1、第4章 等離子顯示器件（PDP）,4 等離子顯示器件（PDP）,等離子體顯示（Plasma Display Plate，簡(jiǎn)稱(chēng)PDP），自1964年發(fā)明以來(lái)，經(jīng)過(guò)40年的迅速發(fā)展，相關(guān)技術(shù)已日趨成熟。等離子體顯示呂是繼CRT、LCD后的最新一代顯示器，其厚度極薄，分辨率佳，大屏幕壁掛式平板彩電已經(jīng)商品化，作為信息處理終端裝置的多媒體顯示板也已開(kāi)始普及。,PDP的主要優(yōu)點(diǎn)在于：因有的存儲(chǔ)性能、高亮度、高對(duì)比度、能隨機(jī)書(shū)寫(xiě)與擦除，壽命長(zhǎng)、視角大、易與計(jì)算機(jī)互連等優(yōu)點(diǎn)。,根據(jù)工作方式的不同，大致可分為兩類(lèi)： 交流型和直流型。 目前研究較多以交流型為主，并可依據(jù)電極的安排區(qū)分為二電極對(duì)向放電（Colum

2、n Discharge）和三電極表面放電（Surface Discharge）兩種結(jié)構(gòu)。,對(duì)向放電交流型PDP電極圖覆蓋有保護(hù)介質(zhì)，放電單元節(jié)距為0.3mm，分辨率高，顯示容量大，可作為計(jì)算機(jī)終端等中小屏幕等顯示。 直流型PDP電極不加保護(hù)層，暴露于放電空間，容易實(shí)現(xiàn)彩色顯示，節(jié)距0.6mm，主要用于大屏幕平板電視等。,等離子體顯示與稀有氣體中冷陰極輝光放電有關(guān)，它是在顯示屏上排列上千個(gè)密封的小低壓氣體室（一般是氙氣和氖氣的混合物），電流激發(fā)氣體，使其發(fā)出肉眼看不見(jiàn)的紫外光，這種紫外光碰擊后面的玻璃上的紅、綠、藍(lán)三色熒光體，它們?cè)侔l(fā)出我們?cè)陲@示器上所看到的可見(jiàn)光。,等離子體顯示器與CRT相比，

3、沒(méi)有聚焦問(wèn)題，顯示器表面平直； 與LCD相比，亮度更高，色彩還原性更好，灰度豐富，響應(yīng)速度高，視角寬達(dá)160。 但缺點(diǎn)是每一個(gè)像素都是一個(gè)獨(dú)立的發(fā)光管，耗電量大到300瓦，發(fā)熱量大，顯示器背板上裝有多組風(fēng)扇用于散熱。 盡管如此，它仍被認(rèn)為是目前最具發(fā)展前途的顯示器。,4.1、氣體放電的物理基礎(chǔ),具有平板電極的低氣壓放電系統(tǒng)同直流電源串聯(lián)，得到如圖4.1所示的伏安特性曲線。,圖4.1 PDP中氣體放電伏安特性曲線,I區(qū)為非自持放電區(qū)，電流很小，10-2010-12A，特點(diǎn)是外界電壓取消后，放電立即停止，起始帶電粒子完全是由外界電離源提供的； II區(qū)自持暗放電區(qū)，此時(shí)放電電流為10-1110-7A

4、之間，管壓降接近電源提供的電壓； III區(qū)過(guò)渡區(qū)（欠輝區(qū)），管壓降突然下降，電流急劇增加，其中D點(diǎn)稱(chēng)為著火電壓（起輝電壓、擊穿電壓）；,IV區(qū)正常輝光放電區(qū)，電流在10-410-1之間，E點(diǎn)電壓稱(chēng)為維持電壓，管內(nèi)出現(xiàn)明暗相間的輝光，管壓降維持不變； V異常輝光放電區(qū)，如加大電流并使電壓突破G點(diǎn)，則電流突然猛增，管壓降突然降低，進(jìn)入VII弧光放電區(qū)； VI過(guò)度區(qū) VII弧光放電區(qū)，是一種自持放電狀態(tài)，管內(nèi)出現(xiàn)明暗的弧光放電電流在10-1A以上。G點(diǎn)稱(chēng)為弧光放電的著火電壓。,氣體放電機(jī)理,氣體放電是氣體中帶電粒子不斷增殖的過(guò)程。由外界催離作用或上一次放電殘存下來(lái)的原始電子從外電場(chǎng)得到能量并電離氣

5、體粒子，新產(chǎn)生的電子又參加電離過(guò)程，使電子、離子不斷增加。初始自由電子對(duì)引起放電是不可少的，為了產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的放電在實(shí)際器件中常采用附加的穩(wěn)定輔助放電電源。,圖4.2 放電發(fā)光區(qū)域及光強(qiáng)分布圖,等離子體顯示板工作在II、III、IV形成的負(fù)阻區(qū)。 當(dāng)輝光放電時(shí)，在放電管內(nèi)形成明暗交替的輝光放電區(qū)。其中包括II負(fù)輝區(qū)、III法拉弟暗區(qū)、IV正柱區(qū)（等離子區(qū)）、I陰極光膜和V陽(yáng)極輝區(qū)四個(gè)發(fā)光區(qū)。其中前兩者發(fā)光較強(qiáng)，以負(fù)輝區(qū)發(fā)光最強(qiáng)，是作為PDP的主要發(fā)光源，,正柱區(qū)的本質(zhì)是等離子體，可用來(lái)激發(fā)熒光粉使其發(fā)光，常用于熒光燈等光源。 PDP放電單元特別之處在于放電間隙小，放電常常不能顯現(xiàn)正柱區(qū)而只利用

6、了負(fù)輝區(qū)的發(fā)光。維持放電的基本過(guò)程都在陰極位降區(qū)，電極間壓降幾乎都集中在這里，控制放電氣壓、電壓和間隙大小可決定是負(fù)輝區(qū)或正住區(qū)哪一種發(fā)光為主。,負(fù)輝區(qū)內(nèi)電場(chǎng)比較弱，自由電子不具備足夠的能量使多數(shù)氣體原子電離，但能使經(jīng)過(guò)該區(qū)的多數(shù)氣體原子的能量從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，當(dāng)原子回復(fù)到基態(tài)時(shí)，大部分或全部能量便以光的形式輻射出來(lái)，常見(jiàn)的氖氣產(chǎn)生的可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍在400nm700nm，為紅色。,4.2、等離子體顯示板工作原理,圖4.3 PDP結(jié)構(gòu)原理圖,圖4.3所示的是一個(gè)三電極面放電AC型PDP主流結(jié)構(gòu)。 PDP由前后兩片玻璃組成。 前板玻璃上有透明ITO維持電極及加強(qiáng)ITO導(dǎo)電性的Bus電極，并且在電

7、極上覆蓋透明介電層及防止離子撞擊介電層的MgO保護(hù)層。 后板玻璃上有數(shù)據(jù)面電極、介電層及長(zhǎng)條狀的隔層 在每個(gè)隔層內(nèi)印刷R、G、B三種熒光材料。最后在兩個(gè)基板內(nèi)注入氖（Ne）及氙（Xe）惰性氣體后封裝，氣壓只有數(shù)百Torr的高真空狀態(tài)。,4.3、PDP驅(qū)動(dòng)方式,圖.4.4 AC-PDP的維持、書(shū)寫(xiě)和擦除脈沖工作方式,當(dāng)放電單元的電極上加有比著火電壓Vf低的維持脈沖電壓VS時(shí)，單元中氣體不會(huì)著火。 如果在維持電壓間隙中加入幅度高于Vf的書(shū)寫(xiě)脈沖電壓VWT，單元將觸發(fā)放電發(fā)光。,放電形成的電子、離子在電場(chǎng)作用下分別向正、負(fù)電極移動(dòng)，由于電極表面是介質(zhì)，電子、離子不能直接進(jìn)入電極而在介質(zhì)表面累積起來(lái)、

8、形成壁電荷。 在回路中，壁電荷形成與外加電壓極性相反的壁電壓。這時(shí)，放電空腔上的電壓為外加電壓和壁電壓之和。它將小于維持電壓，起到減弱放電空間電場(chǎng)的作用，致使放電單元在26s內(nèi)逐漸停止放電。,因介質(zhì)電阻很高，壁電荷會(huì)不衰減地保持下來(lái)，當(dāng)下一個(gè)反向的維持電壓脈沖到來(lái)時(shí)，上一次放電形成的壁電壓與此時(shí)的外加電壓同極性，疊加電壓峰值大于Vf，單元再次著火發(fā)光并在放電腔的兩壁形成與前半周期極性相反的壁電荷，并再次使放電熄滅直到下一個(gè)相反極性脈沖的到來(lái)。,因此，單元一旦由書(shū)寫(xiě)脈沖電壓引燃，只需要維持電壓脈沖就可維持脈沖放電。這個(gè)特性稱(chēng)為AC-PDP單元的存儲(chǔ)特性。 已放電的單元的熄滅過(guò)程是在下一個(gè)維持電壓

9、脈沖到來(lái)前給單元加一（約1s）放電脈沖，使單元產(chǎn)生一次微弱放電，將儲(chǔ)存的壁電荷中和，又不形成新的反向壁電荷，這時(shí)單元將中止放電發(fā)光。 PDP單元雖是脈沖放電，但在一個(gè)周期內(nèi)它發(fā)光兩次，維持電壓脈沖寬度通常5s 10s，幅度90V100V，主要工作頻率范圍30KHz50KHz，因此光脈沖重復(fù)頻率在數(shù)萬(wàn)次以上，人眼不會(huì)感到閃爍。,4.4、驅(qū)動(dòng)方式和灰階,圖4.5 子場(chǎng)掃描法實(shí)現(xiàn)灰度顯示,PDP單元的狀態(tài)只有兩種，即“點(diǎn)亮”和“熄火”。其灰度的實(shí)現(xiàn)不同于CRT的靠調(diào)制電子束流大小而實(shí)現(xiàn)明暗不同亮度的顯示。 PDP在實(shí)現(xiàn)灰度時(shí)要把一個(gè)電視場(chǎng)分為若干個(gè)子場(chǎng)，每一子場(chǎng)產(chǎn)生相同強(qiáng)度的輻射的時(shí)間不同，亮度的高低是因這些相同光強(qiáng)輻射在人眼視網(wǎng)膜上的輻射強(qiáng)度與作用時(shí)間的積分效應(yīng)不同造成的。,每場(chǎng)的某一單元的亮度是由各子場(chǎng)維持顯示時(shí)間的組合確定的。 各子場(chǎng)內(nèi)的維持時(shí)間有一定的關(guān)系，以256級(jí)灰度為例，各子場(chǎng)維持時(shí)間的組合，必須能產(chǎn)生0-255的完備集合，可見(jiàn)有多種方式。 以彩色PDP開(kāi)發(fā)初期的各子場(chǎng)維持時(shí)間之比采用二進(jìn)制方式，如1248163264128，只需8個(gè)子場(chǎng)分割就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)視場(chǎng)的256級(jí)灰度顯示。,一個(gè)彩色像素內(nèi)R、G、B三基色放電單元，每一單元的基色都可產(chǎn)生2