5.1等離子體基本知識(shí)5.2氣體放電特性5.3PDP的結(jié)構(gòu)和特性5.4PDP的驅(qū)動(dòng)與控制第5章等離子體顯示技術(shù)5.1等離子體基本知識(shí)1901年12月12日，發(fā)生了一件使當(dāng)時(shí)的科學(xué)家們?yōu)橹惑@的“怪事”。在加拿大的紐芬蘭收到了英國(guó)人馬克尼從英國(guó)康沃爾發(fā)出的電訊號(hào)。人們?cè)诋?dāng)時(shí)怎么也弄不明白，一向以直線傳播的無(wú)線電波怎么會(huì)橫越3400公里的大西洋，繞過(guò)彎曲的地球表面?zhèn)鞯郊~芬蘭呢？原來(lái)這是等離子體在作怪。歷史--等離子體在作怪：

4在物理學(xué)中指正、負(fù)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后留下的離子（正）與電子（負(fù)）組成的離子化氣體狀物質(zhì)，又稱電漿。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(nèi)正負(fù)電荷數(shù)相等，因此稱這種氣體狀態(tài)為等離子體態(tài)。在近代物理學(xué)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與普通氣體的對(duì)比相似：構(gòu)成等離子體的粒子間距較大，并處于不斷無(wú)規(guī)則碰撞之中，其熱運(yùn)動(dòng)與普通氣體相似；不同：等離子體由等量的電子和正離子構(gòu)成，整體上不顯電性，但各粒子帶電，而普通氣體是由中性的原子或分子構(gòu)成。

英國(guó)的物理學(xué)家海維賽德和美國(guó)電氣工程師肯涅利在等離子體概念確立之前就設(shè)想大氣層的高處有一個(gè)帶電粒子層（等離子層），無(wú)線電波向四面八方傳播時(shí)，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(lái)傳到遠(yuǎn)處。30年代英國(guó)物理學(xué)家阿普頓（E.V.Appleton）用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了高空中電離層的存在，因而他獲得了1947年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

阿普頓（E.V.Appleton）等離子體分類根據(jù)等離子體焰溫度高溫等離子體：108-109K完全電離的等離子體，如:太陽(yáng)，受控?zé)岷司圩兊入x子體低溫等離子體：熱等離子體和冷等離子體熱等離子體：稠密高壓(1大氣壓以上)，溫度103-105K,如電弧，高頻和燃燒等冷等離子體：電子溫度高(103-105K)、氣體溫度低，如低壓輝光放電等離子體，電暈放電等離子體。一般說(shuō)來(lái)，即使溫度在10000℃左右，物質(zhì)中等離子體所占的比例約為1%。因此，在我們生存的空間，等離子體現(xiàn)象很少見(jiàn)。然而宇宙中大量的物質(zhì)均以等離子體的形式存在，等離子體約占宇宙物質(zhì)的99％，甚至更多，這是因?yàn)橛钪嬷写蟛糠治镔|(zhì)都集中在恒星內(nèi)，而恒星的溫度都比較高，如太陽(yáng)中心的溫度高達(dá)1千萬(wàn)℃，那里的物質(zhì)顯然都以等離子體的形式存在。等離子體有下述特征：

高度電離帶電粒子濃度高，具有良導(dǎo)體的特征。具有電振蕩的特征，在帶電粒子穿過(guò)等離子體時(shí)，能夠產(chǎn)生等離子體激元，等離子體激元的能量是量化的。具有加熱氣體的特征。在高氣壓收縮等離子體內(nèi)，氣體可被加熱到數(shù)萬(wàn)度。在穩(wěn)定情況下，氣體放電等離子體中的電場(chǎng)很弱，電子與氣體原子進(jìn)行著頻繁的碰撞，因此粒子在等離子體中的運(yùn)動(dòng)可以看做是熱運(yùn)動(dòng)。等離子體的獲得高能粒子束轟擊強(qiáng)激光照射氣體放電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0℃100℃10000℃高溫產(chǎn)生等離子體氣體放電產(chǎn)生等離子體在通常情況下,氣體是不導(dǎo)電的。但是,在適當(dāng)?shù)臈l件下，組成氣體的分子可能發(fā)生電離,產(chǎn)生可自由移動(dòng)的帶電粒子,并在電場(chǎng)作用下形成電流,這種電流通過(guò)氣體的現(xiàn)象稱為氣體放電。電源R陰極陽(yáng)極當(dāng)電極間的電壓足夠高時(shí)，就使電極間氣體擊穿而產(chǎn)生放電。氣體中的帶電粒子，在電場(chǎng)加速下獲得足夠高的速度（動(dòng)能）,再與中性氣體原子碰撞，使其釋放出另一個(gè)電子，失去一個(gè)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(yùn)動(dòng)方向相反,也會(huì)與電子一樣獲得加速運(yùn)動(dòng)。最后撞擊陰極，使其發(fā)射電子。這樣氣體中產(chǎn)生大量帶電粒子，形成電流，即氣體放電。電源R陰極陽(yáng)極等離子體顯示技術(shù)等離子體顯示器(PlasmaDisplayPanel)縮寫(xiě)為PDP，又稱電漿顯示器，是繼CRT(陰極射線管)、LCD（液晶顯示器）后的最新一代顯示器，其特點(diǎn)是厚度極薄，分辨率佳?？梢援?dāng)家中的壁掛電視使用，占用極少的空間，代表了未來(lái)顯示器的發(fā)展趨勢(shì)之一。

等離子體顯示技術(shù)之所以令人激動(dòng)，主要在于可以制造出超大尺寸的平面顯示器（50英寸甚至更大）

PDP的工作原理等離子體顯示板(PlasmadisplaypanelPDP)：是利用氣體放電發(fā)光進(jìn)行顯示的平面顯示板，可以看成是由大量小型日光燈排列構(gòu)成。日常所見(jiàn)的日光燈就是PDP的基礎(chǔ)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(gòu)成屏幕，每個(gè)等離子對(duì)應(yīng)的每個(gè)小室內(nèi)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的氣體會(huì)產(chǎn)生紫外光激發(fā)平板顯示屏上的紅、綠、藍(lán)三原色熒光粉發(fā)出可見(jiàn)光。PDP基本原理透明電極放電區(qū)前玻璃基板

透明介電質(zhì)層MgO保護(hù)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(jīng)氣密性封接形成一個(gè)個(gè)放電空間，其結(jié)構(gòu)如圖所示。PDP基本結(jié)構(gòu)充入Ne-Ar混合氣體80~120mmPDP由前、后玻璃板和鋁基板組成。對(duì)于具有VGA顯示水平的PDP，其前玻璃板上分別有480行掃描和維持透明電極，后玻璃板表面有2556（852×3）行數(shù)據(jù)電極，這些電極直接與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路板相連。根據(jù)顯示水平的不同，電極數(shù)會(huì)有變化。

怎樣實(shí)現(xiàn)彩色等離子體顯示？He-Xe混合氣體放電時(shí)產(chǎn)生不可見(jiàn)的147nm真空紫外線（VUV），再使VUV激發(fā)相應(yīng)的三基色光致發(fā)光熒光粉發(fā)出可見(jiàn)光而達(dá)到顯示的目的。單色等離子體顯示是利用Ne-Ar混合氣體在一定電壓作用下產(chǎn)生氣體放電，直接發(fā)射出582nm橙色光。每個(gè)等離子管作為放電胞PDP的分類

根據(jù)工作方式的不同，大致可分為兩類：交流型（AC-PDP）和直流型（DC-PDP）。直流PDP---結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工的工藝要求精度高,本身沒(méi)有記憶功能，驅(qū)動(dòng)電壓高,非生產(chǎn)的主流。交流型PDP由于有記憶功能，驅(qū)動(dòng)電壓低，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，而成為當(dāng)前研究最多的的平板顯示器。AC型PDP與DC型PDP的區(qū)別AC型PDP電極表面覆以透明介電層及保護(hù)層，通過(guò)絕緣體的介電層表面產(chǎn)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DC型那樣采用胞狀，因此，圖像分辨率可從VGA（640X480）到SVGA（800X600），在此基礎(chǔ)上采取措施還可以進(jìn)一步使畫(huà)面精細(xì)化。DC型PDP的電極不加保護(hù)層，而是直接暴露在放電空間中，放電電流為直流（directcurrent，DC）。為防止電極磨損、提高壽命，要通過(guò)電阻限制放電電流，而且封入氣體的壓力也較高。

AC型PDP:離子向電極入射時(shí)，先與介電質(zhì)層表面積蓄的電荷發(fā)生復(fù)合，失去部分能量后，以較低的能量轟擊介電質(zhì)層的表面;DC型PDP:較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(jié)果離子對(duì)陰極表面產(chǎn)生濺射作用，并造成很大損傷。AC型PDP:介電體電極表面狀態(tài)的變化會(huì)引起壁電荷積蓄量的變化。隨著運(yùn)行時(shí)間增加，會(huì)造成工作電壓及存儲(chǔ)特性變化，從而顯示特性變差。DC型PDP:離子的轟擊造成陰極物質(zhì)的濺射飛散，沉積在放電胞障壁四周，對(duì)比度及灰度等都會(huì)下降。DC型和AC型PDP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(hù)層白色介電體層后玻璃基板選址電極障壁熒光層圖2.5.2-1AC型PDP的結(jié)構(gòu)AC-PDP整體結(jié)構(gòu)示意圖AC型PDP又分為透射型與反射型兩種。在透射型結(jié)構(gòu)PDP中，熒光是從后基板側(cè)透射出來(lái)的，視者是從后基板一側(cè)觀看畫(huà)面；在反射型結(jié)構(gòu)PDP中，熒光是從前基板側(cè)射出，是從前基板一側(cè)觀看畫(huà)面。前玻璃基板透明電極透明介電體層保護(hù)層白色介電體層后玻璃基板選址電極障壁熒光層對(duì)向放電式表面放電式兩種實(shí)現(xiàn)彩色顯示的交流PDP結(jié)構(gòu)

兩個(gè)電極分別做在相對(duì)放置的底板上，這種結(jié)構(gòu)放電時(shí)熒光粉受離子轟擊會(huì)使發(fā)光性能變差，因此難以實(shí)現(xiàn)實(shí)用的彩色顯示，同時(shí)，熒光粉淀積在MgO絕緣層上也使驅(qū)動(dòng)電壓不穩(wěn)定。對(duì)向放電式

表面放電式表面放電式結(jié)構(gòu)避免了上述缺點(diǎn)，顯示電極位于同一側(cè)的底板上，放電也在同側(cè)電極間進(jìn)行。PDP的發(fā)展史1964年美國(guó)伊利諾斯大學(xué)的教授Bitzer和Slottow制作出具有存儲(chǔ)特性的AC-PDP

1968年，Owens-Illinois將PDP單元改為開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，器件壽命大為延長(zhǎng)。

1993年日本的富士通公司制作出了彩色PDP原理樣機(jī)。

1998年實(shí)現(xiàn)40吋彩色PDP批量生產(chǎn)。中國(guó)PDP的發(fā)展史1970S，“55所”：?jiǎn)紊玃DP研究和開(kāi)發(fā)。

1980S，建有一條單色PDP軍標(biāo)生產(chǎn)線。

1990S，“55所”開(kāi)展了彩色PDP研究和開(kāi)發(fā)；杭州大學(xué)也有拼接屏研究。

“九五”期間

，“55所”和西安交大分別研制出了21英寸彩色PDP實(shí)用化樣機(jī)。

2003年，TCL：全套彩色PDP驅(qū)動(dòng)電路。PDP的主要特點(diǎn)主動(dòng)發(fā)光、灰度豐富、可以實(shí)現(xiàn)全彩色高亮度和高對(duì)比度純平面大屏幕顯示超薄設(shè)計(jì)、超寬視角良好的防電磁干擾能力其缺點(diǎn)為：

①功耗大，不便于采用電池電源（與LCD、LED比較）②彩色發(fā)光效率低（與CRT比較）③驅(qū)動(dòng)電壓高（與LCD、LED比較）④目前的價(jià)格還較高（與CRT、LCD比較）。PDP可能的應(yīng)用領(lǐng)域如下圖顯示PDP顯示器件的性能指標(biāo)主要指它的空間分辨率、顏色分辨率和掃描頻率。

用像素點(diǎn)的大小或水平方向像素點(diǎn)數(shù)與垂直方向像素點(diǎn)的乘積表示。前兩代的點(diǎn)距大約為1.33mm，42英寸分辨率一般在852×480。第三代的點(diǎn)距為0.89～0.99mm，42英寸分辨率一般在1024×768，50英寸的產(chǎn)品大多為1366×768。

指每一個(gè)像素點(diǎn)可以有多少種顏色，這是由用來(lái)表示一個(gè)像素點(diǎn)的二進(jìn)制位數(shù)決定的。

掃描頻率必須達(dá)到一定的值時(shí)才不會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。5.1.5PDP的性能指標(biāo)（1）分辨率：42吋1024×768，50吋更高。（2）亮度≥780cd/cm2，灰度達(dá)到1024級(jí)。（3）標(biāo)稱對(duì)比度3000:1（標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試650:1）。（4）是否與計(jì)算機(jī)模式兼容（能否兼容VGA/SVGA/XGA/SXGA等模式）。（5）功耗：低于300W，越低越好。（6）壽命：≥3萬(wàn)小時(shí)，最好>10萬(wàn)小時(shí)。購(gòu)買(mǎi)PDP時(shí)應(yīng)該注意的性能指標(biāo)（1）PDP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。（2）發(fā)熱量大，PDP彩電的背板上裝有多組風(fēng)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(jī)內(nèi)解決接收電視節(jié)目信號(hào)，對(duì)輸入的視頻信號(hào)接線要求較高。PDP的使用注意事項(xiàng)5.2氣體放電特性5.2.1氣體放電的全伏安特性5.2.2輝光放電的發(fā)光空間分布5.2.3巴邢定律5.2.4潘寧效應(yīng)激發(fā)與輻射激發(fā)：高能電子碰撞氣體分子時(shí)，有時(shí)能導(dǎo)致原子外殼層電子由原來(lái)能級(jí)躍遷到較高能級(jí)。實(shí)際上，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)。引起激發(fā)的碰撞數(shù)與碰撞總數(shù)之比，稱為碰撞幾率。受激發(fā)后的原子停留在激發(fā)狀態(tài)的時(shí)間很短暫（約為10-6秒），便從能量為Em的氣體放電狀態(tài)回復(fù)到能量為E1的正常狀態(tài),并輻射出能量為hv的光。氣體放電時(shí)伴隨有發(fā)光現(xiàn)象，主要就是由于這個(gè)原因。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),這時(shí)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。亞穩(wěn)原子可以借助兩種過(guò)程回復(fù)到正常狀態(tài)：一是由電子再次碰撞或吸收相應(yīng)的光量子,升到更高的能級(jí),然后從這個(gè)能級(jí)輻射出光量子而回到常態(tài)。另一是通過(guò)與電子碰撞將能量轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能,它本身回到常態(tài)。亞穩(wěn)原子的壽命約為10-4～10-2秒；由于它壽命較長(zhǎng),在放電中常常起重要的作用。

圖5.1所示為用于PDP的典型氣體放電伏安特性曲線。AC段是非自持放電CD是自持的暗放電B點(diǎn)對(duì)應(yīng)于擊穿電壓（即放電著火電壓）EF段是正常輝光放電區(qū)FG段稱為反常輝光放電區(qū)5.2.1氣體放電的全伏安特性有微弱的發(fā)光自然輻射照射陰極所引起的電子發(fā)射和氣體的空間電離5.2.2輝光放電的發(fā)光空間分布

圖5.2所示，按輝光放電外貌及其微觀過(guò)程，從陰極到陽(yáng)極大致可分為阿斯頓暗區(qū)、陰極光層、陰極暗區(qū)、負(fù)輝區(qū)、法拉第暗區(qū)、正光柱區(qū)及陽(yáng)極區(qū)等幾個(gè)區(qū)域。阿斯頓暗區(qū)：剛離開(kāi)冷陰極的電子能量低，不能引起氣體原子激發(fā)和電離，陰極近表面為暗區(qū)。凡是電流通過(guò)氣體的現(xiàn)象即為氣體放電。

陰極光層：電子加速，其能量可使氣體原子激發(fā)產(chǎn)生輝光，這就是陰極光層。

陰極暗區(qū)：電子能量再增加時(shí)，就能引起原子電離，產(chǎn)生大量離子與低速電子，此過(guò)程不發(fā)可見(jiàn)光，該區(qū)域稱為陰極暗區(qū)。負(fù)輝區(qū)：低速電子增加速度后，會(huì)引起氣體原子激發(fā)，從而形成負(fù)輝區(qū)。再向陽(yáng)極方向，還有幾個(gè)明暗相間的區(qū)域。

法拉第暗區(qū)：負(fù)輝區(qū)到正柱區(qū)的過(guò)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):與法拉第暗區(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1015～1016個(gè)/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(dǎo)電性能；但它對(duì)放電的自持來(lái)說(shuō)，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(zhǎng)的放電管中，它幾乎可以充滿整個(gè)管子。正柱區(qū)中軸向電場(chǎng)強(qiáng)度很小，因此遷移運(yùn)動(dòng)很弱，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)（即亂向運(yùn)動(dòng)）占優(yōu)勢(shì)。

輝光放電的基本特征：⑴是一種穩(wěn)定的自持放電；⑵放電電壓明顯低于著火電壓，其著火電壓由巴邢定律決定；⑶放電時(shí)，放電空間呈現(xiàn)明暗相間的、有一定分布的光區(qū)；⑷只有正光柱區(qū)部分屬于等離子區(qū)，其正負(fù)電荷密度相等，整體呈電中性；⑸放電依靠二次電子繁流維持。湯生理論的物理描述是：設(shè)外界催離素在陰極表面輻照出一個(gè)電子，這個(gè)電子向陽(yáng)極方向飛行，并與分子頻繁碰撞，其中一些碰撞可能導(dǎo)致分子的電離，得到一個(gè)正離子和一個(gè)電子。新電子和原有電子一起，在電場(chǎng)加速下繼續(xù)前進(jìn),又能引起分子的電離,電子數(shù)目便雪崩式地增長(zhǎng)。這稱為電子繁流。氣體放電過(guò)程應(yīng)包括：?jiǎn)⑹挤烹姾头€(wěn)定放電。氣體放電是如何形成的呢？英國(guó)物理學(xué)家湯生（J.S.Townsend）在1910年第一個(gè)提出了“雪崩”氣體放電理論，適用范圍是非自持暗放電區(qū)及過(guò)渡區(qū)；1931~1932年，羅果夫斯基在考慮了空間電荷使放電間隙中電場(chǎng)發(fā)生畸變，對(duì)湯生理論做了重要補(bǔ)充，使適用范圍擴(kuò)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--羅果夫斯基理論。放電中產(chǎn)生的正離子最后都抵達(dá)陰極。正離子轟擊陰極表面時(shí)，使陰極產(chǎn)生電子發(fā)射；這種離子轟擊產(chǎn)生的次級(jí)電子發(fā)射，稱為r過(guò)程。r過(guò)程使放電出現(xiàn)新的特點(diǎn),這就是：r過(guò)程產(chǎn)生的次級(jí)電子也能參加繁流。如果同一時(shí)間內(nèi)，由于r過(guò)程產(chǎn)生的電子數(shù),恰好等于飛抵陽(yáng)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(shí)就轉(zhuǎn)化為自持放電。

放電管的平板電極間是均勻電場(chǎng)。當(dāng)氣體兩端的電壓緩慢上升時(shí)，初始階段只有10-16A的電流——?dú)怏w未放電，當(dāng)電壓超過(guò)某一值時(shí)，電流開(kāi)始以指數(shù)規(guī)律增加，這時(shí)的放電一般稱為湯生放電。I0：初始電流；α：電離系數(shù)；d：電極間的距離；γ為二次電子發(fā)射系數(shù)。5.2.3巴邢定律自持放電的條件：電離系數(shù)氣體的擊穿電壓或著火電壓

這就是巴邢定律，也是彩色PDP工作的基本定律之一。d:電極距離（厘米）p:氣壓（托）

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(chǎn)生和維持，引火裝置導(dǎo)入濃度較高的初始粒子，兩者都可降低著火電壓。

令，由前式可得著火電壓Uf的最小值和相應(yīng)的pd值，即

5.2.3巴邢定律

在給定的基本氣體中加入少量的雜質(zhì)氣體，如果雜質(zhì)氣體的電離電位小于基本氣體的亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)，混合氣體的著火電壓會(huì)小于基本氣體的著火電壓，這種現(xiàn)象稱為潘寧（Penning）效應(yīng)。

PDP用潘寧氣體降低器件的著火電壓。5.2.4潘寧效應(yīng)

潘寧效應(yīng)是因?yàn)榛練怏w的亞穩(wěn)態(tài)原子和雜質(zhì)氣體原子之間具有極高的碰撞幾率，從而提高了雜質(zhì)氣體的電離截面，加速了雜質(zhì)氣體原子的電離雪崩，降低了工作氣體的著火電壓。Ne-Xe混合氣體在一定外部電壓作用下產(chǎn)生氣體放電：

e+Ne＝Ne++2e（電子碰撞電離）

e+Ne※→Ne++2e（逐次電離）

e+Ne＝Nem+e（亞穩(wěn)激發(fā)）

e+Xe＝Xe++2e（電子碰撞電離）激發(fā)態(tài)由于Nem的亞穩(wěn)能級(jí)（16.62eV）大于Xe的電離能（12.127eV），因此，亞穩(wěn)原子Nem與Xe原子碰撞過(guò)程為：

Nem+Xe＝Ne+Xe++e此為潘寧電離反應(yīng)，這種反應(yīng)產(chǎn)生的幾率極高，從而提高了氣體的電離截面，加速了Nem的消失和Xe原子的電離雪崩。此外這種反應(yīng)的工作電壓比直接電離反應(yīng)的要低，因此也降低了顯示器件的工作電壓。e+Xe+→Xe※※（2P2或2P6）十hν

Xe※※（2P5或2P6）→Xe※（1S4或1S5）+hν（823nm、828nm）

Xe※（1S5）→Xe※（1S4）

Xe※（1S4）→Xe+hν（147nm）

潘寧電離反應(yīng)與Xe※※逐級(jí)躍遷的示意圖如圖5.6所示。

高能級(jí)激發(fā)態(tài)低能級(jí)激發(fā)態(tài)諧振激發(fā)能級(jí)5.3.1PDP的結(jié)構(gòu)5.3.2PDP的發(fā)光機(jī)理5.3.3PDP顯示單元等效電路5.3.4PDP的壁電荷和存儲(chǔ)特性5.3.5PDP的工作原理5.3PDP的結(jié)構(gòu)和特性彩色PDP發(fā)光顯示的兩個(gè)過(guò)程：

⑴

氣體放電過(guò)程，即隋性氣體在外加電壓信號(hào)的作用下產(chǎn)生放電，使原子受激而躍遷，發(fā)射出波長(zhǎng)147nm真空紫外線。

⑵

熒光粉發(fā)光過(guò)程，即氣體放電所產(chǎn)生的紫外線，激發(fā)光致熒光粉發(fā)射可見(jiàn)光的過(guò)程。如圖5.5所示。5.3.2PDP的發(fā)光機(jī)理147nm的真空紫外光能量大，發(fā)光強(qiáng)度高，所以彩色PDP激發(fā)紅、綠、藍(lán)熒光粉發(fā)光，得到三基色，從而實(shí)現(xiàn)彩色顯示。

真空紫外光照射到熒光粉表面時(shí)，一部分被反射，一部分被吸收，另一部分則透射出熒光粉層。當(dāng)熒光粉的基質(zhì)吸收了真空紫外光能量后，基態(tài)電子從原子的價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，價(jià)帶中因?yàn)殡娮榆S遷而出現(xiàn)空穴。2、熒光粉發(fā)光過(guò)程空穴因熱運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散到價(jià)帶頂后，被摻入熒光粉中的激活劑（發(fā)光中心）俘獲。

獲得紫外光子能量而躍遷到導(dǎo)帶的電子，在導(dǎo)帶中運(yùn)動(dòng)，并很快在消耗能量后下降到導(dǎo)帶底，然后與發(fā)光中心的空穴復(fù)合，放出一定波長(zhǎng)的光。

紅粉Y2O3：EU中，EU3+是激活劑、發(fā)光中心。2、熒光粉發(fā)光過(guò)程

交流PDP電極表面覆蓋介質(zhì)，驅(qū)動(dòng)波形是交流脈沖。當(dāng)氣體著火后，產(chǎn)生的電子和正離子沿外加電壓方向移動(dòng)并聚積在電極對(duì)應(yīng)的介質(zhì)表面，形成壁電荷。由壁電荷會(huì)形成的壁電壓Uw。

Uw＝Qw∕C0

壁電壓與外加電壓極性相反。5.3.4PDP的壁電荷和存儲(chǔ)特性

壁電荷使加在氣體兩端的電壓減弱，放電停止。外加電壓是交變的，電壓反向時(shí)，壁電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與外加電場(chǎng)正向疊加而使放電空間的實(shí)際電壓增強(qiáng)，脈沖幅值大于著火電壓Uf時(shí)

，放電再次發(fā)生。最小維持電壓著火電壓有足夠壁電荷與之疊加則點(diǎn)亮無(wú)壁電荷（或不足）則熄火維持電壓脈沖幅值：U

當(dāng)單元施加這一幅值范圍的交流脈沖時(shí)，如果單元原先是“點(diǎn)亮”的，此后的狀態(tài)仍為“點(diǎn)亮”，原來(lái)是“熄火”的仍為“熄火”，記憶了單元的歷史。只有當(dāng)外加一定特征的脈沖改變單元內(nèi)的壁電荷，“點(diǎn)亮”、“熄火”狀態(tài)才會(huì)發(fā)生改變。這一特征即為交流PDP的存儲(chǔ)特性，如圖5.9所示。利用交流PDP的存儲(chǔ)方式工作可以實(shí)現(xiàn)PDP的大容量顯示而不影響PDP的亮度。

顯示屏上第一次出現(xiàn)一個(gè)點(diǎn)亮單元的電壓稱為最小著火電壓Uf1，把正好使所有單元全亮的電壓定義為最大著火電壓Ufn。定義出現(xiàn)第一個(gè)單元開(kāi)始熄火時(shí)的電壓為最大熄火電壓Usm1，定義使熄火的單元減少到只剩一個(gè)點(diǎn)亮單元的維持電壓為最小熄火電壓Usmn。靜態(tài)維持工作范圍存貯容限最小著火電壓最大熄火電壓AC-PDP工作時(shí)，所有行、列電極之間都加上交變的維持電壓脈沖Us，其幅值不足以點(diǎn)燃單元放電，但能維持已有的放電，此時(shí)各行、列電極交點(diǎn)形成的像素均未改變放電發(fā)光情況。PDP的擦寫(xiě)工作原理如圖5.12所示。在被選單元相對(duì)應(yīng)的一對(duì)電極間疊加一個(gè)書(shū)寫(xiě)脈沖，其幅值超過(guò)著火電壓Uf，則該單元產(chǎn)生放電而發(fā)光。幾百納秒壁電壓

如要停止已放電單元的放電，可在維持脈沖之前加入一個(gè)擦除脈沖，它產(chǎn)生一個(gè)弱放電，抵消原來(lái)存在介質(zhì)表面的電荷，即不產(chǎn)生足夠的新的壁電荷，維持電壓倒向后沒(méi)有足夠的壁電荷電場(chǎng)與之相加，放電就不能繼續(xù)發(fā)生，轉(zhuǎn)入熄火狀態(tài)。圖5.125.4.1PDP的ADS驅(qū)動(dòng)原理5.4.2實(shí)現(xiàn)灰度顯示的子場(chǎng)驅(qū)動(dòng)法5.4.3PDP驅(qū)動(dòng)電路框圖5.4.4PDP的動(dòng)態(tài)偽輪廓現(xiàn)象及克服5.4PDP的驅(qū)動(dòng)與控制

電極連接：所有維持電極X相連接維持驅(qū)動(dòng)電路；掃描電極Y由掃描驅(qū)動(dòng)電路和維持電路驅(qū)動(dòng)；選址電極A由選址電路驅(qū)動(dòng)。

ADS（AddressandDisplaySeparation）方式——選址與顯示分離方式，是目前最常用的。圖5.13所示為ADS工作方式在每一場(chǎng)內(nèi)加在顯示屏各電極上的具體的工作波形，所不同的是各場(chǎng)的維持時(shí)間。5.4.1PDP的ADS驅(qū)動(dòng)原理ADS方式在每場(chǎng)內(nèi)分為3個(gè)工作階段：初始化階段、選址階段及維持階段。

1、初始化階段：

X電極上施加一高電壓正脈沖，幅度遠(yuǎn)高于X、Y電極間著火電壓，使所有單元均能產(chǎn)生一次強(qiáng)烈的放電。產(chǎn)生的壁電壓大于氣體的著火電壓，使單元在正脈沖過(guò)去后產(chǎn)生自放電，消除單元內(nèi)的壁電荷。自放電過(guò)程較慢。5.4.1PDP的ADS驅(qū)動(dòng)原理

對(duì)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(chǎn)生一次放電。無(wú)壁電荷的不再放電，故不會(huì)產(chǎn)生新的壁電荷。然后，在Y電極上再施加一個(gè)負(fù)脈沖，使壁電壓極性轉(zhuǎn)向。消除第二階段產(chǎn)生的壁電荷，以確保下一步選址時(shí)，單元內(nèi)的壁電荷對(duì)選址不致于造成影響。在所有的Y電極上加一幅度逐漸上升的斜坡脈沖。1、初始化階段

選址是在A、Y電極間進(jìn)行的，一次選一行，選中行的Y電極加一負(fù)脈沖，需選址單元的A電極加數(shù)據(jù)信號(hào)（正脈沖），使電壓UAY大于著火電壓Uf，選址時(shí)X電極上加了正電平，選址放電在X、Y電極上的介質(zhì)表面形成壁電荷。某行選址時(shí)，其他行Y電極上加的負(fù)電壓不能導(dǎo)致A、Y間放電。2、選址階段

屏上所有行均選址后，所有選址單元內(nèi)均產(chǎn)生了壁電荷和壁電壓，相當(dāng)于將一子場(chǎng)的圖像信號(hào)用壁電荷寫(xiě)入相應(yīng)的單元內(nèi)。

3、維持階段：維持是在X、Y電極間進(jìn)行的，維持的第一個(gè)脈沖必須與選址單元內(nèi)的壁電壓的極性相同，以確保所加維持脈沖的幅度和壁電壓之和大于X、Y電極間的著火電壓，產(chǎn)生用于顯示的放電。

隨著放電的進(jìn)行，單元內(nèi)的壁電荷由逐漸減少直到無(wú)壁電壓，最后過(guò)渡到反向積累，到放電結(jié)束時(shí)，壁電壓的極性與放電之前極性相反。下一個(gè)極性相反的脈沖到來(lái)時(shí)與上一脈沖剛好極性相反，因此，第二個(gè)脈沖到來(lái)后，剛好與上一次放電產(chǎn)生的壁電壓極性相同