等离子体显示(非常好的平板显示资料)

第4章等离子体显示器

目录4.1概述4.2气体放电的物理基础4.3交流等离子板4.4彩色AC-PDP4.5彩色AC-PDP的制造材料和工艺4.6彩色AC-PDP的制造技术的发展状况4.7彩色AC-PDP电路系统4.8显示动态图像时的干扰及解决措施4.10PDP的应用4.1.1PDP的定义与分类

PDP是指所有利用气体放电而发光的平板显示器件的总称。它属于冷阴极放电管，其利用加在阴极和阳极间一定的电压，使气体产生辉光放电。

PDP的定义彩色PDP则通过气体放电发射的真空紫外线(VacuumUltraviolet,VUV)照射红、绿、蓝三基色荧光粉，使荧光粉发光来实现彩色显示，其放电气体一般选择含氙的稀有混合气体．单色PDP通常直接利用气体放电时发出的可见光束实现单色显示，其放电气体一般选择纯氖气(Ne)或氖氩混合气(Ne-Ar)。PDP的分类电极与气体直接接触的直流型(DC-PDP)电极用覆盖介质层与气体相隔离的交流型（AC-PDP）对向放电型表面放电型4.1.2PDP的发展史

20世纪50年代初，Burroughs公司就开发出一种用于数码显示的支流气体放电管。结构如图4-2所示。图4-2Burroughs公司开发的直流气体放电管1954年，NationalUnion公司研制出直流矩阵结构等离子体显示板，其结构如图4-3所示。1995年，NHK与松下公司又合作开发了具有像素内阻抗结构的对角线为66cm的彩色DC-PDP。后来，这两家公司采用比技术制造出107cm彩色HDTVDC-PDP，白场峰值亮度达150cd/cm2，发光效率为0.4lm/W,这表明采用该结构可以制作出高性能的大屏幕显示器。2、AC-PDP的发展史

AC-PDP是由Bitzer和Slottom于1964年首先研制出。

由于必须采用交变电压驱动电极才能维持放电的进行，因此把它称为交流等离子体显示器。

为了简化DC-PDP的结构，设想在如图4—3所示结构的基础上把电极制作在基板的外表面，用基板电容替代每个放电单元中的限流电阻。

1969年，Owens-Illinois研究小组研制出开放单元(OpenCell)结构的AC-PDP。

此对向放电型结构目前仍被法国Thomson公司和美国Photonics公司用来制造彩色显示器

1976年，G.W.Dick首次提出一种采用表面放电结构的AC-PDP．如图4-4所示。

去除了中间玻璃板

1992年，富士通公司开发出条状障壁结构如图4-5所示。它具有亮度和光效高、制作工艺简单的优点，成为制造AC-PDP的主流结构。1990年，富士通公司开发出寻址与显示分离的驱动技术（AddressDisplaySeparated，ADS），以实现多灰度彩色显示。其实现方法简单、工作稳定、寻址电压的低，是PDP彩色化关键技术上的重大突破.图4-5三电极表面放电型AC-PDP结构4.1.3PDP的特点

（1）易于实现薄型大屏幕（2）具有高速响应特性（3）可实现全彩色（4）视角宽，可达160度（5）伏安特性非线性强，具有很陡的阈值特性（6）具有存储功能（7）无图像畸变，不受磁场干扰（8）应用的环境范围宽（9）工作于全数字化模式（10）具有长寿命优点缺点发光效率不高

驱动电压过高功耗过大彩色AC-PDP电磁干扰（EMI）较强

4.2气体放电的物理基础

一切电流通过气体的现象称为气体放电或气体导电。气体放电可按维持放电是否有外界电离源而分为非自持放电和自持放电。

4.2.1气体放电的伏安特性

图4-6气体放电的伏安特性4.2.2气体的击穿和巴耶定律

(2)汤生第二电离系数——系数它是指一个正离子沿电场方向运行单位路程所产生的碰撞电离次数。(1)汤生第一电离系数——系数它是指每个电子在沿电场反方向运行单位距离的过程中，与气体原子发生的碰撞电离次数。(3)汤生第三电离系数——系数

它是指每个正离子打上阴极表面时产生的二次电子发射数。

B)根据系数的定义，这些正离子打上阴极产生的二次电子发射数为：

自持放电的条件：A)若单位时间内，阴极表面单位面积上发射n0个电子，由于电子碰撞电离，到达阳极表面电子数为

因此在放电空间新产生的电子数和离子数为C)最后到达阳极的电子数为相应的电流密度为巴邢定律图4-7几种气体的巴邢曲线在冷阴极，均匀场（）情况下，可得：4.2.3影响气体放点着火电压的因素

1．Pd值的作用巴邢定律表明，当其他因素不变时，pd值的变化对着火电压的变化起着决定性的作用。因此，PDP中充入气体的压强和电极间隙对PDP的着火电压有很大影响。2．气体种类和成分的影响

A)气体种类不同，着火电压Vf就不同。通常当原子的电离能较低时，其Vf偏低。B)气体的纯度对Vf也有很大影响。当基本气体和杂质气体满足潘宁电离条件，可使Vf下降。4.电场分布的影响

电极结构和吸性决定着火前电极间隙的电场分布。电场分布对汤生系数和系数的数值与分布起决定性作用，影响气体中电子与离子的运动轨迹以及电子雪崩过程。因此，它对着火电压影响很大。5.辅助电离源的影响使用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。3．阴极材料和表面情况的影响阴极材料与表面状况的变化直接影响到正离子轰击下的二次电子发射系数值的大小，从而影响到着火电压的大小。在其他条件相同的条件下，系数越高，着火电压越低。4.2.4辉光放电的发光

在辉光放电的各发光区中，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，但它的发光区域大，因此对光通量的贡献也最大。图4-8正常辉光放电区和其他参量的分布PDP通常是利用负辉区发光，这是其发光效率不高的主要原因，利用正柱区发光是今后提高性能的一个方向。4.2.5气体放电延时

（1）统计性时间延迟ts——从电极加上电压的瞬时到空间出现一个可引起电子雪崩的电子所需要的时间。从在电极间加上一个大于着火电压的瞬时，到气体击穿所需的时间称为气体放电延迟或击穿时滞。

（2）形成性时间延迟tf：从阴极前出现一个可进行电子雪崩的电子起，经过多种碰撞过程达到使气体击穿所需的时间。

空间每秒产生的自由电子数电子电离原子的几率4.3交流等离子体显示板

介质层的作用：一是，把电极与放电等离子体分隔开，限制了放电电流的无限增长，保护了电极，无须DC-PDP那样在每个单元制作限流电阻，因而结构相对简单；二是，该介质层使气体放电产生的空间电荷存储在介质壁上，这些壁电荷的建立可使AC-PDP工作在存储模式，并有利于降低放电的维持电压。由于AC-PDP具有结构简单、亮度和光效高的优点，因此世界上各PDP制造公司大多采用AC-PDP结构。AC-PDP与DC-PDP在结构上的最大不同之处是在电极表面覆盖有一介质层。4.3.1基本结构

AC-PDP按电极结构的不同可分为对向放电型和表面放电型两种

如图4—1AC-PDP基本结构所示。

PDP结构原理图表面放电型寻址电极制作在后基板上并与显示电极正交，一对显示电极与一条寻址电极的交叉区域就是一个放电单元，维持放电在两组显示电极间进行。

表面放电型结构有多种：典型的三电极表面放电型AC-PDP(见图4—5)的显示电极(包括透明电极和汇流电极)制作在前基板上．三电极表面放电型AC-PDP图4-5三电极表面放电型AC-PDP结构等离子显示板结构4.3.2工作原理

AC-PDP是断续发光，在维持脉冲的每个周期内产生两次放电发光。通常维持脉冲的频率在10kHz上,所以AC-PDP每秒至少可以发光20万次，这大大超过人眼可以觉察的极限频率(50Hz),从根本上消除了图像的闪烁感。

等离子显示器的工作原理等离子显示器是一种利用气体放电的显示装置，这种屏幕采用了等离子管作为发光元件。大量的等离子管排列在一起构成屏幕。每个等离子对应的每个小室内部充有He（氦）+Ne（氖）+Xe（氙）等气体。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的气体会产生紫外光，从而激励平板显示器上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光。PDP显示屏主要是由后玻璃衬底、下隔层、绝缘层、地址电极、荧光粉、隔栅、保护层、绝缘层、公共电极、扫描电极、维持电极和前玻璃衬底12部分组成PDP的单元放大结构如图所示，单一密闭的绿色发光单元内充满了惰性气体。电极加电压后气体会变为离子状态并发射紫外线，对绿色荧光粉进行照射后发出绿光。等离子显示器的工作原理我们以交流放电型PDP为例，看看它的工作过程：首先是加电压，然后经过气体放电、紫外线产生、可见光产生的过程，最后显示图像。1.准备阶段2.地址极放电状态3.维持放电状态4.回复状态成像原理PDP的：PDP的屏幕是由几十万个象素组成。每个象素由R,G,B三个放电单元组成。

当控制信号加到地址电极时，放电单元开始工作，象素开始发光，利用人眼的视觉特性在屏幕上形成完整的图像。在未放电时，放电空腔电容接近同尺寸的空气电容器。两个介质电容可等效用一个来表示()。当一个矩形波电压加到该单元上时，在气体未电离以前，放电空腔上的电压可表示为：

4.3.3壁电荷与壁电压

式中：为上一次放电后遗留下的壁电荷在上产生的电压，称为起始壁电压。

，气体便产生放电原始的壁电压放电后的壁电压也就是说，在外电压与壁电压反向的情况下，气体电压最后是很低的，这样不足以达到着火电压，放电停止！放电后的气体电压所以对于第i+1次放电：

放电前的空腔电压（气体电压）很高，促使气体放电；放电后，气体电压（Vgf）下降，放电逐渐停止。图4-11外加电压为阶梯波形时壁电压和气体电压波形形成稳定放电的条件:每次放电过程中最后的壁电压相等.图4-12电压的转移特性曲线单元电压的转移特性:外加电压所引起的放电单元内壁电荷的增量随气体电压的变化,称为单元电压的转移特性.4.4彩色AC-PDP

彩色AC-PDP通常利用稀有混合气体产生的VUV来激发三基色光致荧光粉发光。4.4.1实施途径

稀有混合气体的组成成分、配比、充气压强和荧光粉材料的发光特性对彩色AC-PDP的亮度、发光效率和色纯度有很大影响.1.放电气体

彩色AC-PDP对放电气体的要求是：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）放电产生的离子对介质保护膜材料溅射小；5）化学性能稳定。

选用的放电气体要求能使彩色AC-PDP使用的荧光粉具有较高的量子转换效率通常在波长为的光的照射下能够使荧光粉具有高的量子转换效率VUV影响彩色AC-PDP性能的两个重要因素:（1）放电气体的混合配比，特别是混合气体中Xe的含量；

目前，在量产的彩色AC-PDP中，通常充入的放电气体有Ne-Xe(4％-6%)、He-Ne(20%-30%)-Xe(4%)。

图4-13VUV辐射光随气压的变化相对强度（2）充气压强的高低。

3.三基色荧光粉

彩色AC-PDP中使用的荧光粉是用真空紫外的光致荧光粉，通过它将上述气体放电产生的真空紫外线转换成可见光。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）余晖适宜；4）热稳定性好；5）具有良好的真空性能，即具有低的饱和蒸汽压并容易去气；6）涂敷性能良好。

为使彩色AC-PDP显示的色彩鲜艳、逼真，并使AC-PDP具有长久的寿命，对其使用的荧光粉要求为：常用的荧光粉如表4.24.4.2发光机理

1）气体放电过程，即利用稀有气体在外加电压的作用下产生放电，使原子受激而跃迁，发射出真空紫外线（<200nm）过程；

彩色AC-PDP的发光机理主要有以下两个过程组成：

2）荧光粉发光过程，即利用气体放电所产生的紫外线，激发光致荧光粉发射出可见光的过程。1.气体放电过程

包括电子碰撞电离和潘宁电离21.6eV16.6eV2.荧光粉发光过程

当真空紫外线照射到荧光粉表面是，一部分被反射，一部分被吸收，另一部分则透射出荧光粉层。图4-15荧光粉发光过程示意图荧光粉是一种粉末状结晶的物质，它是由基质和激活剂组成。因此荧光粉材料通常表示为基质:激活剂，如

发光中心高纯度的化合物结晶4.4.3结构特点

对向放电型结构的特点是极间电容小，对电极间绝缘性能要求低，易于提高分辨率，但由于其荧光粉处于离子轰击区，荧光粉容易劣化，因此AC-PDP寿命相对较短。如图4-16所示位Thomson公司采用的彩色AC-PDP结构

表面放电型AC-PDP表面放电型AC-PDP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，并且它的寿命长。

如图4-17所示为富士通公司开发的53cm彩色AC-PDP所采用的三电极表面放电型结构。

富士通公司开发的53cm彩色AC-PDP所采用的三电极表面放电型结构的特点：1）前后基板都只具有一维结构，并且相互正交，两块板装配时，对位要求不严格，因为正交结构无论在哪里交叉都会自动构成像索。2）采用了条状障壁结构，像素结构简单。3）采用反射式AC-PDP结构，荧光粉涂覆在后基板和障壁的侧壁上。

4）为了增加透光性，前基板上的显示电极是用透明导电材料。

4.4.4多灰度级显示的实现方法

对于彩色AC-PDP来说，在显示图像时，每个单元的状态只有点亮和不点亮两种，而且每次放电都在瞬间完成，因此但考虑到其维持脉冲的频率通常在几十到几百KHz的范围，而且每次维持放电的强度都相同，一次放电就会产生一个发光脉冲，根据人眼的视觉生理，在光脉冲的重复频率高于临界闪烁频率(50Hz)时，可以通过控制光脉冲的个数来显示不同的亮度。CRT的通过调过调节电子束流来控制显示灰度不同，用调制脉冲宽度或控制放电强度的方法去改变显示的亮度，即实观多极度级显示。采用寻址与显示分离的子场驱动方法实现多灰度显示的原理将某一种颜色的电平信号量化为n位数据，对显示数据按位进行显示，每位显示期的维持放电时间长度，即发光脉冲个数和该位的权重相关联，权重越大，该显示期的发光脉冲个数越多，反之，则发光脉冲个数越少。这样，各位显示的亮度也就不同，一位的显示时间称为一个子场，每个子场包括准备期，寻址期和维持显示期。按照这种方法，在显示一幅图像时，是在一场时间内顺序扫描寻址各显示行，然后整屏所有显示单元同时维持显示。子场驱动技术是PDP的独特技术系统，如下图1所示。一个电视场的8位数字视频复合信号通过8子场技术再现，每一子场的寻址期时间相同[一个寻址期包括1次初始化和一场的行扫描(如480行)]，但是每一子场的维持期时间不同，第一子场SF1仅仅再现1级亮度，SF2再现2级亮度，每一子场的维持期时间逐渐增加，如此总共256级亮度等级就能在屏幕上再现，如下图2所示子场驱动技术

图1子场驱动技术图例图24.5彩色AC-PDP的制造材料和工艺

以富士通公司开发的三电极结构表面放电型AC-PDP为例，介绍AC-PDP的制造材料和工艺。如图4-20。

表4.3彩色AC-PDP主要部件的制作材料和方法AC表面放电型PDP构造如图4-21彩色AC-PDP的制作工艺流程4.5.1彩色AC-PDP的主要部件及其制作材料

基板玻璃是AC-PDP各个部件的载体，因此要求其表面平整度高、热加工变形小。由于在彩色AC-PDP的制造过程中，前、后玻璃基板要经过多次的高温烘烤、烧结，通常这些温度在400-600度之间。因此，彩色AC-PDP基板玻璃的热稳定性对AC-PDP的性能质量起着非常重要的作用。前后基板

目前，普遍使用的玻璃基板为采用浮法工艺制作的平板钠钙玻璃。

新开发高应变点的玻璃基板如日本旭硝子公司开发的PD200玻璃基板，其应变点为,美国Corning公司和法国Saint-Gobain公司也合作开发出CS25玻璃基板，它的应变点温度高达。透明电极

为了减少对荧光粉发出的可见光的阻挡，显示电极一般采用复合式电极结构，即显示电极由较宽的透明电极和较细的金属电极构成.透明电极要求透明度高，并且与玻璃基板附着力强。可采用的材料有氧化铟锡(ITO)薄膜和SnO2薄膜。目前ITO工艺十分成熟，但由于其导电机制是氧空位，在AC-PDP制造工艺中经过高温处理时，氧空位损失多，阻值变化较大。SnO2薄膜是最早使田的透明导电膜，它成膜工艺简单，成本低，且热稳定性好，但其刻蚀性能不易掌握。到现在为止，ITO仍是透明电极的主要材料。

汇流电极透明电极虽然有较好的导电性，但当电极较长时导电性能就显得不够。解决的办法是在透明电极上加作一条金属汇流电极(Bus电极)为了减少对光的阻挡，汇流电极的宽度很窄(小于100微米)，并且通常制作在透明电极的外侧。常用的汇流电极的材料有薄膜Cr-Cu-Cr电极，厚膜Ag电极等。AC-PDP的数据信号加在寻址电极上，用来对矩阵单元进行寻址放电。常用的寻址电极材料为厚膜Ag电汲。寻址电极介质层

在AC-PDP中，前、后基板的电极之上都涂有介质层。在器件工作时，电极间加有较高的电压，这就要求介质层要有较高的耐压值，如果介质层绝缘性能差，就会导致介质击穿，进而使电极断线。介质浆料的选择要根据所使用的电极。

介质浆料主要有玻璃粉、树脂粘结剂、溶剂组成。根据软化点不同可以把介质浆料分为流动性和软化型两种。

介质保护膜

用作AC-PDP中介质保护膜的材料应满足以下要求：1）二次电子发射系数高；2）表面电阻率及体电阻率高。3）耐离子轰击；4）与介质层的膨胀系数相近；5）放电延迟小。AC-PDP中介质保护膜的作用是延长显示器的寿命，增加工作电压的稳定性，并且能够显著降低器件的着火电压，减小放电的时间延迟。结果发现：MgO薄膜不仅具有很强的抗溅射能力，而且有很高的二次电子发射系数，有利于提高AC-PDP寿命和降低AC-PDP的工作电压，因此适合作为AC-PDP中介质保护膜。

障壁

在AC-PDP器件中，障壁的作用主要有两点:

一是,保证两块基板间的放电间隙，确保一定的放电空间；二是，防止相邻单元间的光电串扰。因此，对障壁要求高度一致、形状均匀，这样才能保证AC-PDP器件工作的可靠性。对障壁几何要求尺寸的要求是障壁宽度应尽可能的窄，以增大单元的开口率，提高器件亮度。制作的基本材料是低熔点的玻璃，其热膨胀系数应与基板玻璃相匹配

。荧光粉层

用于产生真空紫外辐射(VUV)荧光粉层的作用是将VUV转变为可见光，实现彩色显示。

放电气体

4.5.2光刻技术和丝网印刷技术简介

在彩色AC-PDP中，

彩色AC-PDP的制造技术，概括起来说就是成膜技术。它可分为薄膜技术和厚膜技术两种。薄膜技术是指利用真空电子束蒸发、磁控溅射等成膜方法在基板上沉积一层连续的薄膜，对于具有图形的器件，再用光刻技术制作出所需的图形。薄膜技术主要用来制造透明电极、汇流电极、介质保护膜等部件；厚膜技术是指利用丝网印刷技术在基板上制作一连续的或具有图形的膜层，或与光刻技术相结制作出具有图形的膜层（称为厚膜光刻技术）厚膜技术主要用来制造汇流电极、寻址电极、介质层、荧光粉层、障壁、封接层等部件。

丝网印刷技术

丝网印刷技术的工作原理是：采用丝网作版基，在印版上形成图形和版膜两部分，版膜部分阻止浆料通过，图形部分为丝网通孔。其工作原理如图4-22所示。

丝网印刷的工艺流程是丝印制版——〉丝网印刷——〉浆料烘干——〉浆料冻结。采用印刷法制作彩色AC-PDP的优点是成本较低，适合批量成产。缺点是：精度较差，分辨率不易做高。

光刻技术

首先利用各种曝光技术的方法将掩膜的图形精确复印到涂敷在待刻蚀材料表面上的光刻胶上面，光刻胶曝光和未曝光部分的性能完全不同；然后在光刻胶的保护下进行选择性刻蚀，从而在刻蚀材料上得到所需要的图形。

光刻技术是一种图像复印与刻蚀相结合的微细加工技术

特点：能够实现大面积、高精度的图形，且工艺成熟.图4-23光刻工艺4.5.3前基板的关键制造工艺

磁控溅射的原理是：在一定真空条件下，通过施加于靶材和基片的负电压差，产生一个与磁场正交的电场，使电子在电场作用下冲击Ar原子，产生大量Ar离子，Ar离子快速冲撞靶材，使阴极靶材沉积到基片上，实现溅射镀膜。透明电极的制作

ITO膜的制备方法可分为化学方法和真空物理方法两大类目前适于工业化规模生产生产的主要是真空蒸发和磁控溅射。。可采用In-Sn合金靶反应溅射，也可采用ITO氧化靶溅射ITO透明电极制作：

接着，再ITO膜上涂上感光胶，利用掩膜光刻技术制作出与电极图形一致的光刻胶图形。1)玻璃基板清洗、烘干；2)进入射频溅射镀膜室镀制SiO2膜，然后进入溅射镀膜室溅射ITO膜；3)最后真空退火。最后再一次光刻胶图形为掩膜，再用湿法刻蚀技术制作出ITO电极。

首先是ITO透明导电膜的制作:2、汇流电极的制作

A)富士通公司采用Cr-Cu-Cr薄膜材料制作汇流电极。制作方法Cr和Cu薄膜用溅射法制作，在刻蚀电极图形时，需要选用多种腐蚀液来完成对不同金属层的刻蚀。采用Cr-Cu-Cr结构的原因底层Cr用来增加电极和玻璃基板的附着力，顶层Cr用来防止Cu的氧化,Cu是电极导电的主体．特点：图形精细准确，边缘整齐，而且导电性能优良，但其制作工艺复杂，成本较高。B)采用厚膜材料Ag制作汇流电极第二种方法足采用厚膜光刻技术制作汇流电极．使用的材料是光敏Ag浆料(主要由颗粒极细的Ag粉和感光树脂构成)。用丝网印刷的方法形成几微米厚的连续膜层，然后用光刻法形成电极，最后经烧结而成。特点：制作出的电极边缘平直、尺寸准确，但目前光敏Ag浆科的价格较为昂贵。

第一种是采用丝网印刷法直接制作出电极，把金属浆料印刷在透明ITO膜的边缘上，再经高温烧结而成。这是厚膜技术中普遍采用的制作方法，最常用的金属浆料Ag浆料。介质层的制作

介质层的制作一般采用丝网印刷法。

制作要求：前基板介质层对膜层的透明度、膜厚的一致性以及表面平整度要求较高，面且在介质膜层中不能有气泡，针孔和欠点等缺陷。因为这些缺陷将导致介质膜的耐电压击穿强度下降。封接层的制作

对封接层的徒覆要求是四条边的厚度和宽度均匀一致，以保证密封质量。一般采用丝网印刷法或喷涂法制作，然后进行预烧结。

5、介质保护膜的制作

目前彩色AC-PDP的介质保护膜一般为MgO薄膜，其通常的制备方法是在富氧气氛中利用电子束蒸法的方法制备（如图4-24），主要材料是纯氧化镁膜料。蒸发前的本底真空度为，蒸发过程中通入氧气。薄膜厚度不均匀度要求在+-10%以内。4.5.4后基板的关键制造工艺

1、

寻址电极的制作寻址电极的制作一般采用丝网印刷法或厚膜光刻技术制作。壁障高度一般在100-200微米的范围，主要制作的技术有：3、

壁障的制作2、

介质层的制作采用丝网印刷法制作(1)丝网印刷；(2)喷砂法

丝网印刷

使用两种浆料，障壁主体是白色，有较高的反射率，以提高亮度；端面是黑色，以提高器件的对比度；并采用多次重复印刷(通常为6-10次)来达到所需的障壁高度(如图4-25)所示；最后经过烧结制成。采用丝网印刷制作障壁，仍是目前制作障壁的一种基本方法。

喷砂法

优点：采用光刻中的曝光技术，障壁尺寸一致性好，目前障壁的宽度可做到30um(lab),70um，有利于器件开口率的提高；喷砂法仅需和寻址电极对准一次，制作大面积器件时失配的问题较小，喷砂法的生产率高，只需数分钟就可完成喷砂刻蚀；光敏胶现已能做成干膜，可以很方便地用热压的方法贴在基板上，工艺简单，障壁的平整度也有了提高；目前，53cm以下PDP产品的障壁大都用丝网印刷法制作，而102cm以上的PDP产品基本上都用喷砂法。喷砂法是当前制作障壁的主流技术。喷砂法的缺点是材料利用率低，并且被喷砂刻蚀的材料中含有不少铅的氧化物，污染环境。适合大生产荧光粉层的制作

荧光粉层的制作采用丝网印刷法或厚膜光刻法制作，要求荧光粉均匀的涂敷在单元的谷地和障壁的侧壁上，以增大视角；而在障壁顶部不能留有荧光粉，以防止混色。

4.5.5总装工艺

2、

排气充气工艺首先在400度以上的温度下进行低熔点玻璃封接，然后在300度以上时开始保温并对显示板排气，保温数小时后，降温，当温度降到室温时，冲入按一定比例混合好的气体，最后封离排气管。1、

前后基板封接对封接的要求是强度高、气密性高。采用两次烧结工艺，以减少有机载体对MgO的影响。总装工艺

4引线连接显示板和驱动电路之间通过柔性印制电路（FPC）来连接。通常采用一种称为各向异性导电膜（ACF）的材料。

3、

老练在显示电极间加维持电压，直到AC-PDP的着火电压和熄火电压稳定。4.6彩色AC-PDP制造技术的发展状况

1．Waffle障壁和T型电板结构2001年，先锋公司研制出新结构表面放电型AC-PDF，其结构如图4-27所示。它采用Waffle障壁结构和T形电极及新型绿、蓝荧光粉，并提高放电气体中的氙气含量，使得发光效率提高到1.8lm/W，白场峰值亮度提高到，功耗降低到380W。

4.6.1PDP结构的发展

2.栅栏型Cr-Cu-Cr电机结构

此结构PDP不必再用昂贵的透明电极。位于前基板的每条显示电极都由三条很细的Cr-Cu-Cr薄膜电极组成，它们提供了与透明电极类似的较大放电区域和电容，并保证了较高的单元开口率，从而提高了亮度。在显示电极上制作短路线是为了避免电极断线，而且还可以减小电极电阻。

Plasmaco公司开发的152cm的AC-PDF采用了栅栏型电极结构取代复合电极结构，如图4-28所示。3.弯曲障壁结构

采用这一结构制作的彩色PDP，亮度达到1200cd/m2，发光效率可达2.15lm/W，几乎比典型结构AC-PDF的发光效率提高了一倍。但该结构对前后基板对位、ITO线条精度、障壁与寻址电极之间对位的要求提高，增加了制作难度。富士通公司开发的弯曲障壁AC-PDF的像素结构如图4-29所示。其设计思想是增大荧光粉的涂覆面积，增加单元中的有效发光而积，从而使亮度和光效都得到提高，同时备有一定的排气通道。4.非对称单元结构和彩色绿光膜（CCF）松下公司提出的非对称单元结构如图4-30所示。在该结构中，特别扩大了蓝色荧光粉的面积，成功解决了色温偏低的问题，使色温可以高于10000K。但是，不等宽结构会带来单元工作电压偏差范围增大的问题。

NEC公司则通过在前基板上添加彩色滤光膜（CCF）的方法来改善屏的色温和对比度。CCF制作在显示电极与介质之间，并与后板上所配置的RGB荧光粉相对应.其作用可由图4-31看出：1）优化荧光体的发光光谱；2）滤掉氖的橙色发光；3）降低外射光的反光。由于这些作用导致PDP性能得到如下改善：1）扩大彩色再现范围；2）达到10000K左右的白场色温；3）使亮度对比度得到提高

4.6.2PDP制造工艺的发展

（1）

真空封排充气一体化技术真空封排充气一体化是指前基板在MgO膜蒸镀完毕后不暴露于大气，直接在真空中封接、排气和充气的一体化过程。1、

一体化制造技术真空封排充气一体化与在大气中封排相比，其优点是：①可以显著提高PDP的性能。②可以提高PDP的本底真空度。③可大大缩短封接排气时间。在前封板表面镀ITO膜，在ITO膜上再镀上200nm厚的非晶硅膜，后封板的背面也镀有ITO膜。封接过程中前封板的非晶硅膜面与后封板的玻璃面相连接，将封口区域加热到200摄氏度，并且在前后封板的ITO上加上250V的直流电压，在静电场作用下，Na离子向阴极迁移，在玻璃和非晶硅接触处产生Si-O-Si键合，实现排气门的封接。(2)无排气管封口技术

制作障壁的新方法

(1)光敏浆料法

在障壁材料中加入光敏树脂形成浆料，用印刷的方法涂覆到基板上形成连续膜，然后直接用掩模曝光显影，最后经烧结而成障壁。

图4-34光敏浆料法之作障壁的工艺流程优点：图形：精细；缺点：材料消耗大优点:1)图形精细,尺寸准确示，障壁宽度可以小于60um;2)只在形成障壁的地方填充浆料，克服了喷砂法和光敏浆料法材料浪费大的缺点.(2)填平法工艺:先将厚150nm以上的光敏干膜热压在基板上,用光刻法在其上刻出障壁沟槽，采用刮印法用障壁浆料将其填平，干燥、研磨后将光敏膜烧去，障壁也同时烧成.(3)模压法工艺:先在基板表面涂上障壁浆料并干燥，然后将刻有障壁形状的凹摸压下，在挤压的作用下，浆料填满凹膜空隙，形成障壁形状、垂直提起凹膜，在烧结制成壁障，下基板后膜介质也可以在同一过程形成.采用模压法、障蔽宽度可以做到20um以下，由于工艺简单和浆料利用率高，因此可以实现高生产率、低制作成本。

如图4-36模压法工艺流程。LTCC-M法制作后基板

优点：1）LTCC-M法制作后基板的重量和厚度分别约为传统PDP后基板的1/3和1／4，并且因为是金属板，因此具有很好的散热性。制程：将绿带碾压在0.5mm后的金属钛板上，然后在绿带上印刷电极，再在电极上印刷一介质层。用模具在后基板上压出障壁，最后一起烧结。如图4-37为采用LTCC-M法制作后基板的工艺流程。特殊配方的玻璃和有机材料制成电极制作新方法

Dupont公司开发出单层（银）和双层（银和黑底—用于提高显示屏的亮室对比度）导电材料。用简单、低成本的碾压工艺取代浆料印刷工艺把该材料制作在基板玻璃上。该工艺的优点是低成本、生产效率高，便于厚度控制。导电带有两层聚酯膜及加在其间的功能层（单层带：银，复合带：银和黑底）构成。导电带可按要求做成一顶宽度和长度的卷型，因此使用起来非常方便。MgO膜的制作

（1）溶胶—凝胶(Sol-Gel)法

Sol-Gel工艺制备膜层的过程是：首先将需制备的材料制成溶胶；在溶胶中加入添加剂和催化剂,使之形成三维网络结构，溶胶凝胶化；用漫涂或旋转涂覆法将凝胶涂覆于玻璃表面;凝胶干燥，去除溶胶中水分和溶剂；焙烧,制备干膜。韩国LG电子公司利用溶胶—凝胶法技术成功制备MgO膜，应用于对角线尺寸为152cmPDP中。

(2)空心阴极放电溅射法德国Balzers公司开发出反应式空心阴极放电溅射Mg靶制作MgO膜的技术，用于107cm彩色AC-PDP的制造。

它的优点是MgO膜的沉积速度高，膜层致密,靶材利用率高，可见光透过率接近100％。被认为是将来最适合于PDP批量生产的MgO薄膜的制备方法之一。

(3)射频反应磁控溅射法目前有多家PDP研究单位采用射频反应磁控溅射制备MgO膜。由于污染源少，沉积粒子能最高。因此，磁控溅射法制备的MgO薄膜纯度高、致密，有利于改善PDP的放电特性，面且MgO薄膜的沉积速率快，膜层可见光透过率达95％。4.6.3新材料的应用

1.新型荧光粉材料

在PDP制造过程中的烧结工艺和在PDP工作过程中受到VUV的辐射、离子的轰击都会造成荧光粉性能的劣化。与红粉和绿粉比较，目前批量生产彩色PDP使用的蓝色荧光粉的劣化现象最为严重。研究方向:通过改善荧光粉的成分,能够得到光效高,且耐辐射,高寿命的荧光粉2．介质保护膜材料

在AC-PDP中，为了延长寿命、降低电压，一般用MgO膜作为介质保护膜。然而，目前PDP的放电电压(着火电压和维持电压)仍然过高，无法使用通用集成电路.研究方向:研究开发二次电子发射系数高的新型介质保护膜材料。日本和韩国的一些大学和公司在这方面做了很多研究工作.4.7彩色AC-PDP电路系统

彩色AC—PDP要实现图像的显示：首先必须对显示屏上的单元根据显示数据进行选择，即寻址。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。在维持期，积累了壁电荷的单元就会发生维持放电，实现图像的显示。4.7.1三电极表面放电型彩色AC-PDP的工作原理

以三电极表面放电型彩色AC-PDP(结构见图4—17)为例．维持显示放电在维持电极(X电极)和扫描一维持电极(Y电极，简称扫描电极)之间进行，寻址放电发生在寻址电极(A电极)和Y电极之间。我们称一个有壁电荷(其壁电压与维侍电压的绝对值之和大于单元的着火电压)的显示单元处于点亮状态，否则称该单元处于熄灭状态。显示单元在点亮状态和熄灭状态之间转换有多种方法。图4-39利用寻址电极使单元转到点亮状态通过擦除单元中的壁电荷，使停止放电的方法主要有以下四种：图4-40利用寻址电极使单元转移到熄灭状态第一种，可以加一个远大于着火电压的Vf脉冲。第二种图4-41窄脉冲擦除作用图4-42指数型脉冲的擦除作用第三种第四种4.7.2驱动方法

擦除寻址驱动方法：对于整个显示屏的驱动，先使所有的显示单元处于点亮状态，然后在寻址期根据显示数据的情况选择擦除掉已预先积累在不要点亮的单元中的壁电荷，使其转入熄火状态。而要点亮显示的单元的壁电荷则保留下来，即还处于点亮状态；在维持期，只有那些处于点亮状态的单元会维持发光。

寻址与显示分离（ADS）的子场驱动方法是彩色AC-PDP最典型的应用最广泛的驱动方法，许多新型驱动方式都是基于它开发出来的。

根据寻址方法的不同，可以将ADS驱动方法分为写寻址驱动方法和擦除寻址驱动方法。

写寻址驱动方法是先使全屏所有的显示单元都处于熄灭状态，然后在寻址期使要点亮显示的单元转入点亮状态，即在其中积累壁电荷，而不要点亮显示的单元不积累壁电荷，即还处于熄灭状态；在维持期，只有积累了壁电荷的单元会维持发光，如图4-43所示。图4-43写寻址驱动方法的波形图寻址并显示（AWD）驱动方法是一种基于ADS动方法，发光占空比高达90％的驱动方法,显示屏的结构特点是寻址电极分为上下两部分，两部分同时扫描寻址。

在AWD驱动方法中，显示屏分为上下两部分，寻址的进程为上半部分的扫描寻址从电极l-500行,而下半部分的扫描寻址从电极1000-501行，这样显示的图像在中间是连续的，如图4-44所示。2.寻址并显示的驱动方法AMD驱动方法的一个主要缺点是驱动电压变得更高了，特别是寻址脉冲的电压幅值增加了4倍.3.表面交替发光（ALIS）驱动法

亮度下降的原因主要是：1）高清晰度要求像素精细，而显示像素的增加，会使放电空间减小，最终牺牲了PDP显示屏的亮度；2)发光面积与像素面积之比下降，即开口率下降。3）为了满足多扫描线，多像素点的要求，必照使像素尺寸有所减小，这样放电产生的电荷去向障壁扩散，造成相当程度的能量损失；4）显示时间缩短。(1)普通驱动方法驱动的PDP应用于HDTV时存在的问题（2）ALIS驱动方法的原理

从图可以看到，ALIS驱动方法的放电区域要宽一些。

ALIS驱动方法的基本思路是充分利用两行之间的非发光区域,其原理如图4-47所示。图4-47ALIS驱动方法与传统方法的比较考虑到ALIS驱动方法中，上下相邻的两个像素共用一个电极，即两个放电单元的放电空间有重合的部分，而条状障壁使得放电产生的空间带电粒子和亚稳态原子可以沿障壁方向自由移动，这样就使与点亮单元相邻的已擦灭的不点亮单元容易被引起放电而点亮。另外,在奇数行放电开始以后，偶数行在奇数行维持放电过程中也可能会转移到放电状态。因此各电极的电压以图4-48所示的方式施加

。图4-48ALIS驱动方法中的电压施加方法（3）ALIS方法驱动PDP的优点

1）

可实现高清晰度和高亮度的显示2）

经济性好3）

寿命长4）电磁辐射少

3.CLEAR驱动法

CLEAR(High-Contrast,LowEnergyAddressandReducationofFalseContourSequence即高对比度、低电力消耗的寻址驱动、降低动态假轮廓的影响)驱动法是日本先锋公司开发出来的应用于高画质彩色AC-PDP的新驱动方法。它属于擦除寻址的驱动方法。如图4-50，图4-51。CLEAR驱动法的灰度实现方法如图4-53观察到的灰度是连续的，而非向ADS驱动方法那样各个子场维持脉冲的发光组合式离散的，所以从原理上可以不产生动态假轮廓现象。4.7.3驱动电路

驱动电路的功能是对显示数据作相应的处理，提供驱动彩色AC-PDP显示屏所需要的各种高压脉冲波形。图4-54为典型的三电极彩色AC-PDP驱动电路的方框图。图4-54彩色AC-PDP驱动电路的方框图1.数据存储与控制电路

对显示数据处理主要是将显示数据按位进行分离、分块存储。如将一场显示数据的最低位到最高位，根据权重进行分块存储，然后按相应的子场顺序读出并发送至寻址驱动器进行寻址显示；同时在该部分还要根据行场同步信号和时钟等产生子场同步信号、扫描同步信号以及扫描电极和维持电极的脉冲产生电路所需的逻辑控制信号，使驱动电路正确产生在准备期、寻址期和维持期各电极所需的各种电压脉冲序列波形，实现图像的正确显示。数据存储与控制电路是彩色AC-PDP电路中对图像数据进行数字处理，实现分子场显示的主要控制部分。其主要功能是将图形数据按照显示屏的结构和ADS分子场驱动技术的要求进行转换、存储和处理，向驱动电路传送显示数据，并提供显示所需要的一些驱动集成地电路所需的控制信号，如扫描时序信号和驱动时序信号等。2.高压驱动电路

高压驱动电路的主要功能足按一定的逻辑控制时序，产生驱动显示屏的高压驱动波形包括扫描电极驱动脉冲产生电路，维恃电极驱动脉冲电路，寻址电效和扫描电极驱动器等。高压驱动电路的基本形式如图4—55所示。选择合理的驱动器件和高压开关，使其按逻辑控制波形的控制导通或关断，就可以输出所需的高压脉冲驱动波形。高压集成块

彩色AC-PDP的驱动集成电路的耐高压输出能力，是具最重要的而且是最基本的性能，它完全是由彩色AC-PDP本身的结构特性和驱动方法所决定的．

通常，驱动集成电路内部结构分为两部分：一是逻辑电路，负责控制显示屏信号和显示数据；二是高压驱动电路。负责将信号电子移位和对显示屏施加发光所需的高压脉冲。

4.能量恢复电路

4.8显示动态图像时的干扰及解决措施

对于采用子场技术来实现灰度显示的彩色等离子体显示器，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意想不到的灰度紊乱。对彩色显示而言，则会产生彩色紊乱，称为运动图像紊乱(MotionPictureDisturbance,MPD)，在画面上表则为一些虚假轮廓，称为动态假轮廓（DynamicFalseContour）。彩色AC-PDP显示运动图像时产生的这种干扰现象是电视图像显示所不能允许的。4.8.1显示动态图像时的干扰及其形成机理

图4-60CRT和AC-PDP发光时间的分布图调解电子束束流幅值实现灰度利用分子场显示实现灰度动态假轮廓形成机理

AC-PDP在一场范围内的任何时刻都可能发光。对于显示127级灰度，一场的前半部分时间内对应于1-7位的7个子场都发光，而第8子场不发光；对于显示128级灰度，一场的后半部分时间内对应于第8位的第8子场发光，而1-7子场不发光，发光的分布在时间上有了差异．如图4-63所示。动态假轮廓由图4-63已经可以看出发光在时间分布上的不均匀性：Ⅳ号像索在从127级灰度向128级灰度转变时，在1.5-2.5F之间整整一场的时间内完全不发光。这一发光时间的不均匀性就会造成灰度等级的紊乱。图4-63运动图像在AC-PDP屏上发光时间和空间分布图人眼视点的移动方向由于127和128两个灰度分别占据了一个电视场的前半部分和后半部分，转换到视网膜上以后成了平行四边形，视网膜上的刺激值叠加的结果成了三角形，其峰值仍符合128和127两个灰度等级，但在128和127两个灰度等级边界之间却出现了明显的暗区，虚影干扰现象，称之为负极性的动态假轮廓现象。图4-64AC-PDP屏上运动图像转换到视网膜上的分布图如果发光像素从右向左运动．则在128和127两个灰度等级的边界上会出现亮的虚影干扰现象，称之为正极性的动态假轮廓现象。动态假轮廓现象图4-65为显示图像时的动态假轮廓现象。运动图像静止图像动态假轮廓运动图像的虚影现象不仅会产生灰度的紊乱，对彩色显示而言，同时会出现色彩的紊乱。假设屏上红色单元的灰度全部为128级，而蓝色单元的灰度在要讨论的某处左边为128，右边为127，在图像静止时，该处的颜色为品红色。当图像开始移动，且人眼跟着它移动时，红色是连续的；同样在蓝色127和128灰度中间出现了暗区，这样，在中间部分就出现了红颜色，从而色彩出现了紊乱，其结果如图4-66所示。图4-66伪色现象的产生4.8.2显示动态图像时的干扰的抑制措施

第一种方法：针对动态假轮廓现象产生的原因，努力减少发光在时间和空间分布上的不均性，从源头上减轻动态假轮廊现象；第二种方法：根据动态假轮廓性质，在驱动波形中加入补偿脉冲，产生和动态假轮廓相反的作用，使其得到补偿；第三种方法：采用信号处理的方法，使动态假轮廓不易被观察者感受到。也可以将上述几种方法结合使用，将动态假轮廓现象降低到最小程度。1.减少发光在时间和空间上的不均匀性PDP的发光脉冲布满于整个电视场的时间，且分布不均匀。这是产生动态假轮廓现象的主要原因。如果采用适当的方法将一般的分子场驱动方法的发光区域集中在—起，像CRT发光一样，则有利于减小动态假轮廓现象。(1)压缩一场中的发光时间

(2)分割两个最大的子场并且优化子场的顺序

研究发现，动态假轮廓观象在权重较大的两个子场易出现且最明显，如在显示127和128两个灰度等级时。究其原因，在显示这两个灰度等级时8个子场中的最大两个相邻子场64和128都分别参与了相邻两个像素的显示，而且这两个子场的发光时间分布较宽．从而导致了严重的动态假轮廓现象出现。改进的方法是将这两个子场分成4个权重为48的等长度的子场，这样虽然需要10个子场才可以实现256级灰度的显示，但是动态假轮廓现象得到明显的改善。同时，子场的排列顺序对动态假轮廓现象也有一定的影响，因为子场的排列顺序决定了不同子场在一个电视场内的发光位置，通过优化子场顺序使相邻子场的发光强度差异降低到最低程度，同样可以减小动态假轮廓现象。图4-68为分割最大子场和优化子场顺序的子场排列情况（3）子场控制法

为了进一步缩小相邻两个像素所加子场发光的差别，减小动态假轮廓现象，还可以采用一种子场控制法（Sub-FieldControl,SFC,如表4.4所示）。它把48这个灰度等级用一个权重为48的子场（SFC=1）或一个全重为32的子场加一个权重为16的子场（SFC=0）两种方法来实现0~255之间的每一个灰度等级，子场控制法有如表4.4所示的两种不同的子场安排方式，其中黑体字部分为两种方法的安排有差异的地方。电路在处理相邻像素的灰度显示时，在SFC=0，SFC=1两种方法中选择一种，是相邻像素所加的子场的发光差别减到最小。采用这种方法可以是动态假轮廓现象得到进一步的改善。2.补偿脉冲法

我们知道：当运动图像以每场一个像素的速度从左向右运动时，在128和127灰度之间出现了明显的暗区。我们可以在原有信号上加上几个额外的光发射区，也就是加上几个补偿脉冲，使动态轮廓的相应暗区得到了补偿。同样对于亮区的动态假轮廓，可以在相应的几个位置上加上几个补偿脉冲加以补偿。

运动相关的补偿方法其原理和前述的补偿脉冲法的原理相同，但补偿脉冲的个数和它们的幅度并非固定，而是与图像移动的方向和速度有关，但其补偿的总量与跟运动无关补偿法相同。如图4-70所示为运动相关补偿脉冲的补偿图形脉冲补偿法的优点脉冲补偿法可以有效的降低运动图像的灰度干扰，如图4-71所示，其中运动相关的脉冲补偿法效果更好。这一技术的采用可使灰度的扰动降到原有值的1/10，而且对于任何移动速度都一样有效，这就为改善动态假轮廓现象提供了有效的解决方法。

3.误