第三章--光电显示技术2—等离子体显示

1、等离子体显示技术 Contents: 等离子体的基本概念等离子体的基本概念 等离子体显示器的工作原理等离子体显示器的工作原理 等离子显示与其他显示的区别等离子显示与其他显示的区别等离子的基本概念等离子体等离子体： 在物理学中指正、负电荷浓度处于平衡状态的体在物理学中指正、负电荷浓度处于平衡状态的体系，即等离子体就是一种被电离，并处于电中性系，即等离子体就是一种被电离，并处于电中性的气体状态。的气体状态。 由于电离气体整体行为表现出电中性，也就是电由于电离气体整体行为表现出电中性，也就是电离气体内正负电荷数相等，因此称这种气体状态离气体内正负电荷数相等，因此称这种气体状态为等离子体态。为等离子体

2、态。 在近代物理学中把电离度大于在近代物理学中把电离度大于1的电离气体都称的电离气体都称为等离子体。为等离子体。等离子体分类 根据等离子体焰温度根据等离子体焰温度高温等离子体高温等离子体：108-109 K完全电离的等离子体，完全电离的等离子体，eg:太阳，受控热核聚变等离子体太阳，受控热核聚变等离子体低温等离子体低温等离子体：热等离子体和冷等离子体：热等离子体和冷等离子体a）热等离子体：稠密高压热等离子体：稠密高压(1大气压以上大气压以上)，温度，温度103- 105K,如电弧，高频和燃烧等如电弧，高频和燃烧等b) 冷等离子体：电子温度高冷等离子体：电子温度高(103-105K)、气体温、气

3、体温度低，如低压辉光放电等离子体，电晕放电等离度低，如低压辉光放电等离子体，电晕放电等离子体。子体。等离子体的特征 气体高度电离气体高度电离 具有很大的带电粒子浓度，具有很大的带电粒子浓度，1016-1015个个/cm2，具有良好的导电性具有良好的导电性 具有电振荡的特征：带电粒子穿过等离子体时，具有电振荡的特征：带电粒子穿过等离子体时，能够产生等离子体激元（能量是量子化的）能够产生等离子体激元（能量是量子化的） 具有加热气体的特征：气体可被加热到几万度具有加热气体的特征：气体可被加热到几万度 在稳定情况下，等离子体中的运动可看做是热运在稳定情况下，等离子体中的运动可看做是热运动动等离子体的形

4、成 任何不带电的普通气体受到外界高能作用后（如高能粒子束轰击、强激光照射、气体放电、高温电离等方法），部分原子中的电子吸收足够的能量成为自由电子，同时原子由于失去电子成为带正电的离子。这样原来中性的气体就因为电离成为由大量自由电子、正电离子和部分中性原子组成的物质，即等离子体。固体 冰液体 水气体 水汽等离子体 电离气体温度00C1000C100000C 高温产生等离子体7 气体放电产生等离子体气体放电产生等离子体在通常情况下,气体是不导电的。但是,在适当的条件下，组成气体的分子可能发生电离,产生可自由移动的带电粒子,并在电场作用下形成电流,这种电流通过气体的现象称为气体放电。电源R阴极阳极当

5、电极间的电压足够高时，就使电极间气体击穿而产生放电。8气体中的带电粒子，在电场加速下获得足够高的速度（动能）,再与中性气体原子碰撞，使其释放出另一个电子，失去一个电子的气体原子形成带正电的离子。离子带正电后受阴极的吸引，而与电子的运动方向相反,也会与电子一样获得加速运动。最后撞击阴极，使其发射电子。这样气体中产生大量带电粒子，形成电流，即气体放电。电源R阴极阳极等离子体显示原理 所谓所谓等离子体显示板（等离子体显示板（plasma display panel，PDP），即，即利用气体放电发光进行显示的平面显示板，可以看成是由利用气体放电发光进行显示的平面显示板，可以看成是由大量小型日光灯并排构

6、成的。大量小型日光灯并排构成的。 日光灯日光灯: 水银蒸汽，气体放电，紫外线，荧光粉水银蒸汽，气体放电，紫外线，荧光粉 所谓所谓等离子体（等离子体（plasma），是指正负电荷共存，处于电，是指正负电荷共存，处于电中性的放电气体的状态。稀薄气体放电的正光柱部分，即中性的放电气体的状态。稀薄气体放电的正光柱部分，即处于等离子体状态。处于等离子体状态。等离子体显示板PDP的工作原理 等离子体显示板等离子体显示板(Plasma display panel PDP)：是利：是利用气体放电发光进行用气体放电发光进行显示的平面显示板，显示的平面显示板，可以看成是由大量小可以看成是由大量小型日光灯排列构成。

7、型日光灯排列构成。日常所见的日光灯就是日常所见的日光灯就是PDP的基础的基础 等离子显示器件的基等离子显示器件的基本结构本结构12透明电极放电区前玻璃基板 透明介电质层MgO保护层壁障(隔断)荧光体选址电极后玻璃基板 紫外线显示屏幕以玻璃作为基板，基板间隔一定距离，四周经气密性显示屏幕以玻璃作为基板，基板间隔一定距离，四周经气密性封接形成一个个放电空间封接形成一个个放电空间 ，其结构如图所示。，其结构如图所示。充入Ne-Ar混合气体80120mmPDP的基本结构13放电空间内充入氖、氙等混合惰性气体作为工作媒质。在两块玻放电空间内充入氖、氙等混合惰性气体作为工作媒质。在两块玻璃基板的内侧面上涂

8、有金属氧化物导电薄膜作激励电极。璃基板的内侧面上涂有金属氧化物导电薄膜作激励电极。 当给当给电极上加上电压，放电空间内的混合气体便发生等离子体放电现电极上加上电压，放电空间内的混合气体便发生等离子体放电现象。气体等离子体放电产生紫外线，这种紫外光碰击后面玻璃上象。气体等离子体放电产生紫外线，这种紫外光碰击后面玻璃上的红、绿、蓝三色荧光体，它们再发出我们在显示器上所看到的的红、绿、蓝三色荧光体，它们再发出我们在显示器上所看到的可见光，显现出图像。可见光，显现出图像。 在在PDP中，有数百万个如上所述的微小荧光灯，中，有数百万个如上所述的微小荧光灯，即放电即放电胞胞。真空放电胞中封人的放电气体，一

9、般采用。真空放电胞中封人的放电气体，一般采用Ne（氖）（氖）和和Xe（氙（氙xian），或），或He（氦）和（氦）和Xe（氙）组成的混合惰（氙）组成的混合惰性气体。放电胞内壁涂覆的荧光体并不是发白光，而是性气体。放电胞内壁涂覆的荧光体并不是发白光，而是发红发红R，绿，绿G，蓝，蓝B三原色光。这三种颜色布置成条状或三原色光。这三种颜色布置成条状或马赛克状。对放电胞施加电压，放电胞中发生气体放电，马赛克状。对放电胞施加电压，放电胞中发生气体放电，产生等离子体。等离子产生的紫外线照射胞内壁上涂覆产生等离子体。等离子产生的紫外线照射胞内壁上涂覆的荧光体，产生可见光。的荧光体，产生可见光。PDP结构示意

10、图放电胞发光机理 放电胞发光机理：放电胞发光机理：在在2块玻璃基板上分别形成相块玻璃基板上分别形成相互正交的电极，通过在其上施加电压或定时控制互正交的电极，通过在其上施加电压或定时控制使放电胞放电，产生等离子体发光，见图。其中使放电胞放电，产生等离子体发光，见图。其中行电极为扫描电极，在行电极为扫描电极，在PDP的横向施加电压；列的横向施加电压；列电极为信号电极，在电极为信号电极，在PDP的纵向施加电压的纵向施加电压行电极列电极放电胞电压低气压放电的基本特征： 发光效率低，放电间距只有几十到几百纳米，日光灯的光发光效率低，放电间距只有几十到几百纳米，日光灯的光效率达效率达80 lmW，而目前，

11、而目前PDP的光效率只有的光效率只有 12 lmW。主要是因为日光灯放电时其正光柱区长，而主要是因为日光灯放电时其正光柱区长，而PDP发光的主要发光的主要贡献者是负辉区，放电时，正光柱区非常短甚至消失。贡献者是负辉区，放电时，正光柱区非常短甚至消失。 表面放电型表面放电型AC型型PDP存在一个分辨率的理论极限。提高分存在一个分辨率的理论极限。提高分辨率就意味着缩小放电电极间距。而从辉光放电的特性来辨率就意味着缩小放电电极间距。而从辉光放电的特性来看，当充气气压一定、电极间距缩小到一定数值时，在两看，当充气气压一定、电极间距缩小到一定数值时，在两个电极间不会形成正常的辉光放电，从而产生击穿（即打

12、个电极间不会形成正常的辉光放电，从而产生击穿（即打火）现象火）现象. 极限分辨率与充气压力成正比。充气气压越高，极限分辨极限分辨率与充气压力成正比。充气气压越高，极限分辨率也越高率也越高彩色PDP的发光机理彩色彩色PDP虽然有多种不同的结构，但其放电发光虽然有多种不同的结构，但其放电发光的机理是相同的。彩色的机理是相同的。彩色PDP的发光显示主要由以的发光显示主要由以下两个基本过程组成：下两个基本过程组成： ，即隋性气体在外加电信号的，即隋性气体在外加电信号的作用下产生放电，使原子受激而跃迁，发射出真作用下产生放电，使原子受激而跃迁，发射出真空紫外线（空紫外线（200nm）的过程；）的过程；

13、，即气体放电所产生的紫外，即气体放电所产生的紫外线，激发光致荧光粉发射可见光的过程。线，激发光致荧光粉发射可见光的过程。彩色等离子体显示彩色等离子体显示 当使用涂有三原色（三基色）荧光粉的荧光屏时，紫外线激发荧光屏，荧光屏发出的光则呈红、绿、蓝三原色。当将每一单原色进行混色，便实现彩色显示。 前玻璃基板透明电极透明介电体层保护层白色介电体层后玻璃基板选址电极障壁荧光层(R) 荧光层(G) 荧光层(B)X, Y Electrode 电极电极DielectricLayerMgO LayerFront Glass 前层玻璃前层玻璃BarrierRib 壁障壁障荧光粉荧光粉PhosphorAddres

14、s Electrode寻址电极寻址电极Rear Glass 后层玻璃后层玻璃PDP TVPDP放电单元放电单元Electrons电极IONs离子 + + + + - - - -放电DischargeStructure of PDP PDP结构等离子显示屏的组成、结构特征等离子显示屏的组成、结构特征42”VGA显示屏：852480（3个红、绿、蓝像素单元），122，6880个灯泡。PDP驱动方式 由驱动电路、显示控制电路和电源组成。由驱动电路、显示控制电路和电源组成。Matrix Drive mode矩阵驱动矩阵驱动方式方式D1D2D3D4D5S1S2S3S4S5导通电压导通电压 Vs信号电极信

15、号电极电压电压 Vd放电保护电阻放电保护电阻导通开关导通开关 信号电极和导通电极之间的导通开关信号电极和导通电极之间的导通开关 合上合上ON，则相交的点放电，像素发光则相交的点放电，像素发光 2电极放电电极放电PDPMatrix drive mode矩阵驱动方式 信号电极和导通电极导通则表信号电极和导通电极导通则表 示选通。示选通。 Y导通电极和导通电极和 X维持电极同时维持电极同时 打开打开ON（导通），则像素导导通），则像素导 通放电。通放电。D1D2D3D4D5Y1Y2Y3Y4Y5导通电极电压 Vs信号电极电压 Vd 导通 开关维持电极电压 V susX障壁3电极表面放电PDP3电极型电

16、极型 AC PDP放电放电 壁电荷记忆、形成过程壁电荷记忆、形成过程(c)开始放电(e)开始放电 - - - - + + + +(d)壁电荷反转 + + + + - - - -(f)壁电荷反转 - - - - + + + +(b)壁电荷形成(a)记忆放电DYXAddress action寻址动作寻址动作Address action寻址动作寻址动作Address action寻址动作寻址动作Address action寻址动作寻址动作Address action寻址动作寻址动作Address action寻址动作寻址动作Address action寻址动作寻址动作Address action寻址

17、动作寻址动作Address action寻址动作寻址动作Erase/reset 擦除动作擦除动作Erase/reset 擦除动作擦除动作PDP显示与其他显示的区别PDP的特征自然与其的特征自然与其“发光性发光性”相关联。与其他显示器相关联。与其他显示器比较，定性地讲，比较，定性地讲，PDP具有下述具有下述优点优点： 利用气体放电发光，为自发光型，即主动发光型显利用气体放电发光，为自发光型，即主动发光型显示（与示（与LCD比较）；比较）； 其放电间隙为其放电间隙为 0103mm，便于实现薄型化，便于实现薄型化（与（与CRT比较）；比较）； 利用荧光体，可以彩色发光，容易实现多色化、全利用荧光体，

18、可以彩色发光，容易实现多色化、全色化（与色化（与 LCD比较）；比较）； 容易实现大画面平板显示与容易实现大画面平板显示与 CRT比较）。比较）。等离子显示器的特点：等离子显示器的特点： 等离子是一种自发光显示技术，不需要背景光源，因等离子是一种自发光显示技术，不需要背景光源，因此没有此没有LCD显示器的视角和亮度均匀性问题，而且实现显示器的视角和亮度均匀性问题，而且实现了较高的亮度和对比度。了较高的亮度和对比度。 与与CRT和和LCD显示技术相比，等离子的屏幕越大，图显示技术相比，等离子的屏幕越大，图像的色深和保真度越高。像的色深和保真度越高。 除了亮度、对比度和可视角度优势外，等离子技术也

19、除了亮度、对比度和可视角度优势外，等离子技术也避免了避免了LCD技术中的响应时间问题，而这些特点正是动技术中的响应时间问题，而这些特点正是动态视频显示中至关重要的因素。态视频显示中至关重要的因素。 因此从目前的技术水平看，等离子显示技术在动态视因此从目前的技术水平看，等离子显示技术在动态视频显示领域的优势更加明显，更加适合作为家庭影院和频显示领域的优势更加明显，更加适合作为家庭影院和大屏幕显示终端使用。等离子显示器无扫描线扫描，因大屏幕显示终端使用。等离子显示器无扫描线扫描，因此图像清晰稳定无闪烁，不会导致眼睛疲劳。此图像清晰稳定无闪烁，不会导致眼睛疲劳。 功耗大，不便于采用电池电源（与功耗大

20、，不便于采用电池电源（与LCD比较）；比较）； 彩色发光效率低（与彩色发光效率低（与CRT比较）；比较）； 驱动电压高（与驱动电压高（与LCD比较）；比较）； 目前的价格还较高（与目前的价格还较高（与CRT、LCD比较）。比较）。 基于上述特点，基于上述特点，PDP的优势是薄型，大画面，自发光的优势是薄型，大画面，自发光型，彩色丰富（与型，彩色丰富（与CRT相当），大视角、便于众多观众同相当），大视角、便于众多观众同时观看，响应快，具有存储特性，全数字化工作，受磁场时观看，响应快，具有存储特性，全数字化工作，受磁场影响小、无需磁屏蔽等。其可能的应用领域如下图显示影响小、无需磁屏蔽等。其可能的应用领域如下图显示 等离子显示与液晶显示的性能比较等离子显示与液晶显示的性能比较从工作原理上来说，PDP技术类似普通日光灯和CRT电视彩色图像，由各个独立的荧光粉像素发光组合而成，而且是主动发光，不需要多余的背光照明系统，因此图像鲜艳