（微电子学与固体电子学专业论文）表面放电式彩色acpdp驱动电路系统设计.pdf

摘要 彩色等离子体显示( p d p ) 技术是九十年代初飞速发展起来的一种新型大屏 幕平板显示技术，它具有显示面积大、分辨率高、视角大、固有的数字化平面显 示、厚度薄、结构坚固等显著优点，非常适合于高清晰度电视和高分辨率显示器 等显示应用领域。结合完成国家“九五 重中之重科技攻关项目“彩色等离子体 显示器关键技术研究”任务，进行驱动电路系统的设计、制作、调试及样机研制， 完成了本论文。 论文首先简要介绍了国内外此领域的技术发展过程和趋势及开展本课题的 ：卷义，概述了农而放电式彩色p d p 的显示原理，并分析了表面放电式彩色p d p 的基本驱动原理及对驱动电路系统的基本要求，在分析和解决彩色p d p 伪轮廓负 面效应、能量恢复技术、高对比度显示技术等关键技术的前提下，结合减小电磁 干扰的电路措施，设计和制作了彩色p d p 的驱动和控制电路，并调试出了4 2 英 寸彩色p d p 显示器样机。最后，论文从驱动电路系统的需求出发，提出了对寻址 和扫描驱动高压芯片的要求，为自主设计彩色p d p 专用驱动芯片提供了参考。 基于本论文综合技术设计制作的电路系统在国家平板显示工程技术研究中 心研制的圈内第一块w v g a 分辨率的4 2 英寸彩色p d p 显示板上进行了调试，实现 j 7 动态彩包l 冬l 像h 点j ，图像亮度和埘比度高，颜色鲜艳、自然逼真，能量恢复效 果明垃，电路工作稳定。通过了信息产业部和科技部的鉴定验收，指标达到了国 内领先和2 0 世纪9 0 年代后期国际先进水平。 关键词 等离子显示，寻址与显示分离，驱动电路，能量恢复 a b s t r a c t c o l o rp l a s m ad i s p l a yp a n e l ( c o l o rp d p ) i san e wt y p eo ff l a tp a n e ld i s p l a y d e v i c e ，w h i c hh a sb e e nd e v e l o p e dr a p i d l ys i n c e19 9 0 s p d pi sp r a i s e df o ri t sf e a t u r e s o fl a r g es c r e e ns i z e ，h ig hr e s o l u t i o n ，w i d ev i e w i n ga n g l e ，i n t r i n s i cd i g i t a lf l a tp a n e l d i s p l a y , t h i n n e s sa n dr u g g e ds t r u c t u r e ，w h i c hi se s p e c i a l l ys u i t a b l ef o ra p p l i c a t i o n s s u c ha sh d t va n dh i 曲r e s o l u t i o nm u l t i m e d i ad i s p l a y s ，t h er e s e a r c hw o r ki nt h i s p a p e ri sp e r f o r m e dt o g e t h e rw i t ht h en a t i o n a l si m p o r t a n ts c i e n c ea n dt e c h n o l o g y p r o je c tn a m e da s “t h er e s e a r c ho nk e yt e c h n i q u e so fc o l o rp d p ” i nt h ep a p e r , t h el a t e s ts t a t u so fp d pi n d u s t r yi nd o m e s t i ca n da b r o a d ，t h e p u r p o s eo ft h er e s e a r c hw o r k ，a n dt h eo p e r a t i o np r i n c i p l eo fp d pa r eb r i e f l y s u m m a r i z e d t h eb a s i cd r i v i n gm e t h o do fs u r f a c ed i s c h a r g ec o l o rp d pa n dt h er e q u e s t o ft h ed r i v i n gs y s t e ma lea n a l y z e d t h em e t h o dt or e d u c ef a l s ec o n t o u ro fc o l o r p d p , t h em e t h o d st oi m p r o v et h ec o n t r a s ta n dt h ed e s i g no fe n e r g yr e c o v e r yc i r c u i ta r e a n a l y z e di nd e t a i l s b a s e du p o nt h et h e o r e t i c a la n a l y s i s ，t h ed r i v i n ga n dc o n t r o l l i n g s y s t e mh a v eb e e nd e v e l o p e d a m o n gt h e m ，as e to fm e a s u r eh a sb e e nt a k e nt os o l v e t h ee m ci s s u eo fp d pa n ds u c c e e d e d f i n a l l y , t h er e q u i r e m e n t so f a d d r e s s i n gi ca n d s c a n n i n gi ci sp u tf o r w a r db a s e do nt h em o d u l ed e v e l o p m e n t ，w h i c hc o u l db eo n eo f d e s i g nr e f e r e n c eo ft h e s ei c so fp d e t h ec i r c u i t r yw o r k s p e r f e c t l yw i t ht h e4 2 一i n d i a g o n a l8 5 2 4 8 0r e s o l u t i o nc o l o r p d pd e v e l o p e db yc h i n an a t i o n a lf l a tp a n e ld i s p l a yr e s e a r c hc e n t e r t h em o v i n g p i c t u r e sd i s p l a y e da r eb r i g h t ，c l e a rw i t hh i g hc o n t r a s t t h ee n e r g yr e c o v e r yc i r c u i t s h a v eo b v i o u se f f e c t so ne n e r g ys a v i n g e x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h a tt h ed r i v i n g c i r c u i t sc o u l db ea d o p t e df o rt h ec o m m e r c i a la p p l i c a t i o n s k e yw o r d s p l a s m ad i s p l a yp a n e l ( p d p ) ，a d d r e s s d i s p l a y - s e p a r a t i o n ( a d s ) ，d r i v i n gc i r c u i t ， e n e r g yr e c o v e r y 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：扯日期：础1 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 签名：莹缸导师签名： 东南入学顺l j 论义 绪言 1 彩色p d p 技术的起源、发展过程、现状和趋势 等离f 体显示器( p l a s m ad i s p l a yp a n e l ，简称p d p ) 是一种矩阵型自主发光的平板显示器 f l ，有单色乖彩色两种，它在各种显示器件中的地位如图0 1 所示。 电r 社示 器什 卜动发光型 ( 发光型) 非e 动发光砸 ( 受光型) 阴极射线管显示嚣( c a t h o d er a yt u b e ，c r t ) 等离子体显示板( p l a s m ad i s p l a yp a n e l ，p d p ) 电致发光显示器( e l e c t r o l u m i n e s c e n td i s p l a y , e l d ) 场致发射显示器( f i e l de m i s s i o nd i s p l a y , f e d ) 真空荧光显示器( v a c u u mf l u o r e s c e n td i s p l a y , v f d ) 有机发光：极管显示器( o r g a n i c1 j g h te m i t t i n gd i o d e ，o l e d ) 液晶显示器( 1 i q u i dc r y s t a ld i s p l a y , l c d ) 数字微镜显示器( d i g i t a lm i c r o m i r r o rd i s p l a y , d m d ) 电泳成像最示器( e l e c t r o p h o r e t i ci m a g ed i s p l a y , e p i d ) 电化学显示器( e l e c t r o c h e m i c a ld i s p l a y , e c d ) 图0 - 1 等离子体显示器在电子显示器中的位置 p d p 作为一种平极显示器的实质性开发是以1 9 6 6 年美国1 1 1 i n o i s 大学存储犁交流p o p ( a c p d p ) 的发表，以及1 9 6 9 年美国b u r r o u g h s 公司自扫描型直流p d p ( d c p d p ) 的发表为标志， 此后，p d p 的刨f 究急速发展并日趋成熟，器件结构及j ：作方式的不断改进和不断完善，使其寿命 人为延长，了1 ：使小批蛰生产成为可能。1 9 7 5 年前后，单色a c p d p 以及d c p o t 在数字、文字及图 形显示等领域开始投入使用；1 9 8 3 年，美国的p h o t o n i c s 公司研制出了当时最大的等离子体显示 器，对角线为l 米，显示单元为1 2 1 2 x1 5 9 6 。此后，在单色显示方面，p d p 的发展非常快，并以 其视角人、显示消晰、平面显示、环境性能优异等特性在军事等特殊领域获得了较好应用。 进入二十世纪九十年代后，随着彩色液晶显示的虑用不断扩火，单色a c p d p 的生产和研制陷 入了低谷。此时，在日趋邻近的数字化i 乜视，“捅和高清晰度电视( h d t v ) 的强烈刺激下，彩色a c p d p 的技术迅速突破并获得很人发展。在军用a c p d p 开发方面，关国p h o t o n i c si m a g i n g 公司研制成 功3 0 英寸的1 0 2 4 x 7 6 8 彩色像索对向放电式全彩色p d p ，法国t h o m s o n c s f 公司研制出2 1 英寸、 1 9 英寸系列高分辨率对向放电式伞彩色a c p d p 。 真正具有m 人意义的技术突破，是1 9 9 3 年日本富士通公司率先实现了表面放电反射式结构、 寻自 和冠示分离的2 1 英寸彩色a c - p d p 的批量化生产。这种结构的p d p 具有亮度高、寿命长、易 丁伞彩色显示、适丁- 人生产等优点，成为此后各人公司研制和开发的样板。 表面放l 乜反射式彩色a c - p d p 的主要特点如卜： 每个像素的位置是由器什电极结构确定的，图像没有畸变，显示清晰： | 卉| 有的数字化特性，更有利丁与数字信号的衔接： 视角人、厚度小，适合人屏幕显示； 制作l ：艺易丁批量生产，有利丁产业形成： 由丁气体放i 也特性和发光单元需要光隔离，不适合应用丁小屏幕显示。 基j ：上述特点，彩色p d p 町以心川r3 0 英寸剑7 0 英寸的高分辨率显示钡域，p d p 作为肇挂 式高消晰度1 也卡见( h d i 、v ) 进入千家万户，已成为世界上各人电子公司竞争的义一重点。有专家预 测，人类历史l 最人的电子产品生产线之一将会是p d p 生产线。 绪言 由丁富十通公司取得的成功以及彩色p d p 良好的显示效果和市场预期，吸引了国外许多大公 司加入剑研究和生产的行列，并取得了很人进展，最近我国台湾也有研究机构和企业开始进入该 领域。在目前开展p d p 生产和研究的公司中，以日本的f l i p 、松下、n e c 、先锋等公司技术最先进， 实力最雄厚；韩国的l g p h i l i p s 和二星等公司次之：韩国的o r i o n 、u p d 和我国台湾的中华映管 和台塑等作为第二梯队上 在积极筹备规模生产线心1 。 全世界p o p 市墙琢舅( 2 0 0 2 年以后为日奉野村盒t 研究所提供)3 。5 4 5 霉 2 1引 - | ) 一一 1 1 9 f _ 冀彻 5 3 0 _ l 坐_ - 囱曩_ l 麓l 曩， 1 9 9 9 年 2 0 0 0 年 2 0 0 1 年 2 0 0 2 年2 0 0 3 年2 0 0 4 年2 0 0 5 年 图o 一2 日本先锋公司2 0 0 2 年2 月2 0 日企业说明会上公开的彩色p d p 市场预测 表0 - i 彩色p d p 产品规格( 资料来源：各有关公司网站) 对角线亮度功耗 厂家型号长宽比像素 灰度等级对比度 ( 英寸)( o d 硒( 4 2 ”w i d e v g ap d p4 21 6 ：98 5 2 x 4 8 02 5 63 0 04 0 0 ：l2 2 0 富 通 3 7 ”x g ap d p3 74 ：3l0 2 4 x 7 6 82 5 63 0 04 0 0 ：l3 0 0 同立 3 2 ”w i d e h 1a l i s3 21 6 ：98 5 2 x1 0 2 42 5 66 5 05 0 0 ：l2 0 0 p d p 4 3 3 0 h d4 31 6 ：9l0 2 4 7 6 82 5 6| 先锋 p d p 5 0 3 0 h d5 01 6 ：9l2 8 0 7 6 82 5 6f| n p 6 l c lm f 0 l6 11 6 ：91 3 6 5 7 6 8 2 5 6 6 0 07 0 0 ：1| n e cn p 5 0 8 2 m f 0l5 01 6 ：98 5 3 4 8 02 5 66 7 06 3 0 ：l| n p 4 2 8 2 m e o l4 21 6 ：98 5 3 x 4 8 02 5 67 0 01 5 0 0 ：1| t h 3 7 p w d 43 71 6 ：98 5 2 4 8 02 5 63 3 03 0 0 0 ：l2 2 5 松卜t h 4 2 p m 5 0 s4 21 6 ：98 5 2 x 4 8 02 5 64 0 03 0 0 0 ：13 4 7 t h 5 0 p h 5 0 s5 01 6 ：9 l3 6 6 x 7 6 8 | 3 0 0 3 0 0 0 ：15 8 2 3 7 s d - p d p3 71 6 ：98 5 2 x 4 8 02 5 6 | | | 4 2s d p d p4 2 1 6 ：9 8 5 2 x 4 8 02 5 62 0 06 0 0 ：l3 8 0 三星 5 0 h d p d p5 01 6 ：913 6 6 7 6 82 5 6|t 6 3 h d p d p6 31 6 ：9l3 6 6 x 7 6 82 5 6|l m 【i 4 0 p a i o4 04 ：36 4 0 x 4 8 02 5 63 3 07 0 0 ：13 2 0 l g m u 4 2 p z l o4 21 6 ：98 5 2 x 4 8 02 5 62 5 05 0 0 ：1 m t - 6 0 p z l0 6 01 6 ：9 l2 8 0 7 2 02 5 6 4 5 05 0 0 ：l 6 5 0 经过近儿年米的发展，彩色p d p 在器件制作技术、电路技术等方面均获得了迅速发展，彩色 p d p 的硅示效果已o c r tll l 视的显示效果相当，在机场、商场、交通、，1 告、j ：业控制、家用等 领域获得了人昔的麻用。随着规模化生产的不断扩人，彩色p d p 的价格在不断卜降，在其优良画 质l ，i 勺i j 及引i ，i 】j 场份额逐步增人，市场颅期良好。据s t a n f o r dr e s o u r c e s 顺测，2 0 0 3 年前市场 2 o ：的：乌筋加屿加5 东南人学顾i ：论义 的年增k 率为3 9 ，图0 - 2 是日本先锋公司2 0 0 2 年2 月2 0 日企业说明会上公开的彩色p d p 市场 预测。 目前日本和韩国的公司都已建成4 0 英寸级彩色p d p 显示器批量生产线，形成了从3 4 英寸到 6 0 英寸彩色p d p 产品的生产能力，而且都具备研究开发能力，主要开发降低成本和功耗、提高性 能的生产技术。表o 一1 是国外主要彩色a c p d p 生产厂家的产品规格说明。 2 开展本课题研究的目的和意义 在二十一世纪，随着数字技术的蓬勃发展，电视和多媒体信息开始以数字化信号取代模拟信 s ，| 人l 此就需要比传统的c r t 更好的、能够不欠真地重现数字化图像的显示设备：而随着h d t v 时代的来临，人们更加期望拥有火屏幕的显示设备以便给观众带来身临其境的感觉，需要显示器 的对角线尺寸人丁5 0 英寸。未来对显示器件的具体要求如图0 3 所示“，到目前为止，只有p d p 可以满足l 述要求，作为晕挂电视，p d p 也是目前所有平板电视中水平最高的。随着近年来国际 和国内对高清晰度电视需求的日益增长，以及公共显示领域的需求，有必要开展彩色p d p 的相关 技术研究。 最近儿年，国外红彩色p d p 的显示面积、显示容量、发光亮度和发光效率、画面质量、降低 功耗、量产规模等方面均有较人进展，显示对角线已达6 0 英寸，亮度、画质、显示容量已达到或 超过c r t 水平，达到了现在h d t v 的要求。通过改进器件的结构，彩色p d p 器件的发光亮度和效率 得剑了较人提高；经过改进驱动方式，使彩色p d p 的显示画质、亮度获得了大幅提高。目前在技 术开发上，主要集中在降低成本、降低功耗、提高发光效率等方面。在产业化方面，主要是扩大 鼙产，以期进一步降低生产成本，扩人市场。 ：舌嫠凳 f 分辨率 鬈：罢妻主：藿羹霉鼍三：f m f ，图像 凋节范围f 乎艮 嘞色深度 l ob i t il l 灰度等级 色彩数 2 3 0 讪质1l 熙出 对角线尺抄5 。则 ir 几何精度 。”矾“。”“。 畸变1 l 线性度 广电磁兼容 环境件能t 几何精度 叮| u i 收再利用 图o 一3 对显示器件的要求 我国在p d p 的生产方面几乎还是零，而从事p d p 技术研究的单位也不多。在彩色p d p 生产方 面，日本松卜和我国j ：海真空电子等公司合资成立了上海松卜等离子显示器有限公司，2 0 0 2 年底 将有彩色p d p 显示屏生产出爿：t c l 集团、沈陬jl g 、人连东芝、火连三尿、福建日立、东莞二洋 笛公r d l j ：仵或计划进行彩色p d p 电视的组装。在研究方面，主要有中国电子科技集团公司第五十 百研究所、彩虹集团、教育部东南人学、西安交通大学、深圳大学、浙江人学、以及一些材料和 设备研究单位。上述单何的彩色p d p 研究j ：作，与日本和韩国的企业相比，有很人的著距，尤其 在产业化技术方面，急需加强开发。 冈此，根据市场的需求和国内的现状，为了推进我国大屏幕彩色p d p 的生产技术研究，国家 科技部卜达了4 2 英寸表面放电式彩色p d p 的研制任务，由五十五所国家平板显示i ：稗技术研究中 心承担研制任务，目标是达到显示亮度3 0 0 c d m 2 、对比度3 0 0 ：l 、2 5 6 级灰度视频显示，为产业 化! t 产打卜基础。对这砦问题进行研究，对推进我国彩色p d p 产业的发展具有迫切的现实意义， 本论文就是结合该任务而进行彩色p d p 驱动电路系统研究的。 3 绪言 3 课题的主要工作 彩色p d p 是利川气体放电进行j 一：作的，论文首先从气体的放电机理出发，分析了彩色p d p 中 的气体放电情况，以及彩色p o p 的发光机理，对彩色p d p 的基本驱动原理和i 作方式进行了研究， 建口r4 2 英寸彩色p d p 电路的i ：作方式和图像灰度的实现方法。 彩色p d p 通过分子场方式调1 了维持脉冲个数实现灰度显示，该方法对静止图像不会产生问题， 但住显示返动图像时，由丁同一像素在各子场的亮度不同和视觉的暂留，在图像的边缘产生虚影 ( 或称伪轮廓) h 1 ，论文中讨论了伪轮廓现象产生的原冈，采用了优化子场序列技术使伪轮廓 有所降低。 功耗问题也是凼扰彩色p d p 的一个大问题，目前4 2 英寸彩色p d p 采用能量恢复电路以后的功 耗一般超过3 0 0 w 左缸，约是c r t 的2 3 倍，其中器件放电消耗约1 5 0 w ，其余硝耗在电路部分。降 低功耗的根本途径是提高彩色p d p 的发光效率，除此之外，必须降低电路功耗。降低电路功耗最 有效的方法是采州能餐恢复电路，论文讨论了能量恢复的基本原理，并利用谐振原理实现了能 量恢复，降低了功耗。 传统的基本驱动方法导致彩色p d p 的背景亮度较高，对比度很低，论文分析了背景亮度高的 原| 人1 ，) ：提出j ，降低背景亮度、提高对比度的驱动方法，得到了很高的显示对比度，满足了实际 需求。 为了得到较高的显示亮度，设计了提高寻址速度的驱动方法，使维持发光的时间相对加长， 提高了显示亮度。在综合上述措施的基础上，结合减小脉冲电路电磁干扰的措施，设计了表面放 电式彩色a c p d p 的驱动、控制电路系统，并在国家平板显示工程技术研究中心研制的国内第一块 w v g a 分辨率的4 2 英寸彩色p d p 显示屏上进行了调试，实现了动态彩色图像显示，图像显示颜色 丰富、自然逼真，对比度和亮度较高，能量恢复效果明显，各功能电路工作稳定。 此外，还从彩色p d p 驱动电路的应用需求出发，提出了对于寻址驱动i c 和扫描驱动i c 的要 求，为开发p d p 专川驱动i c 提供了一定的参考。 最斤彳对论文i j 作进行了简要概括，并提出了今后廊该继续努力的方向， 4 东南人学坝f 论义 第一章表面放电式彩色p d p 的显示原理 1 1 气体放电机理 彩色p d p 是通过气体放电激发荧光粉实现彩色显示的显示器件，因此，卜面就先从气体的放 l 乜特性来分析其显示原理。 1 1 1 充气二极管的伏安特性 研究气体的放电机理，首先从充气二极管的伏安特性开始着手。图1 1 是充气二极管的电路 及其放电特性曲线。放电管具有平板电极，电极所在的空间充有惰性气体，将它与直流电源e a 串联。采川一系列同一类型、但结构尺寸不同的充气放电管，改变电源电压e a 和限流电阻r a 的 值，可测得一二极管放电的伏安特性曲线，如图1 1 所示”。 放电电流i a 圈 ：、罴 ) g 一一 v 区( f g 。 ，f i 、，区( e fl - 口 ) i i i n ( d e l l i 区( c dl 与初始引发有： n j声，着火电压i 丢。 孑髟一淞 1 0 0 v s 2 0 0v f3 0 0 4 0 0极间电压u v 电 图1 1 充气二极管的伏安特性 第1 区( a c 段) 为非自持放电。在非自持放电时，参加导电的电子主要由外界电离源提供。 当电乐增加时，电流也随之增加并趋于饱和。实验表明，非自持放电的电流范围在1 02 0 1 01 2 a 之 问，气体放t 也不能f j 动维持，电流小。在c 点之前称为暗放电区，气体不发光。 如果1 卜亡 持放电发展剑c 点，就会变为自持放电，进入i i 区( c d 段) 。此时放电电流仍很小， 约任l o ”1 07 a 之间，_ 二极管的管压降接近于电源电压。在此阶段，若负载电阻r 足够大，放电 将是稳定的：否则，是不稳定的，放电就会从d 点迅速过渡到e 点，气体被击穿，电流迅速增大， 管肽降突然卜降，进入过渡区( 欠辉区) i l l 区( d e 段) 。放电在c 点已经开始发光，c 点的电压 v 。称为击穿电压或着火电压、起辉电压。 段( e l ：段) 称为j e 常辉光放电区，通常放电电流范围在1 04 一l o1 a 之间。e f 段对应的电压 为维持电mv s ，红此范闱，如果增人电流，管爪降儿乎维持不变，此时放电管内出现明暗相间的 辉光。 当放电电流更人时，进入异常辉光放电v 区( f g 段) ，此时放电单元阻抗变大。当电流进一 步增人，放i 乜进入弧光放电后，管压降突然降低，电流猛增。弧光放电也是一种自持放电，放电 时管内山现明暗的弧光，放电电流一般在l o1 a 以上，此时压降小，电流人。曲线中g 点对应的 电压是弧光放电的着火电压。 如果控制盘，放电管中的气体种类、压强、端电压和串联电阻的数值，就可以使气体放电由一 种彤式转化为兄一种形式，或者维持在某一种放l 乜形式。欠辉l x 的放电不稳定，异常辉光放电区 容易使电极溅射：弧光放电区电流很人，容易烧毁显示板。因而，实际的等离子体显示板人多应 该i ：作在辉光放也| 又：，此区域放电电流小、功耗低，而且可以得到足够的亮度。 从图1 1 中可以看纠，充气二二极管的伏安特性贝有很强的非线性，整个曲线有两个负阻| 又：。 第个负l i l x i i 、i i l 、k 组成，第_ 二个负阻x 由v i 平i , l i x l 组成。利川负阻区可实现存储显示， 5 0 2 3 4 5 6 7 8 9 加m 埘m m 坶m m m m 第一章表面放电式彩色p d p 的锰，j j 原理 风此，交流等离子显示扳( a c p d p ) 都l 作在第一负阻区，具有存储效应。 1 1 2 气体放电机理n 1 9 】 气体放电是气体中带电粒子的不断增殖过程。在外加电压很低时，放电管工作在图1 1 的第 1 区，该区义称为汤生放电区。根据汤生放电理论，当充气二极管外加电压为v 时，一个从阴极 出发的电子在电场的作) - - i - n 达同l 极之前将受到( 一一1 ) 次电离碰撞，产生同样数目的正离子，这 些止离子轰h 阴极后使它发出的_ 二次电子数为： y ( e 鲫一1 ) ( 卜1 ) d 一充气二极管电极的间距； y 一每个轰。f “绸极的j e 离子从阴极打出的二次电子数： ( 1 一汤乍第一电离系数。 为了使放电能够臼行维持，新出现的二次电子数虑该等于或大于1 。假设每伏产生的电子一离 子对数为t 1 = a e ，平板间的电场强度为e = v d 。则式( 卜1 ) 变为 r ( e 矿一1 ) = l ( 卜2 ) 公式( i - 2 ) 是放电的自持条件。 v = 在平极电极间为均匀场时， b ( p d ) 放电二极管的着火电压为 其中，e = v ，d ，a ，b 是常数，与气体种类有关；p 为气体压强。 0 l 发电流 电流i ( i - 3 ) 图1 2 说明放电过程的反馈电路模型 放电的模，弘可以刖图1 2 来说明徊。放电过程中电子的雪崩增长可以用增益等于( e ”一1 ) 的 放人器表示，二次电子数正比ty ，它相当于有延迟的反馈网络。从阴极打出的二次电子将与引 发电流i 。叠加，再反馈剑雪崩放人器，因此放大器总增益为y ( e ”一1 ) ，当v v r 时，总增益g 将 人1 ：当v ( 肼) 腿。，因此，会在全屏所有单元引起 一次较强的放电，使壁电荷基本消除。再由y 电极施加一个负脉冲将残余壁电荷收集、放大，接 着朋一个指数型积分脉冲将其擦除干净，再进行寻址、维持。 其余r f 场的驱动波形与上- d , 节中图3 9 的驱动波形相同，也是由y 电极上施加两次积分型 斜坡脉冲米完成肇电荷擦除的。 在这种驱动方法中，使每场中的强制放电减小到了只有一次，即强发光仅一次，使得“暗亮” 人人降低，进一步提高了图像显示质量。 但是，由j i 每场仍存在一次强发光，“暗亮”并米全部消除，还需进一步进行改进。经过实验， 得剑了最终驱动波形。 3 3 4 离对比度的驱动方式 卜卜一准备期呻i 七一寻址期- - 卜一一维持期一 x 毒计丌引燃冲 v xl h 几 v 电 幽3 i l 无暗亮的驱动方式 在上面改进的驱动波形中，虽然实现了每电视场仅一次强放电，但毕竟仍存在“暗亮”。而且， 由丁斜坡型x 电极高压脉冲以及两个y 电极积分型斜坡擦除脉冲的脉冲宽度比较大，使得每场中 住准备，明所耗费的时间k 度人人增加，这必然会导致维持期时间的减小，从而对提高屏的发光亮 第三章彩色p d p 驱动系统的关键技术研究 皮一i 剧。为j 兜服以上不足，经过实验和分析，得剑j ，最终的驱动波形，真止实现了无“暗亮” 显示，如i 刘3 1 l 所示，其中a 电极的驱动波形朱画出，与图3 8 相同。 在这种驱动方式中，每个子场的准备期及寻址期的驱动波形完全相同，而准备期的驱动波形 与以前的方法不同。 在准备期，首先在x 电极上施加一个引火脉冲，该脉冲是一个方波与积分波形的叠加，电压 最人值为v ，= v + v ，它的值席满足： v 1 + v w a l l - s u s - l i g h t v f x y ) m i n v 1 + v + v w a l1 一s u s 一1i g h t v f ( x y ) m a x v 1 + v + v w a l l _ s u s b l a c k v f ( x y ) m i n 其中，v 1 是引火脉冲的陡峭部分的最高电压值，v 为斜坡电压的最大值，v w a l l s u s - l i g h t 是上一子场中发生了维持放电的单元中产生的肇电荷导致的罐电压，v w a l l 一s u s b l a c k 是上一子 场中术发生维持放电的单元中的壁电压，v f ( x y ，m i n 是整个显示屏的所有单元中x 、y 电极之间最 容易发生放【乜的单元所需要的着火电压，v f x y ，m a x 是整个显示屏的所有单元中x 、y 电极之间最 不容易发生放电的单元所需要的着火电压。 这样，在脉冲上升沿的陡峭部分，不会发生x 、y 电极之间的放电，陡峭的波形是为了节约脉 冲卜升时问，减小准备剃时间k 度。 在脉冲的秋分上升部分，当施加的电压满足_ + y + 盯，。蚴，( 灯) 瓶。时，前一子场中 发生了维持放电的单元就会产生放电，但由于积分波形的限流作用，放电很弱，发出的光也很弱， 积累的鼙电荷很少。 而对于前一子场朱发生维持放电的单元，由于施加的电压不满足着火电压的条件，因此，也 不会放电，极少有謦电荷积累。这样当该脉冲归零时，各单元的壁电荷产生的壁电压不满足着火 放电条仆，也就不会放电发光。 接着，i j 其他驱动方法相同，在y 电极先施加一个负脉冲将各单元的壁电荷进行收集放大， 再由一个y 电极的积分艰脉冲产生的弱放电将这些电荷擦除干净，然后进行寻址和维持放电。 这种驱动方法是在调试p d p 电路的过程中经过分析和试验得到的，在准备期没有强放电现象 发生，“暗亮”现象不存在了。经过实际测鼍，采用这种驱动方式时背景亮度只有0 6c d m 2 左右， 实际的显示效果非常好，真正实现了无“暗亮”显示。 3 4 本章小结 本章 寸论了彩色p d p 驱动中的伪轮廓现象、能量恢复技术和高显示对比度技术等三个重要的 问题，并针对这些问题，提出了相应的解决办法，使彩色p d p 显示的图像达到了实用效果。 红减小彩色p d p 运动图像的伪轮廓时，针对产生伪轮廓现象的根本原因，采用了优化子场分 配的方法。把子场的顺序改变为s f l 、s f 3 、s f 5 、s f 7 、s f 8 、s f 6 、s f 4 、s f 2 的顺序，经过试验验 证，采h j 这种分子场的方法，当运动图像在相邻两场图像权重比较大的子场变化时，伪轮廓现象 仃定的l j 殳鹭。 在能鼙恢复问题上，针对彩色p d p 嗣有的电容特性，采用了r - l - c 谐振电路对屏电容所消耗 的功；红进 ，m 收，通过结合驱动电路进行综合设计，能鼍恢复效率明显，使无用功耗明显降低。 舀! 提高对比度的驱动方法的研究中，通过分析彩色p d p 传统的驱动波形在准备期所导致的发 光使对比度降低的根本原闪，提出了儿种改进的驱动波形，通过实验验证，使得对比度人人提高， 显示效果1 卜常好，达剑了国外九- 卜年代木期的水平( 参见绪论中的表o 1 ) 。 目前，对这些问题的研究还在继续，各种新的方法层出不穷，特别是解决伪轮廓现象的研究 和高对比度驱动技术的研究，在最近儿年才取得突破，使彩色p d p 的显示效果赶上或超过了c r t 的效粜，达剑，实川化的水平。本章所讨论的消除伪轮廓的方法在其他类型的p d p 驱动中也是有 效的。能啦恢复技术在p d p 、e l 等所有l 乜容性的显示器1 ，i ：的驱动中也都是竹常有效的。在卜一章 将结合本章所讨论的方法米进行彩色p d p 的驱动电路系统设计。 东南人学倾i j 论义 第四章彩色p o p 的驱动电路和系统设计 本章根据彩色p d p 的显示原理和对驱动电路系统的具体要求，采用前述关键技术研究得出的 方法，按照电路的功能分别详细论述彩色p d p 驱动电路和系统的设计。 4 1 存储控制电路设计 4 1 1 存储控制电路设计要求 彩色p d p 的存储控制电路与显示屏的具体结构和驱动方式紧密相关。不同分辨率、不同单元 结构和不同驱动方式的p d p ，它们的存储控制电路也有所不同。配合分辨率为8 5 2 x 4 8 0 的4 2 英 寸彩色a c p d p 显示羼，采用a d s 寻址驱动方式私重复子场技术，设计了存储控制电路。 n r 7 2 r 7l r 7 n r 6 ，2 r 6 | r 6 n r 5 2 r 5l r s i t 4 ，。2 1 4i t 4 n r 3 2 r 31 1 3 n r 2 2 r 21 r 2 n r 卜2 f 11 r l r l r o 2 r ol r o r i 9 7 2 9 7i 9 7 n 9 6 2 9 61 9 6 r i 9 5 2 9 51 9 5 r i 9 4 2 9 41 9 4 r i 9 3 2 9 31 9 3 r i 9 2 ，2 9 21 9 z n g i 2 9 ji g i n g o 2 9 0i g o n b 7 2 b 11 b 7 n b 6 2 b 61 b 6 n b 5 2 b 5l b 5 n b 4 2 b 4i b 4 n b 3 2 b 31 b 3 n b 2 2 b 2i b 2 n b l 2 b li b l n b o 2 b o1 b o b i t o 红色 第n 个像素 存储体1 ，_ 、 存储体5 厂一 _ 、 l r o3 b 0 6 9 0 9 r ol l b o1 4 9 01 7 r 01 9 b 0 2 2 9 0 l g o 4 t o6 b o9 9 01 2 r o1 4 b o1 7 9 02 0 r o2 2 b o l b o4 9 07 t o9 b o1 2 9 01 5 r o1 7 b o2 0 9 02 3 r o 2 t 0 4 b 0 7 9 0l o r o1 2 b o1 5 9 01 8 r 0 2 0 b 0 2 3 9 0 2 9 05 r o7 b ol o g o1 3 r o1 5 b ol8 9 02 l r o2 3 b o 2 b o5 9 08 t o1 0 b o1 3 9 01 6 t o1 8 b 0 2 1 9 0 2 4 r o 3 r o5 b o 8 9 0il r o1 3 b o1 6 9 01 9 r o2 l b q2 4 9 0 3 9 0 6 r o8 b o1l g o1 4 t o1 6 b o1 9 9 02 2 r o2 4 b o l r t3 b t6 9 l9 r l1 l b , 1 4 9 l1 7 r i1 9 b l2 2 9 1 19 14 r t6 b l9 9 11 2 r l1 4 6 11 7 9 l2 0 r l2 2 b 1 1 b l4 9 l7 r i9 b l1 2 9 j1 5 r l1 7 b i2 0 9 l2 3 r l 2 r i4 b l7 自1 0 r l1 2 b l1 5 9 l1 8 r l2 0 b l2 3 9 l 2 函5 n7 b ll o g l1 3 n1 5 b l1 8 鄹2 1 r t2 3 b ， 2 b i5 9 i8 r 1l o b i1 3 9 l1 6 r l1 8 b 12 1 9 l2 4 r j 3 r i5 b 18 9 l1 l r i1 3 b l 1 6 9 l1 9 r i2 1 b l2 4 9 l 3 9 1 6 r l8 b l1 l g t1 4 r l1 6 b t1 9 9 l2 2 r l2 4 b l ： ! l r 7 3 b 76 9 79 r 71 l b 71 4 勖1 7 r 71 9 b 7 2 2 9 7 1 9 74 r 76 6 79 9 71 2 r 71 4 b 71 7 9 72 0 r 72 2 b 7 i b 74 勖7 r 79 b 71 2 9 71 5 r 71 7 b 72 0 勋2 3 1 7 2 r 74 b 77 9 7i o r 71 2 6 71 5 断1 8 r 72 0 b 72 3 9 7 2 9 75 r 77 b 71 0 9 71 3 r 71 5 b 71 8 9 72 1 r 72 3 b 7 ， 2 6 75 9 78 r 71 0 h 71 3 9 r1 6 r r1 8 b ，2 1 9 72 4 r 7 3 r 75 b 78 9 71 ir 71 3 b 7i 6 9 71 9 r 72 1 b 72 4 9 7 3 9 7 6 r 78 b 7i1 9 71 4 r 71 6 b 71 9 9 72 2 r 72 4 b 7 存储区l 子场l 储区2 场2 存储区8 子场8 图4 1 数据变换关系图 存储控制电路接收来口接口电路的数字图像信号及同步信号和时钟信号，根据显示屏的具体 结构利驱动办式米处理图像数据，产生相应的驱动波形。本论文开展，j ：作使用的彩色a c p d p 显示 屏寻址电极( a 电极) 共8 5 2 x , 3 = 2 5 5 6 根，其中奇数寻址电极从屏的上边引出，偶数电极从屏的 卜边引出。在驱动方式上，采川分子场写寻址的a d s 方式。在灰度等级上，采川每种基色2 5 6 级 灰度，可显示2 4 位真彩色。考虑剑a c p d p 显示屏寻址电极是间隔着分别从屏的上、- 卜两边引出， 存储控制电路需要将接口电路顺序送米的像素数据1 r 、1 g 、1 b 、2 r 、2 g 、2 b ，按1 r 、1 b 、2 g 与l g 、2 r 、2b 格式分别送入上、卜两组a 电极驱动i c 的输入端。由丁采心a d s 子场技术，在 第j ，| 场j l 州纠l 铡像数据的b it o ，第八子场只川剑幽像数据的b i t 7 ，l 灭l 此，必须对输入图 2 7 第四章彩色p d p 的驱动电路和系统设计