光電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)液晶和等離子體顯示原理及應(yīng)用

1、河北科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)： * *專業(yè)班級(jí)：*課程名稱：光電子技 術(shù)課程設(shè)計(jì)學(xué)年學(xué)期：2016 2017學(xué)年第2學(xué)期指導(dǎo)教師：2 0 17年6月課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表學(xué)生姓名學(xué)號(hào)成績(jī)專業(yè)班級(jí)起止時(shí)間2017.6.262017.6.30設(shè)計(jì)題目液晶和等離子體顯示原理及應(yīng)用指 導(dǎo) 教 師 評(píng) 語(yǔ)指導(dǎo)教師：年 月 日目錄液晶顯示原理及應(yīng)用1、液晶的概念(Liquid Crystal)2、液晶的電光特性3、液晶顯示原理4、液晶顯示器件的采光技術(shù)5、液晶顯示應(yīng)用等離子體顯示原理及應(yīng)用1、等離子顯示器2、等離子體顯示技術(shù)的研究現(xiàn)狀3、等離子體顯示技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)一.液晶顯示及原理1、液晶的概念

2、(Liquid Crystal)液晶顯示器是以液晶為基本材料的組件，由于液晶是介于固態(tài)和液態(tài)之間，不但具有固態(tài) 晶體光學(xué)特性，又具有液態(tài)流動(dòng)特性，所以液晶可以說(shuō)是處于一個(gè)中間相的物質(zhì)。而要了解液 晶的所產(chǎn)生的光電效應(yīng)，我們必須先來(lái)解釋液晶的物理特性，包括它的黏性(visco-sity)與 彈性(elasticity)和其極化性(polarizalility)。液晶的黏性和彈性從流體力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái) 看，可說(shuō)是一個(gè)具有排列性質(zhì)的液體，依照作用力量的不同方向，會(huì)有不同的效果。就好像是 將一簇細(xì)短木棍扔進(jìn)流動(dòng)的河水中，短木棍隨著河水流著，起初顯得凌亂，過(guò)了一會(huì)兒，所有 短木棍的長(zhǎng)軸都自然的變成與河水流動(dòng)

3、的方向一致，達(dá)到排列狀態(tài)，這表示黏性最低的流動(dòng)方 式，也是流動(dòng)自由能最低的一個(gè)物理模型。此外，液晶除了有黏性的特性反應(yīng)外，還具有彈性的表現(xiàn)，它們都是對(duì)于外加的力，呈現(xiàn) 出方向性的特點(diǎn)。也因此光線射入液晶物質(zhì)中，必然會(huì)按照液晶分子的排列方式傳播行進(jìn)，產(chǎn) 生了自然的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象。至于液晶分子中的電子結(jié)構(gòu)，都具備著很強(qiáng)的電子共軛運(yùn)動(dòng)能力，所以， 當(dāng)液晶分子受到外加電場(chǎng)的作用，便很容易的被極化產(chǎn)生感應(yīng)偶極性(induced dipolar)，這 也是液晶分子之間互相作用力量的來(lái)源。而一般電子產(chǎn)品中所用的液晶顯示器，就是利用液晶 的光電效應(yīng)，藉由外部的電壓控制，再通過(guò)液晶分子的光折射特性，以及對(duì)光線的偏轉(zhuǎn)能

4、力來(lái) 獲得亮暗差別(或者稱為可視光學(xué)的對(duì)比)，進(jìn)而達(dá)到顯像的目的。2、液晶的電光特性液晶同固態(tài)晶體一樣具有特異的光學(xué)各向異性。而且這種光學(xué)各向異性伴隨分子的排列結(jié) 構(gòu)不同將呈現(xiàn)不同的光學(xué)形態(tài)。例如，選擇不同的初期分子取向和液晶材料，將分別得到旋光 性、雙折射性、吸收二色性、光散射性等各種形態(tài)的光學(xué)特性。一旦使分子取向發(fā)生變化，這 些光學(xué)特性將隨之變化，于是在液晶中傳輸?shù)墓饩褪艿秸{(diào)制。由此可見(jiàn)，變更分子的排列狀態(tài) 即可實(shí)行光調(diào)制。由于液晶是液體，分子排列結(jié)構(gòu)不象固態(tài)晶體那樣牢固。另一方面液晶又具有顯著的介電 各向異性和自發(fā)偶極子P0。一旦給液晶層施加上電壓，則在介電各向異性和自發(fā)偶極 子P0和電

5、場(chǎng)的相互作用下，分子排列狀態(tài)很容易發(fā)生變化。因此利用外加電場(chǎng)即可改變液晶分 子取向，產(chǎn)生調(diào)制。這種由電場(chǎng)產(chǎn)生的光調(diào)制現(xiàn)象叫做液晶的電光效應(yīng)( electro-optic effect)。它是液晶顯示的基礎(chǔ)。這種光學(xué)特性可通過(guò)表面處理、液晶材料選擇、電壓及其頻率的選擇獲得。3、液晶顯示原理(1)液晶的物理特性液晶的物理特性是：當(dāng)通電施加上電場(chǎng)時(shí)，液晶排列變得有秩序，使光線容易通過(guò)；不通 電時(shí)排列混亂，阻止光線通過(guò)。讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透，從技術(shù)上說(shuō)，液晶面板 包含了兩片相當(dāng)精致的無(wú)鈉玻璃薄板，中間夾著一層液晶。當(dāng)光束通過(guò)這層液晶時(shí)，液晶本身 會(huì)一排排站立或扭轉(zhuǎn)呈不規(guī)則狀，因而阻隔或使光

6、束順利通過(guò)。大多數(shù)液晶都屬于有機(jī)復(fù)合物， 由長(zhǎng)棒狀的分子構(gòu)成。在自然狀態(tài)下，這些棒狀分子的長(zhǎng)軸大致平行。但將液晶倒入一個(gè)經(jīng)精 良加工的開(kāi)槽平面，液晶分子長(zhǎng)軸會(huì)順著槽排列。所以，假如那些槽非常平行，則各分子也是 完全平行的。（2）液晶顯示的主要工作模式由液晶顯示的四種基本原理而派生出多種工作模式。主要有：TN模式、STN模式、FLC模和 液晶-聚合物模式等。由于液晶顯示的眾多不同分支，本章只介紹目前應(yīng)用得最為廣泛的 TFT-LCD中使用的TN模式。TN模式是在1971年由Schadt等人發(fā)表的，它是在液晶顯示中最早獲得廣泛應(yīng)用的一種模 式。由于它具有電壓低，功耗小，壽命長(zhǎng)以及易于實(shí)現(xiàn)多灰度、全彩

7、色顯示等特點(diǎn)，使它始終 成為液晶顯示的主流工作模式。它是利用液晶材料的旋光性，采用電壓調(diào)光的工作原理。TN模式液晶顯示器件的基本構(gòu)成：在涂有透明電極的兩塊玻璃之間夾有介電各向異性為正 的向列相液晶，液晶厚度約為幾微米，電極表面做平行取向處理。為使液晶分子成90扭曲排 列，上下基板的取向方向?yàn)檎辉O(shè)置，同時(shí)，為防止液晶層出現(xiàn)疇區(qū)等缺陷，在取向上要設(shè)置 12。的預(yù)傾角，并在液晶中摻入能形成單一右旋或左旋的手性材料。盒子外側(cè)的兩片偏振 片有兩種設(shè)置方式：一是起偏器光軸和檢偏器光軸分別平行（或垂直）于入射側(cè)和出射側(cè)分子 取向方向，呈正交狀態(tài)，稱之為常白方式。另一種是起偏器光軸平行（或垂直）于入射側(cè)分子

8、 取向方向，而檢偏器的光軸垂直（或平行）于出射側(cè)分子取向，兩偏振片光軸呈平行狀態(tài)。稱 之為常黑模式。TN型液晶顯示（LCD）原理LCD技術(shù)是把液晶灌入兩個(gè)列有細(xì)槽的平面之間。這兩個(gè)平面上的槽互相垂直（相交成90 度）。也就是說(shuō)，若一個(gè)平面上的分子南北向排列，則另一平面上的分子?xùn)|西向排列，而位于兩 個(gè)平面之間的分子被強(qiáng)迫進(jìn)入一種90扭轉(zhuǎn)的狀態(tài)。由于光線順著分子的排列方向傳播，所以 光線經(jīng)過(guò)液晶時(shí)也被扭轉(zhuǎn)90。但當(dāng)液晶上加一個(gè)電壓時(shí)，分子便會(huì)重新垂直排列，使光線能 直射出去，而不發(fā)生任何扭轉(zhuǎn)LCD是依賴極化濾光器（片）和光線本身，自然光線是朝四面八方隨機(jī)發(fā)散的。極化濾光器 實(shí)際是一系列越來(lái)越細(xì)的平

9、行線。這些線形成一張網(wǎng)，阻斷不與這些線平行的所有光線。極化 濾光器的線正好與第一個(gè)垂直，所以能完全阻斷那些已經(jīng)極化的光線。只有兩個(gè)濾光器的線完 全平行，或者光線本身已扭轉(zhuǎn)到與第二個(gè)極化濾光器相匹配，光線才得以穿透。LCD正是由這樣兩個(gè)相互垂直的極化濾光器構(gòu)成，所以在正常情況下應(yīng)該阻斷所有試圖穿 透的光線。但是，由于兩個(gè)濾光器之間充滿了扭曲液晶，所以在光線穿出第一個(gè)濾光器后，會(huì) 被液晶分子扭轉(zhuǎn)90度，最后從第二個(gè)濾光器中穿出。另一方面，若給液晶加一個(gè)電壓，分子又 會(huì)重新排列并完全平行，使光線不再扭轉(zhuǎn)，所以正好被第二個(gè)濾光器擋住。總之，加電將光線 阻斷，不加電則使光線射出。通常顯像面積上亮區(qū)域都比

10、黑區(qū)域大，所以這種方式有利于省電。從液晶顯示器的結(jié)構(gòu)來(lái)看，無(wú)論是筆記本電腦還是桌面系統(tǒng)，采用的LCD顯示屏都是由不 同部分組成的分層結(jié)構(gòu)。LCD由兩塊玻璃板構(gòu)成，厚共約1mm，其間由包含有液晶（LC）材料的5 “m均勻間隔隔開(kāi)。因?yàn)橐壕Р牧媳旧聿⒉话l(fā)光，所以在顯示屏兩邊都設(shè)有作為光源的燈管， 而在液晶顯示屏背面有一塊背光板（或稱勻光板）和反光膜，背光板是由熒光物質(zhì)組成的在燈 管照射下可以再發(fā)射光線，其作用主要是提供均勻的背景光源。背光板發(fā)出的光線在穿過(guò)第一 層偏振過(guò)濾層之后進(jìn)入包含成千上萬(wàn)水晶液滴的液晶層。液晶層中的水晶液滴都被包含在細(xì)小 的單元格結(jié)構(gòu)中，一個(gè)或多個(gè)單元格構(gòu)成屏幕上的一個(gè)像素。

11、在玻璃板與液晶材料之間是透明 的電極，電極分為行和列，在行與列的交叉點(diǎn)上，通過(guò)改變電壓進(jìn)而改變液晶的旋光狀態(tài)。液 晶材料的作用類似于一個(gè)個(gè)小的光閥。在液晶材料的周邊是控制電路部分和驅(qū)動(dòng)電路部分。當(dāng) LCD中的電極產(chǎn)生電場(chǎng)時(shí)，液晶分子就會(huì)產(chǎn)生扭曲，從而將穿越其中的光線進(jìn)行有規(guī)則的扭轉(zhuǎn) 折射，然后經(jīng)過(guò)第二過(guò)濾層的過(guò)濾，最后在屏幕上顯示出來(lái)。（3）彩色再現(xiàn)：目前對(duì)于液晶顯示而言，主要采用加法混色法來(lái)再現(xiàn)彩色。根據(jù)三色學(xué)說(shuō)和顏色混合定律， 很容易理解加法混色的工作原理。加法混色采用紅（Red）、綠（Green）、藍(lán)（Blue）三基色， 簡(jiǎn)稱RGB混色法?；旌仙墓庾V為：I（X）=aI（X）L -T（X

12、）+ K -T（X）+ K -T 點(diǎn)0r rg gb b TOC o 1-5 h z T（X），T（X）, T（X）分別為對(duì)應(yīng)腳注顏色的光譜，K、K、K分別表示各種顏色強(qiáng)度的系數(shù)， rgbrgba是入射光利用率的系數(shù)，10（X）表示入射光的光譜。IR400500600700波長(zhǎng)（皿）加法混色三基色透射光譜彩色液晶顯示器一般是通過(guò)控制所施加的電壓大小，使各K值在01之間變化，從而控制所顯 示的顏色。4、液晶顯示器件的采光技術(shù)液晶顯示器件是被動(dòng)型顯示器件，它本身不會(huì)發(fā)光，是靠調(diào)制外界光實(shí)現(xiàn)顯示的。外界光 是顯示器件進(jìn)行顯示的前提條件。因此在液晶顯示裝配、使用中，要解決采光問(wèn)題。目前液晶 顯示的采光

13、技術(shù)分為自然光采光技術(shù)和外光源設(shè)置技術(shù)。而外光源設(shè)置有背光源，前光源和投 影光源三種技術(shù)。這里主要介紹TFT-LCD的背光源技術(shù)。背光源采光技術(shù)的兩大任務(wù)是：使液晶顯示器件在有無(wú)外界光的環(huán)境下都能夠使用；提高背景光亮度，改善顯示效果。液晶顯示背光源的特點(diǎn)：亮度均勻一致，能形成均勻的面光源；亮度高，并可調(diào)亮度范圍；平板、薄型，適于裝配；重量輕；光色悅目、基色準(zhǔn)確、對(duì)液晶顯示器件有較好的透過(guò)能力；功耗低，效率高；在目前的TFT-LCD中采用的是冷陰極熒光燈（CCF）為背光源的。這是一種依靠冷陰極氣體 放電，激發(fā)熒光粉而發(fā)光的光源。摻有少量水銀的稀薄氣體在高電壓下會(huì)產(chǎn)生電離，被電離的 氣體的二次電子

14、發(fā)射，轟擊水銀蒸氣，使水銀蒸氣被激發(fā)，發(fā)射出紫外線，紫外線激發(fā)涂布于 管壁的熒光粉層，使其發(fā)光。由于電致發(fā)光的熒光粉品種齊全，轉(zhuǎn)化率高，所以這種光源可制 成三基色準(zhǔn)確、色溫高、亮度高的理想光源。冷陰極熒光燈大都做成管型，所以CCF是管型線 光源，用作液晶顯示背光源時(shí)，必須將其變?yōu)槊婀庠?。要?shí)現(xiàn)線光源到面光源的轉(zhuǎn)變，需要在 液晶顯示模塊后加背光板，這樣可以使光源均勻的通過(guò)濾色膜產(chǎn)生RGB三基色，通過(guò)液晶材料 的光調(diào)制就可以實(shí)現(xiàn)彩色顯示效果。5、液晶顯示應(yīng)用液晶顯示器件的優(yōu)異特性決定了它在各類顯示器件中的地位。只有20余年液晶顯示就改變了幾百年的鐘表計(jì)時(shí)行業(yè)，電子計(jì)算器已經(jīng)人人必備，智能化儀器儀表

15、使用了液晶顯 示使它可以成為便攜式。各種電腦改變了人類生活方式，甚至改變了戰(zhàn)爭(zhēng)形式。液晶作 為一種特殊的功能材料，具有極其廣泛的應(yīng)用價(jià)值。隨著以液晶顯示器件為主的各類液 晶產(chǎn)品的出現(xiàn)和發(fā)展，液晶已經(jīng)深入到各行各業(yè)以及社會(huì)生活的各個(gè)角落。二、等離子體顯示原理及應(yīng)用1等離子顯示器1.1等離子顯示器的工作原理PDP是一種利用氣體放電的顯示技術(shù)，其工作原理與日光燈很相似。它采用了等離子管作 為發(fā)光元件，通過(guò)在管子兩端的激勵(lì)電極上加入電壓，使放電空間內(nèi)的混合惰性氣體電離成一 種特殊物理狀態(tài)一一電漿狀態(tài)，同時(shí)發(fā)生等離子體放電現(xiàn)象。氣體等離子體放電產(chǎn)生紫外線， 紫外線激發(fā)熒光屏，熒光屏見(jiàn)光，發(fā)射出可顯現(xiàn)出圖

16、像。當(dāng)使用涂有三原色（也稱三基色）熒 光粉的熒光屏?xí)r，紫外線激發(fā)熒光屏，熒光屏發(fā)出的光則呈紅、綠、藍(lán)三原色。當(dāng)每一原色單 元實(shí)現(xiàn)256級(jí)灰度后再進(jìn)行混色，便實(shí)現(xiàn)彩色顯示。等離子管組成原如切災(zāi)光體蟬地址電很黃元耗藍(lán)）圖1等離子管組成原理1.2等離子顯示器的特點(diǎn)等離子顯示器是采用了近幾年來(lái)高速發(fā)展的等離子平面屏幕技術(shù)的新一代顯示設(shè)備。這種顯示 器的主要特點(diǎn)是圖像真正清晰逼真，在室外及普通居室光線下均可視，可提供在任何環(huán)境下的 大屏視角，不會(huì)因磁場(chǎng)影響產(chǎn)生色彩、幾何失真及噪音等優(yōu)勢(shì)。具體有以下比較突出的特點(diǎn)： 亮度、對(duì)比度高；色彩還原性好；顯示效果非常出色；純平面圖像無(wú)扭曲；超薄設(shè)計(jì)、超寬視 角；具

17、有齊全的輸人接口，可接駁市面上幾乎所有的信號(hào)源；具有良好的防電磁干擾功能；環(huán) 保無(wú)輻射；散熱性能好；無(wú)噪音困擾。1.3等離子顯示器的分類PDP產(chǎn)品根據(jù)限制電流的方式或是在放電時(shí)所施加的電壓形式可簡(jiǎn)單分為DC型PDP和AC 型PDP兩種。DC型PDP是以直流（DC）電壓?jiǎn)?dòng)放電并用電阻來(lái)限制放電電流的大小，其結(jié)構(gòu) 較復(fù)雜，容易在等離子體放電時(shí)受到離子碰撞導(dǎo)致?lián)p壞及劣化，縮短PDP壽命，很難設(shè)計(jì)電路 并且無(wú)法有效控制產(chǎn)品的質(zhì)量；AC型PDP在放電電極上覆蓋有透明介電層與耐離子撞擊的保護(hù) 層，可以利用交流（AC）電壓在介電層表面引發(fā)放電，其電極上覆蓋有保護(hù)層耐離子撞擊，壽 命較DC型長(zhǎng)。由于AC型P

18、DP有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，因此目前PDP產(chǎn)品是以AC型PDP 為主流。2等離子體顯示技術(shù)的研究現(xiàn)狀2.1 PDP結(jié)構(gòu)技術(shù)的研究PDP結(jié)構(gòu)技術(shù)的研發(fā)工作一直圍繞著障壁技術(shù)、電極的制造工藝和材料進(jìn)行。在AC-PDP器 件中，障壁的主要作用有兩點(diǎn)：一是保證兩塊基板間的放電間隙，確保一定的放電空間；二是 防止相鄰單元間的光點(diǎn)串?dāng)_。對(duì)障壁幾何尺寸的要求是寬度應(yīng)盡可能窄，以增大單元的開(kāi)口率， 提高器件亮度，同時(shí)要求高度一致、形狀勻稱。障壁的主要制作技術(shù)有絲網(wǎng)印刷法、噴沙法， 現(xiàn)在又提出并試驗(yàn)成功了許多新工藝，如光敏漿料法、模壓法、玻璃原料成型技術(shù)、刻蝕研磨 法。目前噴沙法是制作障壁的主流技術(shù)。障壁的形

19、成是PDP制造中最關(guān)鍵也是最困難的工藝。 所以開(kāi)發(fā)工藝簡(jiǎn)單，材料成本低的障壁制作技術(shù)是一項(xiàng)降低PDP成本的有效措施。因此，各PDP 制造公司和研究機(jī)構(gòu)對(duì)于新型障壁制作方法的研究開(kāi)發(fā)十分積極。PDP的電極也起著舉足輕重 的作用：透明電極、匯流電極和尋址電極材料的選擇和制作工藝由器件對(duì)其的光電要求決定， 要考慮到導(dǎo)電性、對(duì)基板的附著力和保護(hù)介質(zhì)的兼容性，同時(shí)又要在工藝滿足簡(jiǎn)易性和經(jīng)濟(jì)性。 透明電極一般是用ITO制成，為了增強(qiáng)它的導(dǎo)電性，在這上面加做一條金屬匯流電極(bus電 極)，尋址電極一般是厚膜Ag電極。現(xiàn)在已有研究機(jī)構(gòu)提出了用柵極Cr/Cu/Cr電極結(jié)構(gòu)來(lái)代 替原來(lái)傳統(tǒng)的顯示電極。常見(jiàn)的PD

20、P結(jié)構(gòu)有Waffle障壁和T型電極結(jié)構(gòu)、Delta蜂窩狀單元及彎曲障壁結(jié)構(gòu)、CSP 結(jié)構(gòu)、不等寬結(jié)構(gòu)和CCF(彩色濾光)膜結(jié)構(gòu)。采用Waffle障壁結(jié)構(gòu)可擴(kuò)大熒光體所占比例，提高20%的發(fā)光效率。此外，采用T字型透 明電極來(lái)抑制放電峰值電流，以此來(lái)提高發(fā)光效率。目前，先鋒公司研制的新結(jié)構(gòu)表面放電型 的AC-PDP就是采用了 Waffle障壁結(jié)構(gòu)和T型電極以及新型綠、藍(lán)熒光粉，并提高放電氣體 中的氙氣含量，使得42英寸PDP的發(fā)光效率提高到1.8lm/W，白場(chǎng)峰值亮度提高到900cd/m2， 功耗降到380W，但有電極對(duì)位和排氣上的困難。富士通公司開(kāi)發(fā)的彎曲障壁AC-PDP的像素結(jié)構(gòu)為像素三角形

21、排列和彎曲形障壁(Meander ribs )結(jié)構(gòu)，即所謂的DelTA(Delta Tri 2colorArrangement)結(jié)構(gòu)。其設(shè)計(jì)思想是增大熒光粉 的涂覆面積，增加單元中的有效發(fā)光面積，從而使亮度和光效都得到提高，同時(shí)備有一定的排 氣管道。如像素大小為1.08mm的DelTA結(jié)構(gòu)，亮度為200cd/m2時(shí)發(fā)光效率可達(dá)3lm/W白場(chǎng)峰 值高達(dá)1000cd/m2，實(shí)現(xiàn)了高亮度高光效，并使排氣暢通，但是提高了對(duì)電極對(duì)位精度的要求。韓國(guó)LG公司提出CSP (charge storage pad)結(jié)構(gòu)，在透明介質(zhì)層與MgO保護(hù)膜之間添 加一形狀為方形，相互間隔離并與外電路分離、處于浮動(dòng)狀態(tài)的透

22、明導(dǎo)電材(ITO)，該導(dǎo)電體可 以起屏蔽和增加電容，儲(chǔ)藏電荷的作用。同時(shí)還可以平抑電流強(qiáng)度，延長(zhǎng)放電時(shí)間，提高發(fā)光 效率。又由于浮動(dòng)狀態(tài)的CSP塊與維持電極相比電壓較低，所以電荷被限制在CSP塊之間，所 以還能起到降低串?dāng)_的作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CSP與普通結(jié)構(gòu)相比，發(fā)光效率提高1.6倍，而 且亮度也提高了 1.6倍。Waffle結(jié)構(gòu)和Delta結(jié)構(gòu)中RGB三色熒光粉都是等寬的，但考慮到在RGB三色熒光粉發(fā)光 效率不一致，而且衰減也不一致，這就帶來(lái)色溫和色平衡的壽命問(wèn)題。特別是藍(lán)色熒光粉目前 還存在發(fā)光效率偏低和衰減較快的問(wèn)題，所以除了從熒光粉著手外還可以從單元結(jié)構(gòu)入手。松下公司提出的非對(duì)稱單元

23、結(jié)構(gòu)，特別擴(kuò)大了藍(lán)色熒光粉的面積，成功地解決了色溫偏低 的問(wèn)題，使色溫偏差可以高于10000K，解決了色溫和色平衡的問(wèn)題。但是，這樣的結(jié)構(gòu)同時(shí)也 會(huì)帶來(lái)單元工作電壓偏差范圍增大的問(wèn)題。NEC公司則通過(guò)在前基板上添加彩色濾光膜(CCF)的方法來(lái)改善屏的色溫和對(duì)比度，將CCF 制作在顯示電極(X、Y電極)與介質(zhì)層之間，并與后基板上配置的三色熒光粉相對(duì)應(yīng)，能擴(kuò)大彩 色再現(xiàn)范圍，達(dá)到10000K左右的白場(chǎng)色溫，提高對(duì)比度。Plasmaco提出的柵型Cr/Cu/Cr電極結(jié)構(gòu)，成功應(yīng)用于60英寸AC型PDP。位于前基板的 每條顯示電極(X、Y電極)都由三條很細(xì)的Cr/Cu/Cr薄膜電極組成，它們提供了與透

24、明電極類 似的較大放電區(qū)域和電容。一方面，當(dāng)一根或二根電極斷路時(shí)，可以保持導(dǎo)電；另一方面，提 高了開(kāi)口率從而提高了亮度。由于金屬Cr較易氧化成黑色，這又可以提高對(duì)比度。另外，由于 Cr/Cu/Cr電極無(wú)須高溫工藝，因此可采用普通鈉鈣硅玻璃，降低了材料成本。但Cr/Cu/Cr電 極制造過(guò)程也比較復(fù)雜，須采用濺射工藝，而且在刻蝕中使用三種不同刻蝕液，須經(jīng)三次刻蝕， 并且存在邊蝕等工藝難題。這一結(jié)構(gòu)的商業(yè)化生產(chǎn)還處于研究之中。障壁材料的選擇在整個(gè)障壁制作中也十分重要，直接關(guān)系著障壁的制作工藝的難易和制作 成本的高低。普通的絲網(wǎng)印刷采用的是低熔點(diǎn)玻璃粉材料。噴沙法先用耐噴沙的光敏膠或光敏 干膜用光刻法

25、制成圖形，噴沙時(shí)利用障壁材料和光敏膠的選擇性刻蝕形成障壁圖形，再經(jīng)去膠 和燒結(jié)而成。但是這兩種方法都存在成本高，成品率低的缺點(diǎn)，因此很多研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始考慮不 采用障壁而采用別的方式來(lái)重新考慮PDP的結(jié)構(gòu)。富士通提出了一種新型的PDP結(jié)構(gòu)，采用管徑為1mm左右細(xì)長(zhǎng)的等離子管陣列來(lái)代替原有 的條狀障壁結(jié)構(gòu)。由于顯示屏是由這些細(xì)小的管子排列而成，屏幕尺寸僅取決于管子的數(shù)目， 實(shí)現(xiàn)大尺寸就不會(huì)受到生產(chǎn)設(shè)備的限制，即使是生產(chǎn)100英寸的大屏幕也只需要生產(chǎn)單個(gè)管子 的設(shè)備。同時(shí)，由于熒光粉涂覆在管內(nèi)，而管子只有兩頭與空氣接觸，灰塵不易進(jìn)入，就降低 了對(duì)生產(chǎn)環(huán)境無(wú)塵的要求。試驗(yàn)表明，該種結(jié)構(gòu)的PDP完全可以采

26、用已有的驅(qū)動(dòng)方式，從整體 來(lái)說(shuō)在很大程度上降低了生產(chǎn)的成本。同時(shí)，等離子體管的放電間距與放電空間較大，發(fā)光的 效率較普通的PDP高，但是圖像的質(zhì)量還有待改進(jìn)。東南大學(xué)發(fā)明的一種新型的蔭罩式PDP(SM-PDP)結(jié)構(gòu)，不用介質(zhì)障壁而用金屬網(wǎng)罩將各個(gè)放 電單元隔開(kāi)，避免了光點(diǎn)串?dāng)_。SM-PDP屬于對(duì)向式表面放電，工作時(shí)，上基板的掃描電極、下 基板的尋址電極、中間的金屬罩各加上一電壓。在交變電壓的作用下，使氣體放電發(fā)光。試驗(yàn) 表明，金屬蔭罩作為導(dǎo)體能夠影響放電單元中電場(chǎng)的分布，類碗狀金屬蔭罩能更好地將放電粒 子集中在放電單元的中心，一方面可以改善離子束的聚焦情況，提高圖像的顯示質(zhì)量；另一方 面也減小

27、了粒子對(duì)金屬障壁上熒光粉的轟擊，延長(zhǎng)了 PDP的使用壽命。2.2 PDP驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)的研究對(duì)于彩色PDP來(lái)說(shuō)，必須要有驅(qū)動(dòng)電路才能正常的工作。驅(qū)動(dòng)電路無(wú)論在技術(shù)上還是在價(jià) 格上都起著舉足輕重的作用。一個(gè)性能良好的PDP彩色電視，驅(qū)動(dòng)電路占到總成本的70%80%。 因此如何開(kāi)發(fā)出適合彩色PDP的驅(qū)動(dòng)電路也是提高其性能、降低成本的重要因素。目前常用的驅(qū)動(dòng)技術(shù)有ADS驅(qū)動(dòng)技術(shù)、ALIS技術(shù)、Plasma AI技術(shù)、CLEAR技術(shù)、AwD技術(shù)、 斜坡啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)等。富士通提出的選址和顯示分離技術(shù)ADS(Address and Display Separation)采用脈沖個(gè)數(shù) 調(diào)制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)不同灰度等

28、級(jí)的圖像。ADS技術(shù)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)256級(jí)灰度，但是點(diǎn)亮占空比低， 對(duì)比度不高，峰值亮度難以提高，存在運(yùn)動(dòng)圖像模糊、偽輪廓、畫(huà)面閃爍和長(zhǎng)時(shí)間圖像水紋印 等現(xiàn)象，導(dǎo)致圖像質(zhì)量不太令人滿意。但已有研究表明，可以采用改進(jìn)的二進(jìn)制編碼法、非二 進(jìn)制編碼法和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)消除偽輪廓，提高圖像質(zhì)量。改進(jìn)的二進(jìn)制編碼法、非二進(jìn)制 編碼法是目前等離子體顯示屏所普遍采用的方法，但是這兩種方法只是部分的改進(jìn)了圖像的質(zhì) 量；而運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法從理論上可以消除顯示運(yùn)動(dòng)圖像出現(xiàn)的問(wèn)題?，F(xiàn)在有研究機(jī)構(gòu)提出將運(yùn)動(dòng) 補(bǔ)償法與ADS視頻驅(qū)動(dòng)模塊緊密結(jié)合在一起：在研究了人眼觀看視頻圖像時(shí)的視覺(jué)心理模型后， 提出將空間積分的影響加入到

29、人眼的視覺(jué)心理過(guò)程；并采用將子場(chǎng)和視頻幀分離的視頻驅(qū)動(dòng)優(yōu) 化方法和基于bit位進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?，充分利用PDP子場(chǎng)尋址方式來(lái)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，更進(jìn)一步的是， 將數(shù)字信號(hào)處理的相關(guān)算法引入到PDP顯示屏的視頻驅(qū)動(dòng)模塊中，通過(guò)信號(hào)處理來(lái)提高顯示的 圖像質(zhì)量，適應(yīng)了高端顯示器件的發(fā)展方向。針對(duì)ADS驅(qū)動(dòng)技術(shù)存在的問(wèn)題，富士通又提出了 ALIS (表面交替發(fā)光)。該驅(qū)動(dòng)技術(shù)關(guān)鍵 是利用不點(diǎn)亮的顯示行的兩個(gè)電極之間的零電壓，將該行作為非發(fā)光區(qū)，從而將單元之間彼此 的放電干擾減小到最低程度。ALIS技術(shù)的匯流電極位于維持電極的中央，能夠最大限度地利用 表面空間，發(fā)光面積也增大了 50%。由于顯示線增加了一倍，因此非

30、常易于實(shí)現(xiàn)高清晰化。采 用ALIS技術(shù)使用原來(lái)的屏生產(chǎn)設(shè)備就可生產(chǎn)1000線高清晰的PDP。并且，由于1000線不需分 割驅(qū)動(dòng)，可使驅(qū)動(dòng)IC減少一半，大大降低了成本。可以說(shuō)ALIS技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高清晰度PDP較為 理想的技術(shù)。松下公司提出的Plasma AI也是ADS的改進(jìn)技術(shù)，根據(jù)某一電視場(chǎng)圖像中平均亮度水平來(lái) 調(diào)節(jié)子場(chǎng)數(shù)。由于在低亮度的情況下，圖像的偽輪廓不是很明顯，可以減少子場(chǎng)數(shù)，高亮度的 情況下相應(yīng)的采用增加子場(chǎng)數(shù)的辦法來(lái)改善子場(chǎng)在時(shí)間分布上的線性關(guān)系，以降低偽輪廓。先鋒公司提出的CLEAR是一種區(qū)別于ADS的新穎的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。在CLEAR中，初始化后即進(jìn) 入維持點(diǎn)亮階段，灰度等級(jí)到達(dá)后，再

31、選擇擦除(熄滅)。CLEAR技術(shù)采取的圖像處理方法為 誤差擴(kuò)散法和高頻振蕩法。其灰度實(shí)現(xiàn)在時(shí)間分布上的線性排布徹底去除了偽輪廓，提高了 PDP 表現(xiàn)動(dòng)畫(huà)的能力，但是增加了電路開(kāi)銷，不易在灰度等級(jí)中實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償再現(xiàn)，并且很難降低工作頻率。AwD技術(shù)是選址同時(shí)顯示技術(shù)，發(fā)光的占空比高達(dá)90%。顯示屏的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是尋址電極分為 上下兩部分，同時(shí)掃描尋址。在低選址電壓AwD中，選址掃描階段不僅依靠壁電荷，而且依靠 空間分布亞穩(wěn)態(tài)Xe原子產(chǎn)生放電，所以可降低點(diǎn)亮電壓，也是一種比較好的驅(qū)動(dòng)方法。L. F. Weber提出的斜坡啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，利用了平衡弱放電時(shí)低發(fā)光使壁電壓趨于一致的 原理。在準(zhǔn)備期保持較好的對(duì)比

32、度和控制放電單元狀態(tài)的情況下，采用斜坡電壓來(lái)提高發(fā)光效 率。當(dāng)波形上升斜率很小時(shí)，發(fā)電單元就會(huì)發(fā)生湯生暗放電。這種驅(qū)動(dòng)方法一方面能使不同空 間尺寸單元的壁電壓維持一致；另一方面可以降低選址電壓，還可大幅提高對(duì)比度。在PDP驅(qū) 動(dòng)電路中涉及成本的一個(gè)重要部分是高壓驅(qū)動(dòng)部分，一是因?yàn)樗蟮碾妷焊撸且驗(yàn)槟?前的需求量還沒(méi)有達(dá)到批量生產(chǎn)的水平。解決途徑一邊可以從電路本身著手，另外通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu) 化放電單元可以有效降低驅(qū)動(dòng)電壓，比如SM-PDP。由于采用導(dǎo)電金屬材料作為障壁，SM-PDP 在EMI散熱等方面優(yōu)于傳統(tǒng)障壁結(jié)構(gòu)的SM-PDP的蔭罩的邊緣處場(chǎng)強(qiáng)比較高，從而可以在較低的 外加電壓情況下快速地

33、產(chǎn)生放電過(guò)程。采用SM-PDP結(jié)構(gòu)最大優(yōu)點(diǎn)是帶動(dòng)了整機(jī)成本的下降，首 先是復(fù)雜的障壁生產(chǎn)工藝和流程因采用了簡(jiǎn)單的蔭罩而簡(jiǎn)化了，其次是蔭罩型結(jié)構(gòu)可以采用較 低的著火電壓從而帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)芯片成本的降低。2.3理論與計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)理論研究和模擬計(jì)算是PDP研究中十分重要的內(nèi)容，是圍繞提高PDP發(fā)光效率，降低功耗 進(jìn)行的，具體在放電單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、氣體壓強(qiáng)、稀有氣體最佳混合比例、熒光粉涂覆等方面進(jìn) 行理論研究工作?，F(xiàn)常用理論模擬或監(jiān)測(cè)放電單元發(fā)射的真空紫外線來(lái)進(jìn)行彩色PDP的放電機(jī)理研究，如研 究真空紫外光發(fā)光效率和等離子體粒子濃度的關(guān)系，尋找氦氖混合氣體的最佳比例，以提高PDP 放電單元的發(fā)光效率；同時(shí)，

34、在PDP放電單元中，MgO起著保護(hù)電極和介質(zhì)層的作用，同時(shí)產(chǎn) 生大量的二次電子。由于提高放電單元中二次電子發(fā)射系數(shù)能夠有效提高發(fā)光效率，降低著火 電壓，改善PDP放電單元的放電特性，所以研究在不同氣體混合比例下二次電子的發(fā)射系數(shù)也 是十分有意義的課題。此外，放電單元的結(jié)構(gòu)對(duì)PDP發(fā)光效率也有著不可忽略的影響，很多研 究通過(guò)模擬計(jì)算來(lái)對(duì)PDP放電單元的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，從而優(yōu)化PDP的結(jié)構(gòu)，提高PDP放 電的效率。同樣，熒光粉本身的性質(zhì)對(duì)PDP的發(fā)光效率也有影響：在PDP放電單元中，Xe放電 產(chǎn)生的VUV照射熒光粉產(chǎn)生可見(jiàn)光，所以要求熒光粉材料有較高的量子效率和對(duì)VUV的較低的 反射率。有基于Mai散射理論的PDP放電單元中光子轉(zhuǎn)換過(guò)程的模擬計(jì)算表明，對(duì)于厚度為20 30p m的熒光粉層，熒光粉顆粒的最佳半徑是12 m。2.4其他PDP應(yīng)用技術(shù)目前，其他PDP技術(shù)還有：多屏幕應(yīng)用技術(shù)、PDP性能增強(qiáng)技術(shù)、視端接口技術(shù)、控制電 源技術(shù)等。其中，多屏幕應(yīng)用技術(shù)包括了用于多屏幕觀賞的圖像放大技術(shù)、遙控號(hào)碼指定技術(shù)、RGB 有源直通連接技術(shù)等。PDP性能增強(qiáng)技術(shù)是諸多PDP生產(chǎn)公司為了提高等離子屏的工件性能而開(kāi)發(fā)的新技術(shù)，包 括等離子真實(shí)還原技術(shù)、對(duì)比度自動(dòng)跟蹤技術(shù)、逐行掃描技術(shù)等。視端接口技術(shù)是繼松下公司向市場(chǎng)