等离子体显示课件.ppt

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1、,等离子体显示技术,1,contents,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

2、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

3、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,温度,00C,1000C,100000C, 高温产生等离子体,7,8, 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

4、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,所谓等离子体显示板（plasma display panel，PDP），即利用气体放电发光进行显示的平面显示板，可以看成是由大量小型并排构成的。日光灯: 水银蒸汽，气体放电，紫外线，荧光粉 所谓等离子体（plasma），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 pan

5、el 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PDP的基础,12,13,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,80120mm,PDP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

6、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

7、紫外线照射胞内壁上涂覆的荧光体，产生可见光。,15,16,17,放电胞发光机理,放电胞发光机理：在2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PDP的横向施加电压；列电极为信号电极，在PDP的纵向施加电压,18,19,AC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PDP,20,21,22,AC型PDP与DC型PDP的区别,AC型PDP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障壁（隔断）为条状，而

8、不是像DC型那样采用胞状，因此，图像分辨率可从VGA（640 X 480）到SVGA（800 X 600），在此基础上采取措施还可以进一步使画面精细化DC型PDP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（direct current，DC）。为防止电极磨损、提高寿命，要通过电阻限制放电电流，而且封入气体的压力也较高。,23,2022/12/21,24,AC型PDP: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层的表面;,DC型PDP: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产生

9、溅射作用，并造成很大损伤。,AC型PDP: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性变化，从而显示特性变差。,DC型PDP: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。,DC型和AC型PDP中气体放电的区别,24,DC型PDP由于设有辅助放电胞，可确保放电的“火种”，因此比AC辅助放电胞型PDP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（隔断）的难度较大，画面高精细化（提高图像分辨率）比较困难。在DC型PDP的制造中，多采用印刷工艺，使用的印刷机要比AC型PDP造中使用的光刻制

10、版设备价格低得多，因此设备投资要比AC型PDP小。但是AC-PDP因其光电和环境性能优异，所以是PDP技术的主流。,25,AC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。,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,28,AC型PDP又分为透射型与反射型两种。在透射型结构PDP中，荧光

11、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PDP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,3

12、1,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，PDP所涉及的气体放电具有下述特点：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80 lmW，而目前PDP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PDP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。表面放电型AC型PDP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、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（

13、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,33,下图表示利用正光柱部分的10英寸彩色PDP放电胞的结构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PDP的工作电压。若图中的阳极向左挪动1mm，则不会出现正光柱，对应的放电电压大约为250V。此时从负辉光区发出的光可为PDP所利用。,34,对于实用的PDP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，有利于提高显示精细度

14、，显然十分理想。目前，达到实用化的PDP正是采用了这种方案,35,彩色PDP的发光机理,彩色PDP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PDP的发光显示主要由以下两个基本过程组成： 气体放电过程，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，发射出真空紫外线（200nm）的过程； 荧光粉发光过程，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。,36,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,

15、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),38,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。,39,PDP驱动方式,由驱动电路、显示控制电路和电源组成。,40,R,r,C,FET ON,PDP 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Y,显示电极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,41,PDP显示与其他显示的区别,PDP的特征自然与其“发光性”相关联。与其他显示器比较，定性地讲，PDP具有下述优点： 利用气体放电发光，为自发光型

16、，即主动发光型显示（与LCD比较）； 其放电间隙为 0103mm，便于实现薄型化（与CRT比较）； 利用荧光体，可以彩色发光，容易实现多色化、全色化（与 LCD比较）； 容易实现大画面平板显示与 CRT比较）。,42,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

17、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： 功耗大，不便于采用电池电源（与LCD比较）； 彩色发光效率低（与CRT比较）； 驱动电压高（与LCD比较）； 目前的价格还较高（与CRT、LCD比较）。 基于上述特点，PDP的优势是薄型，大画面，自发光型，彩色丰富（与CRT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,从工作原理上来说，PDP技术类似普通日光灯和C

18、RT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,45,与LCD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),46,LCD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。,47,END,Thanks,48,