等离子体显示

等离子体显示第一页，共五十八页，编辑于2023年，星期五一、PDP的发展历程及其特征：

1、发展历程：1966-1967年，伊利诺大学开发AC型PDP;飞利浦公司改善DC型PDP;1972-1973年，NHK与富士通共同进行橙色单色显示板的研究；1979年，富士通，对2电极面放电AC型PDP的开发；1984年，富士通，3电极面放电AC型彩色PDP开始批量生产；第二页，共五十八页，编辑于2023年，星期五1988年，

富士通，20英寸3色AC型彩色PDP的开发；

1992年，

富士通，对条状障壁结构的开发，最早开始21英寸AC型全色PDP批量生产；从此以后，各公司对PDP的开发进入实质阶段1995年，松下电子工业，26英寸DC型脉冲存储PDP制品化；1996年，富士通，42英寸AC型全色PDP开始批量生产。第三页，共五十八页，编辑于2023年，星期五42英寸PDP接收机第四页，共五十八页，编辑于2023年，星期五PDP覆盖了CRT,LCD,LED及投影器的许多应用领域第五页，共五十八页，编辑于2023年，星期五PDP覆盖了从30英寸到70英寸的高分辨率显示领域；PDP作为壁挂式高清晰度电视（HDTV）进入千家万户，已成为世界上各大电子公司竞争的又一重点。21世纪，大部分信息将以数字化方式出现，今后数年内，针对数字电视和大屏幕电视应用市场，彩色PDP还会有一系列的改进和完善，以克服缺点、发挥优势。第六页，共五十八页，编辑于2023年，星期五2、PDP的特征优点：（1）、主动发光型显示（与LCD比较）；（2）、便于实现薄型化（放电间隙为0.1～0.3mm）（与CRT比较）；（3）、利用荧光粉，容易实现多彩化、全彩化（与LCD比较）；（4）、容易实现大画面平板显示（与CRT比较）。第七页，共五十八页，编辑于2023年，星期五PDP的优势是薄型，大画面，自发光型，彩色丰富，大视角，响应快，具有存储特性，全数字化工作，受磁场影响小、无需磁屏蔽等。缺点：（1）、功耗大，不便于采用电池电源（与LCD比较）；（2）、彩色发光效率低（与CRT比较）；（3）、驱动电压高AC90～150V,DC180～250V（与LCD比较）；（4）、目前的价格还比较高(与CRT和LCD比较)。

第八页，共五十八页，编辑于2023年，星期五二、等离子体显示板（PDP）的结构和工作原理1、AC型PDP与DC型PDP（1）AC型PDP的结构〈1〉对向放电型的AC型PDP，其前基板和后基板分别设有一种电极，放电发生在上下基板间，等离子体对荧光粉的冲击大。第九页，共五十八页，编辑于2023年，星期五〈2〉面放电型AC型PDP的结构

由在同一基板上平行布置的2个透明电极（附有汇流电极）和在另一基板上布置的选址电极共3个电极构成。放电发生在前基板一侧，可减轻等离子体对荧光粉的冲击损伤。第十页，共五十八页，编辑于2023年，星期五

前基板上设有放电用的透明电极，透明电极上将附有汇流电极。电极内侧覆有透明介电层。为保护电极还要覆以MgO保护层。该保护层除保护透明电极之外，还有发射电子、维持放电状态、限制放电电流等作用。

第十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期五在后基板上，设有写入用的选址电极，电极覆以白色介电层，再在其上设置条状障壁，该障壁的作用是分割放电空间，并作为放电空间的墙壁。在其上涂覆三基色荧光粉，实现彩色化。第十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期五通过密封层将前基板和后基板贴合在一起。在贴合的2片玻璃基板间抽真空后，封入惰性气体（发生气体放电时，可产生紫外线的气体），再连接上驱动IC等模块组件，就构成AC型PDP。

第十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期五在玻璃前基板上形成发射电子的阴极。在后玻璃基板上，与前基板阴极相对设有放电用的阳极，以及为限制多余的电子形成的电阻。而且障壁（割断）形成胞状结构来组成放电空间。并在该放电胞内侧，按一定规则配置三基色荧光粉。（2）DC型型PDP的结构第十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期五（3）DC型PDP与AC型结构的区别：

〈1〉放电电流类型不同；〈2〉构造不同；第十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期五〈3〉寿命长短不同，AC型表面覆有保护层，不宜磨损，寿命长，DC型电极不加保护层而直接暴露于放电空间，需采取措施提高寿命；〈4〉反应速度不同，AC型稍慢，DC型由于设有放电胞，需采取措施提高寿命；〈5〉对比度不同，AC型不如DC型。第十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期五DC型PDP与AC型结构的主要不同之处是：前者前基板的阴极、后基板的阳极都暴露于放电空间中；AC型PDP保护层所起的作用在DC型PDP中分别由几种部件及材料来承担，这几部分是为放电而发射电子用的阴极、维持放电用的辅助放电胞和限制多余放电电流用的电阻。第十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期五2、日光灯工作原理：在真空玻璃管中充入水银蒸气，施加电压，发生气体放电，产生等离子体，由等离子体产生的紫外线照射预先涂覆在玻璃管内侧的荧光涂料，使其产生可见光射出。等离子体是指正负电荷共存，处于电中性的放电气体的状态。

第十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期五3、PDP的工作原理：在PDP中，有数百万个如上所述的微小荧光灯，即放电胞。其内充入的放电气体，一般采用Ne-Xe或He-Xe组成的混合惰性气体，其内壁涂覆三基色荧光粉，它们布置成条状或马赛克状。对放电胞施加电压，气体放电，产生等离子体。等离子体产生的紫外线激发胞壁上的荧光粉，产生可见光。第十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期五在2块玻璃基板上分别形成互相正交的电极，通过在其上施加电压或定时控制器使放电胞放电，产生等离子体发光。行电极为扫描电极，在PDP的横向施加电压；列电极为信号电极，在PDP的纵向施加电压。第二十页，共五十八页，编辑于2023年，星期五1、低压气体放电的基本特性：按辉光放电的外貌及微观过程，从阴极到阳极大致可以分为阿斯顿暗区、阴极光层、阴极暗区、负辉区、法拉第暗区、正光柱区、阳极暗区、阳极光层等几个区域。正常辉光放电的空间分布三、彩色PDP的放电特性及发光机理

第二十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期五阴极发出的电子在电场作用下，跑向阳极，不断加速，刚开始电子能量很低，不足以引起气体原子激发和电离（阿）；随着电子加速，电子能量足以使气体原子激发，产生辉光（阴光）；电子使气体原子电离，产生大量离子和低速电子，并不发出可见光（阴暗），位降主要发生在此区域；低速电子加速，引起气体原子激发，形成负辉区。依次还有几个明暗相间的区域。正常辉光放电的空间分布第二十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期五

正常辉光放电有四个明显的发光区域，负辉区发光强度最大，但发光区域较小，正光柱区发光区域最大，对光通量的贡献最大。放电时，四个区域不一定全部出现，当电极间距离缩短时，正光柱区首先消失，然后是法拉第暗区和负辉区相继消失。第二十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期五

阴阳极之间的电位降主要发生在负辉区之前；维持辉光放电所需要的电离大部分发生在阴极暗区。阴极位降区（阿、阴光、阴暗）是维持放电必不可少的部分。第二十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期五利用正光柱区发光的10英寸彩色PDP放电胞的结构及放电区的电位分布

若阳极向左移动，正光柱的长度将缩短，而负辉光长度不变。

电位下降主要发生在负辉光区以左很窄的部分，并由此基本上决定PDP的工作电压。第二十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期五2、气体放电的伏安特性曲线对于一定的放电胞尺寸和一定的气体压力，两电极之间要施加一定的电压。首先要使气体击穿，气体开始放电，而后要以一定的电压来维持，使惰性气体原子处于激发态，不断发射紫外光。

在气体放电中，放电气体可以看作是可变电阻，击穿之前其电阻无穷大，放电开始的着火电压、可变电阻的大小及变化规律与气体种类及成分、压力及温度极间距离电极材料、电极表面状态密切相关。第二十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期五

AB段是非自持放电——依靠空间存在的自然辐射照射阴极所引起的电子发射和气体的空间电离所产生的。

B点对应击穿电压Uz；BC是自持的暗放电，有微弱的发光。

CE段是自持暗放电BC段到辉光放电EG段的过度区域，很不稳定。第二十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期五

EF正常辉光放电，FG反常辉光放电。PDP使用EF阶段；离子镀膜和溅射镀膜使用FG阶段。第二十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期五3、彩色PDP的发光机理：（1）气体放电过程；（2）荧光粉发光过程。第二十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期五（1）、气体放电机理Ne-Xe混合气体在一定外部电压作用下产生气体放电:Ne原子的直接电离（气体内部最主要的反应）:e+Ne=Ne+2e由于受到外部条件或引火单元激发，气体内部已存在少量放电粒子。电子被极间电场加速并达到一定动能，碰撞Ne+使其电离，导致气体内部自由电子增殖，形成电离雪崩效应。第三十页，共五十八页，编辑于2023年，星期五雪崩过程中会大量产生以下两体碰撞反应：e+Ne=Ne++2e（电子碰撞电离）e+Ne=Nem+e(亚稳态激发)Nem为亚稳态，与Xe碰撞发生Penning电离反应：Nem+Xe=Ne+Xe++e它发生的几率很高，从而提高了气体的电离截面，加速了Nem消失和Xe原子的电离雪崩。这种反应的电压比直接电离反应的要低，降低了显示器件的工作电压。被加速的电子与Xe+发生碰撞,产生激发态的Xe**，第三十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期五Xe**不稳定，极易从较高能级跃迁到较低能级，产生Xe*（1s5）,与周围分子互相碰撞，发生能量转移，转化为Xe原子的谐振激发能级。Xe原子1S4能级的激发态跃迁到Xe的基态时,就发生共振跃迁,产生使PDP发光的147nm的紫外光.第三十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期五Ne,Xe原子的能级与发光光谱;penning电离反应与Xe**逐级跃迁示意图：第三十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期五（2）真空紫外光激发荧光粉发光荧光粉基质吸收能量，电子从基态跃迁到导带，价带中出现空穴，空穴因热运动而扩散到价带顶，然后被掺入到荧光粉中的激活剂所构成的发光中心俘获。电子消耗能量到导带底，与发光中心的空穴复合，发出一定波长的光。第三十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期五4、帕邢定律和着火电压的确定

帕邢定律：Uz=f(pd)在冷电极条件下，击穿电压是pd的函数，并且改变pd时，Uz有一极小值Uzmin（着火电压或起辉电压）。阴极进入阳极电子数为N0，补充的次级电子数为μN0μN0<N0,表示放电衰减，为非自持放电；μN0=N0,表示放电可维持，为自持放电开始；μN0>N0,表示放电不仅维持，还补充有余，电流增加，放电加剧；μ是倍增系数，μ=1自持放电的初始条件。第三十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期五当pd值减小时，Uz跟着减小到最小值，Uzmin，当pd继续减小，击穿电压又开始急剧增加。辉光放电的电流：0.1~0.01mA，放电电压下限约为：几十到几百伏。第三十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期五5、DC型和AC型PDP中气体放电（1）DC型和AC型PDP中气体放电的区别DC型PDP中，放电气体一旦被击穿，电子便雪崩式地发生，施加直流电压即可维持放电的正常进行；第三十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期五离子的运动方向与电子的相反，它被电场加速后，除了造成气体原子的激发之外，还碰撞MgO薄膜，产生电子。电极表面是介电层，电子可以在介电层表面积蓄。当施加反向电压时，电子会从电子表面射出，积蓄的电荷逐渐减少，直至放电停止。对面的电极也要覆以同样的介电质层，通过施加交变电场，造成电子反复的积蓄——释放。AC型PDP第三十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期五从气体放电的微观角度看，二者的基本区别在于，AC型PDP的电极电位不断变化，在作为瞬时阴极的介电体表面，存在电子周期性积蓄和释放的过程。（2）如何降低PDP器件的着火电压<1>选择益出功低、二次电子发射系数γ较大的材料<2>选择合适的气体种类和气压<3>在基本气体中中掺入少量合适的杂质气体，形成潘宁混合气体，这样着火电压会降低。<4>选择电离电位比基本气体的电离电位低的掺入气体。第三十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期五四、AC型PDP的驱动1、驱动集成电路的构成：列驱动器、行驱动器、同步控制器、数据缓冲器、电源

显示驱动都是通过在显示板行、列的各个电极上，选择性地施加较高电压来进行的。驱动电路数量很大，占总成本的70%~80%。第四十页，共五十八页，编辑于2023年，星期五彩色PDP驱动IC的内部结构：一是驱动电路，将信号电平移位，对显示屏施加发光所需要的脉冲。

驱动部分,彩色PDP进行气体放电,必须具有提供高电压的性能。二是逻辑电路，负责控制显示屏信号和处理显示数据。第四十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期五

对与逻辑电路部分，要保证移位寄存器（将串行信号变换为并行信号的电路）有足够高的最大时钟工作频率；

降低驱动电路除电流之外的消耗；克服高耐压CMOS驱动集成电路系统中的互相串扰噪声；解决功率的回收问题，确保多组电源依照规定时刻同步工作。第四十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期五2、驱动集成电路的作用

PDP都采用存储式驱动来增加实际的发光时间，以实现高亮度。存储式驱动方式，基本上由写入、发光维持和擦除三个部分组成。驱动集成电路的作用就是给彩色PDP施加定时的、周期的脉冲电压和电流。第四十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期五UtUfUsUwUeUωAC型PDP的电极呈空间正交，每一个交叉点就是一个像素，形成像素阵列，在任意交叉电极上施加维持电压（Us），存储驱动方式，基本上由维持电压（Us）、书写脉冲（Uw）和擦除脉冲（Ue）三个部分组成，请根据AC型PDP的工作波形分析AC型PDP的工作原理。第四十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期五UtUfUsUw

AC型PDP的电极呈空间正交，每一个交叉点就是一个像素，形成像素阵列。在任意两条交叉电极（Xi和Yj）上施加维持电压（Us）时，因其幅度低于着火电压Uf，故相应交叉点并不发光。如在维持电压Us间歇期间加上书写脉冲Uw，使其幅度超过着火电压Uf，则该单元放电发光。第四十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期五UtUfUsUwUω放电时形成的正离子和电子在电场作用下分别向瞬时阴极和瞬时阳极移动，并被积累在介质表面，形成壁电荷Qω

。在外电路中壁电荷Qω形成壁电压Uω

，其方向与外电压相反，因此单元壁一旦形成壁电荷，则加在单元上的净电压低于着火电压，使放电暂时停止。可是当外加电压反向时，则同壁电压相叠加，其峰值超过着火电压，又产生一次放电发光，然后重复上述过程。这样，单元一旦着火，就由维持电压来维持脉冲放电，这就称为单元的存储性。第四十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期五UtUfUsUwUeUω如果要想使已发光的单元停止发光，可在维持电压前部间歇期间施加擦除脉冲Ue，产生一次微弱的放电，将壁电荷中和，单元就停止发光。第四十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期五AC型PDP存储动作原理图及壁电压的变化，外加波形，等效电路等

随着驱动电路极性的变化，电极表面介电层上周期性地积蓄、释放电荷，这对于发光和存储功能起着关键作用。第四十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期五

在某一瞬间，一侧介电层上的MgO表面上积蓄电子，另一侧介电质层上的MgO表面上积蓄正离子，当施加交变电场时，两侧所积蓄的电子和正离子交替变化。若交变电场的周波数，则发光的次数增加。第四十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期五

积蓄的电荷量越多越好，更利于实现稳定电压下的放电。还可以通过施加反向脉冲电场从外部对积蓄的电荷量进行控制。利用对积蓄电荷量增减的控制，赋予AC型PDP存储功能。第五十页，共五十八页，编辑于2023年，星期五五、PDP的制备工艺AC型PDP的制备工艺：前基板制造工程（玻璃基板透明电极的形成汇流电极的形成透明介电体层形成封接