等离子体显示

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,等离子体显示技术,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,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。,等离子体分类,根据等离子体焰温度,高温等离子体,：,10,8,-10,9,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,10,3,- 10,5,K,如电弧，高频和燃烧等,b),冷等离子体：电子温度高,(10,3,-10,5,K),、气体温度低，如低压辉光放电等离子体，电晕放电等离子体。,等离子体的特征,气体高度电离,具有很大的带电粒子浓度，,10,16,-10,15,个,/cm,2,，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,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。,固体,冰,液体,水,气体,水汽,等离子体,电离气体,温度,0,0,C,100,0,C,10000,0,C,高温产生等离子体,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。,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。,日常所见的日光灯就是PDP的基础,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,80120,m,m,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。,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,3,3,。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,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,PDP,DC（直流）型,PDP,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。,2024/9/29,24,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,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,。,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,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,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,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,对向放电式,表面放电式,两种实现彩色显示的交流,PDP,结构,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,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。,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 lm,W,，而目前,PDP,的光效率只有,12 lm,W,。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（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,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。,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，显然十分理想。目前，达到实用化的,PDP,正是采用了这种方案,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。,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。,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),X, Y Electrode,电极,Dielectric,Layer,MgO Layer,Front Glass,前层玻璃,Barrier,Rib,壁障,荧光粉,Phosphor,Address Electrode,寻址电极,Rear Glass,后层玻璃,PDP TV,PDP,放电单元,Electrons,电极,IONs,离子,+,+,+,+,-,-,-,-,放电,Discharge,Structure of PDP,PDP,结构,等离子显示屏的组成、结构特征,42,”,VGA显示屏：852,480（,3个红、绿、蓝像素单元），122，6880个灯泡。,PDP驱动方式,由驱动电路、显示控制电路和电源组成。,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,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，即主动发光型显示（与,LCD,比较）；,其放电间隙为,0,1,0,3mm,，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）。,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。,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,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,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/m,2,）,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,),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,1,10,；,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。,END,Thanks,