彩色等离子体显示器创维集团PDP研究所

1、彩色等离子体显示器彩色等离子体显示器沈思宽 创维集团研发中心PDP研究所一 PDP的简介二 彩色AC-PDP的结构和工作原理三 彩色AC-PDP的制造技术四 彩色AC- PDP的驱动方法五 彩色AC- PDP的电路系统六 显示动态图像的干扰问题彩色等离子体显示器彩色等离子体显示器1.1 PDP（Plasma Display Panel）分类：单色，彩色；按工作方式：DC, AC气体放电空间前板后板VUV阴极阳极可见光荧光层气体放电空间前板VUV可见光荧光层后板气体放电空间前 板VUV可见光荧光层X电极Y电极MgOMgO后板显示电极寻址电极介质层介质层 AC-PDP DC-PDP （1） 196

2、4年，美国伊利诺（Illinois）大学的教授Bitzer和Slottow发现在电极和放电气体之间加一层电介质可以实现电容限流，并同时获得记忆效果，他们将这样的显示器件命名为等离子体显示屏；（2）彩色PDP的研究始于70年代。到90年代认识到它就是长期以来所追求的家用壁挂式大屏幕平面彩色电视的最佳选择，开始投入巨资和人员开发。（3）直流PDP-结构复杂，加工的工艺要求精度高,本身没有记忆功能，驱动电压高, 非生产的主流。 交流型PDP由于有记忆功能，驱动电压低，寿命长等优点，而成为当前研究最多的的平板显示器。（4）随着PDP显示屏的制造工艺和大规模集成电路的飞速发展，大屏幕彩色PDP显示器陆续

3、进入市场。如1993年，富士通公司的21英寸彩色PDP进入市场，分辨率为640480象素，亮度达200 cd/m2；1995年又推出了42英寸分辨率为852480，亮度为300 cd/m2。1999年SID年会和2001年SID年会上，Plasmaco公司和LG分别展出了60英寸的HDTV（1366768线）用彩色PDP。后来LG又推出了70英寸的样机。（5）现在的42英寸产品，亮度为1000 cd/m2 ，对比度达3000：1，功耗300W。1.2 彩色PDP的发展历程（1）富士通公司(A)三电极面放电结构（1984） （B）反射型发光结构（1988） （C）ADS驱动方法（1990) （D

4、）条形障壁结构（1992)（2）90年代后期，日本电气通信大学提出的边寻址边显示（AWD）技术。在九十年代后期富士通公司提出了一次引火放电的技术和表面交替发光法（ALIS），行的分辨率提高一倍，亮度和对比度也有大幅度提高，适应于HDTV的要求,富士通公司还提出了TERES驱动方法，降低功耗和成本。（2)先锋公司、松下公司和富士通公司以及韩国的三星和LG都在自己研制的驱动电路的基础上，推出了自己的逻辑板电路和驱动电路的专用集成电路。（3）显示动态图像时的动态假轮廓(Dynamic False Contour)现象，日本电气通讯大学，研究新的驱动方法和图像数据处理方法，如采用Error Diffu

5、sion、Dithering等技术结合重复子场技术等处理方法，使动态假轮廓现象得到减弱。（4）其它公司如先锋、松下等也开发了新的驱动法使得彩色PDP的性能得到了很大的提高。1.3 彩色PDP的关键技术1.4 彩色PDP的特点（ 1 ）易于实现薄型大屏幕（ 2 ）具有高速响应特性（Vb，从而单元内发生放电，积累壁电荷，壁电荷的电压与Vwr反向；然后再加方向相反的维持电压Vs，则维持电压与壁电荷的电压叠加，单元又发生放电，最后的壁电荷的电压约等于-Vs。这样单元就处于稳定的点亮状态2.2 三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理 b.利用寻址电极的作用VaAX0V0V -VsY0V0VXY

6、AXYAXYA0V0V0V0V0VVa-Vs0V（2）由点亮至熄灭状态 , 四种方法a. 全屏写脉冲的作用强放电积累壁电荷，壁电荷的电压发生自擦除放电。2.2 三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理b. 利用寻址电极积累额外的壁电荷，最后自擦除放电Va-Vs-VsAXY0V0V0V 0VXYAXYAXYAXYA0V0V0V0V0V0V0V0VVa-Vs0Vc. 利用窄脉冲的擦除放电XYAXYAXYAXYA0V0V0V0V0V0V0V0V0VVs0V0VXY0V0VVsA0V2.2 三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理d. 利用指数型脉冲的擦除放电0VXYAXYAXYAXY

7、A0V0V0V0VVs0V0VVs0V0V0VYXVs 0V0VA0V 如果加上合适的电压脉冲序列，就可以实现AC-PDP显示单元中壁电荷的建立，擦除以及维持显示等操作。采用不同时序的电压脉冲序列就构成了不同的驱动方法。2.2 三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理2.2.3 实现彩色和多灰度级显示的原理一、 彩色AC-PDP的彩色显示原理与传统的CRT和LCD相同，都是采用空间混色效应。即利用人眼的极限分辨率，将显示象素点的尺寸制作到远小于人眼的分辨能力，实现颜色的相互混合。二、 多灰度级显示的原理 根据人眼的视觉特性，只要光脉冲的频率高，在一定时间段内可以用光脉冲个数来区分亮度的

8、层次。这是寻址与显示分离的子场驱动技术的基础。2.2 三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理实际亮度时间时间实际亮度亮度感觉时间时间亮度感觉人眼的亮度感觉与发光脉冲个数的关系2.2 三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理2.2 三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理2.2 三电极表面放电型彩色AC-PDP的结构和工作原理一 PDP的简介二 彩色AC-PDP的结构和工作原理三 彩色AC-PDP的制造技术四 彩色AC- PDP的驱动方法五 彩色AC- PDP的电路系统六 显示动态图像的干扰问题彩色等离子体显示器彩色等离子体显示器三 彩色AC-PDP的制造技术前基板后基

9、板排气管玻璃封接透明电极汇流电极介质层MgO膜荧光粉气体放电空间障壁介质层寻址电极彩色AC-PDP主要部件 PDP的制造过程总体上可分为三部分：（1）前基板制造工序（2）后基板制造工序 （3）总装工序。 三 彩色AC-PDP的制造技术最后进行驱动线路的装配 表4.3 彩色AC-PDP主要部件的制作材料和方法 主要部件技术要求 制作材料 制作方法 前后基板应变点温度高，线膨胀系数与电极和介质材料匹配普通平板钠钙玻璃PDP专用基板玻璃浮法工艺等透明导电电极可见光透过率高，电导率高，刻蚀性能优良氧化铟锡（ITO）薄膜SnO2薄膜用磁控溅射法、真空蒸镀法在玻璃基板上制备ITO或SnO2薄膜，刻蚀成形

10、汇流电极导电性能好，与透明导电薄膜附着力强Cr-Cu-Cr薄膜真空蒸镀薄膜，刻蚀成形Ag浆料丝网印刷图形，烧结制成光敏Ag浆料丝网印刷，光刻成形，烧结制成前基板透明介质层可见光透过率高，耐电压击穿强度高低熔点玻璃丝网印刷浆料，烧结制成三 彩色AC-PDP的制造技术介质保护层次级电子发射系数高，表面电阻率和体电阻率高，耐离子轰击MgO薄膜电子束蒸发MgO膜料反应磁控溅射纯Mg靶反应空心阴极蒸发纯Mg靶 寻址电极导电性能好，与基板玻璃附着力强Ag浆料丝网印刷图形，烧结制成光敏Ag浆料丝网印刷，光刻成形，烧结制成后基板介质层反射率高，与玻璃附着牢固低熔点玻璃丝网印刷浆料，烧结制成障 壁高度偏差小于5

11、m低熔点玻璃丝网印刷法喷砂法三 彩色AC-PDP的制造技术荧光粉层发光效率高，色彩饱和度高，厚度均匀如(Y, Gd) BO3: Eu3+ （R） BaAl12O19: Mn2+ （G） BaMgAl14O23 :Eu2+（B）丝网印刷法厚膜光刻法封接层封接温度低，线膨胀系数与基板玻璃材料匹配低熔点玻璃丝网印刷法喷涂法排气管线膨胀系数与基板玻璃和封接低玻粉材料匹配钠钙玻璃放电气体着火电压低，真空紫外光谱辐射强度高，可见光强度低Ne-Xe、He-Xe、 He-Ne-Xe、Ne-Ar-Xe等各向异性导电膜同时具有粘接性、导电性和绝缘性金属粒子等导电微粒分散于树脂粘接剂中的特种薄膜三 彩色AC-PDP

12、的制造技术一 PDP的简介二 彩色AC-PDP的结构和工作原理三 彩色AC-PDP的制造技术四 彩色AC- PDP的驱动方法五 彩色AC- PDP的电路系统六 显示动态图像的干扰问题彩色等离子体显示器彩色等离子体显示器4.1 ADS驱动方法(fujitsu)寻址电极 A显示电极 X显示电极 Y-Vs寻址期维持期PAVaPSPWVwPSPSPS-Vs常规擦除寻址方法寻址电极 A显示电极 X显示电极 Y-Vs寻址期维持期PAVaPSPWVwPSPSPD-Vs无自擦除放电的擦除寻址法壁电荷可能会不完全中和，从而发生误放电，对比度不高不发生自擦除放电准备期寻址期维持期寻址周期指数型脉冲VawVxwVs

13、-Vy-VscVx-Vy维持周期VsVsVs全屏写脉冲VawVaVawTwA 电极X 电极Y 电极000-Vy图4-3 写寻址驱动方法的一个子场的驱动波形寻址电极占PDP电极总数的67%，所以降低寻址电压Va，可以减小功耗写寻址驱动方法在寻址时，不点亮的单元中并不发生放电4.1 ADS驱动方法(fujitsu)4.2 AWD驱动方法AWD驱动方法的灰度实现 灰度实现的具体时序示意图 维持时间长（90%），亮度高；着火电压高，电路复杂寻址并显示驱动方法的驱动电压波形 4.2 AWD驱动方法4.3 ALiS驱动方法（fujitsu） ALIS驱动方法的驱动波形 4.3 ALiS驱动方法（fujit

14、su）ALiS技术的特点技术的特点 4.3 ALiS驱动方法（fujitsu）4.4 CLEAR驱动法 (先锋)SF12345 m-1m m-2 暗亮 CLEAR驱动方法的灰度显示实现方法 CLEARCLEAR驱动法显著改善图像质量驱动法显著改善图像质量误差扩散法提高显示灰度等级误差扩散法提高显示灰度等级消除动态假轮廓消除动态假轮廓4.4 CLEAR驱动法 (先锋)4.5 TERES驱动法 (FUJITSU)TERES: TERES: TeTechnology of chnology of ReReciprocal ciprocal S Sustainerustainer4.5 E-ALIS驱

15、动法 (FUJITSU)(2003年)4.5 E-ALIS驱动法 (FUJITSU)(2003年)一 PDP的简介二 彩色AC-PDP的结构和工作原理三 彩色AC-PDP的制造技术四 彩色AC- PDP的驱动方法五 彩色AC- PDP的电路系统六 显示动态图像的干扰问题彩色等离子体显示器彩色等离子体显示器五 彩色AC- PDP的电路系统彩色PDP屏寻址电极驱动器扫描电极驱动器扫描电极驱动脉冲产生电路维持电极驱动脉冲产生电路开关电源DC/DC转换电路显示数据扫描时序控制信号驱动时序控制信号显示数据缓冲逻辑板电路行同步时钟场同步数据消隐信号板电路RFCVBSS-VIDEORGBVGADVI电路系统

16、整体框图RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB子象素象素第1 行第4 80行23479A电极A电极第1 列第640列23639638图3-3 象素排列与寻址电极的引出数据的处理电路设计依赖于显示屏的结构，特别是电极的引出方式 5.1 逻辑板电路数据分流与预处理上部分A电极数据按子场处理与存储下部分A电极数据按子场处理与存储场存储器Data R7.0Data G7.0Data B7.0HSYNCVSYNCHBLANCKDCLK数据和控制信号输出数据和控制信

17、号输出逻辑板电路的整体框图 5.1 逻辑板电路的研制5.1.1 数据按子场分离与存储R17R16R15R14R13R12R11R10B17B16B15B14B13B12B11B10G27G26G25G24G23G22G21G20.R437R436R435R434R433R432R431R4308bit64组二级缓存器中数据按位分离 数据按子场分离数据按子场分离采用移位寄存器的方式完成。64位数据宽度由A电极驱动器和帧存储器的数据宽度决定。5.1.2 图像数据的读出与发送显示(1)A电极驱动ICA. 时钟的下降沿移位B .当LE为高电平时，在以时钟的上升沿，所有移位寄存器的并行输出数据锁存输出至

18、LnC.在寻址期，BLK-低电平，PC-高电平。PDP显示屏上半部分A电极的驱动器PD16337的R/L-低电平，使用左移方式；显示屏下半部分A电极的驱动器PD16337的R/L端全部接高电平，使用右移方式。SR1SR2SR3SR4O1O64L1L64PCBLKLEA1B1A2B2A3B3A4B4CLKR/LS1S2S3S4S61S62S63S64A1B1A2B2A3B3A4B4R/LCLKR/LCLKR/LCLKR/LCLKS1S2S3S4S64S63S62S61S6S7S8S5SRn:16位移位寄存器*:高压CMOS驱动模块*(2) Y电极的扫描时钟的形成BLKACLKBI/O1I/O2C

19、LKL1L40S1S40PCSTBR/LR/LO1O4040-Bitshiftregister40-BitLatchCLR*:高压C M OS驱 动 模块Y电极驱动IC的结构图送往A电极的显示数据经过PD16337转变为高压输出后，必须配合以Y电极的负高压脉冲扫描才能完成整个一行的寻址。所以，Y电极的扫描必须与A电极的输出紧密配合并保持同步。5.2.2 图像数据的读出与发送显示5.2 驱动电路5.2.1 高压驱动电路驱动电路的主要功能是按一定的逻辑控制时序，给显示屏输出上节所述的高压驱动波形。所以设计的主要内容是选择合理的驱动器件和高压开关，设计出它们的逻辑控制波形及电路。开关驱动器高压电源开

20、关高压驱动IC显示屏各电极逻辑控制信号高压电源逻辑控制信号驱动电路的基本形式高压电源开关可以采用功率场效应晶体管（MOSFET）。（1）由于场效应管是多数载流子导电，从而有较高的开关速度。（2）具有较宽的安全工作区而不会产生热点和二次击穿，同时它具有正的温度系数，容易并联使用，可以解决大电流问题。（3）具有较高的阈值电压，因此噪声容限和抗干扰能力较高。（4）由于它是电压控制器件，具有很高的输入阻抗，因此驱动功率小，而且驱动电路简单。驱动用驱动器如IR公司的IR2110, TI公司的SN75372 HP公司的光耦等有些公司如LG公司这部分电路叶做成了厚膜电路5.2.1 高压驱动电路A电极和X电极

21、驱动电路VaAj电 极IC的一个输出端A-COMMR1D2C1D1SW1SW2SW4D3D4SW3C2A电极驱动电路图VsVaX电 极能量恢复电路C11+SW16SW15D15D16L11SW13SW14D14D12SW12C12SW11D13D11SW17X电极驱动电路图A电极只需要Va和Vaw两种电压脉冲在X电极所需的电压脉冲有V Vx x VaVa 、VxwVxw和和VsVs有能量恢复电路5.2.1 高压驱动电路Y 电极驱动电路VsVsVs-Vy-Vsc-VyYi电 极能量恢复电路IC的一个输出端Y-COMMYvpYvgC21+SW210D28SW29D27L21L22D24D25D26

22、SW27SW28SW211R2SW25SW26SW24SW23D23SW21SW22D21D22工作时，Y电极所需的电压有-Vy、-Vsc和Vs在寻址期，只有扫描的电极加的电压脉冲为-Vy，而未扫描到的Y电极所加的电压脉冲为-Vsc，这样，Y电极的驱动IC只有工作在浮地状态才能实现。5.2.1 高压驱动电路X-1驱动电路X-2驱动电路Y-1驱动电路Y-2驱动电路123456789123寻址电极驱动I C寻址电极扫描电极维持电极扫描驱动I C1212ALIS驱动方法驱动电路与显示屏的连接5.2.1 高压驱动电路5.2.2 逻辑控制波形产生电路简单的方法是将所需的所有逻辑控制波形存储在ROM中，按

23、一定时序读出就可实现。波形存储ROM控制及地址发生器扫描行数计数器维持脉冲数计数器子场同步信号发生器单片机场同步行同步Y扫描时钟子场同步信号逻辑控制波形输出YESE地址驱动的逻辑控制波形产生电路基本结构LC振荡电路与其电压波形幅值为V的电压脉冲施加给电容C，充电结束时电容中存储的能量为CV2/2，而电源输出的能量为CV2，所以充电过程中，在电阻上消耗的能量为ER=EV-EC= CV2/2；在脉冲结束时，电容通过电阻R放电，存储在电容中的能量全部以热能的形式消耗在电阻上，所以在电容的一个充放电过程中，损耗的总能量为CV2。能量的损耗和回路的电阻无关。在PDP中维持频率为f，则能量损耗为pf CV

24、2 ，损耗值很大。5.3 能量恢复电路CSW3SW1V/2L1SW2VLC2LC00V21V时间 t脉冲电压的波形 能量恢复电路的原理 5.3 能量恢复电路考虑上述的阻值总和为R，则在时间0到（LC）1/2之间，利用上述的电流表达式，其消耗的能量为4/)/(2/1LCR8/)/(W2/12LCRCV此值与没有能量恢复电路时的能量消耗CV2/2之比为 由于R的值一般很小，在选取合适的L值的情况下，上述比值远小于1.依据同样的分析，在屏电容电压回到零电位时，利用LC振荡电路同样可以使电阻上的能量损耗降低。 Y 电极S1LS2D1维持电路VD2CsCpS4S35.3 能量恢复电路能量恢复电路是利用L

25、C电路的振荡状态工作的，所以应确保电阻R2(L/C)1/2，同时储能电容Cs的容量应远大于屏电容Cp的容量。选择高Q值的电感，导通和关断延时小的MOSFET开关管也很重要。在选择了各种器件和完成电路布线以后，回路电阻R也被确定，电感L的选择主要根据屏电容C，回路电阻R和电路的维持脉冲频率决定。一 PDP的简介二 彩色AC-PDP的结构和工作原理三 彩色AC-PDP的制造技术四 彩色AC- PDP的驱动方法五 彩色AC- PDP的电路系统六 显示动态图像的干扰问题彩色等离子体显示器彩色等离子体显示器六 显示动态图像的干扰问题彩色等离子体显示器采用子场技术来实现灰度显示，在显示静态图像时性能优良，

26、但是在显示运动图像时却出现了意想不到的灰度紊乱。 6.1 显示动态图像时的干扰及其形成机理 CRT和AC-PDP发光时间的分布图 6.1 显示动态图像时的干扰及其形成机理 运动图像在CRT屏上发光 的时间和空间分布图 CRT屏上的运动图像 转换到视网膜上的分布图 图像以每场一个像素自左向右运动6.1 显示动态图像时的干扰及其形成机理 运动图像在AC-PDP屏上发光 的时间和空间分布图 AC-PDP屏上的运动图像 转换到视网膜上的分布图 图像以每场一个像素自左向右运动红色（128）蓝色（128）蓝色（127）品红（128/128）品红（128/127)红色（128）蓝色（128）蓝色（127）品红（128/127)品红（128/128)红色（128）6.1 显示动态图像时的干扰及其形成机理 伪色现象的产生 彩色AC-PDP显示动态图像时的干扰的出现的原因：主要是由于用了分子场显示的驱动方法来实现多灰度显示所造成的，这种实现灰度的方法要求在整个电视场的周期内都可