（物理电子学专业论文）smpdp中驱动波形对寻址特性的影响.pdf

摘要 摘要 彩色等离子体显示器在进入2 1 世纪后已经确立了其在大屏幕高清晰度显示领域的重要地位，但 是目前仍然有许多需要改进的地方，如发光效率、功耗、成本等。新型荫罩式等离子显示器的出现 为进一步提高等离子体显示屏分辨率、亮度以及降低成本，延长使用寿命提供了可能。目前。4 2 英寸 高清晰度全彩色荫罩式等离子显示器已经问世，然而将该技术推向产业化还需要进一步提高其图象 质量和降低其成本，而目前寻址速度是全高清显示的关键因素，为了能够充分利用这种新的结构所 带来的优势，从驱动波形方面研究影响荫罩式等离子显示器寻址特性的因素，提高寻址特性，加快 荫罩式等离子显示器产业化进程。 本论文在分析了影响荫罩式等离子显示器寻址特性因素的基础上，提出了采用驱动波形来提高 荫罩式等离子显示器寻址特性的方法，并根据研究过程中驱动波形变化的趋势和特点提出了“多功 能驱动波形”方案，该方案中“多功能驱动波形”由四部分组成：维持期、预复位期、复位期、寻 址期。 本论文根据多功能驱动波形的要求，设计了能够产生该波形的“多功能驱动电路装置”以及相 应的软件系统，“多功能驱动电路装置”不仅包含了低压逻辑控制电路，还包括了更复杂的高压模拟 电路，通过硬件系统和软件系统的协作，完成多功能驱动波形的输山。 本论文通过人量的不同波形的实验来探索驱动波形对寻址特性的影响，这些波形既包括了基于 a d s 的写寻址方式下的不同驱动波形，还包括基于a d s 的擦除寻址方式下的驱动波形。通过比较 波形变化所带来的寻址特性的变化，得出了一些从驱动波形上提高寻址特性的方法。 关键字：荫罩式等离子显示器，寻址特性，多功能驱动波形，多功能驱动电路 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t c o l o u rp l a s m ad i s p l a yp a n e l ( p d p ) t e c h n o l o g yh a sa c h i e v e dm a n ye x c e l l e n tp e r f o r m a n c e sa n di th a s b e e nr e g a r d e da so n eo ft h eb e s tc a n d i d a t e sf o rh d t v ( h i 曲- d e f i n i t i o nt e l e v i s i o n ) h o w e v e r , t h e r ea r es t i l l s o m ep r o b l e m sa n dd i f f i c u l t i e s ，t h eh i g hp o w e rc o n s u m p t i o n ，h i g hf a b r i c a t i o nc o s ta n dl o wl u m i n a n c e e f f i c a c y , f o re x a m p l e t h eb i r t ho fs h a d o wm a s kp l a s m ad i s p l a yp a n e l ( s m p d p ) p r o v i d e st h ep o s s i b i l i t y t h a ts o m ep a r a m e t e r so fp d p s ，l i k et h er e s o l u t i o na n dl u m i n a n c e ，c a nb ef u r t h e ri m p r o v e d n o wt h e4 2i n c h h i 曲d e f i n i t i o ns m p d p h a sb e e nd e v e l o p e d ，b u tl o t so fw o r k ss u c ha st h ei m a g eq u a l i t ya n dt h ec o s ts h o u l d b ed o n ew h e nt r a n s f e r r i n gt h i st e c h n o l o g yf r o ml a bt om a s sp r o d u c t i o na n dt h ea d d r e s s i n gd e l a yh a s b e c o m eo n eo ft h ec r i t i c a lf a c t o r sf o rf u l lh dd i s p l a y i no r d e rt of u l l yu t i l i z et h ea d v a n t a g e so ft h i sn e w s t r u c t u r e ，d e c r e a s et h ea d d r e s s i n gd e l a yb yc h a n g i n gt h ed r i v i n gw a v e f o r mi sv e r yi m p o r t a n t a f t e rt h ea n a l y s i st ot h ea d d r e s s i n gd e l a y , o n em e t h o dt or e d u c et h ea d d r e s s i n gd e l a yw a ss u g g e s t e d t h i sm e t h o df o c u s e so nt h ec h a n g eo f t h ed r i v i n gw a v e f o r m s am u l t i f u n c t i o n a ld r i v i n gw a v e f o r ma l s ow a s s u g g e s t e da c c o r d i n gt ot h em u l t i v a r i a n td r i v i n gw a v e f o r m s 1 1 1 i sw a v e f o r mi sc o m p o s e dw i t hf o u rp e r i o d s ： p r e - r e s e tp e r i o d ，r e s e tp e r i o d ，a d d r e s sp e r i o da n d s u s t a i np e r i o d o n em u l t i f u n c t i o n a lc i r c u i td r i v i n gs y s t e mw a sc r e a t e dt oo u t p u tt h eu pm u l t i f u n c t i o n a ld r i v i n g w a v e f o r m t h i ss y s t e mi n c l u d e sn o to n l yt h el o g i cc o n t r o lc i r c u i t b u ta l s ot h eh i g hv o l t a g ea n a l o gc i r c u i t t h i ss y s t e mw o r k sv e r yw e l l t h i sp a p e ra n a l y z e dt h ei n f l u e n c eo fw a v e f o r m so nt h ea d d r e s s i n gd e l a yb yl o t so fd i f f e r e n t w a v e f o r m sw h i c hi n c l u d e sn o to n l yt h ea d ss e l e c t e dw r i t ea d d r e s s i n g ，b u ta l s ot h ea d ss e l e c t e de r a s e a d d r e s s i n g b yc o m p a r i n gt h er e s o u l t so ft h e s ee x p e r i m e n t s ，w ea c h i v e ds o m em e t h o d st or e d u c et h e a d d r e s s i n gd e l a y k e yw o r d s ：p l a s m ad i s p l a yp a n e lw i t hs h a d o wm a s k , a d d r e s s i n gd e l a y ，m u l t i f u n e t i o n a ld r i v i n gw a v e f o r m s ， m u l t i f u n c t i o n a lc i r c u i td r i v i n gs y s t e m n 东南大学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。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 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。 研究生签名：1 蛐师签名： 第一章绪论 第一章绪论 2 l 世纪是信息爆炸的时代。在人们从事科研、生产等社会活动及日常生活中，大量的信息产生、 更新和传递着。在信息的传输和处理过程中，显示技术是人一机器一系统中的重要一环。研究表明， 在人们经各种感觉器官从外界获得的信息中，有近6 0 是由眼睛获得的。所以图像显示成为信息显 示中最重要的方式。随着现代科学技术的进步，人们对图像显示质量不断提出更高的要求。上世纪 中叶以来显示技术的研究和开发工作异常活跃，陆续有新型显示器问世。 在各类显示器件中，c r t 经过长期发展已进入成熟期，其亮度、分辨率、色度、响应速率、对 比度、寿命、视角等方面的表现十分卓越，并且已经形成巨大的产业，产品售价低廉，规格型号多 样，无论在电视接受终端领域，还是在计算机，工作站应用方面，仍然占据着重要地位。但是c r t 的缺点随着科学技术的发展变得日益突出：笨重、需用高电压、有x 射线辐射、图像闪烁感强等。 随着高清晰度电视( h d t v ) 的即将推广，人们对显示器平面尺寸、分辨率的要求不断提高，传统 的c r t 技术已经无法满足人们对显示器件大屏幕、薄型化日益增长的要求。 近年来平板显示器件已逐步受到越来越多的关注。在目前研究工作比较集中的平板显示器中， 液品显示器( 1 i q u i dc r y s t a ld i s p l a y ，l c d ) 和等离子体平板显示器( p l a s m ad i s p l a yp a n e l ，p d p ) 占主 导地位。其中p d p 凭借其大屏幕、真彩色、视角大、高对比度、厚度薄、分辨率佳、体积小、重量 轻等诸多优点，被认为是最有前途的超大屏幕h d t v 接收终端之一，代表了未来显示器的发展趋势。 当然，要能够完全取代传统的c r t ，p d p 需要解决几个重要的问题：包括如何提高亮度，如何提高 发光效率，如何提高对比度，如何改善或者消除伪轮廓现象。随着2 1 世纪信息时代的飞速发展，诸 如数字电视广播和英特网等基于图形和图像的服务将得到广泛的拓展，从而为p d p 提供了无比广阔 的应用前景【l l1 1 1 等离子体显示器( p d p ) 概述 1 1 1p d p 的发展历史2 】 p d p 是利用惰性气体在一定电压下产生气体放电( 形成等离子体) 而直接发射可见光，或发射 真空紫外线( v u v ) 转而激发光致荧光粉而间接发射可见光的一种发光型( 主动型) 平板显示技术。 显示屏由许多微小放电单元矩阵式排列组成，通过选址使放电单元产生放电。 国际上对等离子气体放电用于显示的研究可以追溯到2 0 世纪5 0 年代，第一个应用是b u r r o u g h s 公司制作的等离子体数码显示管。真正开始对p d p 显示技术进行深入的研究开始于2 0 世纪6 0 年代 中期。 最具历史性的突破发生在1 9 6 6 年，美国i l l i n o i s 大学的b i t z e r 和s l o t t o w 教授发明了交流等离子 体显示板a c c p d p ；1 9 6 8 年，荷兰p h i l i p s 公司发明了直流等离子体显示板d c p d p = 1 9 7 0 年，美 国布劳斯公司义研制成功了自扫描等离子体显示板，从而逐步推动了等离子体显示器的发展。 东南大学磺 学位论文 幽i - ! 第一台p d p 产晶，1 2 英寸5 1 2 5 1 2 丁计算机的削形显示 早捌的彩色交流p d p 采用了双基扳对向放电式结构，但是由于粒子轰击造成荧光粉损伤，闻此 井不成功，p d p 的研究主耍集中在直流结构。直到1 9 8 9 年反射式表面放电技术的发明才使得 a c - p d p 成为赢家。该结构将显示和寻址电极分开提高了亮度采川寻址与显示分离的驱动技术 ( a d s ) ，能实现2 5 6 纽灰度，是p d p 彩色化黄键技术上的重人突破。幽l - 2 是采用表面放电结构、 a d s 驱动的p d p 。 凹1 - 2 第一台3 l 英寸采用a d s 驱动方法的显示屏( 富士通1 9 9 0 ) 进入2 0 世纪9 0 年代以后，缚离子体显示扳的发展非常迅速，在提高亮度实现多灰度级显示。 延睦使寿命方面均有丁重人突破p d p 被公认为是最适台作为高清晰度电视o d m 的大屏幕彩色 显示终端技术。1 9 9 3 年日本的寓士通公司采川表面放电式结构率先实现了5 4 锄的彩色p d p 量产： 1 9 9 6 年被称为“等离子体屯视时代。的起点，从1 9 9 6 年开始多家公司相继推山了人屏幕的彩色 等离子体电视产晶包括日本的n e c 、先锋、橙下等多家公司f i 勺产品开始市蝤化。韩国的三尾、l g 、 o r i o n ，法国的t h o m s o n 等都加速了开发和规模生产的步伐投资辨建p d p 生产线的资金累计已超 过2 0 亿矍元一2 6 0 5 年多家公司推山了5 0 英寸左右的f u l i - h d 产品其中- 三显l g 幕橙f 更 是已经推出了1 0 0 英寸以上的超人尺寸高分辨率p d p 产品1 3 1 l 第一章绪论 1 1 2p d p 的基本工作原理 1 气体放电过程 彩色等离子体显示屏利用气体放电产生的紫外线激发荧光粉从而产生彩色光，图l - 3 所示为一 般气体放电的组成和伏安特性。如图1 3 ( a ) 中所示，气体在放电过程中产生了两个区域：负辉区和 正柱区。其中负辉区是不可压缩的，而止柱区可以随着放电空间长度的变化而变化，气体在放电过 程中产生的辉光主要集中在正柱区。对于等离子体显示屏来说，放电空间距离非常的短，通常只有 1 2 0 1 5 0 微米，因此等离子体显示屏在放电过程中一般以负辉区为主。图1 3 ( b ) 中伏安曲线表示当 加在气体两端的电压达到某个数值时，气体开始出现电离，电离后的电子和离子则分别向两极运动， 在电子和离子的运动过程中它们会碰撞其它的气体分子并促使该中性分子产生电离，并且这些高能 状态下的一次粒子在轰击固体表面时会导致二次电子发射，当碰撞产生的空间带电粒子逐渐增多时 进而会产生雪崩效应，此时大量的气体分子被电离并在外电场的作片j 下向两极运动。对于等离子体 显示屏的放电单元而言，其放电过程主要是介于稳定和非稳定的辉光放电之间。 2 潘宁效应 在等离子体显示屏的放电单元中。通常充的是混合的惰性气体，如氖气或氦气加上少量的氙气。 在放电的初始阶段，放电空间的少量电子在电场的作用下作迁移运动，在迁移运动的过程中，电子 会碰撞到氖、氙的原子，并促使它们电离产生电子、离子对，电子在单位移动距离上碰撞产生的电 子、离子对通常记为i f , 。电离产生的离子在外电场的作用下会向r l 极运动，同样在离子的运动过程 中由于碰撞会激发新的电子和离子对，离子在单位移动距离上碰撞产生的电子、离子对通常记为1 ，。 通过不断的碰撞，电场空间的电子会不断的增加，并进而产生放电的电流。 产生上述的放电过程的条件之一。是外加的电压必须满足气体放电所需的着火电压。氙气的着 火电压比氖气要高许多，但是在氖气里加少许氙气，可以大大的降低氖气的着火电压。这一现象是 潘宁所发现，故此命名为潘! j 。效应【4 】。等离子体显示屏正是利用这一现象来降低放电空间的着火电 压，在早期氙气的浓度人约在5 左右。但为了提高发光效率，目前氙气的浓度已经普遍提高到接近 1 5 。 着火电压的降低也可以通过提高二次电子的发射来实现，目前等离子显示屏的放电单元普遍在 介质层上加上了一层m g o 层，m g o 层除了能保护介质层免受离子轰击外，它具有较高的二次电子 发射系数。因此目前等离子体显示屏的着火电压已经降低到2 0 0 v 左右。 3 东南大学硕士学位论文 ( a ) 辉黼 髓越 电 流 i - v 特性 图1 3 气体放电的特性曲线 3 真空紫外线的产生 彩色p d p 虽然有许多不同的结构，但其发光机理都是相同的。即利用n e x e 等潘宁气体在电场 作用下放电产生真空紫外光，真空紫外光激发涂覆在放电单元内的三基色荧光粉获得红、绿、蓝三 基色，三基色经时间调制和空间混色实现彩色显示。 在n e + x e 混合气体中，当放电单元内的电压高于着火电压，则产生放电。电子和带正电的离子 在电场作用下分别向阳极和阴极运动，运动过程中加速并与其它粒子发生碰撞产生大量带电粒子。 与此同时，被加速后的电子也会与x 时发生碰撞，形成氙的激发态： p + 胞+ 专x e “( 2 p 5 ，2 p 6 ) + h v 由于x e 原子2 p 5 和2 p 6 能级的激发态x e 很不稳定极易跃迁到较低的能级，并产生8 2 8 n m 和8 2 3 n m 的红外辐射。 x e “( 2 p 5 ，2 p 6 ) 一x e ( 3 丑，3 p 2 ) + hv ( 8 2 3 n m ，8 2 8 n m ) x e ( i s 5 ) 与周围的分子相互碰撞，发生能量转移，但并不产生光辐射，即发生碰撞转移： x e 。( 3 p 1 ) 一x e ( 3 p 2 ) 4 第一章绪论 x e + ( 3 p 1 ) 是x e 原子的谐振态，它跃迁至基态时，辐射1 4 7 m 紫外光，该过程称为谐振辐射。 x e 的分子激发态( x e 2 * ) 跃迁至基态时，辐射1 5 2 n m 和1 7 3 n m 的紫外光，该过程称为分子辐射过 程。分子辐射过程和谐振辐射过程产生的紫外辐射均可有效地激发荧光粉产生可见光。 x e ( 3 a ) 一屉+ h v 托：( 研) 专2 x e + h v 舷：( 1 ：) 专2 托+ 办y 屉：( 3 ：) 专2 拖+ 办y ( 1 4 7 n m ) ( 1 5 0 n m ) ( 1 7 3 n m ) ( 1 7 3 n m ) 图1 _ 4 紫外辐射示意图 1 1 3 传统等离子显示屏( p d p ) 的典型结构 等离子体显示屏按照放电单元的结构来划分，有三种典型的结构：直流放电型、交流对向放电 型和交流表面放电型【5 1 。三种结构的截面图如图1 5 所示，图中上半部表示水平方向的截面图，下半 部表示对应的垂直方向的截面图。 图1 5 ( a ) 中所示直流放电型结构相对比较简单，每个放电单元有两个交叉的行列电极相对应， 当两个电极的电压差达到某个数值时，气体产生放电，并进一步激发荧光粉发出亮光。在直流型结 构中，为了限制放电过程的电流，通常在每个放电单元都串接一个电阻，对于整屏所有的像素而言 电阻的相对误差必须小于0 5 ，而这一过程在大规模的生产过程中比较难控制。由于直流放电结构 的p d p 在亮度和效率方面的不足，目前已经基本消失，市场上大部分等离子体显示屏采用的都是交 流结构，本论文在下面也将主要讨论交流型结构的工作原理，关于直流型放电过程的上作原理可以 参考。 5 东南人学顾 - 学位论z ( a ) 宵流放电( b ) 交流对向放电 凹1 三种典型的放电单元结构 图1 - 5 ( b l 所示为交流对向放电型单元的结构幽与直流弛相比，交流对向放电型在前j 亓基扳的 电撮上增加了介质层。在放电过程中介质层上将由于放l i i 电流而不断积累壁电荷，随着壁电荷的进 一步积累。放电空间的场强被逐步减弱井最终导致放电的停止。因此为了使放电过挫不断继续， 极性相反的电压必需交替的加载在行列电极的两端这个交瞢的电压就是后面将要介封f 的维持电压。 另外由于鼙电荷的积累，使放l i l 生问产生维持放电所需的电压幅值也会有所f 降。 脚l - 5 ( c ) 所示交流表面放l i l 型结构与对向放电帮结构的区别在于- 在前基扳每个象紊拥有两个 平行的行电极维持电压就加载在前基扳的两个屯极之上这是日前绝大多数等离子体显示屏所采 圳的结构。它与对向放电型相比优势在于放电集中在前基板的表面，而荧光粉涂敷在厉基扳之上， 因此离子对荧光粉的轰击要弱许多从而可以提高荧光糟的寿命。 1 1 4p d p 特点和存在的问题 陆着我国数字电视标准的逐步制定完成，未来家庭高精晰娱乐显示终蛸的竞争将更加剧烈。目 前加入到竞争行州的平扳显示器什有：液晶显示屏等离于体显示屏，人屏幕背投显示屏等。 相对丁其它儿种显示技术p d p 具备许多独特的仉点 平扳化、重量轻、可实现娥挂式显示： 为白主发光型显示，因此与l c d 相比等离子体显示屏具有较高的亮度，而且等离于体显 示屏的视角比较宽，可以达到1 6 0 度以上； 适台_ 人屏幕、高分辨串显示。目前单色p d p 已做到对角线达到i 5 m ，分辨率2 0 4 8 0 2 0 4 8 ， 而彩色p d p 已能超过1 0 0 英寸。分辨事超过1 0 0 0 线1 6 7 0 万种颜色t 等离于体显示单元且有擞强的非线性特性。作为矩陴显示- 为了能对单元寻址要求单元 从熄灭剜点亮且有但强的1 f 线性，而气体放电且有根强的1 e 线性或称开关特性即仅当单元上施 三一 蠹 第一章绪论 加的电压超过着火电压时，气体才发生放电。冈此，等离子体显示屏非常适合用于数字化显示； 存储特性。p d p 特有的存储特性使等离子体显示屏在存储工作方式下能得到比低占空比扫 描刷新方式显示高得多的亮度，这使得高分辨率大屏幕p d p 成为可能； 寿命长，目前等离子体显示屏的使用寿命己超过1 0 万小时； 响应快，p d p 的响应时间为微秒级，使显示图像时像素信号的更新不成问题； 受磁场影响小，无需磁屏蔽。 同时，等离子体显示屏也存在着一些问题，主要包括： 不能承压，功耗大。由于是大型超薄平板显示器，结构上不能承压，驱动电压高，功耗大； 亮度低。虽然p d p 的亮度提高了许多，但作为壁挂式的显示器件其亮度仍需要进一步提高： 发光效率低。由于p d p 发光是利用的是辉光放电的负辉区，效率比较低； 成本高。要降低成本，必须降低材料成本，简化制造过程，提高成品率，这样才可以降低 屏的成本，改善显示屏的工作特性，降低对驱动的要求，从而降低驱动电路的成本； 显示质量有待提高。如存在串扰，在分辨率、对比度、图像伪轮廓等方面，仍需要进一步 的提高。 以上所有罗列的问题中，成本问题是最为关键的。对于4 2 英寸的等离子体显示屏而言，其进入 中国家庭必须跨越整机单价1 0 0 0 美元的价格关口。为降低生产成本，创新是唯一的出路，这其中包 括，提出新犁的放电单元结构并带动着火电压的下降、设计和优化显示屏的生产工艺流程，降低大 规模生产的成本，同时等离子体显示屏还需要进一步设计和优化带能量恢复的电源驱动模块以降低 整机功耗、以及设计和优化视频驱动模块并改进显示的图像质量等。 为解决上述问题，一些新型的驱动方式被提出来，如a l i s 驱动方式1 4 l 、a w l ) 驱动方式6 1 、c l e a r 驱动方式【7 1 、p l a s m a a i 驱动方式【8 i 等；同时一些新型的放电单元和屏结构被创造性地提出，如d e l t a 结构【9 1 、t u b e a r r a y 结构1 1 0 l 、w a f f l e 结构【l l 】、s m 结构【1 2 j i l 6 1 等；为改善图像质量，带运动估计的补 偿方法也被采用剑等离子体显示屏的视频驱动系统之中【1 3 】【1 4 i1 1 5 j 1 2s m p d p 显示屏结构及驱动方法 1 2 1s m p d p 基本结构【1 2 】【1 6 】 图1 - 6 为s m p d p 结构图，该结构由前基板、荫罩和后基板三部分组成。在前基板上用光刻的方 法制作黑底、白银条状电极，通常具有较小电阻值，保持驱动时每行所有单元上的电压相同，通常 称为总线电极( 又称汇流电极) 。总线电极组成了显示板的扫描电极，用于逐行扫描和维持放电显示。 在扫描电极表面h j 丝网印刷厚膜厂艺制作透明介质层，通常该介质层分为两层，底层为隔离层，阻 断总线电极中的a g 离子向介质中扩散形成黄斑，而上层为流淌性较好的介质材料，使介质表面光 7 东南大学预l 二学位论文 滑，有利于_ | 亓道薄膜t 艺。在介质层表面通过电子求蒸发的方法制作了m g o 薄膜，一方面保护介质 免受离子轰击- 提高器引寿命，另一方面提供较高的二次电子发射降低。】：作电压。厉基扳与前基 板基本相同，为了提高亮度，介质通常采h j 高反自材科有效地反射可见光。前后基扳中间是金届 荫罩采刚丝网印刷的方法在荫罩孔内雏形成荧光粉膜将上述三部分心低熔点玻璃封接材科高 温封接后，进行烘烤除主c ，真空度达到要求后充入适当气压的n 刮- x e 魁台气体，即完成了屏的制作。 为了提高屏的放电均匀性，土要是m s o 表面状态的均匀性通常需进 7 一定时问的老炼。 削1 - 8 s m p d p 结构 通过以上结构分析可以得山，s m p d p 和a c c - p d p 相比，在结构上品人的不同就是s m p d pj # 罩( s h a d o w m a s k ) 代替了a c c - p d p 中的障壁。s m p d p 中所用的荫罩和是c d t ( c o l o r d i s p l a y t u b e ) 中h j 的高分辨率荫罩是一样的为c r t 工业中r 泛应川的部仆，通常采用的材科为a k 锕或l n v a r ( 一种铁镍台盒) 厚度为0 1 2 - 0 2 5 r a m ，通过光刻制作图形州f e c l 3 化学腐蚀而成其结构如图i - 7 所示。由丁荫罩原材料成本低。j 艺简单成品率高田此价格低j 1 j 于p d p 可以有效地降低成本 蚓1 j 荫簟站构删 s m p d p 从结构上类似与早捌的对向放电式结构不同处在于川导i l 的荫箪取代了i ：艺难度高、 用介质材料制作的障颦降低了成本提高了器什的均匀性。荧光糟的蜍覆位置有效的避免了离子 第一章缔论 轰击，提高了器仆的寿命 s m p d p 中由丁荫罩的每一时孔截面为碗状它与前基扳的接触面积挂小t 既可以保障荫罩本身 的强度，叉可保障对前基板支捧的强度还能最人限度地增加整个等离子体显示扳有效的发光面积 j 视角。 由rs m p d p 中荫早本身也起到现有等离于体显示扳中障颦结构的作川因此能防止请像素各 方向之间的光干扰，与现有结构相比还有利于提高分辨率特别是行分辨串。 由于金属的加r 技术比现有等离子体显示扳中所j 绝缘村料构成的障 寝制造技术要简单成熟得 多，因此，该结构适合于大批量生产提高成品率，降低生产成本。 与表面放电结构p d p 相比s m p d p 结构开口率高 荫罩本身熊化后可以提高对比度。不j j 在 前基扳制作会减小显示面积的黑底图案因此提高了前村底玻璃基扳的通光( 可见光) 性能，有 利于提高亮度和发光效率。 通过【耋变放电单元的丰| 列方式和放电单元的形状，该结构可组方便的实现s v g a 、x g a 、w x g a 显示模式。削i - 8 分别为v g a ，s v g a 、x g a ，w x g a 显示模式时使用的s m p d p 放电单元形状和 排州方式x g a 、w x g a 结构都采用菱彤排列，不同点姓w x g a 结构的菱形比x g a 结构更窄。 黼鼷 ( b ) 2 5 英寸s v g a s m p d pd e l t a 排列 聪0 a w 口d o t 口4 5 口0 月洲 旧量o d 口d 口 口 口 口 日d 自4 口 目4 日 胂 w 胂 口 t 4 t a 胂洲 旧枣臆社 口 w 4 目 t 4 w 月 & d w t o 5 a 口 日q 旧谭h d 口 h w 口 口，月4 口 州 心聪& d 口4 t 口4 h d 口 目a 口吲 恒厅 & o 口 聃w 4 胂 蚤 日4 目 悝口 口s h 口4 口& 张口d t d t d 日e 闻 七a w j 4 目聃w 目 日 & 4 州 b w w h d h w 丑d h 0 聃口脚张口a h w 月4 月月 心詹a 口 野4 4 h t 口d 口 口 目州 a t 最 d 口 d 口 日a w 1 4 目4 5 0 口a 口 d * 口 口吲 a 5 口 目 w 自d 口 w j d 目f 月 u d u z d z 奁z d u k i t d t d z 正5 i 蹦 ( c ) 4 2 英寸x g a 、w x g a s m p d p 菱形排列 嘲i _ 83 4 、2 5 、4 2 英寸s m p d p 象素排列 东南凡学顿i 擘位论文 1 2 2p d p 的驱动方法 寻址与显示分离的干场【a d s ) 驱动方法 寻址与显示分离的子蝤( a d s ) 驱动方法是彩色a c c p d p 最典型的虑用最广泛的驱动方法。a d s 驱动方法由富士通公司首先提出，许多驱动方法都是基于它开发山来的。 对于典型的a d s 驱动方法，如幽i - 9 ，一个帧频为6 0 h z 的视频帧时间为1 6 6 7 m s 。母一个视频 帻分为8 个子蝎显示每个子场义分为复位捌、寻址期和维持期。每一十子局内都要顺序扫描寻址 各显示行然后整屏所有显示单元同时维持显示。同时。每个子蝤都有不同的维持脉冲数可以显示 不同的灰度等级。2 5 6 级内的灰度可以通过不同的子场组台来实现。 幽1 珀a d s 驱动方式 以显示数据封化为8 位为蜊。将一帧时问分为8 个子场，8 个子蝤的主要的区别在于维持期的 维持脉冲个数不同如果采h j _ 二进制编码则典型的8 个子场维持脉冲十教比为1 ：2 ：4 ：8 ：1 6 ：3 2 ：6 4 ：1 2 8 。 这样通过不同子场点亮的纽台就可以实现2 5 6 级的灰度显示。例如一个数据为0 0 0 0 1 0 0 l ，只有第一 于蝎番第四于场点亮对戍灰鹰级为9 的亮度。对于彩色a c c - p d p 红，绿蓝三种基本颜色罐 种颜色可以显示2 5 6 级灰鹰，这样就可以组合出1 6 7 7 7 2 1 6 种觑色从而实现全色显示。 对丁每个子场而言，义分成复位期、寻址期和维持期 复何删：在摧个驱动波形中复位捌的作州是非常重要的。在复位期中对于某个象素而言 不论前一个子场烂处丁点亮或者是熄灭状态，其壁电压都需要被复位到一个特定的，适台于寻址的 范围 除此之外复付期产生的空间l 【l 荷也有利于寻址放电的发生 寻址期：寻址的作朋是区分在本子蝤维持中哪些点需要发光，哪些点不需要发光。所以也被称 为“写寻址操作。在要点亮的单元中通过扫描电极的负向扫描电压和数据电报的j e 向数据电压之 问的放电，从而在舟质层上积累了壁电荷，这些壁电荷足以引起维持捌维持放电的进干亍。对于不点 亮的单元由于敷据电极不加脉冲仅仅扫描电极上的扫描电压不能引起气体放电未进行寻址放 电所以单元内不会有肇电荷的积累，相戍维持期没有放电产生。 维持明：维持埘的作川址使需要点亮的点发光而不需要点亮的点保持熄灭状态。s m p d p 在维 铕一币绪论 持期的时候在扫描电楹上加正负交替的维持脉冲，列电极保持零电位 为了缓解a d s 驱动方式带来的动态伪轮廓教戍通常采儿j 一些i # 二进制子场捧列方式 c l e a r 驱动方法n c l e a r ( i 坩高对比度，低电力消耗的寻址驱动- 降低动态伪轮廓的影响) 驱动方法是日本先锋公 司提山的埘于高画质彩色a c c - p d p 的驱动方法。如凹1 - l o 所示为c l e a r 驱动法显示灰度的子 场排列情况。 豳1 1 0 c l e a r 驱动方式 由于p d p 的放l l l 单元只有放电发光和熄灭两种状态，因此灰度显示不能聋传统的c r t 一样通 过控制电压的大小米调节发光强度实现，而是利j i 人眼在短时间内瞎觉到的光对时问的累积效应， 通过调节各单元在一蝤中产生放电发光的脉冲数日来实现。与a d s 等驱动方式通过于拍维持发光的 组台来显示不同的灰度相比，c l e a r 驱动方式使h j 于蝤维持发光的积累米表达灰度。在一个电视匀6 ( 帧) 的时间里每个显示单元只有一次准备期和选抨擦除。在准备期中，通过全屏放屯使所有单元内 累积上肇电荷所以单元处于点亮状态。然后每个单元根据显示数据进干亍选择攘除放电使该单元 处于熄灭状态，不再发光。在维持期，还没有进行过选择攘除的单元进行维持放电如图i - 1 1 如 果一个显示单元在第一于场就进行了寻址赦屯，则显示最暗，灰度级为0 ：如果此单元在一场中都 没有进行寻址放e l l ，则显示最亮，为最高的灰座级由此可见不论显示哪一级灰度发光的于场 都是从一场的开头连续捧利c l e a r 方式从原理上消除了动态伪轮廓现象。 末南大学磺t 学位论文 子角1 2 34j硝i im 圜一匪霉e 舞藕罔翮曰盛蝴 噩匪雾 准鲁期吱电 。龅憎嘲榭 。造熏啊列r 屯 不尚憎嘲目神 幽1 - ”c l e r 驱动方式筮光序列 但是田为并个子蜗的维持脉冲个数相同c l e a r 方式能咎自然显示的灰度有限。倒如1 2 个子 场仅仅能够显示1 2 + 1 = 1 3 级灰度。耍想得到更多的灰度。需要使用抖动算法和误莘扩散方法对显示 数据进行处理。 寻址弗显示的驱动方法f a w d ) i q 寻址井显示( 蝴d 瞄s w h i l e d i s p l a y ，a w d ) 驱动方法是一种基于a d s 驱动方法发光i 空比( 一 场中维持捌的时间与总时间z 比) 高选9 0 的驱动方法。 削1 - 1 2 a w d 驱动方式 从一行的角度来看- a w d 驱动方式和a d s 驱动方式都是由顺序的复位期寻址期和维持 w 纽成。但是从整屏来看，在某个时刻，某行止在进行寻址而另一行正在进行维持。还有行在进行 复位。与a d s 方式比较。在a d s 中所以单元同时处于复位寻址。维持三种状态z 一，幽1 - 1 2 表示了a d s 驱动方式，幽中的斜线表示每一子抽的开始。母一个行都开始于不同的时间由于这种 操作方式，a w d 驱动不能进行同时进行整屏的复能。这对波形规划提山了报高的要求 相对ra d s 驱动方式a w d 发光i i i 空比高可虬达到帅左右提高了显示亮度。但是驱动 1 2 第一章绪论 电压变高，波形规划困难，由于缺少全屏同时的复位，动态范围不理想。 c l e a r 最大优点是从原理上消除了a c c p d p 的动态伪轮廓现象，使p d p 图像显示质量有很大 提高，缺点是灰度产生需要复杂的算法。 现在，在大多数商业化p d p 中，采j 丰j 的是1 1 1 2 子场的a d s 驱动方式，s m p d p 也是采用a d s 的驱动方式。如果想子场数继续增加将会1 f 常l i i 难，因为寻址期过长造成发光占空比过小，p d p 亮 度会受到很大影响。 1 3s m p d p 驱动波形和寻址特性 1 3 1s m p d p 驱动波形 驱动波形的设计对于整个s m p d p 显示系统而言是非常关键的，波形设计是否合理将直接决定 s m p d p 显示系统的性能和成本。合适的驱动波形不但可以提高s m p d p 的图象质量，而且可以降低 s m p d p 显示面板的制作工艺要求，提高整屏一致性，扩大屏的工作范围，降低整机成本。图1 1 3 是目前4 2 寸x g a 、w x g a 结构s m p d p 所采用的驱动波形，该波形属于写寻址波形，由三个阶段 构成：复位期、寻址期、维持期。 扫描电极 g n d 复何期。；寻址期、 维持期 。； 厂1 v p p 1 r 几s 几 v ) o m - 数据g n 电极d 冈兰 一 图1 1 3 、s m p d p 驱动波形 复位期的作用是消除前一子场维持放电对于本子场寻址的影响，使全屏所有放电单元在寻址前 达到接近一致的状态，保证后继的寻址和维持操作稳定进行。 寻址期的作用是使子场中需要点亮的像素点火以积累擘电荷，通过壁电荷来记录一个子场需要 显示的图像信息，使后继维持期需要电亮的象素能够稳定放电，即根据图象数据有选择性的寻址点 亮部分单元。 维持期的作用是使在寻蜘期内积累了壁电荷的放电单元持续放电，产生的唧激发三色荧光粉， 最终产生可见光，完成图像显示。 1 3 东南大学硕士学位论文 由上述可知，维持期是有效发光并显示图像的时期，该时间的长度决定了p o p 图像显示的亮度， 在波形设计中，要尽可能增加维持期的时间，维持期越长，有效发光时间就越多。 1 3 2s m p d p 寻址特性 由于寻址期需要对整屏进行逐行扫描，以符合中国高清标准的7 6 8 行为例，如果每行扫描时间 为2 u s ，那么一个子场的寻址期就达到1 5 3 6 m s ，如果一帧图象采用8 个子场，那么总的寻址时间为 1 2 2 8 8 m s ，占到一帧时间的7 3 。寻址期越长，留给维持期的时间就越短，图象的亮度就越低，图 象质量越低，因此，提高寻址特性，缩短寻址期是s m p d p 波形研究的重点。 s m p d p 寻址特性如图l 一1 4 所示，图中寻址放电延迟( 幻) 由0 、t s 这两个时间参数组成， 乙代表寻址特性，t d 越小，寻址特性越好。 a d d 代s s i； ： c u 丌e n t ： 一i i _ t | i _ 二 卜i l i 卜 t f1 图1 1 4 、s m p d p 寻址特性 f ，称为寻址放电固定延迟，表示在寻址脉冲作用后到放电开始的最短延迟时间，它由放电单元 的电场决定。 f ，称为寻址放电统计延迟，表示放电电流脉冲随机出现的时间区域，是统计了很多放电电流脉 冲后得到的一个时间区域，具有统计特性，它由放电单元的空间带电粒子决定f 侣i 。 t d 是f ，与f ，的相加，因此寻址脉冲的宽度不应该低于该时间。 在实际测量中，实验使用了红外探测仪( h a m a m a t s u ) 对放电电流进行测量，由于 h a m a m a t s u 的响应延迟导致对放电电流的宽度产生扩散，如图1 1 5 所示，该图中放电电流的宽 度( t w ) 是由于h a m a m a t s u 的性能导致的，实际的脉冲非常窄，在统计中一般可以忽略，因此， 在对t s 的测量时需要将该时间减去。 根据上述t f ，t s 的定义及h a m a m a t s u 的实际测量误差，实际测量中我们读取t s 的正确方 法为： 1 4 第一常绪论 t s = t t t f t w 在放电电流不变帕情况下，h a m a m a t s u 的电流测景宽度也不会变化可以用 t s + t w = t t - t f 来近似表示t s 的变化趋势本章中定义 i s ；t s + t w 。称之为相对统计延迟t s 的变化只代表 了放电电流不垒的情况f 统计延迟的变化规律。 穗o gj ”訾”r 图l - 1 5 h a m a m a t s u 对放电电流的测最 1 4 本课题主要工作及意义 奉课艇涉及的岛清晰度全彩色荫罩式等离子显h ；器是国家重= 科技发明之，s m p d p 和传统 一三屯极a c c - p d p 具有不问的结构，它采用荫罩来代替传统的障肇从i 坩大大简化了制造工艺而 且由于荫罩的特殊性通过优化i 殳计s m p d p 町以且胄较高的娃礅串进斯带动整机助耗的下降。 然i f l i 能否发挥s m p d p 在结构上的优势根大稗度上取决】：驱动波形的设计适台的驱动波形可 以摊高寻址特性等众多参数从j f i i 提高s m p d p 的性能降低s m p d p 的成本推动s m p d p 产业化。 增强我国在平板显示钡域的竞争力。 本课题的土饕丁