光電顯示技術第5章 - 2015

1、5.1 等離子體基本知識等離子體基本知識5.2 氣體放電特性氣體放電特性5.3 PDP的結構和特性的結構和特性5.4 PDP的驅動與控制的驅動與控制第第5章章 等離子體顯示技術等離子體顯示技術5.1 等離子體基本知識等離子體基本知識 1901年年12月月12日，發(fā)生了一件使當時的科日，發(fā)生了一件使當時的科學家們?yōu)橹惑@的學家們?yōu)橹惑@的“怪事怪事”。在加拿大的紐。在加拿大的紐芬蘭收到了英國人馬克尼從英國康沃爾發(fā)出芬蘭收到了英國人馬克尼從英國康沃爾發(fā)出的電訊號。人們在當時怎么也弄不明白，一的電訊號。人們在當時怎么也弄不明白，一向以直線傳播的無線電波怎么會橫越向以直線傳播的無線電波怎么會橫越340

2、0公公里的大西洋，繞過彎曲的地球表面?zhèn)鞯郊~芬里的大西洋，繞過彎曲的地球表面?zhèn)鞯郊~芬蘭呢蘭呢？原來這是等離子體在作怪。？原來這是等離子體在作怪。歷史歷史-等離子體在作怪：等離子體在作怪： 4在物理學中指正、負電荷正、負電荷濃度處于平衡狀態(tài)的體系，即等離子體就是原子的部分電子被去除原子的部分電子被去除后留下的離子（正）與電子（負）組成的離子后留下的離子（正）與電子（負）組成的離子化氣體狀物質，又稱電漿?；瘹怏w狀物質，又稱電漿。由于電離氣體整體行為表現(xiàn)出電中性，也就是由于電離氣體整體行為表現(xiàn)出電中性，也就是電離氣體內正負電荷數(shù)電離氣體內正負電荷數(shù)相等相等，因此稱這種氣體，因此稱這種氣體狀態(tài)為狀態(tài)為等

3、等離子體態(tài)。離子體態(tài)。在近代物理學中把電離度大于1的電離氣體都稱為等離子體。等離子體的基本概念等離子體的基本概念等離子體與普通氣體的對比等離子體與普通氣體的對比p相似：構成等離子體的粒子相似：構成等離子體的粒子間距較大，并處于不斷無規(guī)間距較大，并處于不斷無規(guī)則碰撞之中，其熱運動與普則碰撞之中，其熱運動與普通氣體相似；通氣體相似；p不同：等離子體由等量的電不同：等離子體由等量的電子和正離子構成，整體上不子和正離子構成，整體上不顯電性，但各粒子帶電，而顯電性，但各粒子帶電，而普通氣體是由中性的原子或普通氣體是由中性的原子或分子構成。分子構成。 英國的物理學家英國的物理學家海維賽德海維賽德和美國電氣

4、工程師和美國電氣工程師肯肯涅利涅利在等離子體概念確立之前就設想大氣層的高處在等離子體概念確立之前就設想大氣層的高處有一個帶電粒子層（等離子層），無線電波向四面有一個帶電粒子層（等離子層），無線電波向四面八方傳播時，有一部分向地面上空傳播，這部分電八方傳播時，有一部分向地面上空傳播，這部分電磁波遇到了高空中的帶電粒子層就反射回來傳到遠磁波遇到了高空中的帶電粒子層就反射回來傳到遠處。處。 30 30年代英國物理學家年代英國物理學家阿普頓阿普頓（E.V.Appleton） 用實驗證實了高空中電離層的用實驗證實了高空中電離層的 存在，因而他獲得了存在，因而他獲得了1947年度年度 的諾貝爾物理學獎。的

5、諾貝爾物理學獎。 阿普頓阿普頓（E.V.Appleton）等離子體分類等離子體分類根據(jù)等離子體根據(jù)等離子體焰溫度焰溫度 高溫等離子體高溫等離子體：108-109 K完全電離的等離子完全電離的等離子體，如體，如:太陽，受控熱核聚變等離子體太陽，受控熱核聚變等離子體 低溫等離子體低溫等離子體：熱等離子體和冷等離子體：熱等離子體和冷等離子體熱等離子體：稠密高壓熱等離子體：稠密高壓(1大氣壓以上大氣壓以上)，溫度，溫度103- 105K, 如電弧，高頻和燃燒等如電弧，高頻和燃燒等冷等離子體：電子溫度高冷等離子體：電子溫度高(103-105K)、氣體溫度、氣體溫度低，如低壓輝光放電等離子體，電暈放電等離

6、低，如低壓輝光放電等離子體，電暈放電等離子體。子體。 一般說來，即使溫度在一般說來，即使溫度在1 100000000左右，物質中等離子左右，物質中等離子體所占的比例約為體所占的比例約為1%1%。因此，在我們生存的空間，等。因此，在我們生存的空間，等離子體現(xiàn)象很少見。然而宇宙中大量的物質均以等離離子體現(xiàn)象很少見。然而宇宙中大量的物質均以等離子體的形式存在，等離子體約占宇宙物質的子體的形式存在，等離子體約占宇宙物質的9999，甚，甚至更多，這是因為宇宙中大部分物質都集中在恒星內至更多，這是因為宇宙中大部分物質都集中在恒星內，而恒星的溫度都，而恒星的溫度都 比較高，如太陽中比較高，如太陽中 心的溫度

7、高達心的溫度高達1 1千千 萬萬，那里的物質，那里的物質 顯然都以等離子體顯然都以等離子體 的形式存在。的形式存在。等離子體有下述特征：等離子體有下述特征： u 高度電離高度電離u 帶電粒子濃度高，具有良導體的特征。帶電粒子濃度高，具有良導體的特征。u 具有電振蕩的特征，在帶電粒子穿過等離子體具有電振蕩的特征，在帶電粒子穿過等離子體時，能夠產生等離子體激元，等離子體激元的時，能夠產生等離子體激元，等離子體激元的能量是量化的。能量是量化的。u 具有加熱氣體的特征。在高氣壓收縮等離子體具有加熱氣體的特征。在高氣壓收縮等離子體內，氣體可被加熱到數(shù)萬度。內，氣體可被加熱到數(shù)萬度。u 在穩(wěn)定情況下，氣體

8、放電等離子體中的電場很在穩(wěn)定情況下，氣體放電等離子體中的電場很弱，電子與氣體原子進行著頻繁的碰撞，因此弱，電子與氣體原子進行著頻繁的碰撞，因此粒子在等離子體中的運動可以看做是熱運動。粒子在等離子體中的運動可以看做是熱運動。等離子體的獲得等離子體的獲得u 高能粒子束轟擊u 強激光照射u 氣體放電u 高溫電離等方法固體 冰液體 水氣體 水汽等離子體 電離氣體溫度010010000高溫產生等離子體高溫產生等離子體氣體放電產生等離子體氣體放電產生等離子體在通常情況下,氣體是不導電的。但是,在適當?shù)臈l件下，組成氣體的分子可能發(fā)生電離,產生可自由移動的帶電粒子,并在電場作用下形成電流,這種電流通過氣體的現(xiàn)

9、象稱為氣體放電。電源R陰極陽極當電極間的電壓足夠高時，就使電極間氣體擊穿而產生放電。氣體中的帶電粒子，在電場加速下獲得足夠高的速度（動能）,再與中性氣體原子碰撞，使其釋放出另一個電子，失去一個電子的氣體原子形成帶正電的離子。離子帶正電后受陰極的吸引，而與電子的運動方向相反,也會與電子一樣獲得加速運動。最后撞擊陰極，使其發(fā)射電子。這樣氣體中產生大量帶電粒子，形成電流，即氣體放電。電源R陰極陽極等離子體顯示技術等離子體顯示技術 等離子體顯示器等離子體顯示器(Plasma Display Panel)縮寫為縮寫為PDP，又稱電漿顯示器，是繼又稱電漿顯示器，是繼CRT(陰極射線管陰極射線管)、LCD（

10、液晶顯示器）后的最新一代顯示器，其特點是（液晶顯示器）后的最新一代顯示器，其特點是厚度極薄，分辨率佳?？梢援敿抑械谋趻祀娨暿褂?，厚度極薄，分辨率佳?？梢援敿抑械谋趻祀娨暿褂?，占用極少的空間，代表了未來顯示器的發(fā)展趨勢之一占用極少的空間，代表了未來顯示器的發(fā)展趨勢之一。 等離子體顯示技術之所以令人激動，主要在于可等離子體顯示技術之所以令人激動，主要在于可以制造出超大尺寸的平面顯示器（以制造出超大尺寸的平面顯示器（50英寸甚至更大）英寸甚至更大）PDPPDP的工作原理的工作原理 等離子體顯示板等離子體顯示板(Plasma display panel PDP)：是利：是利用氣體放電發(fā)光進用氣體放電發(fā)

11、光進行顯示的平面顯示行顯示的平面顯示板，可以看成是由板，可以看成是由大量小型日光燈排大量小型日光燈排列構成。列構成。日常所見的日光燈就是日常所見的日光燈就是PDP的基礎的基礎 等離子顯示器采用等離子管作為發(fā)光元器件，大量等離子顯示器采用等離子管作為發(fā)光元器件，大量的等離子管排列在一起構成屏幕，每個等離子對應的等離子管排列在一起構成屏幕，每個等離子對應的每個小室內都充有氖氙氣體。在等離子管電極間的每個小室內都充有氖氙氣體。在等離子管電極間加上高壓后，封在兩層玻璃之間的等離子管小室中加上高壓后，封在兩層玻璃之間的等離子管小室中的氣體會產生紫外光激發(fā)平板顯示屏上的紅、綠、的氣體會產生紫外光激發(fā)平板顯

12、示屏上的紅、綠、藍三原色熒光粉發(fā)出可見光。藍三原色熒光粉發(fā)出可見光。PDPPDP基本原理基本原理透明電極放電區(qū)前玻璃基板 透明介電質層MgO保護層壁障(隔斷)熒光體選址電極后玻璃基板 紫外線顯示屏幕以玻璃作為基板，基板間隔一定距離，四周經氣密性封接形成一個個放電空間 ，其結構如圖所示。PDPPDP基本結構基本結構充入Ne-Ar混合氣體80120mm PDP由由前、后玻璃板前、后玻璃板和和鋁基板鋁基板組成。對組成。對于具有于具有VGA顯示水平的顯示水平的PDP，其前玻璃板上，其前玻璃板上分別有分別有 480 行掃描和維持透明電極，后玻璃行掃描和維持透明電極，后玻璃板表面有板表面有2556（852

13、3）行數(shù)據(jù)電極，這些）行數(shù)據(jù)電極，這些電極直接與數(shù)據(jù)驅動電路板相連。根據(jù)顯示電極直接與數(shù)據(jù)驅動電路板相連。根據(jù)顯示水平的不同，電極數(shù)會有變化。水平的不同，電極數(shù)會有變化。 怎樣實現(xiàn)彩色怎樣實現(xiàn)彩色等離子體顯示等離子體顯示？ He-Xe 混合氣體放電時產生不可見的混合氣體放電時產生不可見的147nm真空紫外線（真空紫外線（VUV），再使），再使VUV激激發(fā)相應的三基色發(fā)相應的三基色光致發(fā)光熒光粉光致發(fā)光熒光粉發(fā)出可見發(fā)出可見光而達到顯示的目的。光而達到顯示的目的。 單色等離子體顯示是利用單色等離子體顯示是利用Ne-Ar混合氣混合氣體在一定電壓作用下產生氣體放電，直接發(fā)體在一定電壓作用下產生氣體放

14、電，直接發(fā)射出射出582nm橙色光。橙色光。每個等離子管作為放電胞每個等離子管作為放電胞PDPPDP的分類的分類 根據(jù)工作方式的不同，大致可分為兩類：根據(jù)工作方式的不同，大致可分為兩類：交流型（交流型（AC-PDP）和直流型（）和直流型（DC-PDP）。）。直流直流PDP-結構復雜，加工的工藝要求精度結構復雜，加工的工藝要求精度高高,本身沒有記憶功能，驅動電壓高本身沒有記憶功能，驅動電壓高, 非生產的非生產的主流。主流。 交流型交流型PDP由于有記憶功能，驅動電壓低，由于有記憶功能，驅動電壓低，壽命長等優(yōu)點，而成為當前研究最多的的平板壽命長等優(yōu)點，而成為當前研究最多的的平板顯示器。顯示器。AC

15、型PDP與DC型PDP的區(qū)別 ACAC型型PDPPDP電極表面覆以透明介電層及保護層，通過絕緣體電極表面覆以透明介電層及保護層，通過絕緣體的介電層表面產生放電。為形成放電單元而起隔離作用的的介電層表面產生放電。為形成放電單元而起隔離作用的障壁（隔斷）為條狀，而不是像障壁（隔斷）為條狀，而不是像DCDC型那樣采用胞狀，因此型那樣采用胞狀，因此，圖像分辨率可從，圖像分辨率可從VGAVGA（640 X 480640 X 480）到）到SVGASVGA（800 X 600800 X 600），在此基礎上采取措施還可以進一步使畫面精細化），在此基礎上采取措施還可以進一步使畫面精細化。 DCDC型型PDP

16、PDP的電極不加保護層，而是直接暴露在放電空間中的電極不加保護層，而是直接暴露在放電空間中，放電電流為直流（，放電電流為直流（direct currentdirect current，DCDC）。為防止電極）。為防止電極磨損、提高壽命，要通過電阻限制放電電流，而且封入氣磨損、提高壽命，要通過電阻限制放電電流，而且封入氣體的壓力也較高。體的壓力也較高。 離子向電極入射時，先與介電質層表面積蓄的電離子向電極入射時，先與介電質層表面積蓄的電荷發(fā)生復合，失去部分能量后，以較低的能量轟擊介電質荷發(fā)生復合，失去部分能量后，以較低的能量轟擊介電質層的表面層的表面;較高能量的離子直接碰撞作為陰極的電極表面，較

17、高能量的離子直接碰撞作為陰極的電極表面，離子所帶的能量全部釋放在陰極中，結果離子對陰極表面離子所帶的能量全部釋放在陰極中，結果離子對陰極表面產生濺射作用，并造成很大損傷。產生濺射作用，并造成很大損傷。介電體電極表面狀態(tài)的變化會引起壁電荷積蓄介電體電極表面狀態(tài)的變化會引起壁電荷積蓄量的變化。隨著運行時間增加，會造成工作電壓及存儲特量的變化。隨著運行時間增加，會造成工作電壓及存儲特性變化，從而顯示特性變差。性變化，從而顯示特性變差。離子的轟擊造成陰極物質的濺射飛散，沉積在放離子的轟擊造成陰極物質的濺射飛散，沉積在放電胞障壁四周，對比度及灰度等都會下降。電胞障壁四周，對比度及灰度等都會下降。DC型和

18、型和AC型型PDP中氣體放電的區(qū)別中氣體放電的區(qū)別前玻璃基板透明顯示電極透明介電體層保護層白色介電體層后玻璃基板選址電極障壁熒光層圖2.5.2-1 AC型PDP的結構AC-PDP整體結構示意圖整體結構示意圖AC型PDP又分為透射型與反射型兩種。在透射型結構PDP中，熒光是從后基板側透射出來的，視者是從后基板一側觀看畫面；在反射型結構PDP中，熒光是從前基板側射出，是從前基板一側觀看畫面。前玻璃基板透明電極透明介電體層保護層白色介電體層后玻璃基板選址電極障壁熒光層對向放電式表面放電式兩種實現(xiàn)彩色顯示的交流兩種實現(xiàn)彩色顯示的交流PDP結構結構氣體放電空間前板VUV可見光熒光層后板氣體放電空間前 板

19、VUV可見光熒光層X電極Y電極MgOMgO后板顯示電極尋址電極介質層 介質層兩個電極分別做在相對放置的底板上，這種結構放電時熒光粉受離子轟擊會使發(fā)光性能變差，因此難以實現(xiàn)實用的彩色顯示，同時，熒光粉淀積在MgO絕緣層上也使驅動電壓不穩(wěn)定。對向放電式對向放電式 表面放電式表面放電式表面放電式結構避免了上述缺點，顯示電極位于同一側的底板上，放電也在同側電極間進行。PDPPDP的發(fā)展史的發(fā)展史 1964年美國伊利諾斯大學的教授年美國伊利諾斯大學的教授Bitzer和和Slottow制作出具有存儲特性的制作出具有存儲特性的AC-PDP 1968年，年，Owens-Illinois將將PDP單元改為單元改

20、為開放式結構，器件壽命大為延長。開放式結構，器件壽命大為延長。 1993年日本的富士通公司制作出了彩色年日本的富士通公司制作出了彩色PDP原理樣機。原理樣機。 1998年實現(xiàn)年實現(xiàn)40吋吋彩色彩色PDP批量生產。批量生產。中國中國PDPPDP的發(fā)展史的發(fā)展史 1970S，“55所所” ：單色：單色PDP研究和開發(fā)。研究和開發(fā)。 1980S，建有一條單色建有一條單色PDP軍標生產線。軍標生產線。 1990S ，“55所所”開展了彩色開展了彩色PDP研究和研究和開發(fā)；杭州大學也有拼接屏研究。開發(fā)；杭州大學也有拼接屏研究。 “九五九五”期間期間 ，“55所所”和西安交大分別和西安交大分別研制出了研制

21、出了21英寸彩色英寸彩色PDP實用化樣機。實用化樣機。 2003年，年，TCL：全套彩色：全套彩色PDP驅動電路。驅動電路。PDPPDP的的主要主要特點特點 主動發(fā)光、灰度豐富、可以實現(xiàn)全彩色主動發(fā)光、灰度豐富、可以實現(xiàn)全彩色 高亮度和高對比度高亮度和高對比度 純平面大屏幕顯示純平面大屏幕顯示 超薄設計、超寬視角超薄設計、超寬視角 良好的防電磁干擾能力良好的防電磁干擾能力功耗大，不便于采用電池電源（與功耗大，不便于采用電池電源（與LCD、LED比較）比較）彩色發(fā)光效率低（與彩色發(fā)光效率低（與CRT比較）比較）驅動電壓高（與驅動電壓高（與LCD、LED比較）比較）目前的價格還較高（與目前的價格還

22、較高（與CRT、LCD比較）。比較）。PDP可能的應用領域如下圖顯示可能的應用領域如下圖顯示 PDP顯示器件的性能指標主要指它的顯示器件的性能指標主要指它的空空間分辨率間分辨率、顏色分辨率顏色分辨率和和掃描頻率掃描頻率。 用像素點的大小或水平方向像素點數(shù)與垂直方用像素點的大小或水平方向像素點數(shù)與垂直方向像素點的乘積表示。前兩代的點距大約為向像素點的乘積表示。前兩代的點距大約為1.33 mm，42英寸分辨率一般在英寸分辨率一般在852480。第三代的點。第三代的點距為距為0.890.99 mm，42英寸分辨率一般在英寸分辨率一般在1024768，50英寸的產品大多為英寸的產品大多為1366768

23、。 指每一個像素點可以有多少指每一個像素點可以有多少種顏色，這是由用來表示一個像種顏色，這是由用來表示一個像素點的二進制位數(shù)決定的。素點的二進制位數(shù)決定的。 掃描頻率必須達到一定的值掃描頻率必須達到一定的值時才不會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。時才不會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。5.1.5 PDP的的性能指標性能指標（1）分辨率：）分辨率：42吋吋1024768，50吋吋更高。更高。（2）亮度）亮度780 cd/cm2，灰度達到，灰度達到1024級。級。（3）標稱對比度）標稱對比度3000:1（標準測試（標準測試650:1）。）。（4）是否與計算機模式兼容（能否兼容）是否與計算機模式兼容（能否兼容VGA/SVGA/XGA/

24、SXGA等模式）。等模式）。（5）功耗：低于）功耗：低于300 W，越低越好。，越低越好。（6）壽命：）壽命：3萬小時，最好萬小時，最好10萬小時。萬小時。購買購買PDP時應該注意的性能指標時應該注意的性能指標（1）PDP的表面玻璃不能承受太大或太小的表面玻璃不能承受太大或太小大氣壓力，更不能有意外重壓。大氣壓力，更不能有意外重壓。（2）發(fā)熱量大，）發(fā)熱量大，PDP彩電的背板上裝有多彩電的背板上裝有多組風扇用于散熱，注意使用環(huán)境。組風扇用于散熱，注意使用環(huán)境。（3）發(fā)光發(fā)熱元件向外輻射使得不能在機）發(fā)光發(fā)熱元件向外輻射使得不能在機內解決接收電視節(jié)目信號，對輸入的視頻內解決接收電視節(jié)目信號，對輸

25、入的視頻信號接線要求較高。信號接線要求較高。PDP的使用注意事項的使用注意事項5.2 氣體放電特性氣體放電特性5.2.1 氣體放電氣體放電的全伏安特性的全伏安特性5.2.2 輝光放電的發(fā)光空間分布輝光放電的發(fā)光空間分布5.2.3 巴邢定律巴邢定律5.2.4 潘寧效應潘寧效應激發(fā)激發(fā)與輻射與輻射 激發(fā)激發(fā)：高：高能電子碰撞氣體分子時，有時能導致原能電子碰撞氣體分子時，有時能導致原子外殼層電子由原來能級躍遷到較高能級。實際子外殼層電子由原來能級躍遷到較高能級。實際上，即使電子能量等于或高于激發(fā)能量，碰撞未上，即使電子能量等于或高于激發(fā)能量，碰撞未必都能引起激發(fā)，而是僅有一部分能引起激發(fā)。必都能引起

26、激發(fā)，而是僅有一部分能引起激發(fā)。引起激發(fā)的碰撞數(shù)與碰撞總數(shù)之比，稱為碰撞幾引起激發(fā)的碰撞數(shù)與碰撞總數(shù)之比，稱為碰撞幾率率。 受激發(fā)后的原子停留在激發(fā)狀態(tài)的時間很短暫受激發(fā)后的原子停留在激發(fā)狀態(tài)的時間很短暫（約為（約為10-6秒），便從能量為秒），便從能量為Em的氣體放電狀態(tài)的氣體放電狀態(tài)回復到能量為回復到能量為E1的正常狀態(tài)的正常狀態(tài),并輻射出能量為并輻射出能量為hv的光。氣體放電時伴隨有發(fā)光現(xiàn)象，主要就是由的光。氣體放電時伴隨有發(fā)光現(xiàn)象，主要就是由于這個原因。于這個原因。 n 在某些情況下，受激原子不能以輻射光量子的形在某些情況下，受激原子不能以輻射光量子的形式自發(fā)回到正常狀態(tài)式自發(fā)回到正常

27、狀態(tài),這時便稱為處于亞穩(wěn)狀態(tài)這時便稱為處于亞穩(wěn)狀態(tài),處于亞穩(wěn)狀態(tài)的原子稱為亞穩(wěn)原子。處于亞穩(wěn)狀態(tài)的原子稱為亞穩(wěn)原子。n 亞穩(wěn)原子可以借助兩種過程回復到正常狀態(tài)：亞穩(wěn)原子可以借助兩種過程回復到正常狀態(tài)：一是由電子再次碰撞或吸收相應的光量子一是由電子再次碰撞或吸收相應的光量子,升升到更高的能級到更高的能級,然后從這個能級輻射出光量子然后從這個能級輻射出光量子而回到常態(tài)。而回到常態(tài)。另一是通過與電子碰撞將能量轉化為電子的動另一是通過與電子碰撞將能量轉化為電子的動能能,它本身回到常態(tài)。它本身回到常態(tài)。n亞穩(wěn)原子的壽命約為亞穩(wěn)原子的壽命約為10-410-2秒；由于它秒；由于它壽命較長壽命較長,在放電中常

28、常起重要的作用。在放電中常常起重要的作用。 圖圖5.1所示為用于所示為用于PDP的典型氣體放電伏安的典型氣體放電伏安特性曲線。特性曲線。AC段是非自持放電段是非自持放電CD是自持的暗放電是自持的暗放電B點對應于擊穿電壓（即放電著火電壓）點對應于擊穿電壓（即放電著火電壓）EF段是正常輝光放電區(qū)段是正常輝光放電區(qū)FG段稱為反常輝光放電區(qū)段稱為反常輝光放電區(qū)5.2.1 氣體放電的全伏安特性氣體放電的全伏安特性有微弱的發(fā)光有微弱的發(fā)光 自然輻射照射陰極所自然輻射照射陰極所引起的電子發(fā)射和氣引起的電子發(fā)射和氣體的空間電離體的空間電離5.2.2 輝光放電的發(fā)光空間分布輝光放電的發(fā)光空間分布 圖圖5.2所示

29、，按輝光放電外貌及其微觀過所示，按輝光放電外貌及其微觀過程，從陰極到陽極大致可分為阿斯頓暗區(qū)、程，從陰極到陽極大致可分為阿斯頓暗區(qū)、陰極光層、陰極暗區(qū)、負輝區(qū)、法拉第暗區(qū)、陰極光層、陰極暗區(qū)、負輝區(qū)、法拉第暗區(qū)、正光柱區(qū)及陽極區(qū)等幾個區(qū)域。正光柱區(qū)及陽極區(qū)等幾個區(qū)域。 阿斯頓暗區(qū)：阿斯頓暗區(qū)：剛離開冷陰極的電子能量剛離開冷陰極的電子能量低，不能引起氣體原子激發(fā)和電離，陰極近低，不能引起氣體原子激發(fā)和電離，陰極近表面為暗區(qū)。表面為暗區(qū)。凡是電流通過氣體的現(xiàn)象即為氣體放電。凡是電流通過氣體的現(xiàn)象即為氣體放電。 陰極光層：陰極光層：電子加速，其能量可使氣體電子加速，其能量可使氣體原子激發(fā)產生輝光，這

30、就是陰極光層。原子激發(fā)產生輝光，這就是陰極光層。 陰極暗區(qū)：陰極暗區(qū)：電子能量再增加時，就能引電子能量再增加時，就能引起原子電離，產生大量離子與低速電子，此起原子電離，產生大量離子與低速電子，此過程不發(fā)可見光，該區(qū)域稱為陰極暗區(qū)。過程不發(fā)可見光，該區(qū)域稱為陰極暗區(qū)。 負輝區(qū)：負輝區(qū)：低速電子增加速度后，會引起低速電子增加速度后，會引起氣體原子激發(fā)，從而形成負輝區(qū)。再向陽極氣體原子激發(fā)，從而形成負輝區(qū)。再向陽極方向，還有幾個明暗相間的區(qū)域。方向，還有幾個明暗相間的區(qū)域。 法拉第暗區(qū)法拉第暗區(qū)：負輝區(qū)到正柱區(qū)的過渡區(qū)域。在本區(qū)中，電子能量很低，不發(fā)生激發(fā)或電離，因此是暗區(qū)。 正輝柱區(qū)正輝柱區(qū):與法

31、拉第暗區(qū)有明顯的邊界,是電子在法拉第暗區(qū)中受到加速，具備了激發(fā)和電離的能力后在本區(qū)中激發(fā)電離原子形成的，因發(fā)光明亮故又稱正輝柱。正輝柱區(qū)中電子、離子濃度很高(約10151016個/米3)，且兩者的濃度相等，因此稱為等離子體。正柱區(qū)具有良好的導電性能；但它對放電的自持來說，不是必要的區(qū)域。在短的放電管中，正柱區(qū)甚至消失；在長的放電管中，它幾乎可以充滿整個管子。正柱區(qū)中軸向電場強度很小，因此遷移運動很弱，擴散運動（即亂向運動）占優(yōu)勢。 輝光放電的基本特征：輝光放電的基本特征： 是一種穩(wěn)定的自持放電；是一種穩(wěn)定的自持放電； 放電電壓明顯低于著火電壓，其著火放電電壓明顯低于著火電壓，其著火電壓由巴邢定

32、律決定；電壓由巴邢定律決定； 放電時，放電空間呈現(xiàn)明暗相間的、放電時，放電空間呈現(xiàn)明暗相間的、有一定分布的光區(qū)；有一定分布的光區(qū)； 只有正光柱區(qū)部分屬于等離子區(qū)，其只有正光柱區(qū)部分屬于等離子區(qū)，其正負電荷密度相等，整體呈電中性；正負電荷密度相等，整體呈電中性； 放電依靠二次電子繁流維持。放電依靠二次電子繁流維持。 湯生理論的物理描述是：設外界催湯生理論的物理描述是：設外界催離素在陰極表面輻照出一個電子，這個離素在陰極表面輻照出一個電子，這個電子向陽極方向飛行，并與分子頻繁碰電子向陽極方向飛行，并與分子頻繁碰撞，其中一些碰撞可能導致分子的電離，撞，其中一些碰撞可能導致分子的電離，得到一個正離子和

33、一個電子。新電子和得到一個正離子和一個電子。新電子和原有電子一起，在原有電子一起，在電場加速下繼續(xù)前進電場加速下繼續(xù)前進,又又能引起分子的電離能引起分子的電離,電子電子數(shù)目便雪崩式地增長。數(shù)目便雪崩式地增長。這稱為電子繁流。這稱為電子繁流。 氣體放電過程應包括：啟始放電和穩(wěn)定放電。氣體放電是氣體放電過程應包括：啟始放電和穩(wěn)定放電。氣體放電是如何形成的呢？英國物理學家湯生（如何形成的呢？英國物理學家湯生（J.S.Townsend）在）在1910年第一個提出了年第一個提出了“雪崩雪崩”氣體放電理論，適用范圍是非自持暗氣體放電理論，適用范圍是非自持暗放電區(qū)及過渡區(qū)；放電區(qū)及過渡區(qū)；19311932年

34、，羅果夫斯基在考慮了空間電年，羅果夫斯基在考慮了空間電荷使放電間隙中荷使放電間隙中電場電場發(fā)生畸變，對湯生理論做了重要補充，使發(fā)生畸變，對湯生理論做了重要補充，使適用范圍擴展到了自持暗放電和輝光放電區(qū)。所以人們通常把適用范圍擴展到了自持暗放電和輝光放電區(qū)。所以人們通常把電子雪崩放電理論稱為湯生電子雪崩放電理論稱為湯生-羅果夫斯基理論。羅果夫斯基理論。 放電中產生的正離子最后都抵達陰極。正放電中產生的正離子最后都抵達陰極。正離子轟擊陰極表面時，使陰極產生電子發(fā)離子轟擊陰極表面時，使陰極產生電子發(fā)射；這種離子轟擊產生的射；這種離子轟擊產生的次級電子發(fā)射次級電子發(fā)射，稱為稱為r過程。過程。r過程使放

35、電出現(xiàn)新的特點過程使放電出現(xiàn)新的特點,這這就是：就是：r過程產生的次級電子也能參加繁流。過程產生的次級電子也能參加繁流。如果同一時間內，由于如果同一時間內，由于r過程產生的電子數(shù)過程產生的電子數(shù),恰好等于飛抵陽極的電子數(shù)，放電就能自恰好等于飛抵陽極的電子數(shù)，放電就能自行維持而不依賴于外界電離源，這時就轉行維持而不依賴于外界電離源，這時就轉化為自持放電?；癁樽猿址烹姟?放電管的平板電極間是均勻電場。當氣放電管的平板電極間是均勻電場。當氣體兩端的電壓緩慢上升時，初始階段只有體兩端的電壓緩慢上升時，初始階段只有10-16A的電流的電流氣體未放電氣體未放電，當電壓超過，當電壓超過某一值時，電流開始以指

36、數(shù)規(guī)律增加，這時某一值時，電流開始以指數(shù)規(guī)律增加，這時的放電一般稱為湯生放電。的放電一般稱為湯生放電。) 1(10ddeeII I0：初始電流；：初始電流；：電離系數(shù)；：電離系數(shù)；d：電極：電極間的距離；間的距離；為二次電子發(fā)射系數(shù)。為二次電子發(fā)射系數(shù)。5.2.3 巴邢定律巴邢定律自持放電的條件：自持放電的條件：1) 1(de)1ln(1d電離系數(shù)電離系數(shù) )exp(21EpCpC氣體的擊穿電壓或著火電壓氣體的擊穿電壓或著火電壓 )()11ln()ln(1112pdfpdCpdCUf 這就是巴邢定律，也是彩色這就是巴邢定律，也是彩色PDP工作工作的基本定律之一。的基本定律之一。 1dUEfd:

37、 電極距離（厘米）電極距離（厘米） p:氣壓（托）氣壓（托） 影響著火電壓因素：電極材料、表面狀影響著火電壓因素：電極材料、表面狀況。表面二次發(fā)射系數(shù)較高，有利于繁流產況。表面二次發(fā)射系數(shù)較高，有利于繁流產生和維持，引火裝置導入濃度較高的初始粒生和維持，引火裝置導入濃度較高的初始粒子，兩者都可降低著火電壓。子，兩者都可降低著火電壓。 令令 ，由前式可得著火電壓，由前式可得著火電壓Uf的最小值和相應的的最小值和相應的pd值，即值，即)11ln(72. 2)(11minCpd)11ln(72. 2112min,CCUf 0)(pdddUf5.2.3 巴邢定律巴邢定律 在給定的基本氣體中加入少量的雜

38、質氣在給定的基本氣體中加入少量的雜質氣體，如果雜質氣體的體，如果雜質氣體的電離電位電離電位小于小于基本氣體基本氣體的的亞穩(wěn)態(tài)能級亞穩(wěn)態(tài)能級，混合氣體的著火電壓會小于，混合氣體的著火電壓會小于基本氣體的著火電壓，這種現(xiàn)象稱為潘寧基本氣體的著火電壓，這種現(xiàn)象稱為潘寧（Penning）效應。）效應。 PDP用潘寧氣體降低器件的著火電壓。用潘寧氣體降低器件的著火電壓。5.2.4 潘寧效應潘寧效應 潘寧效應是因為基本氣體的潘寧效應是因為基本氣體的亞穩(wěn)態(tài)原子亞穩(wěn)態(tài)原子和和雜質氣體原子雜質氣體原子之間具有之間具有極高的碰撞幾率極高的碰撞幾率，從而提高了雜質氣體的從而提高了雜質氣體的電離截面電離截面，加速了雜

39、，加速了雜質氣體原子的質氣體原子的電離雪崩電離雪崩，降低了工作氣體的，降低了工作氣體的著火電壓。著火電壓。 Ne-Xe混合氣體在一定外部電壓作用混合氣體在一定外部電壓作用下產生氣體放電下產生氣體放電 ： e+NeNe+2e（電子碰撞電離）（電子碰撞電離） e+NeNe+2e（逐次電離）（逐次電離） e+NeNem+e（亞穩(wěn)激發(fā)）（亞穩(wěn)激發(fā)） e+XeXe+2e（電子碰撞電離）（電子碰撞電離）激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài) 由于由于Nem的亞穩(wěn)能級（的亞穩(wěn)能級（16.62eV）大于）大于Xe的電離能（的電離能（12.127eV），因此，亞穩(wěn)原子），因此，亞穩(wěn)原子Nem與與Xe原子碰撞過程為原子碰撞過程為： Nem

40、+XeNe+Xe+e 此為潘寧電離反應，這種反應產生的幾此為潘寧電離反應，這種反應產生的幾率極高，從而提高了氣體的電離截面，加速率極高，從而提高了氣體的電離截面，加速了了Nem的消失和的消失和Xe原子的電離雪崩。此外這原子的電離雪崩。此外這種反應的工作電壓比直接電離反應的要低，種反應的工作電壓比直接電離反應的要低，因此也降低了顯示器件的工作電壓。因此也降低了顯示器件的工作電壓。e+Xe+Xe（2P2或或2P6）十）十h Xe（2P5或或2P6）Xe（1S4或或1S5）+h（823nm、828nm） Xe（1S5）Xe（1S4） Xe（1S4）Xe+h（147nm） 潘寧電離反應與潘寧電離反應與

41、Xe逐級躍遷的示意逐級躍遷的示意圖如圖圖如圖5.6所示。所示。 高能級激發(fā)態(tài)高能級激發(fā)態(tài)低能級激發(fā)態(tài)低能級激發(fā)態(tài)諧振激發(fā)能級諧振激發(fā)能級5.3.1 PDP的結構的結構5.3.2 PDP的發(fā)光機理的發(fā)光機理5.3.3 PDP顯示單元等效電路顯示單元等效電路5.3.4 PDP的壁電荷和存儲特性的壁電荷和存儲特性5.3.5 PDP的工作原理的工作原理5.3 PDP的結構和特性的結構和特性 彩色彩色PDP發(fā)光顯示的發(fā)光顯示的兩個過程：兩個過程： 氣體放電過程，即隋性氣體在外加氣體放電過程，即隋性氣體在外加電壓信號的作用下產生放電，使原子受激而電壓信號的作用下產生放電，使原子受激而躍遷，躍遷， 發(fā)射出波

42、長發(fā)射出波長147nm 真空紫外線。真空紫外線。 熒光粉發(fā)光過程，即氣體放電所產熒光粉發(fā)光過程，即氣體放電所產生的紫外線，激發(fā)光致熒光粉發(fā)射可見光的生的紫外線，激發(fā)光致熒光粉發(fā)射可見光的過程。如圖過程。如圖5.5所示。所示。5.3.2 PDP的發(fā)光機理的發(fā)光機理 147nm的真空紫外光能量大，發(fā)光強度的真空紫外光能量大，發(fā)光強度高，所以彩色高，所以彩色PDP激發(fā)紅、綠、藍熒光粉發(fā)激發(fā)紅、綠、藍熒光粉發(fā)光，得到三基色，從而實現(xiàn)彩色顯示。光，得到三基色，從而實現(xiàn)彩色顯示。 真空紫外光照射到熒光粉表面時，一部真空紫外光照射到熒光粉表面時，一部分被反射，一部分被吸收，另一部分則透射分被反射，一部分被吸

43、收，另一部分則透射出熒光粉層。當熒光粉的基質吸收了真空紫出熒光粉層。當熒光粉的基質吸收了真空紫外光能量后，基態(tài)電子從原子的價帶躍遷到外光能量后，基態(tài)電子從原子的價帶躍遷到導帶，價帶中因為電子躍遷而出現(xiàn)空穴。導帶，價帶中因為電子躍遷而出現(xiàn)空穴。2、熒光粉發(fā)光過程、熒光粉發(fā)光過程 空穴因熱運動擴散到價帶頂后空穴因熱運動擴散到價帶頂后，被摻入被摻入熒光粉中的激活劑熒光粉中的激活劑（發(fā)光中心發(fā)光中心）俘獲。俘獲。 獲得獲得紫外紫外光子能量而躍遷到導帶的電子，光子能量而躍遷到導帶的電子，在導帶中運動，并很快在消耗能量后下降到在導帶中運動，并很快在消耗能量后下降到導帶底，然后與發(fā)光中心的空穴復合，放出導帶

44、底，然后與發(fā)光中心的空穴復合，放出一定波長的光。一定波長的光。 紅粉紅粉Y2O3：EU中中，EU3+是激活劑是激活劑、發(fā)光發(fā)光中心中心。2、熒光粉發(fā)光過程、熒光粉發(fā)光過程 交流交流PDP電極表面覆蓋介質，驅動波電極表面覆蓋介質，驅動波形是交流脈沖。當氣體著火后，產生的電形是交流脈沖。當氣體著火后，產生的電子和正離子沿外加電壓方向移動并聚積在子和正離子沿外加電壓方向移動并聚積在電極對應的介質表面，形成壁電荷。電極對應的介質表面，形成壁電荷。 由壁電荷會形成的壁電壓由壁電荷會形成的壁電壓Uw。 UwQwC0 壁電壓與外加電壓極性相反壁電壓與外加電壓極性相反。 5.3.4 PDP的壁電荷和存儲特性的

45、壁電荷和存儲特性 壁電荷使加在氣體兩端的電壓減弱，放壁電荷使加在氣體兩端的電壓減弱，放電停止。電停止。 外加電壓是交變的，電壓反向時，壁電外加電壓是交變的，電壓反向時，壁電荷產生的電場與外加電場荷產生的電場與外加電場正向疊加正向疊加而使放電而使放電空間的實際電壓增強，脈沖幅值大于著火電空間的實際電壓增強，脈沖幅值大于著火電壓壓Uf 時時 ，放電再次發(fā)生。放電再次發(fā)生。fsmUUU最小維最小維持電壓持電壓著火電壓著火電壓有足夠壁電荷與有足夠壁電荷與之疊加則之疊加則點亮點亮無壁電荷（或無壁電荷（或不足）則不足）則熄火熄火fsmUUU維持電壓脈沖幅值：U 當單元施加這一幅值范圍的交流脈沖時，當單元施

46、加這一幅值范圍的交流脈沖時，如果單元原先是如果單元原先是“點亮點亮”的，此后的狀態(tài)仍的，此后的狀態(tài)仍為為“點亮點亮”，原來是，原來是“熄火熄火”的仍為的仍為“熄熄火火”，記憶了單元的歷史。只有當外加一定，記憶了單元的歷史。只有當外加一定特征的脈沖改變單元內的壁電荷，特征的脈沖改變單元內的壁電荷，“點亮點亮”、 “熄火熄火”狀態(tài)才會發(fā)生改變。這一特征即為狀態(tài)才會發(fā)生改變。這一特征即為交流交流PDP的存儲特性，如圖的存儲特性，如圖5.9所示。利用交所示。利用交流流PDP的存儲方式工作可以實現(xiàn)的存儲方式工作可以實現(xiàn)PDP的大容的大容量顯示而不影響量顯示而不影響PDP的亮度。的亮度。 顯示屏上第一次出

47、現(xiàn)一個點亮單元的電顯示屏上第一次出現(xiàn)一個點亮單元的電壓稱為最小著火電壓壓稱為最小著火電壓Uf1，把正好使所有單，把正好使所有單元全亮的電壓定義為最大著火電壓元全亮的電壓定義為最大著火電壓Ufn。 定義出現(xiàn)第一個單元開始熄火時的電壓定義出現(xiàn)第一個單元開始熄火時的電壓為最大熄火電壓為最大熄火電壓Usm1，定義使熄火的單元減，定義使熄火的單元減少到只剩一個點亮單元的維持電壓為最小熄少到只剩一個點亮單元的維持電壓為最小熄火電壓火電壓Usmn。11sfsmUUU靜態(tài)維持工靜態(tài)維持工作范圍作范圍存貯容限存貯容限最小著最小著火電壓火電壓最大熄最大熄火電壓火電壓 AC-PDP工作時，所有行、列電極之工作時，所

48、有行、列電極之間都加上交變的維持電壓脈沖間都加上交變的維持電壓脈沖Us，其幅值，其幅值不足以點燃單元放電，但能維持已有的放不足以點燃單元放電，但能維持已有的放電，此時各行、列電極交點形成的像素均電，此時各行、列電極交點形成的像素均未改變放電發(fā)光情況。未改變放電發(fā)光情況。PDP的擦寫工作原的擦寫工作原理如圖理如圖5.12所示。所示。 在被選單元相對應的一對電極間疊加在被選單元相對應的一對電極間疊加一個書寫脈沖，其幅值超過著火電壓一個書寫脈沖，其幅值超過著火電壓Uf，則該單元產生放電而發(fā)光。則該單元產生放電而發(fā)光。幾百納秒幾百納秒壁電壓壁電壓 如要停止已放電單元的放電，可在維持如要停止已放電單元的

49、放電，可在維持脈沖之前加入一個擦除脈沖，它產生一個弱脈沖之前加入一個擦除脈沖，它產生一個弱放電，抵消原來存在介質表面的電荷，即不放電，抵消原來存在介質表面的電荷，即不產生足夠的新的壁電荷，維持電壓倒向后沒產生足夠的新的壁電荷，維持電壓倒向后沒有足夠的壁電荷電場與之相加，放電就不能有足夠的壁電荷電場與之相加，放電就不能繼續(xù)發(fā)生，轉入熄火狀態(tài)。繼續(xù)發(fā)生，轉入熄火狀態(tài)。圖圖5.125.4.1 PDP的的ADS驅動原理驅動原理5.4.2 實現(xiàn)灰度顯示的子場驅動法實現(xiàn)灰度顯示的子場驅動法5.4.3 PDP驅動電路框圖驅動電路框圖5.4.4 PDP的動態(tài)偽輪廓現(xiàn)象的動態(tài)偽輪廓現(xiàn)象及及克服克服5.4 PDP

50、的驅動與控制的驅動與控制 電極連接：電極連接：所有維持電極所有維持電極X相連相連接接維持維持驅動電路驅動電路；掃描電極；掃描電極Y由掃描驅動電路和維由掃描驅動電路和維持電路驅動；選址電極持電路驅動；選址電極A由選址電路驅動。由選址電路驅動。 ADS（Address and Display Separation）方式方式選址與顯示分離方式，是目前最常選址與顯示分離方式，是目前最常用的。圖用的。圖5.13所示為所示為ADS工作方式在每一場工作方式在每一場內加在顯示屏各電極上的具體的工作波形，內加在顯示屏各電極上的具體的工作波形，所不同的是各場的維持時間。所不同的是各場的維持時間。5.4.1 PDP

51、的的ADS驅動原理驅動原理 ADS方式在每場內分為方式在每場內分為3個工作階段：個工作階段：初始化階段、選址階段及維持階段。初始化階段、選址階段及維持階段。 1、初始化階段：、初始化階段： X電極上施加一高電壓正脈沖，幅度遠電極上施加一高電壓正脈沖，幅度遠高于高于X、Y電極間著火電壓，使所有單元均電極間著火電壓，使所有單元均能產生一次強烈的放電。能產生一次強烈的放電。 產生的壁電壓大于氣體的著火電壓，使產生的壁電壓大于氣體的著火電壓，使單元在正脈沖過去后產生自放電，消除單元單元在正脈沖過去后產生自放電，消除單元內的壁電荷。自放電過程較慢。內的壁電荷。自放電過程較慢。5.4.1 PDP的的ADS

52、驅動原理驅動原理 對自放電中未消除的壁電荷放大：在對自放電中未消除的壁電荷放大：在Y電極上施加一正脈沖，使有壁電荷的單元產電極上施加一正脈沖，使有壁電荷的單元產生一次放電。無壁電荷的不再放電，故不會生一次放電。無壁電荷的不再放電，故不會產生新的壁電荷。然后，在產生新的壁電荷。然后，在Y電極上再施加電極上再施加一個負脈沖，使壁電壓極性轉向。一個負脈沖，使壁電壓極性轉向。 消除第二階段產生的壁電荷，以確保下消除第二階段產生的壁電荷，以確保下一步選址時，單元內的壁電荷對選址不致于一步選址時，單元內的壁電荷對選址不致于造成影響。在所有的造成影響。在所有的Y電極上加一幅度逐漸電極上加一幅度逐漸上升的斜坡

53、脈沖。上升的斜坡脈沖。1、初始化階段、初始化階段 選址是在選址是在A、Y電極間進行的，一次選電極間進行的，一次選一行，選中行的一行，選中行的Y電極加一負脈沖，需選址電極加一負脈沖，需選址單元的單元的A電極加數(shù)據(jù)信號（正脈沖），使電電極加數(shù)據(jù)信號（正脈沖），使電壓壓UAY大于著火電壓大于著火電壓Uf，選址時，選址時X電極上加了電極上加了正電平，選址放電在正電平，選址放電在X、Y電極上的介質表電極上的介質表面形成壁電荷。某行選址時，其面形成壁電荷。某行選址時，其他行他行Y電極電極上加的負電壓不能導致上加的負電壓不能導致A、Y間放電間放電。2、選址階段、選址階段 屏上所有行均選址后，所有選址單元內屏

54、上所有行均選址后，所有選址單元內均產生了均產生了壁電荷壁電荷和和壁電壓壁電壓，相當于將一子場，相當于將一子場的圖像信號用壁電荷寫入相應的單元內。的圖像信號用壁電荷寫入相應的單元內。 3、維持階段：、維持階段： 維持是在維持是在X、Y電極間進行的，維持的電極間進行的，維持的第一個脈沖第一個脈沖必須必須與與選址單元內的選址單元內的壁電壓的壁電壓的極極性相同性相同，以確保所加維持脈沖的幅度和壁電，以確保所加維持脈沖的幅度和壁電壓之和大于壓之和大于X、Y電極間的著火電壓，產生電極間的著火電壓，產生用于顯示的放電。用于顯示的放電。 隨著放電的進行，單元內的壁電荷由逐漸減少隨著放電的進行，單元內的壁電荷由逐漸減少直到無壁電壓，最后過渡到反向積累，到放電結束直到無壁電壓，最后過渡到反向積累，到放電結束時，壁電壓的極性與放電之前極性相反。下一個極時，壁電壓的極性與放電之前極性相反。下一個極性相反的脈沖到來時與上一脈沖剛好極性相反，因性相反的脈沖到來時與上一脈沖剛好極性相反，因此，此，第二個脈沖到來后第二個脈沖到來后，剛好與上一次放電產生的，剛好與上一次放電產生的壁電壓極性相