18光电子技术课件：等离子体显示

DC-PDP， 又分为负辉区发光型和正辉区发光型， 它 是以直流电压启动放电， 放电气体与电极直接接触， 电极 外部串联电阻用于限制放电电流的大小， 发光位于阴极表 面， 而且是与电压波形一致的连续发光。 DC型PDP在结构 中不能有介电体层的存在， 这样会导致无法累积电荷于介 电层上， 也就使其需要较高的启动放电电压； 另一方面， 为了降低启动电压， 还需要设计有辅助阳极和辅助放电通 道以协助启动放电。
5.1.1 等离子体的概念
所谓等离子体， 指的是分子、 原子及被电离后产生的 正负电子组成的气体状物质， 是一种拥有离子、 电子和核 心粒子的不带电的离子化物质， 它包括有大量的离子和电 子， 如图5-2所示， 是电的最佳导体， 而且它会受到磁场 的影响， 当温度升高时， 电子便会从核心粒子中分离出来。
Ne-Xe混合气体在一定外部电压作用下产生气体放电时，
气体内部最主要的反应是Ne原子的直接电离反应，
e+Ne=Ne－+2e－（电子碰撞电离）
（5-1）其中，
Ne－为氖离子。 由于受到外部条件或引火单元激发， 气体
内部已存在少量的放电粒子。
其中电子被极间电场加速并达到一定动能时碰撞Ne原子，
使其电离而导致气体内部的自由电子增.2.1 PDP
PDP是由气体放电体作为像素单元组成的显示屏。 它 由前后两块平板玻璃组成， 其间置有障壁隔离并使之平行， 四周用低熔点玻璃密封， 中间充以气体（Ne、 Xe等惰性气 体）， 电极间施加一定幅度的电压， 引起气体击穿产生放 电。
单色PDP通常直接利用气体放电发出的可见光来实现单 色显示。 放电气体一般选择纯氖气（Ne)或氖氩（Ne-Ar） 混合气体。 彩色PDP则通过气体放电产生的真空紫外线 （VUV）照射红、 绿、 蓝三基色荧光粉， 使荧光粉发光实 现彩色显示。 其放电气体一般选择含氙的稀有混合气体， 比如氖氙混合气体（Ne-Xe）、 氦氙混合气体（He-Xe）或 氦氖氙混合气体（He-Ne-Xe)。

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6.3 等离子显示器件（PDP） 等离子显示器件（PDP）
等离子体
等离子体（ 自由电子和带电离子为 等离子体（Plasma）是一种由自由电子和带电离子为 ）是一种由自由电子和带电离子 主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中， 主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中，常被视为 是物质的第四态，被称为等离子态，或者“超气态” 是物质的第四态，被称为等离子态，或者“超气态”。 等离子体具有很高的电导率， 等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦 合作用。等离子体是由克鲁克斯在1879年发现的， 合作用。等离子体是由克鲁克斯在 年发现的， 克鲁克斯 年发现的 1928年美国科学家欧文 朗缪尔和汤克斯（Tonks）首 年美国科学家欧文·朗缪尔和汤克斯 年美国科学家欧文 朗缪尔和汤克斯（ ） 次将“等离子体（ 次将“等离子体（plasma）”一词引入物理学，用来 ） 一词引入物理学， 描述气体放电管里的物质形态 严格来说， 气体放电管里的物质形态。 描述气体放电管里的物质形态。严格来说，等离子是 具有高位能动能的气体团， 具有高位能动能的气体团，等离子的总带电量仍是中 借由电场或磁场的高动能将外层的电子击出， 性，借由电场或磁场的高动能将外层的电子击出，结 果电子已不再被束缚于原子核， 果电子已不再被束缚于原子核，而成为高位能高动能 的自由电子。 的常被视为物质除固态、液态、 等离子体通常被视为物质除固态、液态、气态之 外存在的第四种形态。如果对气体持续加热， 外存在的第四种形态。如果对气体持续加热，使 分子分解为原子并发生电离，就形成了由离子、 分子分解为原子并发生电离，就形成了由离子、 电子和中性粒子组成的气体， 电子和中性粒子组成的气体，这种状态称为等离 子体。等离子体与气体的性质差异很大， 子体。等离子体与气体的性质差异很大，等离子 体中起主导作用的是长程的库仑力， 体中起主导作用的是长程的库仑力，而且电子的 质量很小，可以自由运动， 质量很小，可以自由运动，因此等离子体中存在 显著的集体过程，如振荡与波动行为。 显著的集体过程，如振荡与波动行为。等离子体 中存在与电磁辐射无关的声波，称为阿尔文波。 中存在与电磁辐射无关的声波，称为阿尔文波。 等离子体是宇宙中存在最广泛的一种物态， 等离子体是宇宙中存在最广泛的一种物态，目前 观测到的宇宙物质中，99%都是等离子体 都是等离子体， 观测到的宇宙物质中，99%都是等离子体，虽然分 布的范围很稀薄。 布的范围很稀薄。

（1）功耗大，不便于采用电池电源（与LCD相 比）。 （2）与CRT相比，彩色发光效率低。 （3）驱动电压高（与LCD相比）。 （4）大量发光和发热元件向外产生辐射，目前 仍不能有效地在机内较好地解决高频信号处理 问题。同时对输入的视频信号接线也是考验， 差一点的色差线会产生花屏现象。
虽然PDP尚存在一些不足，但随着今后研究 工作的进一步开展，必将使PDP的技术性能不 断改进。
PDP显示屏放电单元
2. PDP显示器件的显示原理
等离子体显示板的像素实际上类似于微小的氖 灯管，它的基本结构是在两片玻璃之间设有一排 一排的点阵式的驱动电极，其间充满惰性气体。 像素单元位于水平和垂直电极的交叉点，要使像 素单元发光，可在两个电极之间加上足以使气体 电离的高电压。颜色是由单元内的荧光粉发出的 光产生的。
6. 散热性能好，低噪声。 7. 采用电子寻址方式，图像失真小，没有聚焦、
会聚问题。色纯一致，不会像CRT那样产生色彩 漂移。
8. 采用了帧驱动方式，消除了行间闪烁和图像大 面积闪烁。
9. 图像惰性小，响应速度快，重显高速运动物体 不会产生拖尾等缺陷。这是LCD所不能比拟的。
• 等离子体显示器件的缺点是：
接口电路所有的控制信号均由中央处理器产 生。实际电路中常使用74F574对24路RGB信号 进行锁存，对同步控制信号则用74F541进行缓 冲
图像数字信号的接口电路
时钟信号、消隐信号、垂直/水平同步信号的接口电路
色彩校正电路的主要作用：
a）进行反γ校正。进行反γ校正是为了弥补 电光转换的非线性，目前的图像信号在传输过程 中应预先进行γ校正。
b）调整PDP三基色的色域。由于PDP荧光粉是 受紫外光激励而发的光，因此其色域与自然光有 差异，为了使PDP显示器的图像更加逼近自然， 设计时必须进行色域调整。具体电路是用EPROM 以查表的方式实现的。

R
电源
阴
阳
极
极
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等离子体显示原理
• 所谓等离子体显示板（plasma display panel，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。
• 日光灯: 水银蒸汽，气体放电，紫外线，荧光粉
• 所谓等离子体（plasma），是指正负电荷共存，处于电 中性的放电气体的状态。稀薄气体放电的正光柱部分，即 处于等离子体状态。
• DC型PDP的电极不加保护层，而是直接暴露在放电空间中， 放电电流为直流（direct current，DC）。为防止电极磨 损、提高寿命，要通过电阻限制放电电流，而且封入气体 的压力也较高。
DC型和AC型PDP中气体放电的区别
AC型PDP:离子向电极入射时，先与介电质层表面积蓄的电 荷发生复合，失去部分能量后，以较低的能量轰击介电质 层的表面;
产生放电。
R
电源
阴
阳
极
极
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气体中的带电粒子，在电场加速下获得足够高的速度 （动能）,再与中性气体原子碰撞，使其释放出另一 个电子，失去一个电子的气体原子形成带正电的离子。 离子带正电后受阴极的吸引，而与电子的运动方向相 反,也会与电子一样获得加速运动。最后撞击阴极， 使其发射电子。这样气体中产生大量带电粒子，形成 电流，即气体放电。
DC型PDP:较高能量的离子直接碰撞作为阴极的电极表面， 离子所带的能量全部释放在阴极中，结果离子对阴极表面 产生溅射作用，并造成很大损伤。
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放电胞发光机理
• 放电胞发光机理：在2块玻璃基板上分别形成相 互正交的电极，通过在其上施加电压或定时控制 使放电胞放电，产生等离子体发光，见图3－3。 其中行电极为扫描电极，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

Address action寻址动作
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Address action寻址动作
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Address action寻址动作
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Address action寻址动作
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Address action寻址动作
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Address action寻址动作
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电极(Y) 电极(X)
PDP 电路原理直观图 像素 PDP
发光单元
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电极导通(Y) 电极导通(X)
PDP 电路原理直观图 发光 PDP 放电
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PDP 电路原理直观图
导通
PDP 放电消失
导通
电极(Y) 电极(X)
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PDP 电路原理直观图（二）
sustain pulse time
reset period
address period
sustain period
○
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PDP 电路结构原理图
r
R
C
FET ON 保护电阻 电容
Sustain margin 维持边缘放电
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放电单元
电极(Y) 电极(X)
PDP 电路原理直观图 发光单元 PDP 像素
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感谢您的观看！
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ON OFF
PDP 如何发光形成图形 Y3
Y2 Y1
X1 X2
X3
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ON OFF
PDP 如何发光形成图形 Y3

3．离子体具有很高的温度。一般说来，即使温 度在 1 万℃左右，物质中等离子体所占的比例约 为1%。因此，在我们生存的空间，等离子体现象 很少见。然而宇宙中大量的物质均以等离子体的形 式存在，等离子体约占宇宙物质的99％，甚至更 多，这是因为宇宙中大部分物质都集中在恒星内， 而恒星的温度都比较高，如太阳中心的温度高达1 千万℃，那里的物质显然都以等离子体的形式存在。 离子体物理是研究等离子体的性质及其和外界相 互作用的学科。
等离子体又被称为物质的第四态，它是由电子 和正离子组成的一种物质的聚集态。众所周知， 物质的聚集态随着物质温度的升高会发生由固态 到液态最后到气态的变化。然而，这只是常温状 态下的情况，如果温度升高，达到几万度甚至几 十万度，则分子和原子之间已难以相互束缚，原 子中的电子也会摆脱核的束缚而成为自由电子， 这样原来的气体就变成了一团由电子和核离子组 成的混合物。这种混合物就称为等离子体。等离 子体是一种全新的物质的状态，它与气体有本质 的区别。
五、降低功耗 功耗大是PDP的一个弱点，对此，世界各 PDP厂家都做了许多工作。例如美国Plasma公 司通过采用减少PDP用电容的恢复支持电路， PDP 使其研制的21英寸彩色PDP的功耗减少了100W。 日本先锋公司在其PDP产品中使用了4个先进的 系统集成电路，也有效地降低了功耗。 世界各 PDP厂家的近期目标是把目前的300～500W功 耗降到200～300W的水平。
七、改进对比度
在彩色PDP中，需要利用预放电信号光(背景辉光)稳定 PDP的发光。但是这样，在显示暗场时，屏上会出现模糊 的光，从而降低了对比度。这就需要降低这种背景光，以 确保PDP的暗场对比度。日本富士通公司已对此提出了一 种子场寻址技术，用以降低PDP的背景辉光。这种技术就 是把显示的每一帧图像分成一系列与灰度密度相对应的子 场，以显示连续灰度的图像。在对选中的子场进行写入操 作时，需要擦除前面子场的信息，并建立正常的壁电荷， 而这个擦除与建立的过程是由能减少背景辉光的子场发微 光微弱气体放电完成的。采用这种技术，美国Plasma公司 在其PDP产品上实现了200∶1的暗场对比度。

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彩色PDP对三基色荧光粉的性能要求：PDP荧光粉的发 光是在惰性气体放电产生的真空紫外线的激发下产生的 。惰性气体放电产生的真空紫外线主要是由147nm共振 线和一中心位于172nm的弱带组成。随着惰性气体中Xe 气压的增大，弱带增强。由于真空紫外线波长位于 100~200nm的短紫外区，PDP用荧光粉与254nm紫外激 发下发光的灯用荧光粉有相当的差别。
荧光粉
Address Electrode
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等离子显示屏的组成、结构特征
Dielectric Layer
Front Glass 前层玻璃
PDP TV
IONs离子
Electrons电极
MgO Layer
X, Y Electrode 电极
Barrier Rib 壁障 Rear Glass 后层玻璃
- - - - ++++
放电Discharge
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（3）色纯度好。要实现PDP的全色显示，要求三基色 荧光粉都具有较好的色纯度。目前的PDP显示的色域与 CRT的显示色域比较见图3.3。由于PDP绿粉的色纯度较 好，使得PDP的显示色域比CRT大，但PDP蓝粉以及PDP 红粉的色纯度仍比相应的CRT荧光粉稍差。只有提高 PDP蓝粉，特别是红粉的色纯度，才能进一步改善PDP 的全色显示。
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（4）稳定性好。PDP荧光粉必须具备良好的稳定性， 因为PDP荧光粉是在高能的真空紫外线的激发下发光的 。这种高能射线容易使荧光粉产生F色心或其它缺陷， 从而影响荧光粉的色纯度和寿命。同时，由于在PDP的 制作过程中的烤屏温度高于500℃，所以PDP荧光粉还 必须具有较高的热稳定性。