等离子体显示课件.ppt

等离子体显示技术 1contents等离子体的基本概念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2等离子的基本概念等离子体：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。在近代物理学中把电离度大于 1的电离气体都称为等离子体。3等离子体分类根据等离子体焰温度高温等离子体：108-109 K完全电离的等离子体，eg:太阳，受控热核聚变等离子体低温等离子体：热等离子体和冷等离子体a）热等离子体：稠密高压(1大气压以上)，温度103-105K,如电弧，高频和燃烧等b)冷等离子体：电子温度高(103-105K)、气体温度低，如低压辉光放电等离子体，电晕放电等离子体。4等离子体的特征气体高度电离具有很大的带电粒子浓度，1016-1015个/cm2，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，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在稳定情况下，等离子体中的运动可看做是热运动5等离子体的形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。6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78 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阴极阳极当电极间的电压足够高时，就使电极间气体击穿而产生放电。9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并排构成的。大量小型并排构成的。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。10等离子体显示板PDP的工作原理等离子体显示板(Plasma display panel PDP)：是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排列构成。11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1213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，四周经气密性封接形成一个个放电空间，其结构如图所示。充入Ne-Ar混合气体80120mmPDP的基本结构14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有金属氧化物导电薄膜作激励电极。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可见光，显现出图像。为保护介质层在放电过程中不受离子轰击，介质表面再涂复一层MgO的保护层，采用MgO 保护层后可得到稳定的放电和较低的维持电压并能延长器件的寿命。在PDP中，有数百万个如上所述的微小荧光灯，即放电胞。真空放电胞中封人的放电气体，一般采用Ne（氖）和Xe（氙xian），或He（氦）和Xe（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，而是发红R，绿G，蓝B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，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。151617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，见图使放电胞放电，产生等离子体发光，见图33。其中行电极为扫描电极，在其中行电极为扫描电极，在PDP的横向施加电压；的横向施加电压；列电极为信号电极，在列电极为信号电极，在PDP的纵向施加电压的纵向施加电压1819AC型PDP与DC型PDP PDP按引起放电时施加电压的方式不同，可分为：AC（交流）型PDPDC（直流）型PDP202122AC型PDP与DC型PDP的区别ACAC型型PDPPDP电极表面覆以透明介电层及保护层，通过绝缘体电极表面覆以透明介电层及保护层，通过绝缘体的介电层表面产生放电。为形成放电单元而起隔离作用的的介电层表面产生放电。为形成放电单元而起隔离作用的障壁（隔断）为条状，而不是像障壁（隔断）为条状，而不是像DCDC型那样采用胞状，因此，型那样采用胞状，因此，图像分辨率可从图像分辨率可从VGAVGA（640 X 480640 X 480）到）到SVGASVGA（800 X 600800 X 600），），在此基础上采取措施还可以进一步使画面精细化在此基础上采取措施还可以进一步使画面精细化DCDC型型PDPPDP的电极不加保护层，而是直接暴露在放电空间中，的电极不加保护层，而是直接暴露在放电空间中，放电电流为直流（放电电流为直流（direct currentdirect current，DCDC）。为防止电极磨）。为防止电极磨损、提高寿命，要通过电阻限制放电电流，而且封入气体损、提高寿命，要通过电阻限制放电电流，而且封入气体的压力也较高。的压力也较高。232023/5/2724ACAC型型型型PDP:PDP:离子向电极入射时，先与介电质层表面积蓄的电离子向电极入射时，先与介电质层表面积蓄的电荷发生复合，失去部分能量后，以较低的能量轰击介电质荷发生复合，失去部分能量后，以较低的能量轰击介电质层的表面层的表面;DCDC型型型型PDP:PDP:较高能量的离子直接碰撞作为阴极的电极表面，较高能量的离子直接碰撞作为阴极的电极表面，离子所带的能量全部释放在阴极中，结果离子对阴极表面离子所带的能量全部释放在阴极中，结果离子对阴极表面产生溅射作用，并造成很大损伤。产生溅射作用，并造成很大损伤。ACAC型型型型PDP:PDP:介电体电极表面状态的变化会引起壁电荷积蓄介电体电极表面状态的变化会引起壁电荷积蓄量的变化。随着运行时间增加，会造成工作电压及存储特量的变化。随着运行时间增加，会造成工作电压及存储特性变化，从而显示特性变差。性变化，从而显示特性变差。DCDC型型型型PDP:PDP:离子的轰击造成阴极物质的溅射飞散，沉积在放离子的轰击造成阴极物质的溅射飞散，沉积在放电胞障壁四周，对比度及灰度等都会下降。电胞障壁四周，对比度及灰度等都会下降。DC型和型和AC型型PDP中气体放电的区别中气体放电的区别24DCDC型型PDPPDP由于设有辅助放电胞，可确保放电的由于设有辅助放电胞，可确保放电的“火种火种”，因此比因此比ACAC辅助放电胞型辅助放电胞型PDPPDP的对比度高，反应速度也快。的对比度高，反应速度也快。但是由于采用比较复杂的胞状放电单元，形成胞状障壁但是由于采用比较复杂的胞状放电单元，形成胞状障壁（隔断）的难度较大，画面高精细化（提高图像分辨率）（隔断）的难度较大，画面高精细化（提高图像分辨率）比较困难。比较困难。在在DCDC型型PDPPDP的制造中，多采用印刷工艺，使用的印刷机要的制造中，多采用印刷工艺，使用的印刷机要比比ACAC型型PDPPDP造中使用的光刻制版设备价格低得多，因此设造中使用的光刻制版设备价格低得多，因此设备投资要比备投资要比ACAC型型PDPPDP小。小。但是但是AC-PDP因其光电和环境性能优异，所以是因其光电和环境性能优异，所以是PDP技术的技术的主流主流。25AC型PDP的基本结构AC-PDP的基本结构如图所示。在研磨过的两块平板玻璃上用光刻或真空镀膜的方法制作电极，矩阵型的条形电极彼此正交，交点处构成一个放电单元。荧光粉放电单元26矩阵型的条形电极彼此正交，交点处构成一个放电单元。行电极列电极放电胞电压27前玻璃基板透明显示电极透明介电体层保护层白色介电体层后玻璃基板寻电极障壁荧光层图2.5.2-1 AC型PDP的结构AC-PDP整体结构示意图整体结构示意图28AC型PDP又分为透射型与反射型两种。在透射型结构PDP中，荧光是从后基板侧透射出来的，视者是从后基板一侧观看画面；在反射型结构PDP中，荧光是从前基板侧射出，是从前基板一侧观看画面，优点是可增加荧光体的涂布量，并且是直视荧光体的发光，因此画面亮度较高，视角大。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29对向放电式表面放电式两种实现彩色显示的交流两种实现彩色显示的交流PDP结构结构30早期的PDP结构与单色结构相同，两个电极分别做在相对放置的底板上，在MgO层上涂敷荧光粉，这种结构放电时荧光粉受离子轰击会使发光性能变差，因此难以实现实用的彩色显示，同时，荧光粉淀积在MgO绝缘层上也使驱动电压不稳定。对向放电式31 表面放电式结构表面放电式结构避免了上述缺点，显示电极位于同一侧的底板上，放电也在同侧电极间进行。32低气压放电的基本特征与普通辉光放电不同，与普通辉光放电不同，与普通辉光放电不同，与普通辉光放电不同，PDPPDP所涉及的气体放电具所涉及的气体放电具所涉及的气体放电具所涉及的气体放电具有下述特点有下述特点有下述特点有下述特点：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80 lmW，而目前，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。主要是因为日光灯放电时其正光柱区长，而电时其正光柱区长，而PDP发光的主要贡献者是负辉区，放电时，正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。提高分辨率就意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看，当充气气压一定、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，在两个电极间不会形成正常的辉光放电，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（即打火）现象从而产生击穿（即打火）现象极限分辨率与充气压力成正比。充气气压越高，极限分辨率也越高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33 下图表示利用正光柱部分的下图表示利用正光柱部分的下图表示利用正光柱部分的下图表示利用正光柱部分的1010英寸彩色英寸彩色英寸彩色英寸彩色PDPPDP放电胞的结构放电胞的结构放电胞的结构放电胞的结构及放电区的电位分布。及放电区的电位分布。及放电区的电位分布。及放电区的电位分布。如图中所示，若阳极部分向左移动，正光柱的长度将缩短，而如图中所示，若阳极部分向左移动，正光柱的长度将缩短，而负辉光部分不变。从图中还可以看出，电位下降主要发生在负辉负辉光部分不变。从图中还可以看出，电位下降主要发生在负辉光区以左很窄的部分，并由此基本上决定光区以左很窄的部分，并由此基本上决定PDP的工作电压。若图的工作电压。若图中的阳极向左挪动中的阳极向左挪动1mm，则不会出现正光柱，对应的放电电压大，则不会出现正光柱，对应的放电电压大约为约为250V。此时从负辉光区发出的光可为。此时从负辉光区发出的光可为PDP所利用。所利用。34对于实用的对于实用的PDP来说，希望尽量降低工作来说，希望尽量降低工作电压并设法提高画面的显示精细度。仅利电压并设法提高画面的显示精细度。仅利用负辉光的设计方案，既可降低工作电压，用负辉光的设计方案，既可降低工作电压，又因为其放电胞的尺寸变小，有利于提高又因为其放电胞的尺寸变小，有利于提高显示精细度，显然十分理想。目前，达到显示精细度，显然十分理想。目前，达到实用化的实用化的PDP正是采用了这种方案正是采用了这种方案35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：气体放电过程气体放电过程气体放电过程气体放电过程，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；荧光粉发光过程荧光粉发光过程荧光粉发光过程荧光粉发光过程，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。36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。37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)38X,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PhosphorAddress 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。39PDP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。40RrCFET ONPDP 驱动电路结构原理图放电单元保护电阻 电容显示（信号）电极显示（信号）电极Y显显示示电电极极X 信号电极和电极之间的导通开关合上ON，则相交的点放电，像素发光 41PDP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。与其他显示器比相关联。与其他显示器比较，定性地讲，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，即主动发光型显示利用气体放电发光，为自发光型，即主动发光型显示（与（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（与，便于实现薄型化（与CRT比较）；比较）；利用荧光体，可以彩色发光，容易实现多色化、全色利用荧光体，可以彩色发光，容易实现多色化、全色化（与化（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）。42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，因此没有LCD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。与CRT和LCD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。除了亮度、对比度和可视角度优势外，等离子技术也避免了LCD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。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。43其缺点为：其缺点为：其缺点为：其缺点为：功耗大，不便于采用电池电源（与功耗大，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，自发光型，的优势是薄型，大画面，自发光型，彩色丰富（与彩色丰富（与CRT相当），大视角、便于众多观众同时观相当），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，受磁场影响看，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小、无需磁屏蔽等。其可能的应用领域如下图显示44 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、明亮、清晰。另外，等离子显示设备最突出的特点是可以做到很薄，可轻易做出40英寸以上的大屏幕显示设备，而厚度一般不超过10厘米。PDP电视电视45与与LCDLCD液晶电视相比，等离子电视主要优点：液晶电视相比，等离子电视主要优点：1、亮度高（亮度可达1000cd/m2）2、属于自发光型显示，灰度丰富、可以实现全彩色。3、响应速度快4、视野开阔，视角大(可达160度)。5、可实现大屏幕显示(显示对角线在1-1.5米范围)46LCD电视电视与PDP相比有以下优点：1、工作电压低、发热量小、耗电量低，LCD电视只有同样显示面积的CRT耗电量的110；2、无辐射；3、比PDP体积更小；4、LCD相对于PDP电视机的寿命要长很多，一般LCD电视标称的寿命都在5至6万小时，相对于PDP几千小时后的明显画质劣化，是一个绝对意义上的优势。47ENDThanks48