第5章-等离子体显示

第5章等离子体显示CompanyLogo等离子体电视的现状：CompanyLogo虽然松下在今年力推自己的等离子电视——1月份在CES推出了全新的家庭影院系列——但等离子电视生产的经济效益对于松下还说并不理想。尽管消费者的需求依然坚定，但松下称，“因为商业环境快速、剧烈的改变”以及更为廉价的LCD电视所带来的价格压力，他们才作出了这个艰难的决定。至于未来的发展，松下的一位副总裁才今年4月是曾经表示，等离子的研发努力将会转投到OLED。松下认为OLED电视会成为“未来的关键产品之一”，他们也将会努力保证自己能够制作出售价低廉、但依旧能够盈利的OLED电视。（Eskimo）CompanyLogo网易数码：近日，合肥市政府花了20亿收购日立等离子生产线，长虹是如何看待这件事情？长虹刘海中：从这个事件看来，大家对等离子的发展非常看好，主要归结为几大因素：第一、对于平板电视产业的发展，等离子电视是大尺寸平板电视的一个最重要代表。随着平板电视消费群体的扩大，作为大平板电视的代表、主体，等离子电视也将成为一种潮流，一种趋势。CompanyLogo等离子体电视的京东报价：CompanyLogoCompanyLogoLCD、OLED、PDP的报价对比：CompanyLogoCompanyLogoCompanyLogo目录等离子体显示器件的驱动和控制5.2

等离子体显示器件的工作原理5.1等离子体基本知识显示原理特点性能指标电路组成驱动电路产业现状CompanyLogo要求掌握的内容1、掌握等离子体显示器的显示原理2、了解气体放电发光的物理基础3、熟悉等离子体显示器件的特点、驱动方法。CompanyLogo5.1.1等离子体基本知识等离子体（Plasma）是物质第四态，是由大量的自由电子和离子组成、且在整体上表现为电中性的电离气体。固体

冰液体

水气体

水汽等离子体

电离气体00C1000C100000C什么是等离子体？CompanyLogoA、等离子体（Plasma）是物质第四态，是由大量的自由电子和离子组成、且在整体上表现为电中性的电离气体。B、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。C、等离子体是一种很好的导电体，可以利用电场和磁场来控制等离子体。等离子体物理的发展为材料、能源、信息、环境空间科学的进一步发展提提供了新的技术。

5.1.1等离子体基本知识什么是等离子体？CompanyLogo5.1.1等离子体基本知识举例说明等离子体的存在（自然界存在、人工制造的）太阳表面宇宙中90％物质处于等离子体态闪电极光CompanyLogo5.1.1等离子体基本知识举例说明等离子体的存在（自然界存在、人工制造的）等离子电弧焊霓虹灯核聚变装置中的等离子体玩具电光球CompanyLogo等离子体的分类5.1.1等离子体基本知识高温等离子体如：聚变、太阳核心（电子温度大于10000℃）

低温等离子体（电子温度小于10000℃）冷等离子体如：极光、日光灯热等离子体如：电弧、碘钨灯根据等离子体焰的温度大小：根据等离子体焰的温度分布：等温等离子体非等温等离子体CompanyLogo等离子体的主要特征5.1.1等离子体基本知识1、气体高度电离。2、具有很大的带电粒子浓度。3、具有加热气体的特征。4、具有电子震荡的特征。5、气体在等离子体中的运动可看做是热运动CompanyLogo等离子体的应用5.1.1等离子体基本知识A.等离子体焊接与切割B.喷涂和表面改性C.等离子体合成与分解D.等离子体冶金和中间包加热E.等离子体炬燃烧废物F、氩离子激光器G、等离子体显示器件CompanyLogoG、等离子体显示的特点A.自发显示器件B.高亮度、高对比度、广视角C.图像的色度和保真度比较好D.适合大屏幕和家庭影院CompanyLogo等离子体显示板（plasmadisplaypanel，PDP），即利用气体放电发光进行显示的平面显示板，可以看成是由大量小型并排构成的。5.1.2等离子体显示原理等离子体显示原理为了理解气体放电发光实现等离子体显示，我们先回顾几个问题：1、日光灯的工作原理2、CRT是如何实现彩色显示的CompanyLogo日常所见的日光灯的工作原理5.1.2等离子体显示原理使用后的日光灯管可见被电子轰击的痕迹荧光管内的氩和水银蒸汽，在电场的作用下，发生水银放电发出紫外线，从而激发灯管上的荧光粉，使之发出白色的荧光。ＣＲＴ的彩色显示原理CompanyLogo5.1.2等离子体显示原理结合日光灯的原理及ＣＲＴ实现彩色显示的原理，推测等离子体显示的原理。惰性气体放电发光真空紫外线（VUV）荧光粉彩色显示荧光粉荧光粉CompanyLogoCompanyLogoCompanyLogo5.1.2等离子体显示原理原理：等离子体显示板是由几百万个像素单元组成的，每个像素单元中涂有荧光层并充有惰性气体。它主要利用电极加电压，惰性气体电离，并且发出紫外光，紫外光激发荧光粉发光制成的显示屏。这样的显示原理，如何要求显示器的结构（需要的材料和设计。（电极、惰性气体、荧光粉，支撑的玻璃板）CompanyLogo5.1.2等离子体显示原理CompanyLogoX1X2X3Y1Y2Y3ON亮OFF不亮X1X2X3Y1Y2Y3ONOFF在深入讲显示器的结构和显示过程之前，必须理解一个基本现象的物理过程：气体放电发光补充：气体放电发光放电过程发光过程CompanyLogo补充：气体放电发光气体放电的概念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。

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称为气体放电。CompanyLogo气体放电的伏安特性补充：气体放电发光电源R阴极阳极电压VCompanyLogo气体放电的伏安特性气体放电的伏安特性补充：气体放电发光初始阶段：电压从0开始，电流及其微弱，电流由自然辐射阴极所产生的电子的漂移引起的。电压增加，电子漂移的速度增加，浓度不变，电流变大CompanyLogo气体放电的伏安特性气体放电的伏安特性补充：气体放电发光初始阶段：电压从0开始，电流及其微弱，电流由自然辐射阴极所产生的电子的漂移引起的。电压增加，电子漂移的速度增加，浓度不变，电流变大电压增加到B，电子获得足够的动能，开始碰撞气体，促使气体电离，电子变多。CompanyLogo气体放电的伏安特性气体放电的伏安特性补充：气体放电发光电压增加到C，放电电流迅速增加，有微弱的光辐射。C点电压为击穿电压或说为着火电压VfCompanyLogo气体放电的伏安特性气体放电的伏安特性补充：气体放电发光电压上升到Vf后，放电可迅速过渡到EF段，同时观察到放电电流增加，电压减小，伴随较强的辉光放电。VfCompanyLogo气体放电的伏安特性补充：气体放电发光由非自持放电转变为自持放电过程的气体的击穿过程和着火过程，对应的电压大小为击穿电压Vf。VfCompanyLogo气体放电的伏安特性气体放电的伏安特性补充：气体放电发光VfＤＦ：正常辉光放电区域ＦＧ：反常辉光放电区域Ｈ之后：弧光放电区域ＰＤＰ工作区域CompanyLogo补充：气体放电发光气体放电着火电压的决定因素：（1）P，d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。）CompanyLogo气体放电过程的发光机理补充：气体放电发光电子大量的繁殖，会导致下面的碰撞反应CompanyLogoCompanyLogoCompanyLogoCompanyLogoCompanyLogo补充：气体放电发光上面我们讲述了气体放电发光的：1、气体放电的I-V特性2、气体的着火电压的影响因素3、气体放电的发光机理4、荧光粉的光致发光过程5、气体放电的发光区域的分布CompanyLogo电源R阴极阳极气体放电的发光区域的分布补充：气体放电发光CompanyLogoCompanyLogoCompanyLogoCompanyLogo下次课的内容重点讲：1、等离子体显示器的结构及其驱动2、等离子体显示器的特点和性能指标3、等离子体显示的发展趋势CompanyLogo复习上次课的内容等离子体（Plasma）是物质第四态，是由大量的自由电子和离子组成、且在整体上表现为电中性的电离气体。什么是等离子体？电流通过气体的现象称为气体放电。什么是气体放电？等离子体显示板（plasmadisplaypanel，PDP），即利用气体放电发光进行显示的平面显示板。等离子体显示CompanyLogo复习上次课的内容等离子体显示的两个基本过程气体放电发光过程和荧光粉的光致发光过程CompanyLogo气体放电的I-V特性Vf着火电压复习上次课的内容CompanyLogo气体放电的辉光分布特性复习上次课的内容CompanyLogo复习上次课的内容CompanyLogo复习上次课的内容CompanyLogo内容等离子体显示器的结构和发展等离子体显示器的分类AC-PDP的驱动方式CompanyLogo等离子体显示器的结构和发展CompanyLogo等离子体显示器的结构和发展为什么要加介质层？为什么要加MgO层？为什么要三个电极呢？为什么要加障壁呢？这些分别是什么材料？我们能想到需要电极，气体，荧光粉、玻璃板。在器件的改进方面，我们可以想到1、改变气体的成分和配比2、改变荧光粉的材料CompanyLogo1、20世纪50年代初，Burroughs公司就开发出一种用于数码显示的直流气体放电管。Burroughs公司开发的直流气体放电管等离子体显示器的结构和发展阳极阴极CompanyLogo2、1954年，NationalUnion公司研制出直流矩阵结构等离子体显示板，其结构如图所示。等离子体显示器的结构和发展CompanyLogo等离子体显示器的结构和发展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。

3、1964年，AC-PDP是由Bitzer和Slottom于1964年首先研制出。CompanyLogo4、1969年，Owens-Illinois研究小组，去掉了起限制放电区域作用的中间玻璃板。它的电极制作在基板的内表面，并被介质层所覆盖。因为介质层具有比玻璃基板低得多的容抗，具有很好的电子发射特性，使得工作电压降低了。去除了中间玻璃板等离子体显示器的结构和发展加了介质层：保护电极，降低工作电压（电荷积累）CompanyLogo5、1976年，G.W.Dick首次提出一种采用表面放电结构的AC-PDP．等离子体显示器的结构和发展1、两个电极都坐在同一个平面上，前玻璃板没有电极，出光率提高了2、每个单元之间用介质障壁分开，以防止光串扰。CompanyLogo等离子体显示器的结构和发展1984年，G.W.Dick提出了三电极表面放电单元结构。1990-1992年，富士通提出了ADS驱动技术、又开发出条状障壁结构等。。。。CompanyLogo等离子体显示器的结构和发展CompanyLogo等离子体显示器的结构和发展CompanyLogo等离子体显示器的结构和发展CompanyLogo等离子体显示器的结构CompanyLogoCompanyLogoCompanyLogo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。弯曲障壁AC-PDF的像素结构CompanyLogo非对称单元结构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。

CompanyLogo等离子体显示器的结构和发展CompanyLogo为什么要加介质层？为什么要加MgO层？为什么要三个电极呢？为什么要加障壁呢？这些分别是什么材料？CompanyLogo等离子体显示器的分类在上述发展历程中，我们提到了交流AC/直流DC型PDP，对向/表面放电型，两电极/三电极结构分类：单色，彩色；按工作方式：DC,AC（对向放电型和表面放电型）CompanyLogo1、对向放电型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。对向放电型和表面放电型的比较：等离子体显示器的分类2、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。CompanyLogo等离子体显示器的分类AC-表面放电型PDPCompanyLogo对向放电型的AC-PDP的驱动基本结构如图所示。在研磨过的两块平板玻璃上用光刻或真空镀膜的方法制作电极，矩阵型的条形电极彼此正交，交点处构成一个放电单元。放电单元荧光粉CompanyLogo矩阵型的条形电极彼此正交，交点处构成一个放电单元。行电极列电极放电胞电压CompanyLogo（1）当放电单元的电极加上比着火电压Vf低的维持电压VS时，单元中气体不会着火，当在维持电压间隙加上幅度高于Vf的书写电压Vwr，单元将放电发光。Vs书写脉冲VwrCompanyLogo放电形成的电子、离子在电场作用下向电极移动，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，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。ECompanyLogo（2）由于壁电压的存在，使得放电腔上的电压小于维持电压，使放电空间电场减弱，致使放电单元在2~6微秒内逐渐停止放电。因介质电阻很高，壁电荷会不衰减地保持下来。停止放电DXCompanyLogo当反向的下一个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，叠加电压峰值大于点火电压Vf，单元再次着火发光。开始放电DXCompanyLogo停止放电DX当在放电腔的两壁形成与前半周期极性相反的壁电荷，将再次使放电熄灭直到下一个相反极性的脉冲的到来。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。放电电流发光脉冲Vs书写脉冲CompanyLogo（3）要使已放电的单元熄灭，只要在下一个维持电压脉冲到来前给单元加一窄幅（脉宽约1S

）的放电脉冲，使单元产生一次微弱放电，将储留的壁电荷中和，又不形成新的反向壁电荷，单元将中止放电发光。Vs书写脉冲擦除脉冲放电电流发光脉冲DXCompanyLogo对向放电型的AC-PDP的驱动CompanyLogo对向放电型的AC-PDP的驱动CompanyLogo（4）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5~10S，幅度90~100V，主要工作频率范围30~50kHz，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因其光电和环境性能优异，是PDP技术的主流。对向放电型的AC-PDP的驱动CompanyLogo复习上次课的内容CompanyLogoCompanyLogoCompanyLogo

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CompanyLogo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

CompanyLogo复习上次课的内容分类：单色，彩色；按工作方式：DC,AC（对向放电型和表面放电型）CompanyLogo复习上次课的内容CompanyLogo表面放电型的AC-PDP的驱动CompanyLogo表面放电型的AC-PDP的驱动三电极彩色AC-PDP电极结构图CompanyLogo表面放电型的AC-PDP的驱动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CompanyLogo

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。CompanyLogob.利用寻址电极积累额外的壁电荷，最后自擦除放电A电极和扫描电极放电的同时，积累了额外的壁电荷，使得壁电荷电压大于着火电压，引起单元内放电，这次的放电外电路不提供电流，壁电荷因为自身放电而被中和，即自擦除。CompanyLogoc.利用窄脉冲的擦除放电1、因为窄脉冲，它仅能维持到依靠壁电荷一起放电，而无法再次积累壁电荷。2、放电未结束的时候，就结束脉冲，则壁电荷就在放电中擦除。由于这次的壁电荷擦除需要依靠外电压，所以不是自擦除。CompanyLogod.利用指数型脉冲的擦除放电利用缓慢上升的脉冲（一次最高电压为维持电压），使单元刚到着火电压，就进行一次放电，因为放电强度小，壁电荷中和掉一部分，电压再上升，重复上述过程，最终擦除大多数的壁电荷。CompanyLogo试题CompanyLogo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。

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。

1、ADS驱动方法(寻址与显示分离的驱动法)

三电极表面放电型彩色AC-PDP的驱动技术CompanyLogo1、ADS驱动方法(寻址与显示分离的驱动法)常规擦除寻址方法壁电荷可能会不完全中和，从而发生误放电，对比度不高

三电极表面放电型彩色AC-PDP的驱动技术CompanyLogo无自擦除放电的擦除寻址法不发生自擦除放电CompanyLogo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CompanyLogo

1、由于上一场扫描完，Y电极为正脉冲，Y上有负的壁电荷，Vxw远大于着火电压Vxy则发生强放电自擦除。2、原本x电极加Vxw就可以消除。A电极加的电压Vaw，是为了使A电极基本无壁电荷积累。CompanyLogoA=0x=0y=0选址期：AY之间先放电，再引起xy之间放电，xy上就积累了壁电荷。X电极：VxY电极：未扫描到的Y电极，-Vsc

扫描到的Y电极，-VyA电极：亮的Va，不亮的oVsmin<Vx+