路与其电压波形幅值为V的电压脉冲施加给电容C，充电结束时电容中存储的能量为CV2/2，而电源输出的能量为CV2，所以充电过程中，在电阻上消耗的能量为ER=EV-EC=CV2/2；在脉冲结束时，电容通过电阻R放电，存储在电容中的能量全部以热能的形式消耗在电阻上，所以在电容的一个充放电过程中，损耗的总能量为CV2。能量的损耗和回路的电阻无关。在PDP中维持频率为f，则能量损耗为p＝fCV2，损耗值很大。5.3

能量恢复电路脉冲电压的波形

能量恢复电路的原理

5.3能量恢复电路考虑上述的阻值总和为R，则在时间0到π（LC）1/2之间，利用上述的电流表达式，其消耗的能量为此值与没有能量恢复电路时的能量消耗CV2/2之比为由于R的值一般很小，在选取合适的L值的情况下，上述比值远小于1.依据同样的分析，在屏电容电压回到零电位时，利用LC振荡电路同样可以使电阻上的能量损耗降低。5.3能量恢复电路能量恢复电路是利用LC电路的振荡状态工作的，所以应确保电阻R<2(L/C)1/2，同时储能电容Cs的容量应远大于屏电容Cp的容量。选择高Q值的电感，导通和关断延时小的MOSFET开关管也很重要。在选择了各种器件和完成电路布线以后，回路电阻R也被确定，电感L的选择主要根据屏电容C，回路电阻R和电路的维持脉冲频率决定。一PDP的简介二彩色AC-PDP的结构和工作原理三彩色AC-PDP的制造技术四彩色AC-PDP的驱动方法五彩色AC-PDP的电路系统六显示动态图像的干扰问题彩色等离子体显示器六显示动态图像的干扰问题彩色等离子体显示器采用子场技术来实现灰度显示，在显示静态图像时性能优良，但是在显示运动图像时却出现了意想不到的灰度紊乱。6.1显示动态图像时的干扰及其形成机理CRT和AC-PDP发光时间的分布图6.1显示动态图像时的干扰及其形成机理运动图像在CRT屏上发光的时间和空间分布图CRT屏上的运动图像转换到视网膜上的分布图图像以每场一个像素自左向右运动6.1显示动态图像时的干扰及其形成机理运动图像在AC-PDP屏上发光的时间和空间分布图AC-PDP屏上的运动图像转换到视网膜上的分布图图像以每场一个像素自左向右运动6.1显示动态图像时的干扰及其形成机理

伪色现象的产生彩色AC-PDP显示动态图像时的干扰的出现的原因：主要是由于用了分子场显示的驱动方法来实现多灰度显示所造成的，这种实现灰度的方法要求在整个电视场的周期内都可以发光，在显示运动物体时就会出现发光在时间分布上的不均匀，从而在人眼视点跟随运动图像移动时，在视网膜上出现了虚影等干扰。从原则上讲，任何采用子场技术来实现灰度显示的地方都会出现前述的干扰现象，这是一种原理性的弊病，无法彻底根除，但可以采用种种不同的方法加以抑制，以减少干扰的程度，使人眼不容易感受出来。6.1显示动态图像时的干扰及其形成