平板显示技术-C4PDP

平板显示技术

FlatPanelDisplayTechnology问题1：

当分别用CRT、LCD、PDP作计算机监视器时，其屏保和桌面应为亮背景还是暗背景？

问题2：PDP电视能否长时间显示静止图像？3等离子体显示3.1PDPintroduction3.2气体放电的物理基础3.3PDP工作原理3.4PDP驱动方式3.5PDP工艺流程3.6PDP显示设备评价方式3.7未来发展方向3.1等离子显示器件（PDP）等离子体显示（PlasmaDisplayPlate，简称PDP），1964年发明，经过40年的迅速发展，相关技术已日趋成熟。等离子体显示器是继CRT、LCD后的新一代显示器，其厚度极薄，分辨率佳，大屏幕壁挂式平板彩电已经商品化。PDP模块发光、显示原理

PlasmaDisplayPanel（等离子显示屏）

PDP主要利用电极加电压、惰性气体游离产生的紫外光激发荧光粉发光制成显示屏。

PDP显示屏的每个发光单元工作原理类似于霓虹灯。每个灯管加电后就可以发光。显示屏由两层玻璃叠合、密封而成。当上下玻璃板之间的电极，施加一定电压、电极触电点火后，电极表面会产生放电现象，使显示单元內的气体游离产生紫外光，紫外光UV激发荧光粉产生可见光。一个像素包括红、绿、蓝三个发光单元，三基色原理，组合形成256色光。PDP显示屏42”VGA显示屏：852X480（X3个红、绿、蓝像素单元），122，6880个灯泡。显示屏正面X,YElectrode电极DielectricLayerMgOLayerFrontGlass前层玻璃BarrierRib壁障荧光粉PhosphorAddressElectrode寻址电极RearGlass后层玻璃PDPTVDischargeinthePDPcellPDP放电单元Electrons电极IONs离子++++----放电DischargeStructureofPDPPDP结构

OperationconditionofACPDP:

bistablemodeofON/OFF等离子显示屏的组成、结构特征PDP优点存储性能高亮度高对比度能随机书写与擦除寿命长、视角大等离子体显示与稀有气体中冷阴极辉光放电有关，它是在显示屏上排列上千个密封的小低压气体室（一般是氙气和氖气的混合物）电流激发气体，使其发出肉眼看不见的紫外光，紫外光碰击后面的玻璃上的红、绿、蓝三色荧光体，发出可见光。PDPVSLCDCRT等离子体显示器与CRT相比，没有聚焦问题，显示器表面平直；与LCD相比，亮度更高，色彩还原性更好，灰度丰富，响应速度高，视角宽达160°。缺点：●功耗大，42寸功耗在250W以上,发热量大，显示器背板上装有多组风扇用于散热。●实现200万象素HDTV有困难●长期显示固定图像会造成屏幕灼伤●显示垂直高速运动图像有伪轮廓效应3.2气体放电的物理基础MIP--EIIIII-----------------------

νNeNemNe+NeNe+Ne+Ne+Ne+Ne+Ne+Nem-Ar+

ν发射电子区放出电子发射出的电子放电轰击稀有气体电极电极Note:1.PDP发光=>电极加电压，正负极间激发放出电子，电子轰击惰性气体，发出真空紫外线；2.真空紫外线射在荧光粉上，使荧光粉发光。I区为非自持放电区，电流很小，10-20~10-12A，特点是外界电压取消后，放电立即停止，起始带电粒子完全是由外界电离源提供的；II区自持暗放电区，此时放电电流为10-11~10-7A之间，管压降接近电源提供的电压；III区过渡区（欠辉区），管压降突然下降，电流急剧增加，其中D点称为着火电压（起辉电压、击穿电压）；IV区正常辉光放电区，电流在10-4~10-1之间，E点电压称为维持电压，管内出现明暗相间的辉光，管压降维持不变；V异常辉光放电区，如加大电流并使电压突破G点，则电流突然猛增，管压降突然降低，进入VII弧光放电区；VI过度区VII弧光放电区，是一种自持放电状态，管内出现明暗的弧光放电电流在10-1A以上。G点称为弧光放电的着火电压。气体放电机理

气体放电是气体中带电粒子不断增殖的过程。由外界催离作用或上一次放电残存下来的原始电子从外电场得到能量并电离气体粒子，新产生的电子又参加电离过程，使电子、离子不断增加。初始自由电子对引起放电是不可少的，为了产生稳定可靠的放电在实际器件中常采用附加的稳定辅助放电电源。图放电发光区域及光强分布图等离子体显示板工作在II、III、IV形成的负阻区。当辉光放电时，在放电管内形成明暗交替的辉光放电区。其中包括II负辉区、III法拉弟暗区、IV正柱区（等离子区）、I阴极光膜和V阳极辉区四个发光区。其中前两者发光较强，以负辉区发光最强，是作为PDP的主要发光源.正柱区的本质是等离子体，可用来激发荧光粉使其发光，常用于荧光灯等光源。PDP放电单元特别之处在于放电间隙小，放电常常不能显现正柱区而只利用了负辉区的发光。维持放电的基本过程都在阴极位降区，电极间压降几乎都集中在这里，控制放电气压、电压和间隙大小可决定是负辉区或正拄区哪一种发光为主。负辉区内电场比较弱，自由电子不具备足够的能量使多数气体原子电离，但能使经过该区的多数气体原子的能量从基态跃迁到激发态，当原子回复到基态时，大部分或全部能量便以光的形式辐射出来，常见的氖气产生的可见光波长范围在400nm~700nm，为红色。3.3等离子体显示工作原理PDP分类根据工作方式的不同，大致可分为两类：交流型和直流型。目前研究较多以交流型为主，并可依据电极的安排分为：

二电极对向放电（ColumnDischarge）

三电极表面放电（SurfaceDischarge）3.3.1PDP结构及组成一、玻璃基板(FrontGlassSubstrate)：PDP所使用的基板为高应变点，所谓的应变点指的是玻璃本身并非均匀物质，且热传导方向不均匀，使得各方向的身长与收缩不一致而产生变形，此时的温度称为应变点。在PDP的制造过程中，因有摄氏500度以上的加热制程，因此使用高应变点的基板是必须的。二、透明电极(扫描电极，TransparentElectrode)：只有在AC型的PDP才有，所使用的材料为ITO膜(铟锡合金氧化膜和Sno2二氧化硅膜)，而为了只让特定的CELL发光，电极分为横向电极与纵向电极；只有两种电极都通过电流的CELL才会发光。三、BUS辅助电极(AuxiliaryElectrode)：位于透明电极的下方，以辅助透明电极引发放电并附有降低透明电极的高线电阻之任务。为了避免造成发光的阻碍、造成亮度降低的事情发生，在必要的电阻条件下近可能的纤细，其宽度约50-200μm。四、透明介电层(DieletricLayer)。五、保护层(ProtectiveLayer)：成分为氧化镁，主要在防止电极的磨耗、产生放电电子、限制多余的放电电流、维持放电状态。六、阻隔壁(BarrierRibs)：使用的材料为玻璃浆料，其目的在确保微小的放电空间与防止三色荧光体的混合，其线宽在50μm之下。高度在150μm左右；阻隔壁的形状，在AC型为条状；在DC型为格子状，构造较为复杂。七、荧光层：为了达到可见光的发光及彩色化的目的，将荧光体涂在阻隔壁与阻隔壁之间的平面及侧面上，不同的荧光体吸收紫外线后发出不同波长的色光。如：BaMgAl10O17:Eu2+发出蓝光

BaO.6Al2O3:Mn发出绿光(Y,Gd)BO:Eu发出红光PDP中单一CELL的剖面图

图PDP中单一CELL的剖面图单一CELL所占的空间3.3.2PDP发光过程（类似日光灯管）当左右两片显示电极的电压差足够大时，填充的气体放电＝＝》产生紫外线＝＝》涂布在阻隔壁上的荧光体(4)吸收，主要的发光区域为3；电极设计成两片排列左右而非上下的原因，是因为放电产生的冲击会破坏荧光体，缩短PDP的使用年限，而为了不阻碍到光线，用的是透明电极但因为透明电极的电阻较大，因此在其中埋有辅助电极，以金属制成，可以降低电阻记忆效应当电源以方波的形式在每个cell间建立电场E0，该电场可让填充气体内的正、负电荷稍微分开，由于强度不够使正负电荷产生游离；而诱电导体层内的介电物质，受外在电场的影响，产生极化，产生另一电场E’，与E0的方向相反，两者合成一个新的电场。当方波的电流方向反过来时，E0消失，但诱电导体层中的感应电场依然留着(称为记忆效应memoryeffect)，而这个电场和新建立的电场方向一致，使得CELL中的电场增加，造成游离现象，电浆于是产生，产生的紫外线造成发光。3.4PDP驱动方式X1X2X3Y1Y2Y3ON亮OFF不亮PDP如何发光形成图形X1X2X3Y1Y2Y3ONOFFPDP如何发光形成图形X1X2X3Y1Y2Y3ONOFFPDP如何发光形成图形X1X2X3Y1Y2Y3ONOFFPDP如何发光形成图形PDP由前后两片玻璃组成。前板玻璃上有透明ITO维持电极及加强ITO导电性的Bus电极，并且在电极上覆盖透明介电层及防止离子撞击介电层的MgO保护层。后板玻璃上有数据面电极、介电层及长条状的隔层在每个隔层内印刷R、G、B三种荧光材料。最后在两个基板内注入氖（Ne）及氙（Xe）惰性气体后封装，气压只有数百Torr的高真空状态。当放电单元的电极上加有比着火电压Vf低的维持脉冲电压VS时，单元中气体不会着火。如果在维持电压间隙中加入幅度高于Vf的书写脉冲电压VWT，单元将触发放电发光。放电形成的电子、离子在电场作用下分别向正、负电极移动，由于电极表面是介质，电子、离子不能直接进入电极而在介质表面累积起来、形成壁电荷。在回路中，壁电荷形成与外加电压极性相反的壁电压。这时，放电空腔上的电压为外加电压和壁电压之和。它将小于维持电压，起到减弱放电空间电场的作用，致使放电单元在2~6μs内逐渐停止放电。

因介质电阻很高，壁电荷会不衰减地保持下来，当下一个反向的维持电压脉冲到来时，上一次放电形成的壁电压与此时的外加电压同极性，叠加电压峰值大于Vf，单元再次着火发光并在放电腔的两壁形成与前半周期极性相反的壁电荷，并再次使放电熄灭直到下一个相反极性脉冲的到来。因此，单元一旦由书写脉冲电压引燃，只需要维持电压脉冲就可维持脉冲放电。这个特性称为AC-PDP单元的存储特性。已放电的单元的熄灭过程是在下一个维持电压脉冲到来前给单元加一（约1μs）放电脉冲，使单元产生一次微弱放电，将储存的壁电荷中和，又不形成新的反向壁电荷，这时单元将中止放电发光。PDP单元虽是脉冲放电，但在一个周期内它发光两次，维持电压脉冲宽度通常5μs~10μs，幅度90V~100V，主要工作频率范围30KHz~50KHz，因此光脉冲重复频率在数万次以上，人眼不会感到闪烁。AC-PDP的维持、书写和擦除脉冲工作方式MatrixDrivemode矩阵驱动方式(2电极放电PDP)D1D2D3D4D5S1S2S3S4S5导通电压

Vs信号电极电压

Vd放电保护电阻导通开关○信号电极和导通电极之间的导通开关

合上ON，则相交的点放电，像素发光

Matrixdrivemode矩阵驱动方式(3电极表面放电PDP)○信号电极和导通电极导通则表示选通。○Y导通电极和

X维持电极同时打开ON（导通），则像素导通放电。(Memory)D1D2D3D4D5Y1Y2Y3Y4Y5导通电极电压

Vs信号电极电压

Vd导通开关维持电极电压

VsusX障壁3电极型

ACPDP放电壁电荷记忆、形成过程

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-(a)(b)(c)(f)(e)(d)寻址放电开始放电开始放电壁电荷反转壁电荷反转壁电荷形成AYXA:寻址电极Y：扫描电极X：维持电极Addressaction寻址动作Addressaction寻址动作Addressaction寻址动作Addressaction寻址动作Addressaction寻址动作Addressaction寻址动作Addressaction寻址动作Addressaction寻址动作Addressaction寻址动作Erase/reset擦除动作Erase/reset擦除动作ADS(AddressDisplay-periodSeparation)DrivingScheme3电极

ACPDP子场驱动时序图AiXYj~~~~~~~~~~~~resetperiodaddressperiodsustainperiodtimeself-erasepluseerasepluseaddresspulsescanpulsesustainpulseRrCFETONPDP电路结构原理图Sustainmargin维持边缘放电

放电单元保护电阻电容电极(Y)电极(X)发光单元像素PDPPDP电路原理直观图发光单元PDPPDP电路原理直观图电极(X)电极(Y)像素发光PDPPDP电路原理直观图电极导通(X)电极导通(Y)放电放电消失PDP导通导通PDP电路原理直观图电极(X)电极(Y)PDP电路原理直观图（二）○放电电极(Y)发光单元放电单元维持电极(X)PDP维持电极(Y)放电单元维持电极(X)PDPPDP电路原理直观图（二）发光单元维持电极(Y)发光维持电极(X)PDPPDP电路原理直观图（二）维持电极(Y)放电单元维持电极(X)PDPPDP电路原理直观图（二）PDP电路放电时序图VPVCCIL1324S1CLOSEDS2,S3,S4OPENS1,S3CLOSEDS2,S4OPENS2CLOSEDS1,S3,S4OPENS2,S4CLOSEDS1,S3OPEN3.4.2灰度实现Grayscale:controllingstrengthofelectronbeamofeachpixel☞

1TV-field:Timeperiodoffullimagemadebyscanningprocess

CRT显像管图像显示原理PrincipleofimagedisplayschemeforCRTelectrongun电子枪电子束electronbeamPixel像素scanline扫描线1TV-field1场信号ON背光源LightSourcepolarizer偏光器polarizerOFFLiquidcrystalelectrode

Grayscale:controllingapenetratingopticalamountbylightphasecontrolofliquidcrystal☞grayscale:brightnesslevelofeachpixelforexpressingimageLCD液晶显示屏图像显示原理PrincipleofimagedisplayschemeforLCDPDP单元的状态只有两种，即“点亮”和“熄火”。其灰度的实现不同于CRT的靠调制电子束流大小而实现明暗不同亮度的显示。PDP在实现灰度时要把一个电视场分为若干个子场，每一子场产生相同强度的辐射的时间不同，亮度的高低是因这些相同光强辐射在人眼视网膜上的辐射强度与作用时间的积分效应不同造成的。01234567t0t1t2t3t4t5t6tF01234567t0t1t2t3t4t5t6tF子场信息子场信息各子场各子场(a)(b)PDP的8子场技术，实现灰度等级每场的某一单元的亮度是由各子场维持显示时间的组合确定的。各子场内的维持时间有一定的关系，以256级灰度为例，各子场维持时间的组合，必须能产生0-255的完备集合，可见有多种方式。以彩色PDP开发初期的各子场维持时间之比采用二进制方式，如1∶2∶4∶8∶16∶32∶64∶128，只需8个子场分割就可以实现一个视场的256级灰度显示。一个彩色像素内R、G、B三基色放电单元，每一单元的基色都可产生256级不同的亮度，一个彩色像素共可表现出1677万（256×256×256=1677万）种不同色彩。子场法实现彩色PDP的灰度的驱动方式又可以分为ADS（AddessandDisplaySeparation）方式和AWD（AddesswhileDisplay）方式。ADS方式的应用和研究最为广泛。3电极型

ACPDP子场技术SF1SF2SF3SF4SF5SF6SF7SF81.....2480128T64T32T16T8T4T2T1T1TVfield(time)scanlineaddresssustainsub-field初始化期间address寻址期间放电维持期间XY1Y2YnD

Separatingtheaddressperiodandsustainperiodofeachsub-fieldSF1SF2SF3SF4SF5SF6SF7SF8OriginalImage1.....2480128T64T32T16T8T4T2T1T1TVfield(time)scanlineaddresssustainsub-fieldPlasmaDisplay（PDP）各子场显示方式Module

:PDPPanel+DrivingBoard+LogicBoard+(PSU)ImageSignalProcessScanDriveXDATADriveTUNER

(Tuner&Amp.)SpeakerSMPSDATADriveScanDriveYLogic(MemoryConX-YCon.)ModuleTVMonitorPDP整机构造图信号处理流程高频头视频信号模拟RGB其它信号视频解码A/D转换图像处理芯片输出到逻辑处理电路音频信号音效处理伴音功放3.5PDP制程后面板前面板PDP制程(前面板，后面板，组装）不论是上板制程或下板制程，一定由空白的平面透明玻璃基板开始;玻璃基板要能承受热处理温度(450至600ºC)，不会有收缩或弯曲变形过大的问题发生;产生收缩或弯曲变形过大时，将使得上、下板中的对位记号(AligmentMark)，及其它各层电路图案位置产生位移;量产玻璃基板是采用高应力点的玻璃基板来解决热处理应力要求;AsahiPD200有直接提供镀有ITO薄膜的玻璃基板

前面板制程1、透明电极制作透明电极，作为表面放电维持电极使用透明目的，是为了避免荧光粉被紫外線激发出的可见光被阻挡，使面板的亮度降低目前量产上所使用的透明电极材料，包括氧化銦錫(ITO，Tin-DopedIndiumOxide)氧化錫(SnO2，TinOxide)ITO膜的导电率及透光率较SnO2膜好2、金属辅助电极制作透明电极的电阻值仍然过高，为避免在放电时电压下降过大，导致应用在大尺寸PDP时，无法产生均匀放电，故在其上方制作较窄之金属辅助电极(BusElectrode)，以增加其导电性能。目前量产上所使用之导电电极，包括有铬/铜/铬铜导电率高，但制程中亦被氧化增加电阻，且容易被封合胶浸蚀产生断线铬抗氧化及耐蚀性均较铜佳，以溅镀及湿式蚀刻制作，精密度佳银-可用直接图案印刷，成本低3、黑色对比层制作黑色对比层功能，是增加面板影像的对比，与减少外界光的反射影响；此层是形成于每个放电cell中，两条透明电极的两侧黑色对比层制作方式：直接图案印刷黃光湿式蚀刻法4、透明介电层制作透明介电层功能，是在使用AC时作为存储电荷所需电容，及在驱动面板时提供壁电荷，以降低驱动电压透明介电层材料主要成份是玻璃粉，是以厚膜支撑中的平面印刷法为主平面印刷是网版上沒有图案(Pattern)，印刷上较有图案的印刷简单5、保护层制作保护层目的：在电浆环境中耐离子撞击，以保护其下部的各层材料较高的二次电子发射效率，以降低产生气体放电的最低激活电压保护层材料以氧化镁(MgO)为主,MgO保护层制作方法，包括有:浆料涂布法溅镀法电子束蒸镀法离子电镀法等后面板制程1、数据电极制作Data电极功能，写入数据，又称AddressElectrode资料电极层所使用材料，与上板之金属辅助电极一样的，包括有银电极、银感旋光性胶膜或铬/铜/铬电极，目前主要以直接印刷银电极为主要制程

2、白色反射层制作增加白色反射层目的，包括有提供一平坦表面，使得后续阻隔壁制程容易制作保护信号电极免受到后续制程的损伤增加荧光反射，以提高面板亮度制程有两种方式直接以平面印刷法涂布介电层浆料压合介电层胶膜3、阻隔壁制作(1)o阻隔壁(Rib)功能主要有二：n当做上、下玻璃板间的支撑物或间隔物(Spacern防止荧光粉的混色o随着对PDP对比与亮度要求，目前阻隔壁已分为上、下层两种颜色n上层为黑色，目的是增加画面之对比n下层为白色可反射可见光，以增加画面之亮度

3、阻隔壁製作(2)量产方式，以喷砂法为主流:先在白色反射层上，以厚膜制程方式，各别地依序涂布一定厚度的白色层与黑色层;干燥后进行喷砂;最后进行烧结。4、荧光层制作荧光层是涂布在阻隔壁的两侧与各阻隔壁之间，且相邻两色间不可有混色现象一般多采用印刷方式，将不同色之荧光粉浆料分别地填入各阻隔壁之间，因此RGB三色需要印刷三次5、封合层制作封合层目的，是为了将两片玻璃贴合在一起，且要能防止填充气体的漏气若有漏气现象则放电气体会有污染问题发生，且造成每个胞的启动电压有很大变化目前封合层涂布方式，以点胶涂布机制作，当涂布完成后要先进行预熔步骤，将有机物质去除封合和组装制程当上板制程与下板制程分别完成后，必须进行上、下两片玻璃基板贴合工作上板与下板制程中，分别已有设计对位记号，利用自动对位贴合机将玻璃贴合在一起将玻璃抽气管固定贴合在背板的抽气口上，再将此组合面板同时进行烘烤与抽气制程此制程是将面板中的空气与烘烤中所产生的有机废气排除，以避免影响后续所填充惰性气体的纯度，而导致各胞的启动电压变高，并降低面板寿命

3.6PDP显示设备性能评价标准日本：1.HDTVPDP共同开发协议会标准

2.EIAJ标准IEC：1.IEC47CWORKINGGROUP４２.IEC100A、Ｖ亮度：4%窗口峰值白亮度和全屏白色平均亮度对比度：暗室对比度和亮室对比度灰度等级：视频不低于256级分辨率：VGA；WVGA；XGA；WXGA

色度范围：色再现性运动图像质量：伪轮廓评价彩色PDP性能的主要指标（1）评价彩色PDP性能的主要指标（2）功耗显示屏表面温度显示屏表面反射反射率寿命屏的发光效率彩色PDP发光效率的定义彩色PDP的发光效率可定义：=πLS/P，式中L为发光亮度，S为有效显示区域的面积，P为输入的功耗。从这一公式可以看出，提高彩色PDP发光效率的办法：在显示面积固定时，提高显示器亮度，降低输入功耗。彩色PDP主要技术指标接近或超过CRT的水平

4%显示区峰值亮度：900cd/m2～1000cd/m2(FHP)暗室对比度：3000:1(Matsushita)亮室对比度：100：1(NEC)功耗：5～10W/INCH与放电单元数量多少有关。比CRT高50～100%发光效率：产品小于2lm/W(Pioneer)3.7未来研究课题提高分辨率电磁波对策：PDP在发光的过程中会产生对人体有害的电磁波，必须加上阻隔滤片，对于画质多少会有影响。如何减低影响并降低成本成为研发的重点。近红外线对策：发光过程中产生的红外线会影响遥控器的接收也必须加装滤片。降低制造成本，提高市场占有率：与TFTLCDTV和ProjectTV在对角线为30至70英寸的市场上竟争。NEC的WVGA42英寸2002年实现100日元/英寸，迟3年提高光效；降低功耗：日本高清晰电视用等离子体显示共同开发协议会（1994年10月～1999年10月）的成员在2002年召开了成立十周年的记念大会。Fujitsu的研究人员在大会表示：

2005年5lm/W2010年10lm/w彩色PDP与荧光灯光效比较输入功率紫外线放电效率有效紫外线可见光有效显示光电路损耗热、无效辐射障壁等的吸收荧光粉光转换损失透出光损失电路效率：6090放电效率：565紫外线利用效率：6095

荧光粉效率：2040可见光输出效率：7090综合效率：0.520发光效率：1～2lm/w80～100lm/w

彩色PDP%荧光灯%光效差异原因简析荧光灯的光效高：在于其利用了热阴极、低阴极位降的弧光放电；

并且利用了放电正柱区内的Hg的254nm的紫外线去激发荧光粉发光彩色PDP低：利用高阴极区位降的辉光放电；

又由于彩色PDP放电单元狭小，只有负辉区辐射的Xe的147nm的真空紫外线激发荧光粉发光。故两者之间的光效相差极大提高彩色PDP光效的途径从发光效率公式角度：降低功耗，提高亮度从整机角度：屏的光效（单元结构、材料等）驱动电路的效率从彩色PDP与荧光灯光效比较角度：电路效率、放电效率、紫外光利用效率、荧光粉效率和可见光输出效率。继续改进能量复得电路提高光效瞬时功耗：P(t)=Vppi(t)平均