等离子体显示技术研究现状及其发展趋势(学年论文)(1)1

1、等离子显示技术摘 要：21世纪以来，等离子显示技术在显示技术方面得到突飞猛进的发展。本文从等离子体显示的工作原理、特点和分类入手，介绍目前世界各大公司和研究机构在改进PDP的结构、材料、驱动电路等方面所作的工作和相应的理论研究。此外，根据目前等离子体显示技术存在的问题，分析了今后PDP的发展趋势。关键词：等离子体显示；PDP结构；发展现状及前景 等离子显示技术与信息技术革命有着密切的关系，在早期计算机网络技术的开发的需求下诞生于上个世纪六十年代，经历了五十年的研究、开发和生产，等离子显示技术也经历了多次变革，从原来单色、低分辨率、实验室的小尺寸样品，发展到现在的全彩色，超高分辨率（8KX4K）

2、，超大尺寸（150英寸）的多用途显示屏的产品。等离子屏的结构技术也在不断的发展和改进，第一代等离子屏的障壁结构是直条状结构，制作工艺采用丝网印刷法和喷砂法，工艺成本较高，为了降低工艺成本，业界相继研发了制作障壁的填平法、模压法、光敏障壁浆料的光刻法，而且，第二代的等离子屏主要采用了蜂窝型障壁结构， 提高了垂直分辨率，扩大了荧光粉的覆涂面积，汇流电极产生的遮光也基本消除，提高了总发光效率。同时随着技术的发展和研究，等离子屏的驱动电路的性能也得到了进一步的提高，目前常用的驱动技术有ADS驱动技术、ALIS驱动技术、CLEAR技术、斜坡移动驱动技术等等。 1等离子显示器 1.1等离子显示器的工作原理

3、及结构等离子显示器是一种利用气体放电的显示装置，这种屏幕采用了等离子管作为发光元件。大量的等离子管排列在一起构成屏幕。每个等离子对应的每个小室内部充有氖氙气体。在等离子管电极间加上高压后，封在两层玻璃之间的等离子管小室中的气体会产生紫外光，从而激励平板显示器上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光。每个离子管作为一个像素，由这些像素的明暗和颜色变化组合，产生各种灰度和色彩的图像，与显示像管发光相似。等离子体技术同其它显示方式相比存在明显的差别，在结构和组成方面领先一步。其工作机理类似普通日光灯，。一般由三层玻璃板组成。在第一层的里面涂有导电材料的垂直，中间层是灯泡阵列，第三层表面涂有导电材料的水平条。

4、要点亮某个地址的灯泡，开始要在相应行上加较高的电压，等该灯泡点亮后，可用低电压维持氖气灯泡的亮度。关掉某个灯泡，只要将相应的电压降低。灯泡开关的周期时间是15ms，通过改变控制电压，可以使等离子板显示不同灰度的图形。 图1 PDP结构 图2 PDP结构(电极) 图3 PDP结构（整体）玻璃基板透明电极 ：透明电极仅设置在AC-PDP的前基板上，减少对可见光的阻挡，并与同一基板上设置的汇流电极成对构成放电用的电极，即显示电极。汇流电极: 减小显示电极电阻。寻址电极：确定像素点。介质层：把电极与放电等离子体分隔开，限制了放电电流的无限增长，保护了电极；使 AC-PDP工作在存储模式, 有利于降低放

5、电的维持电压。介质保护膜：延长显示器的寿命；增加工作电压的稳定性；降低器件的着火电压；减小放电的时间延迟。 障壁：（1）保证两块基板间的放电间隙，确保一定的放电空间；（2）防止相邻单元间的光电串扰。荧光粉层：将VUV转变为可见光，实现彩色显示。放电气体：用于产生真空紫外辐射（VUV）。 等离子管组成原理如图4所示。图4 等离子管组成原理 1.2 等离子显示器的特点优点： 等离子显示技术证明比传统的显像管和液晶显示屏具有更高的技术优势，表现在； （1）与直视型显像管彩电相比，显示器的体积更小、重量更轻，而且无射线辐射。另外，由于各个发光单元的结构完全相同，因此不会出现显像管常见的图像几何畸变。屏

6、幕亮度非常均匀没有亮区和暗区，不像显像管的亮度屏幕中心比四周亮度要高一些，而且，不会受磁场的影响，具有更好的环境适应能力。屏幕也不存在聚焦的问题，因此，完全消除了显像管某些区域聚焦不良或年月已久开始散焦的顽症；不会产生显像管的色彩漂移现象，而表面平直也使大屏幕边角处的失真和色纯度变化得到彻底改善。同时，其高亮度、大视角、全彩色和高对比度，意味着图像更加清晰，色彩更加鲜艳，感受更加舒适，效果更加理想，令传统电视叹为观止。 （2）与液晶显示屏相比，显示有亮度高、色彩还原性好、灰度丰富、对迅速变化的画面响应速度快等优点。由于屏幕亮度高达，因此可以在明亮的环境之下尽情欣赏大画面的视讯节目。另外，视野开

7、阔，能提供格外亮丽、均匀平滑的画面和前所未有的更大观赏角度。的视角高达度，普通电视机在大于度的地方观看时画面已严重失真，至于视角只有度左右的液晶显示屏则更加望尘莫及。此外，平而薄的外型使其优势更加明显，特别适合公共信息显示、壁挂式大屏幕电视和自动监视系统。 （3）由于显示器很容易与大规模集成电路联合“行动”、匹配“作战”，于是，它能以轻装上阵。体内零部件任凭拆卸，工艺方便易行，结构更加简单，很适合现代化大批量生产。同时也因此能够大幅度减少机子的体积和重量，效果十分理想。缺点： 由于等离子显示屏的结构特殊也带来一些弱点。比如由于等离子显示是平面设计，而且显示屏上的玻璃极薄，所以它的表面不能承受太

8、大或太小的大气压力，更不能承受意外的重压。显示屏的每一颗像素都是独立地自行发光，相比于显像管电视机使用一支电子枪而言，耗电量自然大增。一般等离子显示器的耗电量高于瓦，是未来家电中不折不扣的耗电大户。由于发热量大，所以显示器背板上装有多组风扇用于散热。另外，价格较高，主要用于公共场所，如飞机场、火车站、展示会场、企业研讨、学术会议及远程会议等。 1.3 等离子显示器的分类 PDP产品根据限制电流的方式或是在放电时所施加的电压形式可简单分为DC型PDP和AC型PDP两种。DC型PDP是以直流（DC）电压启动放电并用电阻来限制放电电流的大小，其结构较复杂，容易在等离子体放电时受到离子碰撞导致损坏及劣

9、化，缩短PDP寿命，很难设计电路并且无法有效控制产品的质量；AC型PDP在放电电极上覆盖有透明介电层与耐离子撞击的保护层，可以利用交流（AC）电压在介电层表面引发放电，其电极上覆盖有保护层耐离子撞击，寿命较DC型长。由于AC型PDP有结构简单、寿命长的优点，因此目前PDP产品是以AC型PDP为主流。 2 等离子体显示技术的发展研究现状 2.1 PDP的发展 1964年，于美国发明了PDP（等离子体显示板）技术； 20世纪70年代，由于PDP没能色彩化、辉度极小、发光效率低以及攻耗大，曾一度处于低谷；1985年研制成三基色条状屏；1987年实现了由红、绿、黄三色组成的电阵式彩色AC-PDP，PD

10、P才真正走上发展之路；进入20世纪90年代，等离子体显示板市场出现了根本性的变化，应用范围不断扩大，成本也随着大规模集成电路的发展而下降；此后PDP的技术发展主要分为以下三个阶段： （1）1996年"等离子体电视时代"的起点：此阶段产品技术发展与生产成本的控制均处于非成熟阶段，其产品主要用于工业大屏幕监视。 （2）1996-2000年以前：产品技术逐步成熟，生产成本有所下降，其产品的商业用途开始。 （3）2000年至今：产品技术完全成熟，成本大幅下降，其产品家庭用途开始。随着科技突飞猛进的进步，新一代的PDP由于显示屏板的其亮度、对比度更高，图象更清晰，还原效果好；由于内部

11、电路的改进，散热性能完全改进，耗电量大幅度减少，目前的PDP新品技术已完全成熟。等离子彩电在中国还处于市场成长初期，离完全成熟的市场还有相当一段距离。问题主要表现在以下几个方面： 技术障碍：大多数技术还掌握在外国企业手中，技术仍然是中国企业最大的短板。但是，随着中国企业研发力度的加大，技术的劣势会淡化； 认知障碍：作为一种全新的电视产品，等离子彩电对于相当多的人仍然是陌生的。接受这一产品，需要企业和社会共同进行市场培育和消费者教育； 价格障碍：等离子彩电价格长期以来高高在上，对进入消费家庭十分不利。现在，价格有了一个很大的回落。但是，应当承认，价格还是比较高的。 2.2 PDP结构技术的研究

12、PDP结构技术的研发工作一直围绕着障壁技术、电极的制造工艺和材料进行。在AC-PDP器件中，障壁的主要作用有两点：一是保证两块基板间的放电间隙，确保一定的放电空间；二是防止相邻单元间的光点串扰。对障壁几何尺寸的要求是宽度应尽可能窄，以增大单元的开口率，提高器件亮度，同时要求高度一致、形状匀称。障壁的主要制作技术有丝网印刷法、喷沙法，现在又提出并试验成功了许多新工艺，如光敏浆料法、模压法、玻璃原料成型技术、刻蚀研磨法3。目前喷沙法是制作障壁的主流技术。障壁的形成是PDP制造中最关键也是最困难的工艺。所以开发工艺简单，材料成本低的障壁制作技术是一项降低PDP成本的有效措施。因此，各PDP制造公司和

13、研究机构对于新型障壁制作方法的研究开发十分积极。PDP的电极也起着举足轻重的作用：透明电极、汇流电极和寻址电极材料的选择和制作工艺由器件对其的光电要求决定，要考虑到导电性、对基板的附着力和保护介质的兼容性，同时又要在工艺满足简易性和经济性。透明电极一般是用ITO制成，为了增强它的导电性，在这上面加做一条金属汇流电极（bus电极），寻址电极一般是厚膜Ag电极。现在已有研究机构提出了用栅极Cr/Cu/Cr电极结构来代替原来传统的显示电极。常见的PDP结构有Waffle障壁和T型电极结构、Delta蜂窝状单元及弯曲障壁结构、CSP结构、不等宽结构和CCF（彩色滤光）膜结构。采用Waffle 障壁结构

14、可扩大荧光体所占比例，提高20%的发光效率。此外，采用T字型透明电极来抑制放电峰值电流，以此来提高发光效率。目前，先锋公司研制的新结构表面放电型的AC-PDP就是采用了Waffle障壁结构和T型电极4以及新型绿、蓝荧光粉，并提高放电气体中的氙气含量，使得42英寸PDP的发光效率提高到1.8lm/W，白场峰值亮度提高到900cd/m2，功耗降到380W，但有电极对位和排气上的困难。 Waffle结构和DelTa结构中RGB三色荧光粉都是等宽的，但考虑到在RGB三色荧光粉发光效率不一致，而且衰减也不一致，这就带来色温和色平衡的寿命问题。特别是蓝色荧光粉目前还存在发光效率偏低和衰减较快的问题，所以除

15、了从荧光粉着手外还可以从单元结构入手。松下公司提出的非对称单元结构，特别扩大了蓝色荧光粉的面积，成功地解决了色温偏低的问题，使色温偏差可以高于10000K，解决了色温和色平衡的问题。但是，这样的结构同时也会带来单元工作电压偏差范围增大的问题。NEC公司则通过在前基板上添加彩色滤光膜(CCF)的方法来改善屏的色温和对比度，将CCF制作在显示电极(X、Y电极)与介质层之间，并与后基板上配置的三色荧光粉相对应，能扩大彩色再现范围，达到10000K左右的白场色温，提高对比度。Plasmaco提出的栅型Cr/Cu/Cr电极结构7，成功应用于60英寸AC型PDP。位于前基板的每条显示电极(X、Y电极)都由

16、三条很细的Cr/Cu/Cr薄膜电极组成，它们提供了与透明电极类似的较大放电区域和电容。一方面，当一根或二根电极断路时，可以保持导电；另一方面，提高了开口率从而提高了亮度。由于金属Cr较易氧化成黑色，这又可以提高对比度。另外，由于Cr/Cu/Cr电极无须高温工艺，因此可采用普通钠钙硅玻璃，降低了材料成本。但Cr/Cu/Cr电极制造过程也比较复杂，须采用溅射工艺，而且在刻蚀中使用三种不同刻蚀液，须经三次刻蚀，并且存在边蚀等工艺难题。这一结构的商业化生产还处于研究之中。障壁材料的选择在整个障壁制作中也十分重要，直接关系着障壁的制作工艺的难易和制作成本的高低。普通的丝网印刷采用的是低熔点玻璃粉材料。喷

17、沙法先用耐喷沙的光敏胶或光敏干膜用光刻法制成图形，喷沙时利用障壁材料和光敏胶的选择性刻蚀形成障壁图形，再经去胶和烧结而成。但是这两种方法都存在成本高，成品率低的缺点，因此很多研究机构开始考虑不采用障壁而采用别的方式来重新考虑PDP的结构。富士通提出了一种新型的PDP结构，采用管径为1mm左右细长的等离子管阵列来代替原有的条状障壁结构。由于显示屏是由这些细小的管子排列而成，屏幕尺寸仅取决于管子的数目，实现大尺寸就不会受到生产设备的限制，即使是生产100英寸的大屏幕也只需要生产单个管子的设备。同时，由于荧光粉涂覆在管内，而管子只有两头与空气接触，灰尘不易进入，就降低了对生产环境无尘的要求。试验表明

18、，该种结构的PDP完全可以采用已有的驱动方式，从整体来说在很大程度上降低了生产的成本。同时，等离子体管的放电间距与放电空间较大，发光的效率较普通的PDP高，但是图像的质量还有待改进。 2.3 PDP驱动电路技术的研究对于彩色PDP来说，必须要有驱动电路才能正常的工作。驱动电路无论在技术上还是在价格上都起着举足轻重的作用。一个性能良好的PDP彩色电视，驱动电路占到总成本的70%80%。因此如何开发出适合彩色PDP的驱动电路也是提高其性能、降低成本的重要因素。目前常用的驱动技术有ADS驱动技术、ALIS技术、Plasma AI技术、CLEAR技术、AWD技术、斜坡启动驱动技术等。富士通提出的选址和

19、显示分离技术ADS(Address and Display Separation)采用脉冲个数调制方式来实现不同灰度等级的图像。ADS技术虽然能够实现256级灰度，但是点亮占空比低，对比度不高，峰值亮度难以提高，存在运动图像模糊、伪轮廓、画面闪烁和长时间图像水纹印9等现象，导致图像质量不太令人满意。但已有研究表明，可以采用改进的二进制编码法10、非二进制编码法和运动补偿的方法来消除伪轮廓，提高图像质量。改进的二进制编码法、非二进制编码法是目前等离子体显示屏所普遍采用的方法，但是这两种方法只是部分的改进了图像的质量；而运动补偿方法从理论上可以消除显示运动图像出现的问题。现在有研究机构提出将运动补

20、偿法与ADS视频驱动模块紧密结合在一起：在研究了人眼观看视频图像时的视觉心理模型后，提出将空间积分的影响加入到人眼的视觉心理过程；并采用将子场和视频帧分离的视频驱动优化方法和基于bit位进行补偿的方法，充分利用PDP子场寻址方式来实现补偿，更进一步的是，将数字信号处理的相关算法引入到PDP显示屏的视频驱动模块中，通过信号处理来提高显示的图像质量，适应了高端显示器件的发展方向。针对ADS驱动技术存在的问题，富士通又提出了ALIS（表面交替发光）。该驱动技术关键是利用不点亮的显示行的两个电极之间的零电压，将该行作为非发光区，从而将单元之间彼此的放电干扰减小到最低程度。ALIS技术的汇流电极位于维持

21、电极的中央，能够最大限度地利用表面空间，发光面积也增大了50%。由于显示线增加了一倍，因此非常易于实现高清晰化。采用ALIS技术使用原来的屏生产设备就可生产1000线高清晰的PDP。并且，由于1000线不需分割驱动，可使驱动IC减少一半，大大降低了成本。可以说ALIS技术是实现高清晰度PDP较为理想的技术。松下公司提出的Plasma AI也是ADS的改进技术，根据某一电视场图像中平均亮度水平来调节子场数。由于在低亮度的情况下，图像的伪轮廓不是很明显，可以减少子场数，高亮度的情况下相应的采用增加子场数的办法来改善子场在时间分布上的线性关系，以降低伪轮廓。先锋公司提出的CLEAR是一种区别于ADS

22、的新颖的驱动技术。在CLEAR中，初始化后即进入维持点亮阶段，灰度等级到达后，再选择擦除（熄灭）。CLEAR技术采取的图像处理方法为误差扩散法和高频振荡法。其灰度实现在时间分布上的线性排布彻底去除了伪轮廓，提高了PDP表现动画的能力，但是增加了电路开销，不易在灰度等级中实现补偿再现，并且很难降低工作频率。AWD11技术是选址同时显示技术，发光的占空比高达90%。显示屏的结构特点是寻址电极分为上下两部分，同时扫描寻址。在低选址电压AwD中，选址扫描阶段不仅依靠壁电荷，而且依靠空间分布亚稳态Xe原子产生放电，所以可降低点亮电压，也是一种比较好的驱动方法。L. F. Weber提出的斜坡启动驱动技术

23、，利用了平衡弱放电时低发光使壁电压趋于一致的原理。在准备期保持较好的对比度和控制放电单元状态的情况下，采用斜坡电压来提高发光效率。当波形上升斜率很小时，发电单元就会发生汤生暗放电。这种驱动方法一方面能使不同空间尺寸单元的壁电压维持一致；另一方面可以降低选址电压，还可大幅提高对比度。在PDP驱动电路中涉及成本的一个重要部分是高压驱动部分，一是因为它所要求的电压高，二是因为目前的需求量还没有达到批量生产的水平。解决途径一边可以从电路本身着手，另外通过设计优化放电单元可以有效降低驱动电压，比如SM-PDP。由于采用导电金属材料作为障壁，SM-PDP在EMI散热等方面优于传统障壁结构的SM-PDP的荫

24、罩的边缘处场强比较高，从而可以在较低的外加电压情况下快速地产生放电过程。采用SM-PDP结构最大优点是带动了整机成本的下降，首先是复杂的障壁生产工艺和流程因采用了简单的荫罩而简化了，其次是荫罩型结构可以采用较低的着火电压从而带动驱动芯片成本的降低。 2.4 目前PDP的主要品牌和技术特点 （1）日本 代表生产商：先锋、松下、NEC。 技术特点：为目前最先进的PDP等离子显示器生产国，掌握核心技术，采用世界先进的水平纯黑驱动系统技术，高亮度、高对比度，且产品更新快，属于高端PDP产品。目前较先进的产品有先锋50PDP-503MXE-S其亮度是全球第一位的，达到900cd/m2；松下42PDP屏幕

25、亮度780cd/m2，3000：1高对比度；NEC42PDP屏幕亮度780cd/m2，对比度为2000：1；61屏幕亮度550cd/m2，对比度700：1。 （2）韩国 代表生产商：LG、三星。技术特点：部分企业起步相对较晚，其技术水平相当于日本98、99年的技术水平，主要依靠消化日本企业早期的技术，所以技术相对落后，产品亮度、对比度相对较低，属于低端等离子显示屏产品，其主要参数一般：对比度：<550：1；亮度：<350 cd/m2。 （3）中国台湾 代表生产商：声宝技术特点：起步晚，其技术水平相当于日本96年的技术水平，主要依靠消化日本企业早期的落后技术，所以技术相对滞后，产品技

26、术参数比韩国某些产品还低。 目前国内各品牌基本都直接由国外PDP生产厂家订购整机或配件，国内厂家尚无单独生产PDP的能力，大部分为原装贴牌或SKD组装，目前有些企业已经逐步对硬件进行国产化，部分组件已开始实现国产化，其过程与初期普通CRT彩电的发展过程基本相同。（如普通CRT彩电发展过程主要为：原装-帖牌-部分国产化-实现国产化）。国内品牌因与国外品牌合作的伙伴不同，其产品也分为高低端PDP产品。 2.5其他PDP应用技术目前，其他PDP技术还有：多屏幕应用技术、PDP性能增强技术、视端接口技术、控制电源技术12等。其中，多屏幕应用技术包括了用于多屏幕观赏的图像放大技术、遥控号码指定技术、RG

27、B有源直通连接技术等。PDP性能增强技术是诸多PDP生产公司为了提高等离子屏的工件性能而开发的新技术，包括等离子真实还原技术、对比度自动跟踪技术、逐行扫描技术等。视端接口技术是继松下公司向市场推出世界上首台支持BS数字广播电视及110°CS数字广播电视两种制式的PDP电视机TH-42PX10之后，先锋、富士通和东芝以及国内许多公司也陆续采用的新技术，并且各自推出了内置电视调谐器的新机型。控制电源技术包括待机电源技术、逻辑电源技术、驱动电源技术、音频电源技术、维持电源技术、寻址电源技术、建立电源技术和扫描电源技术等。 3 等离子体显示技术的发展趋势 等离子显示的众多优点是等离子显示成为当今主流平板显示技术的重要原因。虽然等离子技术水平有了很大的提高，但它仍存在着缺点和不足，如等离子显示屏的耗电量大，价格高，而且由于它极薄，所以不能承受意外的重压，散热方面也没有液晶好，在长时间显示静止画面的情况下，画面切换易生残影，发光效率有待提高等等。针对这些问题，等离子显示技术的发展趋势是可以预见，随着技术的日益发展，等离子显示屏会采用更加高效、节能的制造技术，其功耗也会得到降低，而发光效率和画面质量则会得到提高，同时大屏幕高分辨率的显示屏的市场竞争力也会有很大提高。等离子显示屏的全球销量在平稳增长，随着2011年大屏幕电视普及速度的加快，国内等离子屏企