显示技术等离子体显.ppt

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1、1,6.3 等离子体显示器（PDP）,6.3.1 等离子体的基本概念6.3.2 等离子显示的原理6.3.3 等离子显示与液晶显示的比较,2,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。,什么是等离子体（plasma）？,6.3.1 等离子体的基本概念,3,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

2、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。,4,00C,1000C,100000C,高温产生等离子体,5,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。,6,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

3、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,7,看似“神秘”的等离子体，其实是宇宙中一种常见的物质，在太阳、恒星、闪电中都存在等离子体。,等离子体可分为两种：高温和低温等离子体。,等离子体是一种很好的导电体，可以利用电场和磁场来控制等离子体。等离子体物理的发展为材料、能源、信息、环境空间科学的进一步发展提提供了新的技术。,8,它是一种利用气体放电的显示技术，它采用了等离子管作为发光元件，显示屏上排列有数百万个微小的等离子管（即放电空

4、间）,每个等离子管对应一个像素。,6.3.2 等离子显示的原理,等离子体显示器(Plasma Display Panel)缩写为PDP。,前玻璃基板,后玻璃基板,9,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。,1、PDP的基本结构,充入Ne-Ar混合气体,80120mm,10,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

5、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。,11,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。,放电单元,荧光粉,AC-PDP,12,矩阵型的条形电极彼此正交，交点处构成一个放电单元。,13,电极材料采用金、银、铬合金或透明的氧化锡。交流等离子显示板的介质层通常采

6、取在电极表面淀积一层厚约10m 50m的介质层。为保护介质层在放电过程中不受离子轰击，在介质表面再涂复一层MgO的保护层，MgO 的二次电子发射系数较大，采用MgO保护后,可以得到稳定的放电和较低的维持电压，并能延长器件的寿命。两块玻璃用衬垫保持间隙为80m 120m，周边用玻璃密封，经排气、烘烤后充入NeAr混合气(其中Ar占0.1)，气压约0.5个大气压或更高些。,14,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,15,AC型PDP又分为透射型与反射型两种。在透射型结构PD

7、P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,16,对向放电式,表面放电式,两种实现彩色显示的交流PDP结构,17,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

8、电式,18,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。,19,（1）当放电单元的电极加上比着火电压Vf低的维持电压VS时，单元中气体不会着火，当在维持电压间隙加上幅度高于Vf的书写电压Vwr，单元将放电发光。,3、AC-PDP型工作原理,Vs,书写脉冲,Vwr,20,放电形成的电子、离子在电场作用下分别向该瞬时加有正电压和负电压的电极移动，由于电极表面是介质，电子、离子不能直接进入电极而在介质表面累积起来，形成壁电荷，壁电荷形成与外加电压极性相反的壁电压，这时，放电空腔上的电压为外加电压和壁电压之和。,AC-PDP型工作原理,E,21,（

9、2）由于壁电压的存在，使得放电腔上的电压小于维持电压，使放电空间电场减弱，致使放电单元在26微秒内逐渐停止放电。因介质电阻很高，壁电荷会不衰减地保持下来。,停止放电,D,X,22,当反向的下一个维持电压脉冲到来时，上一次放电形成的壁电压与此时的外加电压同极性，叠加电压峰值大于点火电压Vf，单元再次着火发光。,开始放电,D,X,停止放电,D,X,当在放电腔的两壁形成与前半周期极性相反的壁电荷，将再次使放电熄灭直到下一个相反极性的脉冲的到来。,24,因此，单元一旦由书写脉冲电压引燃，只需要维持电压脉冲就可维持脉冲放电，这个特性称为AC-PDP单元的存储特性。,Vs,书写脉冲,25,（3）要使已放电

10、的单元熄灭，只要在下一个维持电压脉冲到来前给单元加一窄幅（脉宽约1S）的放电脉冲，使单元产生一次微弱放电，将储留的壁电荷中和，又不形成新的反向壁电荷，单元将中止放电发光。,Vs,书写脉冲,擦除脉冲,D,X,26,（4）PDP单元虽是脉冲放电，但在一个周期内它发光两次，维持电压脉冲宽度通常510S，幅度90100V，主要工作频率范围3050kHz，因此光脉冲重复频率在数万次以上，人眼不会感到闪烁。,AC-PDP因其光电和环境性能优异，是PDP技术的主流。,27,由驱动电路、显示控制电路和电源组成。,4、PDP驱动方式,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

11、,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,PDP 驱动示意,PDP 驱动示意,PDP 驱动示意,PDP 驱动示意,33,前玻璃基板,显示电极,透明介电体层,白色介电体层,后玻璃基板,寻电极,障壁,荧光层,AC-PDP电极结构,寻址电极,X-显示电极,Y显示电极,Y1Y2,Yn,A1A2 An,寻址电极,X-显示电极,Y显示电极,Y1Y2,Yn,A1A2 An,加到显示电极Y上的波形由负写入脉冲Wy，寻址脉冲Sy和维持电压脉冲Ay组成。,36,当写入脉冲(Wx或Wy)同时加上显示电极X和Yn时，属于Yn的显示单元将全部着火，同时放电由维持电

12、压脉冲保持。显示具有存储特性，当寻址脉冲Aa和Ay随之同时加到A1,Y1时，A1和Y1交叉点的A1-Y1单元被选中，A1,Y1间放电，壁电荷堆积在寻址电极附近，之后寻址电压保持为0V，但由于寻址电极附近壁电荷产生的电场作用，单元再发生一次放电，此次放电使显示单元壁电荷消失。这样一来，只要在末施加寻址脉冲的单元上继续加维持电压脉冲，各显示单元将继续放电发光。,Erase/reset 擦除动作,Address action 寻址示意,Wy,Wx,Address action 寻址示意,Address action 寻址示意,Address action 寻址示意,Address action 寻址

13、示意,Aa,43,5、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。,44,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),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。,46,Matrix drive mode矩阵驱动方式,信号电极和导通电极导通则表 示选通。Y导通电极和 X维持电极同时 打开ON（导通），则像素导 通放电。(Memory),

14、D1,D2,D3,D4,D5,Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,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 sus,X,障壁,48,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

15、。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。,49,6.3.3 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,50,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

16、度)。5、可实现大屏幕显示(显示对角线在1-1.5米范围),51,PDP电视因为其特殊的结构和工作原理，先天上就带有一定的缺点：1、一块PDP显示面板都是由几十万个独立的小气室组成的，每一个小气室即每个独立像素都需要发光，相比LCD和传统CRT电视其耗电量大。2、PDP的使用寿命一般为60000小时。,52,等离子显示与液晶显示寿命比较,53,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

17、千小时后的明显画质劣化，是一个绝对意义上的优势。,54,LCD的缺点：1、可视角度偏小。现在市面上的液晶显示器可视偏转角度一般在140度左右；2、亮度和对比度低。不同于PDP的主动发光，由于液晶分子不能自己发光，需要靠外界光源辅助发光。3、响应速度慢。响应时间长在显示快速运动画面时就会产生影像拖尾的现象。4、维修问题。液晶显示屏的材料一般采用玻璃，很容易破碎，再加上每一个像素都十分细小，常常会造成个别的像素坏掉的现象，俗称“坏点”。这是无法维修的，需要更换整个显示屏，而更换的价格往往十分昂贵。,55,1、什么是等离子体？简述PDP显示板的结构和显示原理。2、比较等离子显示与液晶显示的性能特点。,习题和思考题,