061等离子体显示器概述.ppt

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1、彩色等离子体彩色等离子体显示显示2021/9/201提 纲一、等离子体显示器概述一、等离子体显示器概述二、气体放电物理基础二、气体放电物理基础三、彩色交流等离子体显示器（三、彩色交流等离子体显示器（AC-PDP)AC-PDP)介绍介绍四、彩色四、彩色AC-PDPAC-PDP的制造材料和工艺的制造材料和工艺五、彩色五、彩色AC-PDPAC-PDP电路系统电路系统六、彩色六、彩色PDPPDP技术的新发展技术的新发展七、直流等离子体显示器（七、直流等离子体显示器（DC-PDP)DC-PDP)八、八、PDPPDP的应用及未来发展的应用及未来发展2021/9/202What is a plasma?固态

2、固态 液态液态 气态气态？如果气体的温度继续升高，物质受热能的激如果气体的温度继续升高，物质受热能的激发而电离。如果温度足够高，就可以使物质全部发而电离。如果温度足够高，就可以使物质全部电离。电离后形成的电子之总电荷量同所有的正电离。电离后形成的电子之总电荷量同所有的正离子的总电荷量在数值上相等，而在宏观上保持离子的总电荷量在数值上相等，而在宏观上保持电中性。电中性。等离子体显示器概述等离子体显示器概述PDPPDP：P Plasma lasma D Display isplay P Panelanel2021/9/203气体放电物理基础气体放电物理基础气体原子的电离气体原子的电离原子获得能量2

3、021/9/204等离子体的分类等离子体的分类:等离子体等离子体高温等离子体（完全电离气体）高温等离子体（完全电离气体）温度范围：温度范围：106108K，如可控热核反应等如可控热核反应等离子体、太阳、恒星等。离子体、太阳、恒星等。低温等离子体低温等离子体（部分电离气体）（部分电离气体）热等离子体热等离子体（Te=104106K，Ti=3 1033 104K）冷等离子体冷等离子体（Te104K，Ti=室温室温）如电弧等离子体、如电弧等离子体、高频等离子体、高频等离子体、燃烧等离子体等。燃烧等离子体等。如辉光放电正柱区如辉光放电正柱区等离子体显示器概述等离子体显示器概述2021/9/205P P

4、lasma lasma D Display isplay P Panelanel ：所有利用气体放电而发光的平板显示器件的总称。所有利用气体放电而发光的平板显示器件的总称。日光灯发光原理 PDP平板显示矩阵 等离子体显示器概述等离子体显示器概述2021/9/206 按颜色分：按颜色分：单色单色PDPPDP 直接利用气体放电时发出的可见光来实现单直接利用气体放电时发出的可见光来实现单色显示色显示。彩色彩色PDPPDP放电发光放电发光放电发光放电发光真空紫外线真空紫外线真空紫外线真空紫外线（VUVVUV）荧光粉荧光粉荧光粉荧光粉可见光可见光可见光可见光等离子体显示器概述等离子体显示器概述2021/

5、9/207 (a)DC-PDP (b)对向放电型AC-PDP (c)表面放电型AC-PDP按电极结构分：按电极结构分：等离子体显示器概述等离子体显示器概述2021/9/208PDP与与CRT性能的比较性能的比较等离子体显示器概述等离子体显示器概述2021/9/209优点：优点：缺点：缺点：（1 1）主动发光型显示；）主动发光型显示；（1 1）功耗大，不便于采用电池）功耗大，不便于采用电池 （2 2）易于实现薄型大屏幕；易于实现薄型大屏幕；电源（与电源（与LCDLCD相比）；相比）；（3 3）具有高速响应特性；）具有高速响应特性；（2 2）彩色发光效率低（与）彩色发光效率低（与CRTCRT（4

6、4）可实现全彩色显示；）可实现全彩色显示；相比）；相比）；（5 5）视角宽，可达）视角宽，可达160160度；度；（3 3）驱动电压高（与）驱动电压高（与LCDLCD比较）；比较）；（6 6）伏安特性非线性强，）伏安特性非线性强，（4 4）产生较强的电磁干扰（）产生较强的电磁干扰（EMIEMI）.具有很陡的阈值特性；具有很陡的阈值特性；（7 7）具有存储功能；）具有存储功能；（8 8）无图像畸变，不受磁场干扰；）无图像畸变，不受磁场干扰；（9 9）应用的环境范围宽；）应用的环境范围宽；（1010）工作于全数字化模式；）工作于全数字化模式；（1111）具有长寿命。）具有长寿命。等离子体显示器概述

7、等离子体显示器概述2021/9/2010直流直流PDP（DC-PDP）的发展史的发展史 1954年National Union公司研制出矩阵结构DC-PDP 二十世纪五十年代初Burroughs公司开发出用于数码显示的直流气体放电管等离子体显示器概述等离子体显示器概述2021/9/2011 1972年年Burroughs研制出具有自扫描研制出具有自扫描功能的功能的DC-PDP板板 1978年，年，G.E.Holz提出脉冲存提出脉冲存储技术，使得储技术，使得DC-PDP可以可以 工作于存储模式工作于存储模式；1995年年NHK公司开发的公司开发的102cm脉冲存储式脉冲存储式DC-PDP等离子体

8、显示器概述等离子体显示器概述2021/9/2012 1995年，NHK和松下公司合作采用内置电阻结构制作出 107cm 的HDTV DC-PDP。它具有19201035像素，单元 节距为0.48mm0.5mm，可实现256级灰度显示。西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室等离子体显示器概述等离子体显示器概述2021/9/2013交流交流PDP（AC-PDP）的发展史的发展史 1964年年Bitzer和和Slottow研制出研制出AC-PDP等离子体显示器概述等离子体

9、显示器概述PDP 发明人Don Bitzer 教授(右)Gene Slottow教授(左)Illinois大学2021/9/2014等离子体显示器概述等离子体显示器概述 1969年，年，Owens-Illinois研究小组研制出开放单元研究小组研制出开放单元（Open Cell）结构的单色结构的单色AC-PDP2021/9/2015 1976年 G.W.Dick发表一种具有交叉电极结构的表面放电型AC-PDP；交叉电极结构表面放电型交叉电极结构表面放电型 AC-PDP下板结构下板结构 交叉电极结构交叉电极结构的的表面放电型表面放电型AC-PDP等离子体显示器概述等离子体显示器概述2021/9/

10、20161977年年G.W.Dick一种一种带有带有“连通连通”导体导体的表面的表面放电型放电型AC-PDP1979年年G.W.Dick又设又设计出带有计出带有“连通连通”电容的电容的表面放电型表面放电型AC-PDP等离子体显示器概述等离子体显示器概述2021/9/2017（1）电极材料的选择很困难；（2）电场集中在上下层电极的交叉区域，容易造成该区域保护层的毁坏，引起放电电压的改变；（3）这种交叉电极结构的容抗较大，使得驱动困难。两电极结构表面放电型两电极结构表面放电型AC-PDP存在的缺点：存在的缺点：1985年，G.W.Dick和富士通公司开发出三电极结构的 表面放电型AC-PDP；等离

11、子体显示器概述等离子体显示器概述2021/9/2018 1990年，富士通公司开发出寻址与显示分离的驱动技术（年，富士通公司开发出寻址与显示分离的驱动技术（ADS），），可以实现多灰度级彩色显示；可以实现多灰度级彩色显示；1992年，富士通公司开发出条状障壁结构表面放电型年，富士通公司开发出条状障壁结构表面放电型AC-PDP，并采用此结构生产出世界上第一台并采用此结构生产出世界上第一台53cm(21英寸英寸)彩色彩色PDP；1995年，富士通公年，富士通公司推出了司推出了107cm(42英寸英寸)PDP。至至1997年年底底,日本日本NEC、先锋、先锋、松下、三菱等公司也松下、三菱等公司也相继

12、实现了相继实现了107cm彩彩色色PDP的批量生产。的批量生产。等离子体显示器概述等离子体显示器概述2021/9/2019一、等离子体显示器概述一、等离子体显示器概述二、气体放电物理基础二、气体放电物理基础三、彩色交流等离子体显示器（三、彩色交流等离子体显示器（AC-PDP)AC-PDP)介绍介绍四、彩色四、彩色AC-PDPAC-PDP的制造材料和工艺的制造材料和工艺五、彩色五、彩色AC-PDPAC-PDP电路系统电路系统六、彩色六、彩色PDPPDP技术的新发展技术的新发展七、直流等离子体显示器（七、直流等离子体显示器（DC-PDP)DC-PDP)八、八、PDPPDP的应用及未来发展的应用及未

13、来发展提 纲2021/9/2020气体放电物理基础气体放电物理基础气体发生稳定放电的区域：正常辉光放电区(EF)反常辉光放电区(FG)弧光放电区(GH)气体放电的伏安特性气体放电的伏安特性 2021/9/2021 为为了了描描述述气气体体放放电电中中的的电电离离现现象象，汤汤生生提提出出了了三三种种电离过程，并引出三个对应的电离系数：电离过程，并引出三个对应的电离系数：（1 1）汤汤生生第第一一电电离离系系数数系系数数。它它是是指指每每个个电电子子在在沿沿电电场场反反方方向向运运行行单单位位距距离离的的过过程程中中，与与气气体体原原子子发发生碰撞电离的次数。生碰撞电离的次数。气体的击穿和巴邢定

14、律气体的击穿和巴邢定律电电子子繁繁流流示示意意图图气体放电物理基础气体放电物理基础2021/9/2022（2 2）汤生第二电离系数）汤生第二电离系数系数。它是指系数。它是指一个正离子沿电场方向运行单位路程所产一个正离子沿电场方向运行单位路程所产生的碰撞电离次数。生的碰撞电离次数。（3 3）汤生第三电离系数汤生第三电离系数 系数。它是指系数。它是指每个正离子打上阴极表面时，产生的二次每个正离子打上阴极表面时，产生的二次电子发射数。电子发射数。气体放电物理基础气体放电物理基础2021/9/2023几种气体的巴邢曲线几种气体的巴邢曲线 帕邢帕邢(Paschen)定律定律 在气体种类、电极材在气体种类

15、、电极材料等条件不变时，着火电料等条件不变时，着火电压压Ub不仅单独和压强不仅单独和压强P或极或极间距离间距离d有关，而且和有关，而且和Pd的的乘积有关乘积有关 Ub=f（Pd）Ub与与Pd的函数关系的推导：的函数关系的推导：根据着火条件根据着火条件 ，系数必须满足系数必须满足气体放电物理基础气体放电物理基础2021/9/2024气体放电物理基础气体放电物理基础从从 ，可得最低着火点：，可得最低着火点：2021/9/2025影响气体放电着火电压的因素影响气体放电着火电压的因素 pd值的作用值的作用 巴巴邢邢定定律律表表明明，当当其其它它因因素素不不变变时时，pdpd值值的的变变化化对对着着火火

16、电电压压的的变变化化起起了了决决定定性性的的作作用用。因因此此，PDPPDP中中充充入入气气体体的的压压强强和和电电极极间间隙隙对对PDPPDP的的着着火火电电压有很大影响。压有很大影响。气体放电物理基础气体放电物理基础2021/9/2026 气体种类和成分的影响气体种类和成分的影响 值和击穿电压值和击穿电压Ub值，都与气体的性质值，都与气体的性质(种类和气压种类和气压)有关，并主要由电子与一定气体粒子发生碰撞的过程有关，并主要由电子与一定气体粒子发生碰撞的过程来决定。来决定。气体的电离电位对击穿电位的影响是另一个重要气体的电离电位对击穿电位的影响是另一个重要的因素，在其他条件不变的情况下，通

17、常电离电位越大的因素，在其他条件不变的情况下，通常电离电位越大的气体，它的击穿电位就越大。的气体，它的击穿电位就越大。如果碰撞时电子还未达到足以使气体电离的速度，如果碰撞时电子还未达到足以使气体电离的速度，电子与这种气体粒子碰撞损失的平均能量较大，那么这电子与这种气体粒子碰撞损失的平均能量较大，那么这种气体被击穿所需要的电场强度就大，相应地要求击穿种气体被击穿所需要的电场强度就大，相应地要求击穿电位也高。电位也高。气体放电物理基础气体放电物理基础2021/9/2027 在放电管内有两种气体的混合物时，在放电管内有两种气体的混合物时，Ub不能简单不能简单地用混合方法以混合气体的浓度去计算。混合气

18、体的地用混合方法以混合气体的浓度去计算。混合气体的击穿现象往往与纯粹气体完全不同。击穿现象往往与纯粹气体完全不同。氮氮氢氢混合气混合气体的最体的最小着火小着火电压与电压与Pd的的关系关系气体放电物理基础气体放电物理基础2021/9/2028 在氖气中混入少量氩气能使气体的击穿电压降低，在氖气中混入少量氩气能使气体的击穿电压降低，其降低量由氩气的混合量决定。这种现象就是放电中潘其降低量由氩气的混合量决定。这种现象就是放电中潘宁效应的结果。这种效应在氩宁效应的结果。这种效应在氩汞混合气体中也存在。汞混合气体中也存在。气体放电物理基础气体放电物理基础2021/9/2029潘宁电离：潘宁电离：设设A、

19、B为为不不同同种种类类的的原原子子，原原子子A的的亚亚稳稳激激发发电电位位大大于于原原子子B的的电电离离电电位位，亚亚稳稳原原子子A*与与基基态态原原子子B碰碰撞撞时时，使使B电电离离，变变为为基基态态正正离离子子B+（或或激激发发态态正正离离子子B+*），而而亚亚稳稳原原子子A*降降低低到到较较低低能能态态，或或变变为为基态原子基态原子A.A*+BA+B+（或或B+*）+e由由于于亚亚稳稳原原子子平平均均寿寿命命是是10-4 10-2s，因因此此潘潘宁宁电电离离的的几几率率较较高高，使使得得基基本本气气体体的的有有效效电电离离电电位位明明显显降降低低。另另外外，着着火火电电压压下下降降的的大

20、大小小还还与与两两种种气气体体的的性性质质和和它它们量的混合比有非常密切的关系。们量的混合比有非常密切的关系。气体放电物理基础气体放电物理基础2021/9/2030阴极材料和表面状况的影响阴极材料和表面状况的影响 在各种在各种阴极材阴极材料的平料的平板电圾板电圾之间氩之间氩气的击气的击穿电压穿电压随随Pd的的变化变化气体放电物理基础气体放电物理基础2021/9/2031 辅助电离源的影响辅助电离源的影响 使用辅助电离源来加快带电粒子的形成，也可以使使用辅助电离源来加快带电粒子的形成，也可以使着火电压降低。着火电压降低。例如：例如：人工加热阴极产生热电子发射，取代人工加热阴极产生热电子发射，取代

21、 发射过程发射过程的作用；的作用；用紫外光照射阴极，使阴极产生光电发射；用紫外光照射阴极，使阴极产生光电发射；放射性物质靠近放电管，放射性射线引起气体放射性物质靠近放电管，放射性射线引起气体电离；电离；通过预放电提供初始的带电粒子等可以大大降通过预放电提供初始的带电粒子等可以大大降低着火电压。低着火电压。气体放电物理基础气体放电物理基础2021/9/2032电场分布的影响电场分布的影响 电场分布对电场分布对汤生汤生 系数和系数和 系系数的数值与分布数的数值与分布起决定性作用，起决定性作用，影响气体中电子影响气体中电子与离子的运动轨与离子的运动轨迹以及电子雪崩迹以及电子雪崩过程。过程。气体放电物

22、理基础气体放电物理基础同轴圆筒电极系统，中心电极不同极性，着火电压与气压的关系2021/9/2033辉光放电的发光辉光放电的发光 基本特征：基本特征：(1)放电时，在放电空间呈现明暗相间、有一定分布规放电时，在放电空间呈现明暗相间、有一定分布规律的光区。律的光区。(2)由于着火后，空间电荷引起的电场畸变使放电空间由于着火后，空间电荷引起的电场畸变使放电空间电位基本上分成两段：阴极位降区和正柱区。在阴极位降电位基本上分成两段：阴极位降区和正柱区。在阴极位降区中产生电子繁流过程，满足放电自持条件，故它是维持区中产生电子繁流过程，满足放电自持条件，故它是维持辉光放电必不可少的部分。辉光放电必不可少的

23、部分。(3)管压降明显低于着火电压，并且不随电流而变。电管压降明显低于着火电压，并且不随电流而变。电流为毫安级。电流密度为流为毫安级。电流密度为 A/cm2至至mA/cm2数量级。数量级。(4)阴极电子发射主要是阴极电子发射主要是 过程。过程。气体放电物理基础气体放电物理基础2021/9/2034正常辉光放电的光区分布：正常辉光放电的光区分布：一个充氖的冷阴极放电管长一个充氖的冷阴极放电管长50cm，气气压压P133Pa，在正常辉光放电时的光在正常辉光放电时的光区和电参量分布区和电参量分布(1)阿斯顿暗区阿斯顿暗区 由于受正离子轰击从阴极发由于受正离子轰击从阴极发射出来的二次电子初速很小，不射

24、出来的二次电子初速很小，不具备激发条件。由于没有受激原具备激发条件。由于没有受激原子，因而是暗区。子，因而是暗区。(2)阴极光层阴极光层 电子在通过阿斯顿暗区以后，电子在通过阿斯顿暗区以后，从电场中获得了一定的能量，足从电场中获得了一定的能量，足以产生激发碰撞，使气体发光。以产生激发碰撞，使气体发光。但电子数量不大，激发很微弱。但电子数量不大，激发很微弱。气体放电物理基础气体放电物理基础2021/9/2035(3)阴极暗区阴极暗区 电子离开阴极后，电子离开阴极后，到这里获得的能量愈来到这里获得的能量愈来愈大，甚至超过了激发愈大，甚至超过了激发几率的最大值，于是激几率的最大值，于是激发减少，发光

25、减弱。在发减少，发光减弱。在这个区域内，电子能量这个区域内，电子能量已超过电离电位，引起已超过电离电位，引起了大量的碰撞电离，繁了大量的碰撞电离，繁流放电集中在这里发生。流放电集中在这里发生。在正常辉光放电时的光区和电参量分布在正常辉光放电时的光区和电参量分布气体放电物理基础气体放电物理基础2021/9/2036(4)负辉区负辉区 进入负辉区的电子可以进入负辉区的电子可以分为两类分为两类:快电子和慢电子快电子和慢电子。慢速电子是多数，它们在负慢速电子是多数，它们在负辉区产生许多激发碰撞，因辉区产生许多激发碰撞，因而产生明亮的辉光。而产生明亮的辉光。在阴极暗区，因离子浓在阴极暗区，因离子浓度很高

26、，它们会向负辉区扩度很高，它们会向负辉区扩散，因而负辉区中，电子和散，因而负辉区中，电子和正离子的浓度都很大，而电正离子的浓度都很大，而电场很弱，几乎是无场空间。场很弱，几乎是无场空间。负辉区中电子和正离子浓度负辉区中电子和正离子浓度比正柱区中约大比正柱区中约大20倍。倍。在正常辉光放电时的光区和电参量分布在正常辉光放电时的光区和电参量分布气体放电物理基础气体放电物理基础2021/9/2037（5）法拉第暗区）法拉第暗区 这是一个处于负这是一个处于负辉区和正柱区之间的辉区和正柱区之间的过渡区。由于电子在过渡区。由于电子在负辉区中损失了很多负辉区中损失了很多能量，进入这个区域能量，进入这个区域以

27、后，便没有足够的以后，便没有足够的能量来产生激发，所能量来产生激发，所以是暗区。以是暗区。在正常辉光放电时的光区和电参量分布在正常辉光放电时的光区和电参量分布气体放电物理基础气体放电物理基础2021/9/2038（6）正柱区）正柱区 在任何位置电子密度和正离在任何位置电子密度和正离子密度相等，净空间电荷为零。子密度相等，净空间电荷为零。电场沿管轴均匀分布。放电电流电场沿管轴均匀分布。放电电流主要是电子流。正柱区中有一定主要是电子流。正柱区中有一定的轴向电场强度，电子从电场中的轴向电场强度，电子从电场中获得一定的能量，产生一定数量获得一定的能量，产生一定数量的碰撞电离和激发。的碰撞电离和激发。（

28、7）阳极区）阳极区 在该区有时可以看见阳极暗在该区有时可以看见阳极暗区，在阳极暗区之后是紧贴在阳区，在阳极暗区之后是紧贴在阳极上的阳极辉光。极上的阳极辉光。在正常辉光放电时的光区和电参量分布在正常辉光放电时的光区和电参量分布气体放电物理基础气体放电物理基础2021/9/2039 辉光放电的各发光区中，发光强度以负辉区最强，正柱辉光放电的各发光区中，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。区居中，阴极光层和阳极辉光最弱。PDP的发光效率不高的原因：的发光效率不高的原因：虽然正柱区的强度不如负辉区强虽然正柱区的强度不如负辉区强，但它的发光区域最大但它的发光区域最大，且离子密度低，

29、且离子密度低，因此发光效率较高。如日光灯就是利用正柱因此发光效率较高。如日光灯就是利用正柱区发光，光效高达区发光，光效高达80lm/W。而而PDP由于其放电单元的空间由于其放电单元的空间通常很小（电极间隙约通常很小（电极间隙约100 m），），放电时只出现阴极位降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区和负辉区，所以通常利用的是负辉区的发光。提高提高PDP的亮度和发光效率的措施之一：的亮度和发光效率的措施之一：改进放电单元结构，采用正柱放电。改进放电单元结构，采用正柱放电。气体放电物理基础气体放电物理基础2021/9/2040PDPPDP与荧光灯的效率比较与荧光灯的效率比

30、较与荧光灯的效率比较与荧光灯的效率比较 气体放电物理基础气体放电物理基础2021/9/2041气体放电延迟气体放电延迟 从在电极间加上一个大于着火电压的瞬时，到气体击穿所需从在电极间加上一个大于着火电压的瞬时，到气体击穿所需的时间称为气体放电延迟或击穿时滞。总的气体放电延迟由两部的时间称为气体放电延迟或击穿时滞。总的气体放电延迟由两部分组成：分组成：（1）统计性时间延迟）统计性时间延迟ts从电极加上电压的瞬时到空间出现从电极加上电压的瞬时到空间出现一个可引起电子雪崩的电子所需的时间。它可表示为一个可引起电子雪崩的电子所需的时间。它可表示为 N0为空间每秒产生的自由电子数，为空间每秒产生的自由电子数，p为电子电离原子的几率。为电子电离原子的几率。（2）形成性时间延迟）形成性时间延迟tf从阴极前出现一个可进行电子雪崩的从阴极前出现一个可进行电子雪崩的电子起，经过多种碰撞过程达到使气体击穿所需的时间。电子起，经过多种碰撞过程达到使气体击穿所需的时间。气体放电物理基础气体放电物理基础2021/9/2042