光电子显示技术 第五章 PDP

4、PDP的灰度显示 子场驱动技术
PDP在实现灰度时要把一个电视场分为若干个子场，每一子 场产生相同强度的辐射的时间不同，亮度的高低是因这 些相同光强辐射在人眼视网膜上的辐射强度与作用时间 的积分效应不同造成的。 即通过控制改变等离子放电时间实现，即子场驱动技术。 一个子场包括初始化、写入和维持三个阶段
AC-PDP整体结构示意图
PDP显示屏单元结构
前基板玻璃 显示电极( 显示电极 ( ITO)
5.3 AC-PDP
两种实现彩色显示的交流 PDP结构
跟据电极的排布分为二电极对向放电（Column Discharge） 和三电极表面放电（Surface Discharge）两种结构。
介质层
汇流电极( 汇流电极 ( Bus)
前玻璃基板 后玻璃基板
4
1、PDP的基本结构
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 。
透明电极 透明介电质层 MgO保护层 放电区 紫外线 前玻璃基板
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。
Y1 X1 X2 X3
Y2
Y3
ON OFF X1 X2 X3
Y1
Y2
r
R C
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
FET ON 保护电阻 电容 放电单元
寻址电极
纵向的A电极（彼此独立） A1A2
立 ）显 示 电 极 （ 彼 此 独 Y
表面放电AC PDP的工作过程
X--显示电极（彼此相 连）
Yn 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。
等离子体发光需要的电压 由于等离子体特殊的物理性质，要使其发光，需要相当高的电压。 ①电压 Va，在需要产生写数据时 ,大约为 65-75V。 ②电压 Vxy,是一个极性反复变化的，相对电位差，约在几百伏左 右。 在一个相对封闭的等离子体腔中，正是 X、Y、 A这三个电极间的， 有严格时序的进行着大幅度的变化，才使得每个发光单元都能够正 常的发光。
第五章 等离子显示器件（ PDP）
5.1 等离子体的基本概念
1、什么是等离子体 （ plasma ）
高温产生等离子体 固体 冰 液体 水 气体
水汽 等离子体 电离气体
定义：等离子体是一种高度离子化的气体状态，被称为物质的第四 态， 正负离子电荷相等，对外呈电中型。 其特点：极高的电导率;是一个完整的体系 ;是宏观中性物质态
Vwr Vs
书写脉冲
AC-PDP工作原理
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工作原理
4、PDP的灰度显示
屏初始化 为清除像素里充电产生的残余电荷，在扫描电极和维持电极间加上一个梯形电压 ，等离子开始放电，但逐渐减弱，这样就清除了残余电荷。 数据写入 正极性的数据脉冲加在数据电极上，同时负极性的扫描脉冲加在扫描电极 上，这意味着数据脉冲电压和扫描脉冲电压之和加在了此两个电极上，这样在两 个电极之间开始放电。 当放电进入像素单元后，气体放电电离；在气体放电 期间，离子被引向扫描电极，电子被引向数据电极。当写入脉冲停止后，吸附在 电极周围的电介质上的电子和离子仍然保留下来，这就是壁电压（即着火电压， 扫描电极为正），上述过程称之为数据写入 亮度维持 我们把维持电压脉冲正负交替变化的驱动方式称为 AC驱动方式。 如果维持电压脉冲重复周期长，则像素的亮度等级增加。因此，通过控制维 持放电时间，像素的亮度得以控制。
放电单元
5.3
AC-PDP
5.3
AC-PDP
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
放电胞 电压 列电极
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取在电极表面淀 积一层厚约10 m ~50 m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80 m ~120 m ，周边用 玻璃密封，经排气、烘烤后充入 Ne—Ar 混合气 ( 其中 Ar占0.1％)，气压约0.5 个大气压或更高些。
直流等离子体显示板 （DC-PDP） 放电气体与电极直接接触，电极外部串联电阻作限流之用，发光位于阴极表面，且为 与电压波形一致的连续发光。 自扫描等离子体显示板（SSPDP）属于 DCPDP——1970，美国 。 直流型PDP电极不加保护层，暴露于放电空间，容易实现彩色显示，节距 0.6mm，主 要用于大屏幕平板电视等。
2、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。
充入Ne-Ar 混合气体
80~120 m
荧光体 壁障(隔断)
后玻璃基板 选址电极
5
5.2 等离子体显示的原理
2、 PDP发光显示的两个基本过程： （1） 气体放电过程 ，即惰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。 （2） 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。 由于 147nm的真空紫外光能量大，发光强度高，所以大多数 PDP都利用它来激发红、绿、蓝荧光粉发光，实现彩色显示。 3、分类： 根据工作方式的不同，大致可分为两类： 交流型 AC-PDP和直流型DC-PDP 目前研究较多以交流型为主，并依据电极的排布分为二电极对向放 电 （ Column Discharge）和三 三电极表面放电 （Surface Discharge）两种结构。
E
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 存储特 性。 书写脉冲
17
Vs
D
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
放电电流
00C
1000 C
100000C 温度
2
1
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。 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。
R
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，它占了整个宇宙的99％。 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。 5.2 等离子体显示的原理
放电产生
子场的三个阶段示意图
放电产生 放电产生
子场驱动技术是 PDP的独特技术系统
为了达到全色灰度显示（即每个显示单元实现 256级灰度）采用每场显示 8 个子 场组成的子场驱动技术，即将一个电视场发光的时间分成 8份，其中每一份称为 子场 (sub-field)。其排列次序从小到大为 SFl， SF2， …， SF8。各个子场发光的 时间比为： 20 ： 21 ： 22 ： 23： 24 ： 25 ： 26 ： 27只需 8个子场分割就可以实现 一个视场的 256（ 28）级灰度显示。在扫描显示过程中，可通过选择子场发光来 调节灰度。若想画面最暗，可使其只在 SFl时间发光；若想面面最亮，可使其在 SFl-SF8所有的时间内发光；若想完全不发出光线，可使其 SFl-SF8的任何时问 内都不发光。
3、AC-PDP驱动方式
由驱动电路、显示控制电路和电源组成。
书写脉冲
Vs
擦除脉冲
D
放电电流
X
发光脉冲
PDP 驱动示意
Y1 X1 X2 X3 Y2 Y3 ON 亮 OFF不亮 X1 X2 X3 Y3 ON OFF
显 示 电 极 X
PDP 驱动电路结构原理图
Y1 Y2 Y3 ON OFF
显示（信号）电极Y
5.3 AC-PDP
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。
13
AC-PDP电极结构
维持电极 （ X电极） 扫描 -维持电极（ Y 电极）
PDP的ADS驱动方法
彩色 AC-PDP要实现图像显示首先必须对显示屏上的单元根据显示数据进行选择，即寻址 寻址的目是选择要点亮的单元和不点亮的单元 选择在要点亮的单元形成壁电荷或保留壁电荷，直到维持期，使得维持放电得以进行。 对于三电极表面放电 AC-PDP： 维持显示放电在维持电极（ X电极）和扫描 -维持电极（ Y电极）之间进行 寻址放电发生在寻址电极（ A电极）和 Y电极之间
2、AC-PDP工作原理
寻址电极（ A电极） （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。
A
该 结构 的 主要 特 点是 显示 发光 为 反射 式 ，可 大 大提 高像 素的 亮 度； 气 体放 电 为单 基板 表面 方 式而 远 离荧 光 粉， 降低 了放 电 离子 对 荧光 粉 的轰 击， 提高 了工作寿命。
X
发光脉冲
（ 3）要使已放电的单元熄灭，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。
（ 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 5~10S，幅度 90~100V，主要工作频率范围 30~50kHz，因此光脉冲重复频率在 数万次以上，人眼不会感到闪烁。
等离子体显示器 (Plasma Display Panel)缩写为PDP。 它是一种利用气体放电的显示技术，它是在显示屏上排列上千个密封的小低压气体室，电 流激发气体，使其发出肉眼看不见的紫外光，这种紫外光碰击后面玻璃上的红、绿、蓝三 色荧光体，荧光粉发光，实现显示。
电源
阴 极
阳 极
3
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。
G
B
R源自文库
障壁 介质层
保护膜( 保护膜 ( MgO) 荧光粉 后基板玻璃 寻址电极
介质层作用：限流阻抗，保护电极； MgO层的作用：保护介质 层。
对向放电式
表面放电式
5.3 AC-PDP 对向放电式
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。
5.3
AC-PDP
荧光粉
1、结构特点 放电气体与电极由透明介质层 相隔离，隔离层为串联电容作限流 之用，放电因受该电容的隔直通交 作用，需用交变脉冲电压驱动，为 此无固定的阴极和阳极之分，发光 位于两电极表面，且为交替呈脉冲 式发光。 ACPDP 因其光电和环境性 能优异，是 PDP技术的主流。 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。
（1）显示电极X与寻址电极A之间加一大脉冲（大于着火电压），形成壁电荷。 （2）壁电荷电压与显示电极X,Y所加维持电压共同作用， （在壁电荷和维持电 压的极性不断的同步反向的过程中）使被寻址像元持续发光 （3）在显示电极X,Y加一适当幅值和脉宽之擦除电压，即可消除壁电荷，并使该 像元熄灭。
An
Y1 Y2