平板显示技术：第五章pdp

1、第五章 等离子体显示,PDP的工作原理 PDP的结构与材料 PDP的制造工艺及装置,1,新型显示技术,等离子体平板显示(PDP),新型的家用显示器及娱乐电器,2,新型显示技术,Panasonic 3D TV, 54 and 50 inches (2010.2),2004年,PLASMACO正式更名为PPDLA(松下等离子显示器美国试验室),3,新型显示技术,等离子体显示器件（PDP）,等离子体显示板（Plasma Display Plate，简称PDP），自1964年发明以来，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，作为信息处理终端装置的多媒体显示板也已开始普及。 等离子体显示与稀薄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，这种紫外光碰击后面的玻璃上的红、绿、蓝三色荧光体，它们再发出我们在显示器上所看到的可见光。,4,新型显示技术,PDP的主要优点,易于实现薄型大屏幕 具有高速响应特性 可实现全彩色显示，

2、高亮度、高对比度 视角大，可达160度 伏安特性非线形强 具有存储性能 无图像畸变，不受磁场干扰 应用的环境范围广 工作于全数字化模式，能随机书写与擦除，易与计算机互连 寿命长,5,新型显示技术,等离子（PDP）的缺点,不能承压 功耗大 每一个像素都是一个独立的发光管，耗电量大到300瓦，发热量大，显示器背板上装有多组风扇用于散热。 亮度和光效低 存在串扰 成本高，价格贵,6,新型显示技术,如果给物质施加显著的高温或通过加速电子、加速离子等给物质加上能量，中性的物质就会被离解成电子、离子和自由基。不断地从外部施加能量，物质被离解成阴、阳荷电粒子的状态称为等离子体。 将物质的状态按从低能到高能的顺序排列为固体、液体、气体、等离子体。等离子体是具有化学反应性的，表现出与其他物质状态不同的特异性能的气体，也称为物质的第四态。,5.1 PDP工作原理,7,新型显示技术,5.1.1 等离子显示器,PDP利用气体放电进行显示的平面显示板，可以看成是由大量小型日光灯并列构成的。 日光灯工作原理：在真空玻璃管中充入水银蒸汽，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

3、管内侧的荧光涂料，使其产生可见光射出。,8,新型显示技术,电离生成的电子、正离子一般在短时间内又会再结合，回到中性原子或分子状态。此时，电子、正离子所具有的一部分能量就以电磁波、再结合粒子的动能、或者分子的离解能的形式被消耗。分子离解时往往生成自由基。而一部分电子与中性原子、分子接触，又生成负离子。因此，等离子体是电子，正、负离子，激发态原子、分子以及自由基混杂的状态。,9,新型显示技术,PDP像素放电、发光单元结构,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。,E：激发,P：潘宁电离,I：电离,M：亚稳态,新型显示技术,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（cell），三基色原理，组合形成256色光。,11,新型显示技术,Pixels,

4、42”VGA显示屏：852480（3个红、绿、蓝像素单元），122，6880个灯泡。,Plasma Display Panel,12,新型显示技术,放电胞的发光,1）气体放电过程，即惰性气体在外加电信号的作用下产生放电，使原子受激而跃迁，发射出真空紫外线(200nm)的过程； 2）荧光粉发光过程，即气体放电所产生的紫外线，激发光致荧光粉发射可见光的过程。,13,新型显示技术,PDP显示屏放电单元,14,新型显示技术,等离子（PDP）显示技术的发展历程,1964年，美国伊利诺斯（Illinois）大学, ACPDP诞生(实验性样品的简单发光点阵 ) 1968年，Philips发明DCPDP 1979年，5英寸100100 AC-PDP 1993年日本富士通开发21英寸全彩色AC-PDP 1995年开发成功42英寸彩色AC-PDP电视 1999年60英寸PDP显示器诞生 直流PDP-结构复杂，加工的工艺要求精度高,本身没有记忆功能，驱动电压高, 非生产的主流。 交流型PDP由于有记忆功能，驱动电压低，寿命长等优点，而成为当前研究最多的的平板显示器。,15,新型显示技术,（1）富士通公司(A

5、)三电极面放电结构（1984） （B）反射型发光结构（1988） （C）ADS驱动方法（1990) （D）条形障壁结构（1992) （2）二十世纪90年代后期，富士通公司提出了一次引火放电的技术和表面交替发光法（ALIS），行的分辨率提高一倍，亮度和对比度也有大幅度提高，适应于HDTV的要求。 （2)先锋、松下和富士通以及韩国的三星和LG都在自己研制的驱动电路的基础上，推出了自己的逻辑板电路和驱动电路的专用集成电路。 （3）显示动态图像时的动态假轮廓(Dynamic False Contour)现象，日本电气通讯大学，研究新的驱动方法和图像数据处理方法，如采用Error Diffusion、Dithering等技术结合重复子场技术等处理方法，使动态假轮廓现象得到减弱。,彩色PDP的关键技术,16,新型显示技术,PDP通常选择工作正常辉光放电和反常辉光放电区。,5.1.2 气体放电的物理基础,电流通过气体的现象称为气体放电。 具有平板电极的低气压放电系统同直流电源串联，得到如图所示的伏安特性曲线。,17,新型显示技术,正常辉光放电区，电流在10-410-1之间，E点电压称为维持电压，管内

6、出现明暗相间的辉光，管压降维持不变； 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，进入弧光放电区； 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。 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。,18,新型显示技术,当辉光放电时，在放电管内形成明暗交替的辉光放电区。其中包括负辉区、法拉弟暗区、正柱区（等离子区）、阴极光层和阳极辉区。其中以负辉区发光最强，是作为PDP的主要发光源. 正柱区的本质是等离子体，发光区域最大, 因此对光通量的贡献也最大。可用来激发荧光粉使其发光，常用于荧光灯等光源。如日光灯就是利用正柱区发光，光效高达80lm/W。 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

7、小可决定是负辉区或正柱区哪一种发光为主。,PDP的放电特性及发光机理,19,新型显示技术,正常辉光放电光区和其它参量的分布,各发光区中，发光强度以负辉区最强，正柱区居中，阴极光层和阳极辉光最弱。 PDP由于其放电单元的空间通常很小（电极间隙约100m），放电时只出现阴极位降区和负辉区，所以通常利用的是负辉区的发光，这是其发光效率不高的主要原因之一，目前其光效只有12 lm/W。,20,新型显示技术,5.1.3 等离子显示器放电类型,等离子显示器按照驱动电压的方式不同分为： 直流放电型和交流放电型,21,新型显示技术,等离子（PDP）分类,PDP根据工作方式的不同，大致可分为两类：交流型和直流型。 DCPDP 放电气体与电极直接接触，电极外部串联电阻作限流之用，发光位于阴极表面，且为与电压波形一致的连续发光 ACPDP 放电气体与电极由透明介质层相隔离，隔离层为串联电容作限流之用，放电因受该电容的隔直通交作用，需用交变脉冲电压驱动，为此无固定的阴极和阳极之分，发光位于两电极表面，且为交替呈脉冲式发光,22,新型显示技术,DC型与AC型PDP的对比,PDP从电极结构上可分为间接放电型（交流

8、型）和直接放电型（直流型）两类。 交流型是电极接在介质覆盖层的放电空间，即电极与放电气体不直接接触。 直流型是电极暴露在放电空间。 目前研究较多以交流型为主.,23,新型显示技术,24,新型显示技术,(a)对向放电型AC-PDP,交流等离子体（AC-PDP）主要类型,(b) 表面放电型AC-PDP,AC-PDP依据电极的安排分为二电极对向放电（Column Discharge）和三电极表面放电（Surface Discharge）两种结构。,25,新型显示技术,2电极放电PDP 如何发光形成图形, 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,26,新型显示技术,27,新型显示技术,彩色AC-PDP要实现图像的显示，首先必须对显示器屏上的单元根据显示数据进行选择，即寻址。 寻址的目的是选择所要点亮的单元或不点亮的单元，即选择要在点亮单元内形成或积累壁电荷到维持期，使得维持放电得以进行。 在维持期，积累了壁电荷的单元就会发生维持放电，实现图像的显示。,图像显示原理,28,新型显示技术,AC-PDP的驱动波形和壁电荷的变化,在,t,2,时点火,后,，,产生的,壁电

9、荷,在,t,n,时点火,后,，,壁电荷基,本擦除干净,维持脉冲,29,新型显示技术,PDP具有存储性能一旦外加电压使单元内的电场超过某个阈值，就开始放电，此时产生大量的离子和电子，这些离子和电子各自向单元两端迅速移动，形成和外部电压方向相反的端电压，从而使单元内实际电场下降，直到单元内停止放电 单元内部建立起来的端电压，是由分离开的电子、离子形成的空间电荷造成的，端电压不会马上消失，而会继续保留一段时间 在下一个半周期中，外加电压的方向与端电压一致，互相迭加，因此，只要用较低的外部电压，就能使它重新开始放电，而原先未被启动(或已被擦除)的单元则不会产生放电这时所加的外部电压称之为保持电压（维持电压）。,PDP的存储性能,30,新型显示技术,三电极表面放电型PDP的组成、结构特征,31,新型显示技术,三电极表面放电型放电原理,维持放电：发生在维持电极（X电极）和扫描-维持电极（Y电极，简称扫描电极）之间； 寻址放电发生在寻址电极（A电极）和扫描电极（Y电极）之间； 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）的单元则处于点亮状态 显示单元在点亮和熄灭之间转换，可通过不同的转换方式实现显示。, 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),32,新型显示技术,3电极型 AC PDP放电 壁电荷记忆、形成过程,33,新型显示技术,3电极型 AC PDP放电 壁电荷记忆、形成过程,34,新型显示技术,使单元由熄火状态转入点亮状态的方法: （1）只需先加一个外加电压Vwr，使Vwr Vf，从而在单元内发生放电，积累壁电荷，由壁电荷产生的壁电压与Vwr反向；然后再加方向相反的维持电压Vs，则维持电压与壁电压叠加，单元又发生放电，最后的壁电压约等于Vs。 （2）利用寻址电极：如图，使寻址电极和扫描电极间发生放电，积累维持放电所需的壁电荷，使单元处于点亮状态。,35,新型显示技术,使单元由点亮状态转入熄火状态（擦除）的方法:,(1) 施加一个远大于Vf的脉冲，使放电结束后壁电压仍大于Vf，然后

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