PDP概述及气体放电特性2014

1、显示技术基础，展示技术基础，课程介绍，本课程是光电信息工程专业的专业平台必修课程。 通过本课程的学习，其作用和任务是让学生掌握几种平板显示技术(PDP、OLED、EL、FED等)的基本原理和相关光、电设计原理。 本课程重点介绍图像信息在平板显示技术及其各领域的应用。 课程内容的安排，第一章绪论(显示技术整体的应用和发展的进展)第二章阴极射线管和画质第三章平板信息显示装置3.1 PDP显示技术3.2 OLED显示技术3.3无机EL显示技术3.4 FED显示技术第四章大画面临场感显示4.1投影显示(CRT投影) 4.2二维显示教材： 液晶和平板显示技术，作者：高鸿锦，北京邮电大学出版社，第1版20

2、07参考书： 1，平板显示技术为根裕胡文波邱勇，人民邮电出版社2002年10月2，光电显示技术张兴义，北京理工大学出版社1995 3， 显示技术和显示设备彭国贤人民邮电出版社1981参考资料：搜索引擎(Google，baidu )台湾各大学网络资源陕西科学技术大学等离子体课件麻省理工大学OLED课件，教材资料，国内相关研究所，大学， 公司及论坛中国电子科技集团公司第五十五研究所国家平板显示工程技术研究中心南京国显电子公司东南大学显示技术研究中心陕西科技大学电气电子工程学院京东科技集团株式会社OLED中国论坛经理，评价方式，平日成绩： 30期末考试： 70考试方式：闭卷评分方式：百分比制2. P

3、DP的发展历史3 .气体放电特性，1.PDP是指等离子显示器(Plasma Display Panel，PDP )。 (1)追溯等离子体的发现、历史，美国诺贝尔奖获得者、化学家朗缪尔可以说是发现等离子体这一物理现象的第一人。 他用18世纪捷克医学家约翰内斯普金je(17871869 )发明的“PLASMA”一词来表达1927年发现的离子化气体。 所以台湾把plasma翻译成等离子体，我们称之为等离子体。 什么是等离子体？ 什么是等离子体？ 固体液态气体？ 气体的温度持续上升，物质被热能激发而电离。 温度足够高的话，就能使物质全部电离。 电离后形成的电子的总电荷量与所有正离子的总电荷量在数值上相

4、等，宏观上保持在电中性。 在物理学中，这种正、负电荷浓度处于平衡状态的系统称为等离子体，被离子化，处于电中性的气体状态。等离子体是物质的第四状态，00C、1000C、100000C、等离子体是高度分离的气体状态，被称为物质的第四状态。 正负离子电荷相等，外部为电中型。 特征：极高的电导率是一个完整的系统处于宏观中性物质状态，玩具电光球利用高压能量气体放电发光(等离子体)产生幻想的光感，等离子体显示器(Plasma Display Panel，PDP ) :通过气体放电发光台湾被称为等离子体显示器。 按颜色：单色PDP直接利用气体放电时产生的可见光实现单色显示。 其显示色一般为放电气体的特征色，

5、橙色、彩色PDP、放电发光、真空紫外线(VUV )、荧光体、可见光、工作原理： PDP的工作主要由两个基本过程组成：气体放电过程和荧光体发光过程。 向真空玻璃中注入2种或多种固定配合的惰性气体，施加适当的电压，使气体产生等离子体效果，放出可见光和紫外线，向玻璃表面涂布的荧光体照射紫外线，荧光体激发可见光，可见光的颜色取决于荧光体的种类。PDP等离子显示面板、三星PDP、松下PDP、先锋PDP、日立PDP、PDP的特征在于，(1)容易实现薄型大画面(2)具有高速响应特性(20ns) (3)能够实现全色显示(4)视角宽，166 不受图像失真磁场的影响(7)应用环境范围广(8)全数字模式(9)寿命长

6、(3万小时)，缺点： (1)功耗大，不容易采用电池电源(与LCD相比)。 (2)彩色发光效率低(与CRT相比) (3)驱动电压高(与LCD比较) (4)发生强电磁干扰(EMI )，PDP与CRT性能的比较，直流PDP(DC-PDP )的发展史，1954年National Union公司成为矩阵结构d 二十世纪五十年代初Burroughs公司开发了数字显示用的直流气体放电管，二. PDP的发展历史1972年Burroughs开发了具有自扫描功能的DC-PDP板，1978年，G.E.Holz提出了脉冲存储技术， DC-PDP可以在存储模式下工作的1995年NHK开发的102cm脉冲存储式DC-PD

7、P，2. PDP的历史，1995年NHK和松下合作用内置电阻结构制作了107cm的HDTV DC-PDP。 19201035像素，单元间距为0.48mm0.5mm，可进行256灰度显示。 2、PDP的发展历史、交流PDP(AC-PDP )的发展历史、1964年Bitzer和Slottow开发了AC-PDP的PDP发明者Don Bitzer教授(右) Gene Slottow教授(左) Illinois大学，2. PDP 1968年Owens-Illinois研究小组开发了开放单元结构的单色AC-PDP，发表了2. PDP的发展历史，1976年G. W. Dick具有交叉电极结构的表面放电型AC

8、-PDP，交叉电极结构的表面放电型AC-PDP的下板结构，交叉2. PDP的发展历史，1977年G. W. Dick设计了带“连通”导体的表面放电型AC-PDP，1979年G. W. Dick设计了带“连通”电容的表面放电型AC-PDP，2. PDP的发展历史，(2)电场集中于上下层电极的交叉区域，这个两电极结构的表面放电型AC-PDP存在的缺点： 1985年，G. W. Dick和富士通公司开发的三电极结构的表面放电型AC-PDP； 2. PDP的发展历史，1990年，富士通开发了地址和显示分离的驱动技术(ADS )，实现多灰度彩色显示的1992年，富士通开发了屏障结构的表面放电型AC-PD

9、P，利用该结构生产了世界第一个53cm (21英寸)彩色PDP 到1997年底为止，NEC、先锋、松下、三菱等公司也相继实现了107cm彩色PDP的量产。 2. PDP的发展历史，3 .气体放电特性，3.1气体放电的电压-电流特性3.2辉光放电的发光空间分布3.3巴邢律3.4潘宁效应3.5放电延迟，3.1气体放电的电压-电流特性，非独立放电：完全依赖于外部电离源的气体导电。 去除离子化源后，气体中的离子马上消失，电流停止。 脱落防止机构放电：电压上升到某个数值后，气体中的电流急剧增加，即使去除电离源也能维持导电。 气体通常由中性分子和原子构成，是良好的绝缘体，不通电。 气体的导电性取决于其中电

10、子、离子的产生和电场中的运动。 加热、照射(紫外线、x射线、放射性射线)、电子能量等可以使气体电离，这些要素是电离源的总称。 所有电流流过气体的现象称为气体放电或气体导电。 气体放电根据维持放电是否需要外部电离源，可以分为非自立放电和自立放电。3.1 PDP的全伏安特性，在气体放电中，作为电源负载的放电气体可以看作是可变电阻：破坏前电阻无限大，放电后其可变电阻的大小和变化规律与气体的种类和成分、压力和温度、极间距离、电极材料、电极表面状态密切相关。 气体稳定放电的区域有正常辉光放电区、异常辉光放电区、电弧放电区三个。 电弧放电产生的大电流容易烧毁显示器，并且其辐射光谱经常包含阴极材料的蒸汽光谱

11、。 异常辉光放电区容易溅射电极，只有辉光放电区放电电流小，功耗小，放电稳定，并且能得到充分的发光亮度，所以大部分的等离子显示器都在正常辉光放电区工作。 只要控制放电管中气体的种类、压力、端子电压及串联电阻的数值，就能把气体放电从一种形式变成另一种形式，或维持在一种放电形式。 I区非自立放电区电流小，10-2010-12A在外部电压消除后立即停止放电，带电开始粒子完全由外部电离源供给，其特征在于II区是带脱落防止机构的暗放电区，此时的放电电流在10-1110-7A间， 管电压降在接近电源供给的电压的III区过渡区(不足辉区)中，管电压降急剧下降，电流急剧增加，其中的d点称为发电电压(起辉电压、破

12、坏电压)，在IV区的正常辉光放电区中，电流在10-410-1之间，e点的电压称为维持电压管电压下降不变化的v异常辉光放电区，如果增大电流使电压突破g点，则电流急剧增加，管电压下降急剧下降，进入VII电弧放电区的VII电弧放电区为带脱落防止机构的放电状态，管内出现明暗的电弧放电电流在10-1A以上。 g点称为电弧放电的发电电压。 3.2辉光放电的发光空间分布为正常辉光放电的空间分布(Ne.1.33*102 Pa )，辉光放电为稳定的自立放电。 放电电压明显低于发电电压，后者由巴邢规则决定。 放电时，放电空间在明暗之间呈现出有一定分布规律的光区域。 严格来说，只有正柱部分属于等离子体区，其中正负电

13、荷密度相等，整体为电中性。 放电主要通过二次电子的流动来维持。 辉光放电具有以下基本特征：正常辉光放电的光区域分布：充电氖的冷阴极放电管长50cm，气压P133Pa，正常辉光放电时的光区域和电量分布，(1)阿斯顿暗区因正离子冲击从阴极发射的二次电子首次小，不具备激发条件。 因为没有激发原子，所以是黑暗的地区。 (2)阴极光层电子通过阿斯顿黑暗区后，从电场中获得一定的能量，引起激励碰撞，能够使气体发光。 但是，电子的数量很少，激励很微弱。 在阴极暗区的电子离开阴极后，到目前为止得到的能量越来越大，超过了激发概率的最大值，激发减少，发光变弱。 在这个地区，电子能量超过电离电位，引起大量碰撞电离，集

14、中发生在这里。 根据正常辉光放电时的光区和电量分布，【4】负辉光区进入负辉光区的电子分为两种：快电子和慢电子。 低速电子多数，在负辉区发生很多激励碰撞，产生明亮的辉光。 在阴极暗区，因为离子浓度高，向负辉区扩散，所以在负辉区，电子和正离子的浓度大，电场弱，几乎是无电场空间。 负辉区中电子和正离子的浓度约为正柱区的20倍。 在正常辉光放电时的光区和电量分布中，、电子在负辉区失去了很多能量，因此进入该区域后，没有足够的能量激发，所以是黑暗区。正常辉光放电时的光域和电量分布，电场沿管轴均匀分布。 由于正离子的迁移率小，放电电流主要是电子流。 正柱区有一定的轴向电场强度，电子从电场得到一定的能量，产生

15、一定数量的碰撞电离和激励。 (7)阳极区在该区有时能看到阳极暗区，阳极暗区后有与阳极密合的阳极辉光。 在正常辉光放电时的光域和电量分布中，、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。 负辉区发光强度最强，但发光区域小。 正柱区的发光区域最大，对光束的贡献也最大。 但是，气体放电时，以上4个区域并不一定全部出现。 这与气体的种类、压力、放电管的尺寸、电极材料和形状的大小、极间距离等因素有关。 当电极间距离逐渐变短时，正柱区逐渐变短，首先消失，然后法拉第暗区的负辉区相继消失。 从上图(c )可以看出，阴阳极间的电位下降主要发生在负辉区之前，为了维持辉光放电所需要的电离的大部分发生在

16、阴极黑暗区。 即，阴极电位下降区域(包括阿斯顿暗区域、阴极光层、阴极暗区域)是为了维持正常辉光放电所必要的区域。 荧光灯利用正柱区的发光，光的效果高达80lm/W。 另一方面，PDP由于放电单元的空间小(电极间隙约100m )，放电时只出现阴极电位下降区域和负辉光区域，所以通常利用负辉光区域的发光，这是发光效率不高的主要原因之一。正常辉光放电规则：(1)正常辉光放电时，放电仅在阴极表面的一部分面积上发生，随着放电电流的增大，阴极表面的辉光面积也增大，但在该过程中阴极电流密度jcn不变化，即使阴极电位降低，Ucn也是一定的。 在阴极面积全部被辉光复盖后，如果持续增大电流，阴极电位下降Ucn增加，放电转移到异常辉光放电阶段。 (2)放电的其他条件不变时，正常辉光放电阴极电位下降区的长度dcn与气压p成反比地变化。 即，当气压p变化时，Pdc常数(3)的放电电流密度jcn与气压的平方成比例。 即，在jcn/P2常数、(1)发光效率低的辉光放电的各发光区中，发光强度为负辉光区最强，以正柱区为中心，阴极光层和阳极辉光最弱。 PDP发光效率不高的原因：正柱区域的强度比负辉区域强，但发光区域最大，对光束的贡献也最大。 荧光灯利用正柱区的发光，光的效果高达80lm/W。 另一方面，PDP放电单元的空间小(电极间隙约100m )，放电时只出现阴极电位下降区域和负辉光区域，因此