（电路与系统专业论文）彩色等离子体显示器高对比度驱动方法的研究.pdf

彖南久学硕士论文 y 6 9 4 4 臻要 摘要 彩色等离子体。漫示器( c o l o r _ p l a s m ad i s p l a y _ d ! a n e l ，简称：彩色 p d p ) 是利腰气体放电和光致发光原理的一种主动发光型平板显示器。 受高清晰度电视 三大市场的刺激，自1 9 9 2 年来彩色p d p 显示技术和产 业化获得长足发展并己取得实质性的市场分额和公众认可，最先只能 机场、展示会等公共场所看到的彩色p d p 如今已作为电视显示进入百 姓家庭。作为评价彩色p d p 图象质量最重指标之一的显示器对比度， 兀j 。分为亮窀对比度和暗室对比度。提高亮室对比度的主要方法是在彩 色p d p 结构和1 ：岂方丽采取措施降低显示屏表面反射系数。对于彩色 例儆射线管显j ；器( 彩色c r t ) ，由于工作原理方面的原因其暗室对比 搜指标接近无穷入比，一般不强调这一指标，而彩色p d p 的暗室对 比叟与其驱动方；左紧密相关，驱动方法的不同，暗室对比度可以是三 十比一到三千比，般讲彩色p d p 对比度主要指其暗室对比度。由 丁凼内彩色p d p 研发刚刚起步，提高彩色p d p 暗室对比度驱动方法研 究几乎还是空白。本论文“彩色等离子体显示器高对比度驱动方法的 彤f 究”是在巾因f u 子科技集团公司第五十五研究所1 9 9 9 年至2 0 0 2 年 承担的圈家霓点攻关项目：“1 0 7 c m ( 4 2 英寸) 彩色显示器研究”课题背 景卜设扩的。 小义- 时彩色p d pj ：作机理，提高彩色p d p 暗室对比度的两种基本 驱动力法的基本圬i 理进了研究和分析。这两种基本方法的是：采用斜 东南大学硕士论文摘要 波初始化降低每个初始化脉冲产生的光亮：减少初始化次数来降低一 场内初始化产生的背景暗亮。针对自主研制出的4 2 英寸显示屏特点， 设计了提高暗室对比度的驱动方法并制作了实际电路进行了试验，采 用国际电工委员会的彩色p d p 标准的测试进行了测试，结果获得了 6 0 0 ：1 以卜的暗室对比度；对试验结果和实验中碰到的现象进行了分 析。圆满地完成j ，国家攻关项目和本论文开题时设定的各项任务。 关键词：彩色等离子体显示器，对比度，暗室对比度，驱动方法，斜 波初始化 东南大学硕士论文a b s t r a c t a b s t r a c t c o l o r p l a s m ad i s p l a y p a n e l ( p d p ) i sak i n do fs e l f - e m i t t i n gf i a tp a n e l d i s p l a y ，b a s e do nt h ep r i n c i p l e so ft h eg a sd i s c h a r g ea n dp h o t o l u m i n a n c e s t i m u l a t e db yt h eh u g ed e m a n do fh d t vm a r k e t ，t h et e c h n o l o g ya n dt h e i n d u s t r yo fc o l o rp d ph a v ed e v e l o p e dr a p i d l ys i n c e19 9 2 c o l o rp d p sh a v e g a i n e ds u b s t a n t i a lm a r k e ta c c e p t a n c ea n dp u b l i ca w a r e n e s sr e c e n t l y ，w h i c h f i r s t c a u g h ta t t e n t i o na sp u b l i ci n f o r m a t i o n b o a r d si na i r p o r t s ，e x h i b i t i o n s a n dn o wa r es l i d i n gi n t ot h ep r i v a t e u s es e c t o ra sh o m et vs e t s a so n eo f t h ei m p o r t a n tp a r a m e t e r sf o re v a l u a t i n gt h ep e r f o r m a n c eo fd i s p l a yd e v i c e ， c o n t r a s tr a t i oc a nb ed i v i d e di n t od a r kr o o mc o n t r a s tr a t i oa n dl i g h t e dr o o m c o n t r a s tr a t i o t h em e t h o df o ri m p r o v e m e n to fl i g h t e dr o o mc o n t r a s tr a t i o l i e si nt h ew a yo fr e d u c i n gt h ep a n e ls u r f a c er e f l e c t i n gr a t i ow h e r ew eh a v ea l o to ft h i n g st od ow i t ht h ep a n e ls t r u c t u r ea n dm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s t h e d a r kr o o mc o n t r a s tr a t i oo fc a t h o d er a yt u b ei sa l m o s ti n f i n i t et oo n e ，d u e t oi t sw o r k i n gp r i n c i p l e ，w h e r e a st h a to fc o l o rp d pr a n g e sf r o m3 0 ：1t o 3 0 0 0 ：1w h i c hm a i n l yd e p e n do nt h ep a n e l sd r i v i n gm e t h o d t h e r ew a sl i t t l e r e s e a r c hd o n eo nt h ed r i v i n gm e t h o dt oi m p r o v et h ed a r kr o o mc o n t r a s tr a t i o i nc h i n at i l lt h er e s e a r c h 0 nh i g hc o n t r a s td 刚v i n g m e t h o dw a ss e tu p t h et h e o r i e so fg a sd i s c h a r g ea n dc o l o rp d ph a v eb e e nd i s c u s s e di n d e t a i li nt h ep a p e r ，t w ob a s i cd r i v i n gm e t h o d sf o ri m p r o v i n gt h ed a r kr o o m 东南大学硕士论文 a b s t r a c t c o n t r a s tr a t i oh a v eb e e ns t u d i e da n da n a l y z e dd e e p l yi nt h ep a p e r o n ei st o c a r r yo u ta l l c e l lr e s e t t i n gd i s c h a r g ei ns m a l l - s c a l eb yu s i n gr a m pw a v et o r e d u c et h eb l a c kl e v e ll u m i n a n c ei no n er e s e t t i n gd i s c h a r g e t h eo t h e ri st o c a r r yo u ta l lc e l lr e s e t t i n gd i s c h a r g eo n l yi nt h ef i r s ts u b f i e l dt or e d u c et h e t o t a lb l a c kl e v e ll u m i n a n c ei no n et vf r a m e t h en e wh i g hc o n t r a s td r i v i n g m e t h o df o ro u rn e w l yd e v e l o p e d4 2i n c hc o l o rp d pp a n e lh a sb e e np u t f o r w a r da n dt h er e l a t e dc i r c u i ta l s od e v e l o p e dt od r i v et h ep a n e l o v e r6 0 0 ：1 d a r kr o o mc o n t r a s tr a t i oh a sb e e ng o t t e na c c o r d i n gt ot h ei e cm e a s u r i n g s t a n d a r d t h em e a s u r i n gr e s u l t sa n ds o m ep h e n o m e n ao c c u r r e di nt h e e x p e r i m e n th a v eb e e nf u r t h e ra n a l y z e di nt h ep a p e r k e yw o r d s ：c o l o rp l a s m ad i s p l a yp a n e l ，c o n t r a s t ，d a r kr o o m c o n t r a s t ，d r i v i n gm e t h o d ，r a m pw a v er e s e t t i n g v 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。 签名捶卫。牮日期：圣必，。 关于学位论文使用授权的说明 东南犬学、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，允诌：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 日期：童堕- 5 一锄 尔南久学硕士c 仑文第一章绪论 第一章绪论 1 1 等离子体显示在电子显示器件中的定位 等离子体显示器( p l a s m ad i s p l a yp a n e l ，以下简称p d p ) 是主动发 光型电子显示器件中的一种，属平板型显示器。进入二十世纪以来，电 子显示技术作为人机联系和信息展示的窗口已应用于军事、工业、交通、 教育、航空航天、卫星遥感、娱乐、医疗等各个方面。在信息社会飞速 发展的今天，l l l 子姓示产业已经成为电子信息工业的一大支柱产业。进 入二十世纪后，随着数字化技术，多媒体技术和高清晰度电视技术的 发展，人们对电子显示技术和显示器件提出了更高、更多的要求。电子 显示技术成为电子上业继微电子和计算机之后的又一发展热点，形成了 巨大的市场。电子显示器件可分主动发光型和非主动发光型两大类：前 r 一阴橄射线管址，l ：l 措( e a t h o d er a y t u b e ，c r t ) 卜_ 一等离子体显示板( p l a s m ad i s p l a yp a n e l ，p d p ) 主动发光型 ( 发光型) 广u 敛发光 i i l l i 器( e l c c t r o l u m i n e s c e md i s p l a y , e l d ) r 一场敛发射u 1 ：器( ne | de m i s s i o nd i s p l a y f e d ) je 喜i 萎童莩乏：篡篡：；：三：。帅， 器h一1 厂液晶址求器1 1 1 q u i dc r ) s t a ld i s p l a y , l c d ) l 一1 f 上r 女发咒n l 一数，微镜“_ i 器醇a l m i c r o m i n 。rd 卸l 啦。m 。) 。觥。q lt 嘲正像凯r o 加删m 咎螂咄删功 东南火学硕士论文第一章绪论 者利用像素发光，直接进行显示；后者本身不发光，而是通过反射。透 射、散射等现象，对j 它光源所发出的光进行控制，即通过光变换进行 显示。电子显示器按其纵深方向与高度方向的比例，小于四分之一的属 半板显示，否则属非平板显示，比如，阴极射线管显示器属于非平板显 示器。图1 1 中列出了代表性的电子显示器件及等离子体显示器在其中 的位置。 中历史最悠久的当属阴极射线管显示器，到目前为止，虽然它仍 在显示质量、性能价格比、市场占有率等方面仍占优势，但预计在三到 五年内将逐步让位丁以l c d 、p d p 以及o l e d 为代表的平板显示器。p d p 在! 卜极强示器中 j 场占有率次于l c d ，排第二位，且在对角线为3 0 至7 0 英寸的显示器市场占很大优势。彩色p d p 作为商用显示器和家用电视显 示器，2 0 0 1 年销售3 7 万台，2 0 0 2 年销售达8 0 万台，未来3 年成长率平均近 8 0 ，2 0 0 5 年达到4 5 0 万台左右，产值6 5 亿美元。彩色p d p 在2 0 0 2 年以后 之所以进入快速增k 期，主要由于家用电视市场方面的增长。 1 2 等离子显示器件的分类及技术特点 等离：子体显，j ：器从显示颜色分：单色p d p 和彩色p d p 。单色p d p 利 j 1 jn e a r 潘宁气体在电场作用下放电发橙红色可见光而进行单色显示；利 彩色p d p 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，激 发涂覆在放电单元内的三基色荧光粉获得红、绿、蓝( r 、g 、b ) 三 基色，三基色经u 0 问调制和空间混色而实现彩色显示的平板显示 器件。 p d p 按照限制其放l u 单元电流大小的方式不同，可分为交流工作方式 f t f , a 。学硕士论文第一章绪论 a c p d p 、直流工作方式d c p d p 以及交、直流混合工作模式h y b i r d - p d p 。 彩色a c p d p ，具有存贮方式工作易实现大面积高精细显示，发光效率 较直流模式工作的d c p d p 要高等优点，发展最为快速。其中交流工作 方式的三电极表面放电反射型结构的彩色p d p ，已成为当今p d p 生产和 研究开发的主要对象。 交流工作方式的三电极表面放电反射型结构的彩色p d p 主要特点如 卜： 每个像素的位置是由器件电极结构确定的，没有畸变，确保显示图像 清晰。 固有的数字化特性，更有利于与数字信号的衔接。 视角大、体积小、重量轻，适合大屏幕显示。 独特的o 乙特性和非线性，可以实现大容量显示而亮度不会下降，完 全满足h d t v 的要求。 制作工艺易于批量生产，有利于产业形成。 根据上述彩色p d p 的特点，随着规模生产的建立，在屏幕对角线尺 寸3 0 英寸牟7 0 英、j 的范围内，彩色p d p 显示了其它显示器件强大的技 术优势，二十世纪初将在大屏幕壁挂数字电视、高清晰度电视( h d t v ) 、 计算机工作站和多媒体显示等领域形成巨大的应用市场，具有较强的竞 争优势。 1 3 等离子显示器国内外发展状况 1 3 1 等离子显示器国外发展状况 东南大学硕士论文第一章绪论 p d p 作为一种平板显示器的实质性开发是以1 9 6 6 年美国i l l i n o i s 大 学存9 、：型a c - p d p 的发表，以及1 9 6 9 年美国b u r r o u 曲s 公司自扫描型 d c p d p 的发表为标志。1 9 7 5 年前后，单色a c p d p 以及d c p d p 用于 数字、文字及图形显示开始普及。二十世纪8 0 年代末，单色a c p d p 显 示器的生产技术已经成熟，生产的各种单色显示器已被广泛应用于工业、 商业及军事工业等。单色a c p d p 是最早通过美军m i l 标准的1 6 项环境 试验i | ：f 被应， j 的、i i 板显示。世界上的单色a c p d p 的主要生产厂家有美 困p l a s m a c o 公卅、美国p h o t o n i c s 公司、法国t h o m s o n c s f 公司以及日 本富上通公司等。二十世纪9 0 年代初，富士通公司将单色a c p d p 生产 线转让给日本的o k a y a 公司。美国p h o t o n i e s 公司生产的对角线为1 5 米， 2 0 4 8 2 0 4 8 个象素的1 6 级灰度的单色a c p d p 最为突出。有关单色 a c p d p 的研制和生产情况如表1 1 所示。 表卜1 单色a c p d p 产品 厂家型号象素 象素大小灰度亮度视角 备注 ( m m )( c d m 。) o k a y a f p f 8 0 5 6 4 0 4 0 0o - 3 0 3 41 1 01 6 0 现可售 o h r u e f p f 8 0 6 6 4 0 4 8 0o 3 o 3 41 1 01 6 0 现可售 o h r u d f p f 8 0 66 4 0 x 4 8 0o 3 3 o 3 341 1 01 6 0 现可售 o h r u k p h o t o n i c s 2 0 4 8 0 5 l 0 5 1 i 65 i 1 6 0 2 0 4 8 t h o m s o n 1 0 2 4 o 3 o 31 6 0 c s f 1 0 2 4 进入二十世纪九十年代后，随着彩色液晶显示的应用扩大，单色 象南夫学硕士论文第一章绪论 a c p d p ，l 产和i i = 【 制陷入了低谷，这些公司纷纷停产或转移单色p d p 。 然而这时，在日趋临近的数字化电视广播和高清晰度电视( h d t v ) 的 强烈刺激和液晶显示较难实现大面积显示情势的推动下，彩色a c p d p 的技术迅速突破并获得大发展。在军用彩色a c p d p 开发方面，美国 p h o t o n i c s 公司，研制成功3 0 英寸1 0 2 4 7 6 8 彩色象素、对向放电方式 的全色p d p ，法固t h o m s o nc s f 公司在法国国防部的支持下，研制出2 1 英、j 、1 9 英、j 系列高分辨率对向放电全色a c p d p 。由于采用电极对向 放电方式，且放电窄问狭小，故这种工作方式的彩色a c p d p 放电效率 低，亮度仅为1 0 0 c d m 2 左右，主要在一些军用特殊场合的计算终端应用。 真正具有重大意义的是日本富士通公司在1 9 9 3 年率先实现的2 1 英寸三 电极表面放电反射结构、选址和显示分离方式驱动( a d s ) 的彩色a c p d p 的批量生产。这利t 结构的p d p 具有放电效率高、寿命长、易实现全色显 示以及大规模生产等优点，成为此后彩色p d p 研制开发和生产的样板。 1 9 9 6 年日本多家公司推出了4 2 英寸彩色p d p 产品，其主要性能技术指 标接近c r t 的水、h ! 当时除三菱公司生产线没有生产外，n e c 、富士通、 松卜【u 子、先锋以及l j 市制作所等五条生产线的月产量能力约为1 5 0 0 0 ”。很快，n e c 、富，j 通、先锋义进行了扩产。 为了开拓j l j 场， i 本公司采取了强强联合发展，提高p d p 产品性能， 降低成本，引导f i j 场的策略。富士通和日立合作建厂，发挥日立在显示 领域的优势，双方同投资2 0 0 亿日元，成立f 邶公司，旨在加速开发 下一代p d p ，开发新的规模生产技术工艺。该公司拥有三电极放电反射 尔南大学硕士论文第一章绪论 结构的彩色p d p 基本专利以及a d s 电路驱动技术专利，后又开发出隔 行扫捕的高清晰显示技术a l i s 方式以及可降低维持扫描集成电路电压的 t a r e s 技术。无论从彩色p d p 月产量还是技术水平看，f h p 公司拥有一 定的优势。臼本n e c 公司和法国t h o m s o n 多媒体公司合作。t h o m s o n 多媒体公司在大型和特大型c r t 生产中排名世界第一，已进行1 0 余年 的p d p 研究和开发。合作双方瞄准下一代p d p 开发，2 年内就明显提高 r 电路和图像处理的技术水平，降低了功耗，提高了图像质量，大幅降 低了成本。把维持c r t 产品图像质量领先的目标，延伸到p d p 生产领 域，并以t h o m s o n 和r c a 的品牌在欧美销售其p d p 产品，其产品技术 特点是在显示屏的前板采用红、绿、蓝单元滤色膜和在整个显示器表面 采f f j 抗反射膜，大大提高显示器的色纯度和亮室对比度。松下公司本是 进行彩色d c p d p 研发的公司，并有2 6 英寸的彩色d c p d p 产品，1 9 9 5 年收购兼并了美国p l a s m a c o 公司后，使其在彩色a c p d p 领域的研究和 开发提高到了世界先进水平。与p d p 制造商之间强强联合所不同的是， 松f 的联合对象足在p d p 背板制造有独到技术的日本东丽公司，两者的 联合又降低了其p d p 产品的制造成本。松下公司瞄准家用电视p d p 显 示，其非对称的单元结构町使其屏的色温提升到9 0 0 0 k 以上，屏的自动 亮增强技术提高j 7 图缘显示质量。先锋公司开发了深槽型障壁结构，采 用高x e 分压n e x e 潘宁工作气体以及平滑c l e a r 驱动方式，其整机 】：作效率达1 8l m w ，画质优美。 韩国已有t f t l c d 研究开发的成功经验，以此为资本，充满信心， g d - - l 久。学硕士论文第一章绪论 在p d p 研究领域瞄准较远目标，决心与日本一争高下。三星电管( s d i ) 1 9 9 7 年开始p d p 事业，其投资力度大，技术力量强，很快便进行4 2 英 寸样品开发和小批量产品的中试生产技术研究。目前，正在进行能月产 2 7 0 0 0 台的4 2 英寸v g ap d p 生产线的调试。s d i 计划在2 0 0 5 年实现彩 色p d p 产值1 5 亿美元，成为世界上最大的p d p 供应商之一。由于该公 司的产品大多采用上下分段同时扫描，增加了维持显示时间，故亮度较 高。l g 公司1 9 9 3 年开始也进行了d c p d p 研究，后转而进行流行三电 极结构的彩色a c p d p 研发，9 7 年开发出4 0 英寸产品，9 8 年开发出5 0 英寸、6 0 英寸产品，9 9 年4 0 英寸投入小批量生产。l g 计划2 0 0 5 年p d p 产量达到1 5 0 万台，【f 1 世界p d p 市场的2 0 。l g 的p d p 从屏模块 一一整机全部自己f - - 产，技术大多是自己开发出来的，设备、材料供应 也大部分自己解决。韩国另外两家p d p 公司o r i o n 和u p d 虽己掌握了 火而积p d p 的量产技术，由于资金等多方面的原因暂时无法建立大规模 生产线进行批量生产。我国台湾省的中华映管与日本三菱公司合资进行 彩色p d p 的研究开发和大规模生产，台塑和日本f m 公司在台湾省正 在合资建立高起点的人规模生产的等离子体显示公司。 日前，彩色p d p 发光效率偏低、个别性能指标仍需改善f 如暗室对 比度指标与c r t 的相比，偏低，在一定程度上影响彩色p d p 的显示效 果) 、价格偏高，彩色p d p 生产技术正在向优化结构、提高性能、降低 成本、丌发系列化专用设备和材料以建立规模生产体系的方向发展。这 儿年，日本各公司把寻找新工艺，降低生产成本作为奋斗目标，为实现 东南大学硕士论2 -第一章绪论 大规模生产提供坚实的技术基础。 幽外主要彩色a c p d p 生产厂家的产品规格说明见表l 一2 。 表卜2 彩色p d p 产品 尺寸亮度功耗 厂家 删号长宽比象索灰度等级对比度 ( 英寸)( c d 岫( w ) 4 2 ”w i d e v g a 4 21 6 ：98 5 2 x 4 8 02 5 63 0 04 0 0 ：12 2 0 富十通 p d p 日立 3 7 ”x g ap d p3 74 ：3 1 0 2 4 x 7 6 8 2 5 6 3 0 04 0 也l3 0 0 3 2 ”w i d e h1a l i s3 21 6 ：98 5 2 x1 0 2 42 5 6 6 5 05 0 0 ：12 0 0 p d p - 4 3 3 0 h d4 31 6 ：9 1 0 2 4 x 7 6 82 5 6 ，t 锌 p d p 5 0 3 0 h d5 01 6 ：92 8 0 x 7 6 82 5 6 n p 6 1 c 1 m f 0 l 6 l1 6 ：91 3 6 5 x 7 6 82 5 66 0 07 0 0 ：1 n e c n p 5 0 8 2 m f 0 l5 01 6 ：98 5 3 4 8 02 5 66 7 06 3 0 ：1 n p 4 2 8 2 m e ol4 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 ：12 2 5 松f 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 ：l3 4 7 t h 5 0 p h 5 0 s 5 01 6 ：91 3 6 6 x 7 6 83 0 03 0 0 0 ：15 8 2 3 7 s d p d p3 7 1 6 ：98 5 2 x 4 8 02 5 6 4 2s d p d p 4 21 6 ：9 8 5 2 4 8 02 5 62 0 06 0 0 ：l3 8 0 二吊 5 0 h d p d p5 01 6 ：91 3 6 6 7 6 82 5 6 6 3 h d p d p6 31 6 ：91 3 6 6 7 6 82 5 6 m u 4 0 p a l 04 04 ：36 4 0 4 8 0 2 5 63 3 07 0 0 ：1 3 2 0 l gm u 4 2 p z l o4 21 6 ：98 5 2 x 4 8 0 2 5 62 5 05 0 0 ：1 m t 6 0 p z l o6 01 6 ：9l2 8 0 7 2 02 5 6 4 5 0 5 0 0 ：l 6 5 0 1 3 2 等离子显示器国内发展状况 在彩色p d p 牛产方面，2 0 0 0 年1 0 月，臼本松下公司和我国上海真空 电子等公司合资成立厂上海松下等离子显示器有限公司，生产彩色p d p ， 地址在上海金桥甘1l j 加工区，一期2 0 0 2 年底将有显示屏产品出来；二期 又增加投资，扩大规模至年生产能力2 4 万，预计2 0 0 3 年完成。t c l 集 幽、创维集团、海信集团、沈阳l g 、赛格集团公司等单位进行彩色p d p 的封i 装。目前，一 ，国电子科技集团、彩虹集团、华东电子集团、赛格集 东南大学硕i 论文第一章绪论 团都在计划彩色p d p 娃示屏及模块的产业。 在我国从事p d p 技术研究的单位并不多，主要有中国电子科技集团 第五十五研究所、彩虹集团、教育部东南大学、西安交通大学、深圳大 学、浙江大学以及一些材料和设备研究单位。 中国电子科技集团第五十五研究所对p d p 有多年的研究历史，单色 p d p 有系列化产品。在“九五”期间，承担了国家重点科技攻关项目“彩 色等离子体显示技术研究”，开展“彩色等离子体显示器工艺及实用化关 键技术研究”课题的研究，并完全依靠自己的技术力量，建成了2 l 英寸 彩色p d p 试验线，掌握了彩色p d p 的关键技术，建立了全套彩色p d p 生产工艺，研制出2 1 英寸彩色p d p 显示屏，并制作出了2 l 英寸彩色p d p 显1 ：器，实现了视频灰度显示。此外，还根据自己开发的生产工艺，研 制出部分彩色p d p 专用设备，为我国开发彩色p d p 设备和工艺研究积累 了经验。在2 1 英寸彩色p d p 技术上。已建立了对角线1 0 7 c m 彩色p d p 试验线，完成1 0 7 c m 彩色p d p 生产技术研究，制作出1 0 7 c m 彩色p d p 硅1 j 屏和显示器，实现了视频灰度显示。 彩虹集团从饿罗斯引进技术，并建立了以印刷工艺为主的彩色p d p 试验线，开展显示屏：产技术研究，为今后建立生产线作准备。 t c l 集团丌展r 彩色p d p 电路系统的研究。 教育部东南大学、两安交通大学、深圳大学、浙江大学等单位开展 - r 彩色p d p 的些基础研究和部分关键工艺研究。西安交通大学制作出 了2 1 英、j 。彩色p d p 显示器；东南大学采用c r t 中的荫罩作为彩色p d p 东南大学硕士论文 第一章绪论 障壁，制作出了对角线1 4 英寸彩色p d p ，实现了视频灰度显示。国内 彩色p d p 的专用设备和材料的开发尚处于起步阶段，但已经有些企业开 始进入这一领域。 上述单位的彩色p d p 研究工作，为我国今后彩色p d p 生产技术的研 究开发打卜了一定的技术基础，但与日本和韩国的企业相比，有一定的 差距，彩色p d p 显示器的亮度、对比度、运动图像虚影等技术指标有待 进一步研究和提高；在产业化技术开发方面，需加强开发。 1 4 等离子显示器的应用市场 彩色p d p 的优势明显，具有很好的市场前景。由于开发初期的价格 等因素，主要用于务种公共设施的显示，例如，交通设施、娱乐及市政 服务、医疗、金融、产业设备、室内装饰等。 显示对角线在3 0 7 0 英寸p d p 产品的最大市场是作为h d t v 终端 显示，进入家庭娱乐市场，人们盼望多年的壁挂电视将很快成为现实。 预计自2 0 0 2 年起，彩色p d p 作为家用电视的产品数量将开始超过其在 其它领域的应用。 。 1 圈是个人口大国，随着国民经济的发展，人民生活水平的提高， 必将对作为数字电视和高清晰度电视理想接收机的彩色p d p 电视有巨大 的需求。对彩色p d p 技术加紧开发、在中国加快其产业化进程，抓住这 f j 场，意义重大。 东南大学硕士c 文 第章绪论 1 5 本论文的研究工作 1 5 1 开展本项目研究的背景及意义 ( 1 ) 提高彩色p d p 图像质量的需要 近年来，以大屏幕壁挂电视为目标的彩色p d p 技术取得了迅猛发 展，彩色p d p 的性能有了很大提高，而且已步入商品化阶段。目前，彩 色p d p 在技术方面主要面对两大课题：一是如何尽快降低成本占领市 场，_ 二足进一步提高显示图像质量。在提高显示图像质量方面，影响图 像质量重要指标的对比度指标的提高，尤其是暗室对比度指标的提高尤 为重要。这是冈为现在等离子体显示器暗室对比度值要比c r t 的要小， 在对比度方面与c r t 相比处于劣势。彩色p d p 作为h d t v 显示是将来 的彩色p d p 的最大市场部分，人们通常在晚上花较多时间欣赏电视节 日，这时暗室对比度指标更重要。另外，大多数电影导演喜好暗环境下 的电影的表现效果，故在家庭影院的彩色p d p 欣赏电影节目时，高的暗 室对比度尤，乓重要。 彩色p d p 暗室对比度的大小主要取决于其采用的驱动方法。目前， 幽外商r 昂化的彩色p d p 暗室对比度已达到5 0 0 ：1 ，有的甚至达到3 0 0 0 ： 1 。但国内的彩色p d p 驱动控制电路的研制刚刚起步，工作主要集中在 如何能有效地控制和驱动显示屏，还没有对如何提高彩色p d p 的暗场对 比度这一课题作深入研究，国内已全部由自己制作出的彩色p d p 整机的 暗窜对比度还1 i 足4 0 ：l 。因此，迫切要求收集各种能提高彩色p d p 暗 室对比度的方法，对它们进行深入的分析和比较研究，寻找出适合我们 东南大学硕士论文第一章绪论 电路水平的可大幅提升暗场对比度的方法并在彩色p d p 电路上验证。 由于彩色p d p 是一种新型的平板显示器，目前国内还没有彩色p d p 的测试方法和测试系统，国际上有关彩色p d p 的测试方法的国际标准刚 公开，为了配合本课题的研究和检验本课题的研究结果，必须参照相关 性国际标准，定义对比度的测试方法，建立对比度的测试系统。 ( 2 ) 完成国家重点攻关项目的需要 一九九九年十月国家科技部下达，信息产业部主管的“九五”国家 重点科技攻关滚动项目“彩色等离子体显示技术研究”课题，由中国电 子科技集团公司第五十五研究所承担“彩色等离子体显示器工艺及实用 化关键技术研究”专题。专题合同编号为：9 7 7 7 1 0 3 。合同规定除了建 市4 2 英寸彩色p d p 中试线外，还要在该线上制造出4 2 英寸彩色p d p 显 示屏，并设计制作出仑套电路驱动制造出的显示屏，要求亮度指标大于 3 0 0 c d m 2 ，对比度大于3 0 0 ：1 。 由于在本项f 1 完成前，国内自主研制出的彩色p d p 在对比度方面指 标较低，国内几乎没有这方面的深入研究，本论文的方向正是为了全面 完成这一国家攻关项日而设定的。 1 5 2 本文的主要工作 1 本文的第二章介绍了等离子体显示器的工作原理。 2 本文的第三章分析了影响彩色p d p 亮室和暗室对比度的原因， 明确了提高彩色p d p 亮室对比度的主要措施在于改进显示屏的 结构和工艺；提高彩色p d p 暗室对比度的主要措施在于改进驱 东南大学硕士论文第一章绪论 动方法，设法降低背景暗亮，这是本论文要进行深入研究的主要 方向。本章还介绍了彩色p d p 的国外测试标准，确定了本论文和 五十五承担攻关项目的有关对比度指标测试采用的方法。 3 本文的第四章研究了提高彩色p d p 暗室对比度的基本原理和基 本方法，重点研究了斜波初始化对彩色p d p 暗室对比度提高的 原理。 4 本文的第五章研究了两种从减少每场中的初始化次数来提高彩色 p d p 暗室对比度的方法。 5 本文的第六章根据前面章节的研究，确定了可提高暗室对比度的 驱动方法，设计了相关电路在自己研制出的4 2 英寸显示屏显示 屏上进行了试验并按国际标准进行了暗室对比度的测量，结果获 得了6 0 0 ：1 以上的对比度。本章的最后还对试验中碰到的现象进 行了分析，指出了今后努力的方向。 东南大学碗士论文第二章彩色p d p 工作原理 第二章彩色p d p 工作原理 2 1 彩色p d p 显示屏结构 后基板 前基板 有效显示区 刚2 - 1 三电极表面放电式a c - p d p 结构 等离子显小- _ r i 0 实现彩色显示的方式有多种，其中交流三电极表面放 电反射式结构以其具有发光效率高、寿命长、易驱动等特点，成为产业 化和研究的主要对象。从图2 1 可以看出，彩色p d p 显示屏由前后两个 基板组成，每一显永单元分别由制作在前后基板上的图形组合而成。每 个彩色象素在前基板上包括一对i t o 透明电极，构成一对前板放电电极， 在i t o 电极之f 二，制备金属电极( 如c r c u - g r 薄膜电极或a g 厚膜电极) l j 东南夫学硕士论文第二章彩色p d p 工作原理 称为汇流电极( b u s 电极) ；相邻放电电极对之间，与电极平行方向制作 仃黑色条，用于提高明室对比度；在电极和黑色条之上制备3 5i am 左右 厚的透明介质，器件在交流方式工作时它起限流电阻作用；在透明介质 上用真空镀膜的方法制备0 5 1um 厚的氧化镁层，起瞬时阴极的作用。 每个彩色象素在后基板上包括红、绿、蓝三个单元，最下层是选址电极， 材料同b u s 电极，与前基板电极呈空间正交；在选址电极之上制作3 5u m 左右厚的白色介质层，起限流和提高对显示基色光的反射作用；在白 色介质之上，两条电极之问制作的是用于防止单元间光电串扰和控制前 后基板间隙的5 0um 宽的障壁，障壁的高度一般在1 0 0 1 5 0um ；相邻两 条障蹙及所夹部分构成u 型槽结构，在u 型槽底部和侧面分别涂覆r 、g 、 b 三基色荧光粉：后基板一角有一排气孔。前后基板用低融点玻璃粉进 行气密封接，通过排气孔排出基板之间的空气后，再充入n e x e 等潘宁 工作气体后封离。 2 2 彩色p d p 的放电特性及发光机理 2 2 1 低压气体放电的基本特性 凡是电流通过气体的现象即为气体放电，许多低压气体放电光源都 直接或间接地利用气体放电而发光的，如日光灯、霓红灯等。在气体中 的两l 【l 极问施加电压，在一定条件下，会产生气体辉光放电，p d p 正是 利刖气体辉光放f u 而发光的。按辉光放电外貌及其微观过程，从阴极到 刚卡及火致可分为阿斯顿暗区，阴极光层，阴极暗区，负辉区，法拉第暗 区，正光柱区及刚极区等几个区域。图2 2 表示了辉光放电的外貌，发 彖南大学硕士论交第二章彩色p d p 工作原理 光强度，电位，场强，空间电荷密度，电流密度等分布。 阴傲光甚负样光正光一柱匹m 微光层 ( 一 l1 1 j 、 i ， 叫新顿咕睦时墩暗区 l - 法拉第暗选阳极皓扛 i 虽度 j：y j 、 p 一 v j。l e x 阻瞳 一 j俘r u 抽崭度 、扩 巧+ 度 j j 1 + 图2 - 2 正常辉光放电的空间分布( n e ，1 3 3 1 0 2 p a ) 在外加电场作用下，阴极发出的电子或在放电空间产生的电子在电 场作j f j 下跑向刚极，) f ：不断增加速度。刚离开冷阴极的电子能量很低， 不足以引起气体原子激发和电离，所以，阴极近表面为一暗区，即阿斯 顿暗区；随着电子在电场中加速，当电子的能量足以使气体原子激发时， 就产， 三辉光，这就足阴极光层；电子能量进一步增加时，就能引起气体 味子【u 离，从而产生大量的离子与低速电子，这一过程并不发可见光， 这一区域称为l j 月极暗区，阴极位降主要发生在这一区域中；低速电子增 彖南夫学颧士论文第二章彩色p d p 工作原理 加速度后，会引起气体原子激发，从而形成负辉区。再向阳极方向，还 有几个明暗相问的区域。 辉光放电具有以下的基本特征： ( 1 ) 是一种稳定的自持放电； ( 2 ) 放电电压明显低于着火电压，其着火电压由帕邢定律决定； ( 3 ) 放电时，放电空间呈现明暗相间的，有一定分布的光区； ( 4 ) 严格地讲，只有正光柱区部分属于等离子区，其中正负电荷密度相 等，整体呈电中性： ( 5 ) 放电主要依靠二次电子繁流来维持。 正常辉光放电有4 个明显的发光区域，即阴极光层，负辉区，正柱 区和阳极光层，见图2 2 ( a ) 、( b ) 。其中，阴极光层和阳极光层对发光 的贡献远小于负辉区和正柱区。负辉区的发光强度最大，但发光区域较 小。正柱区的发光区域最大，对光通量的贡献也最大。但是气体放电时， 以上4 个区域并不一定全部出现。当电极间距离逐渐缩短时，正柱区逐 渐缩短并首先消失，然后是法拉第暗区负光辉区相继消失。由图2 2 ( c ) 可以看什j ，阴阴极之问的电位降主要发生在负辉区之前；维持光辉放电 所必需的i u 离大部分发生在阴极暗区。也就是说，阴极位降区( 包括阿 斯顿暗区，阴极光层和阳极暗区) 是维持辉光放电必不可少的部分。阴 极位降区的宽度随气体压力成反比例变化。 p d p 所涉及的气体放电具有下述特点： ( 1 ) p d p 的放电单元尺寸在1 r a m 左右，比普通辉光放电管的要小2 至 彖嘲大学硕论文第二章彩色p d p 工作原理 3 个数量级，而填充入气体的气压3 5 1 0 4 p a 程度比普通放电管的 高2 至3 个数量级；工作电压是施加几微秒脉宽的脉冲电压。虽然 有这些差异存在，但是p d p 单元内的放电，放电电压以及瞬时电 流密度与有些低气压辉光放电的程度相同。当从气压p 和电极间 隙d 的乘积p d 值考察的话，两者之间几乎相似。 ( 2 ) 发光效率较低。虽然彩色p d p 的放电机理与日光灯相同，但目光灯 的光效达8 0 m w 。目前彩色p d p 商品中光效最高的是日本先锋公 司推出第三代彩色p d p ，也只有1 8 1 m w ；实验水平最高的是荷兰 p h i l i p s 公司作到的4 1 m w 。造成光效差别如此之大的原因在于： 荧光灯的光效高是其利用了热阴极、低阴极位降、h g 的2 5 4 n m 弧 光放电并且利川了放电正柱区内的紫外线去激发荧光粉发光；而彩 色p d p 利j 1 j 高阴极区位降1 4 7n m 的辉光放电又由于彩色p d p 放 电单元狭小，只有负辉区辐射的x e 的的真空紫外线激发荧光粉发 光。 2 2 2 气体放电的伏安特性 在气体放电t h 作为电源负载的放电气体可看作是