等离子电视PDP基本原理.pptx
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1、气体放电物理基础气体放电物理基础固态 液态 气态 等离子体?如果气体的温度继续升高,物质受热能的激发而电离。如果温度足够高,就可以使物质全部电离。电离后形成的电子之总电荷量同所有的正离子的总电荷量在数值上相等,而在宏观上保持电中性。太阳就是一个等离子体,2006年9月28日中国人造太阳成功完成首次等离子体放电试验。第1页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础等离子体的分类等离子体的分类:等离子体高温等离子体(完全电离气体)温度范围:106108K,如可控热核反应等离子体、太阳、恒星等。低温等离子体(部分电离气体)热等离子体(Te=104106K,Ti=31033104K)冷等离子体(Te1
2、04K,Ti=室温)如电弧等离子体、高频等离子体、燃烧等离子体等。如辉光放电正柱区第2页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础P Plasma lasma D Display isplay P Panelanel:所有利用气体放电而发光的平板显示器件的总称。第3页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础日光灯发光示意图第4页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础气体放电中的基本粒子:基态原子(或分子)运动电子e1/2mve2,典型密度为10161020/m3.激发态原子(或分子)正离子和负离子光子h第5页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础气体原子的激发和电离激发态原子能级谐振
3、能级(受激原子自发地直接过渡到基态,并产生光子辐射。)较高激发态能级(向较低基发态能级跃迁,并产生光子辐射。)亚稳能级(不能自发地通过光辐射向基态跃迁。)第6页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础Ne-Xe混合气体放电能量转移简图第7页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础气体放电的伏安特性第8页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础气体发生稳定放电的区域:正常辉光放电区DE 反常辉光放电区EF 弧光放电前区FG第9页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础 为了描述气体放电中的电离现象,汤生提出了三种电离过程,并引出三个对应的电离系数:(1)汤生第一电离系数系数。它是指每个电
4、子在沿电场反方向运行单位距离的过程中,与气体原子发生碰撞电离的次数。气体的击穿和巴邢定律第10页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础(2)汤生第二电离系数系数。它是指一个正离子沿电场方向运行单位路程所产生的碰撞电离次数。(3)汤生第三电离系数系数。它是指每个正离子打上阴极表面时,产生的二次电子发射数。第11页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础 帕邢(Paschen)首先发现,在气体种类、电极材料等条件不变时,着火电压Ub不仅单独和压强P或极间距离d有关,而且和Pd的乘积有关,即Ub是Pd的函数 Ub=f(Pd)这个规律称为帕邢定律。第12页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基
5、础影响气体放电着火电压的因素pd值的作用 巴邢定律表明,当其它因素不变时,pd值的变化对着火电压的变化起了决定性的作用。因此,PDP中充入气体的压强和电极间隙对PDP的着火电压有很大影响。第13页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础气体种类和成分的影响 值和击穿电压Ub值,都与气体的性质(种类和气压)有关,并主要由电子与一定气体粒子发生碰撞的过程来决定。气体的电离电位对击穿电位的影响是另一个重要的因素,在其他条件不变的情况下,通常电离电位越大的气体,它的击穿电位就越大。如果碰撞时电子还未达到足以使气体电离的速度,电子与这种气体粒子碰撞损失的平均能量较大,那么这种气体被击穿所需要的电场强度
6、就大,相应地要求击穿电位也高。第14页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础 在放电管内有两种气体的混合物时,Ub就不能简单地用混合方法以混合气体的浓度去计算。实验指出,混合气体的击穿现象往往与纯粹气体完全不同。在氖气中混入少量氙气能使气体的击穿电压降低,其降低量由氙气的混合量决定。这种现象就是放电中潘宁效应的结果。这种效应在氖汞混合气体中也存在。第15页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础潘宁电离:设A、B为不同种类的原子,原子A的亚稳激发电位大于原子B的电离电位,亚稳原子A*与基态原子B碰撞时,使B电离,变为基态正离子B+(或激发态正离子B+*),而亚稳原子A*降低到较低能态,或
7、变为基态原子A,此过程称为潘宁电离,可用符号表示为:A*+BA+B+(或B+*)+e由于亚稳原子具有较长的寿命,其平均寿命是10-410-2s(而一般激发态原子的寿命为10-810-7s),因此潘宁电离的几率较高,使得基本气体的有效电离电位明显降低。另外,着火电压下降的大小还与两种气体的性质和它们量的混合比有非常密切的关系。第16页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础 使用辅助电离源来加快带电粒子的形成,也可以使着火电压降低。例如:人工加热阴极产生热电子发射,取代发射过程的作用;用紫外光照射阴极,使阴极产生光电发射;放射性物质靠近放电管,放射性射线引起气体电离;通过预放电提供初始的带电粒
8、子等可以大大降低着火电压。第17页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础正常辉光放电的基本特征:(1)放电时,在放电空间呈现明暗相间、有一定分布规律的光区。(2)由于着火后,空间电荷引起的电场畸变使放电空间电位基本上分成两段:阴极位降区和正柱区。在阴极位降区中产生电子繁流过程,满足放电自持条件,故它是维持辉光放电必不可少的部分。(3)管压降明显低于着火电压,并且不随电流而变。电压一般在几十到几百伏。电流为毫安级。电流密度为A/cm至mA/cm数量级。(4)阴极电子发射主要是过程。第18页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础正常辉光放电的光区分布:(1)阿斯顿暗区它是紧靠阴极的一层很薄
9、的暗区。在这里由于受正离子轰击从阴极发射出来的二次电子初速很小,不具备激发条件。由于没有受激原子,因而是暗区。(2)阴极光层这是一层很薄、很弱的发光层。电子在通过阿斯顿暗区以后,从电场中获得了一定的能量,足以产生激发碰撞,使气体发光。但电于数量不大,激发很微弱。第19页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础(3)阴极暗区 电子离开明极后,到这里获得的能量愈来愈大,甚至超过了激发几率的最大值,于是激发减少,发光减弱。在这个区域内,电子能量已超过电离电位,引起了大量的碰撞电离,繁流放电集中在这里发生。产生电离后,电子以较快的速度离开,这里就形成很强的正空间电荷的堆积,从而引起电场畸变。管压降的
10、大部分集中在这里和阴极之间。第20页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础(4)负辉区 进入负辉区的电子可以分为两类:快电子和慢电子。慢速电子是多数,它们在负辉区产生许多激发碰撞,因而产生明亮的辉光。另外,在阴极暗区,因离子浓度很高,它们会向负辉区扩散,因而负辉区中,电子和正离子的浓度都很大,而电场很弱,几乎是无场空间。可以说,负辉区是一个由快速电子维持的、复合占优势的等离子区。负辉区中电子和正离子浓度比正柱区中约大20倍。第21页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础(5)法拉第暗区 这是一个处于负辉区和正柱区之间的过渡区。由于电子在负辉区中损失了很多能量,进入这个区域以后,便没有足
11、够的能量来产生激发,所以是暗区。辉光放电的各发光区中,发光强度以负辉区最强,正柱区居中,阴极光层和阳极辉光最弱。第22页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础(6)正柱区 在正柱区,任何位置上电子密度和正离子密度相等,放电电流主要是电子流。(7)阳极区 在阳极附近可以看到阳极暗区,在阳极暗区之后是紧贴阳极上的阳极辉光。辉光放电的各发光区中,发光强度以负辉区最强,正柱区居中,阴极光层和阳极辉光最弱。正柱区的发光效率高,日光灯就是利用正柱区发光。第23页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础PDPPDP的发光效率不高的原因:虽然正柱区的强度不如负辉区强,但它的发光区域最大,因此对光通量的贡
12、献也最大。如日光灯就是利用正柱区发光,光效高达80 lm/W。而PDP由于其放电单元的空间通常很小(电极间隙约100m),放电时只出现阴极位降区和负辉区,所以通常利用的是负辉区的发光。提高PDPPDP的亮度和发光效率的措施之一:改进放电单元结构,采用正柱放电。第24页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础 Ne-Xe混合气体放电的主要电离过程包括电子碰撞电离和潘宁电离。电子被电场加速到能量大于21.6ev时,可与基态Ne原子发生电离碰撞 e+NeNe+2e 电子被电场加速到能量达16.6ev时与Ne原子碰撞,可使基态Ne原子激发到亚稳态 e+NeNem+e Nem的寿命长达0.110ms,
13、与其它原子碰撞的几率Ne-Xe混合气体放电第25页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础很高,当与Xe原子碰撞时可使其电离,即发生潘宁电离 Nem+XeNe+Xe+e 混合气中Xe原子对着火电压的影响:与He和Ne原子发生潘宁电离,有利于放电进行;Xe含量增高使平均电子能量下降,引起电子对He Ne Xe原子电离碰撞总截面减小,不利于放电进行。最终使着火电压增高还是降低,要看这两方面的影响哪个是主要的。这与Xe气含量有关。第26页/共99页气体放电物理基础气体放电物理基础Ne-Xe混合气体放电能量转移简图第27页/共99页彩色彩色PDP发展与特点发展与特点19951995富富富富士士士士通
14、通通通、NECNEC、先先先先锋锋锋锋、三三三三菱菱菱菱、松松松松下下下下、日日日日立立立立等等等等开开开开发发发发4242英英英英寸寸寸寸彩彩彩彩色色色色PDPPDP。199619964242英寸彩色英寸彩色英寸彩色英寸彩色PDPPDP正式量产,称正式量产,称正式量产,称正式量产,称19961996年为年为年为年为PDPPDP元年。元年。元年。元年。19971997基基基基于于于于对对对对TFTTFTLCDLCD量量量量产产产产技技技技术术术术的的的的经经经经验验验验和和和和PDPPDP制制制制作作作作工工工工序序序序比比比比LCDLCD少少少少许许许许多多多多的的的的考考考考虑虑虑虑,非非
15、非非常常常常乐乐乐乐观观观观地地地地估估估估计计计计20002000年年年年PDPPDP的的的的售售售售价价价价可可可可降降降降到到到到每每每每英英英英寸寸寸寸1 1万日元。万日元。万日元。万日元。19981998事事事事实实实实上上上上PDPPDP合合合合格格格格率率率率一一一一直直直直无无无无法法法法快快快快速速速速提提提提升升升升,日日日日本本本本各各各各厂厂厂厂商商商商将将将将原原原原来来来来的的的的价价价价格目标延后至格目标延后至格目标延后至格目标延后至20032003年。年。年。年。19991999出出出出现现现现技技技技术术术术合合合合作作作作与与与与整整整整合合合合的的的的策策
16、策策略略略略,如如如如富富富富士士士士通通通通公公公公司司司司与与与与日日日日立立立立制制制制作作作作所所所所合合合合并并并并成成成成立立立立富富富富士士士士通通通通日日日日立立立立等等等等离离离离子子子子体体体体公公公公司司司司,三三三三菱菱菱菱公公公公司司司司也也也也宣宣宣宣布布布布停停停停止止止止量量量量产产产产并并并并与与与与台湾中华映管公司技术合作。台湾中华映管公司技术合作。台湾中华映管公司技术合作。台湾中华映管公司技术合作。第28页/共99页彩色彩色PDP发展与特点发展与特点20002000量量量量产产产产合合合合格格格格率率率率不不不不佳佳佳佳延延延延续续续续到到到到一一一一直直
17、直直到到到到19991999年年年年底底底底,各各各各厂厂厂厂商商商商不不不不论论论论在在在在设设设设备备备备、材材材材料料料料与与与与驱驱驱驱动动动动电电电电路路路路的的的的设设设设计计计计上上上上都都都都有有有有重重重重大大大大改改改改善善善善与与与与突突突突破破破破,在在在在20002000年年年年纷纷纷纷纷纷纷纷建立新的量产线。建立新的量产线。建立新的量产线。建立新的量产线。20012001新新新新的的的的量量量量产产产产厂厂厂厂开开开开始始始始正正正正式式式式运运运运作作作作,使使使使得得得得PDPPDP产产产产品品品品不不不不论论论论在在在在尺尺尺尺寸寸寸寸的的的的规规规规格格格格
18、与与与与品品品品质质质质及及及及价价价价格格格格上上上上都都都都有有有有相相相相当当当当的的的的竞竞竞竞争争争争力力力力。因因因因此此此此日日日日本本本本将将将将20012001年年年年称称称称为为为为“PDP-TVPDP-TV元年元年元年元年”。20022002韩韩韩韩日日日日成成成成功功功功举举举举办办办办足足足足球球球球世世世世界界界界杯杯杯杯,并并并并以以以以此此此此为为为为契契契契机机机机宣宣宣宣传传传传PDPPDP电电电电视视视视,20022002年年年年下下下下半半半半年年年年,PDPPDP销销销销量量量量猛猛猛猛增增增增。同同同同时时时时PDPPDP也也也也感感感感受受受受到到
19、到到了了了了LCD-TVLCD-TV的的的的压压压压力。力。力。力。20032003鉴鉴鉴鉴于于于于日日日日本本本本经经经经济济济济的的的的长长长长期期期期疲疲疲疲弱弱弱弱,日日日日本本本本政政政政府府府府对对对对PDPPDP产产产产业业业业给给给给予予予予相相相相当当当当支支支支持持持持,为为为为了了了了进进进进一一一一步步步步降降降降低低低低PDPPDP电电电电视视视视的的的的成成成成本本本本,统统统统一一一一标标标标准准准准,日日日日本本本本政政政政府府府府一一一一直直直直在在在在促使各大厂家能够联手合作,优势互补。促使各大厂家能够联手合作,优势互补。促使各大厂家能够联手合作,优势互补。
20、促使各大厂家能够联手合作,优势互补。第29页/共99页彩色彩色PDP发展与特点发展与特点20002000量量量量产产产产合合合合格格格格率率率率不不不不佳佳佳佳延延延延续续续续到到到到一一一一直直直直到到到到19991999年年年年底底底底,各各各各厂厂厂厂商商商商不不不不论论论论在在在在设设设设备备备备、材材材材料料料料与与与与驱驱驱驱动动动动电电电电路路路路的的的的设设设设计计计计上上上上都都都都有有有有重重重重大大大大改改改改善善善善与与与与突突突突破破破破,在在在在20002000年年年年纷纷纷纷纷纷纷纷建立新的量产线。建立新的量产线。建立新的量产线。建立新的量产线。20012001新
21、新新新的的的的量量量量产产产产厂厂厂厂开开开开始始始始正正正正式式式式运运运运作作作作,使使使使得得得得PDPPDP产产产产品品品品不不不不论论论论在在在在尺尺尺尺寸寸寸寸的的的的规规规规格格格格与与与与品品品品质质质质及及及及价价价价格格格格上上上上都都都都有有有有相相相相当当当当的的的的竞竞竞竞争争争争力力力力。因因因因此此此此日日日日本本本本将将将将20012001年年年年称称称称为为为为“PDP-TVPDP-TV元年元年元年元年”。20022002韩韩韩韩日日日日成成成成功功功功举举举举办办办办足足足足球球球球世世世世界界界界杯杯杯杯,并并并并以以以以此此此此为为为为契契契契机机机机宣
22、宣宣宣传传传传PDPPDP电电电电视视视视,20022002年年年年下下下下半半半半年年年年,PDPPDP销销销销量量量量猛猛猛猛增增增增。同同同同时时时时PDPPDP也也也也感感感感受受受受到到到到了了了了LCD-TVLCD-TV的的的的压压压压力。力。力。力。20032003鉴鉴鉴鉴于于于于日日日日本本本本经经经经济济济济的的的的长长长长期期期期疲疲疲疲弱弱弱弱,日日日日本本本本政政政政府府府府对对对对PDPPDP产产产产业业业业给给给给予予予予相相相相当当当当支支支支持持持持,为为为为了了了了进进进进一一一一步步步步降降降降低低低低PDPPDP电电电电视视视视的的的的成成成成本本本本,统
23、统统统一一一一标标标标准准准准,日日日日本本本本政政政政府府府府一一一一直直直直在在在在促使各大厂家能够联手合作,优势互补。促使各大厂家能够联手合作,优势互补。促使各大厂家能够联手合作,优势互补。促使各大厂家能够联手合作,优势互补。第30页/共99页彩色彩色PDP发展与特点发展与特点 2003 2003年年7 7月月2424日,日本最大的日,日本最大的5 5家家PDPPDP生产厂家松下、富生产厂家松下、富士通、日立、先锋、士通、日立、先锋、NECNEC联合成立下一代联合成立下一代PDPPDP研发中心研发中心(APDCAPDC),注册资本),注册资本50005000万日元。日本经济产业省旗下的万
24、日元。日本经济产业省旗下的NEDO(NEDO(新能源和工业技术发展组织新能源和工业技术发展组织)为为APDCAPDC提供约提供约7.57.5亿日亿日元科研补助金元科研补助金。ADPCADPC的任务是开发提高发光效率、降低功耗和降低生产的任务是开发提高发光效率、降低功耗和降低生产成本的新技术。成本的新技术。ADPCADPC采用集中研发和分散研发采用集中研发和分散研发2 2种方式,集中研发设在种方式,集中研发设在富士通公司明石工厂,富士通研究所富士通公司明石工厂,富士通研究所ShinodaShinoda博士担任研发博士担任研发总负责人。总负责人。第31页/共99页彩色彩色PDP发展与特点发展与特点
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