等离子电视(PDP)基本原理

四川虹欧显示器件有限公司PDP基本原理四川虹欧显示器件有限公司内容一、气体放电物理基础二、彩色PDP发展与特点三、PDP结构设计原理四、PDP制作工艺介绍四川虹欧显示器件有限公司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。四川虹欧显示器件有限公司气体放电物理基础等离子体的分类:等离子体高温等离子体（完全电离气体）温度范围：106~108K，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=104~106K，Ti=3103~3104K）冷等离子体（Te104K，Ti=室温）如电弧等离子体、高频等离子体、燃烧等离子体等。如辉光放电正柱区四川虹欧显示器件有限公司气体放电物理基础PlasmaDisplayPanel：所有利用气体放电而发光的平板显示器件的总称。四川虹欧显示器件有限公司气体放电物理基础日光灯发光示意图四川虹欧显示器件有限公司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e＝1/2mve2，典型密度为1016~1020/m3.•激发态原子(或分子)•正离子和负离子•光子＝h四川虹欧显示器件有限公司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。）四川虹欧显示器件有限公司气体放电物理基础Ne-Xe混合气体放电能量转移简图Ne2+Ne2*Ne+Ne*NemXe+Xe2+Xe*XemXe2VXe2U电子碰撞激发或电离潘宁电离或电荷交换辐射转移两体或三体碰撞离解复合147nm173nm150nm828nmXe**四川虹欧显示器件有限公司气体放电物理基础汤生放电自持暗放电辉光放电弧光放电自持放电非自持放电Vf10-1610-1410-1210-110-210-310-410-510-610110010-1002004006008001000ABCDEVREaIFGHVa(V)I(A)气体放电的伏安特性四川虹欧显示器件有限公司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四川虹欧显示器件有限公司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—α系数。它是指每个电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四川虹欧显示器件有限公司气体放电物理基础（2）汤生第二电离系数—β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。四川虹欧显示器件有限公司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。四川虹欧显示器件有限公司气体放电物理基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。四川虹欧显示器件有限公司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就大，相应地要求击穿电位也高。四川虹欧显示器件有限公司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。四川虹欧显示器件有限公司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，或变为基态原子A，此过程称为潘宁电离，可用符号表示为：A*+BA+B+（或B+*）+e由于亚稳原子具有较长的寿命，其平均寿命是10-410-2s（而一般激发态原子的寿命为10-810-7s），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。四川虹欧显示器件有限公司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子等可以大大降低着火电压。四川虹欧显示器件有限公司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。四川虹欧显示器件有限公司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。Vc辉光放电的光区分布光强电位场强空间电荷密度阿斯顿暗区阴极辉区阴极暗区负辉区法拉第暗区正柱区阳极暗区阳极辉区IEZn_n+V四川虹欧显示器件有限公司气体放电物理基础(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。管压降的大部分集中在这里和阴极之间。四川虹欧显示器件有限公司气体放电物理基础(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。四川虹欧显示器件有限公司气体放电物理基础（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。四川虹欧显示器件有限公司气体放电物理基础（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。四川虹欧显示器件有限公司气体放电物理基础PDP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，因此对光通量的贡献也最大。如日光灯就是利用正柱区发光，光效高达80lm/W。而PDP由于其放电单元的空间通常很小（电极间隙约100m），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PDP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。四川虹欧显示器件有限公司气体放电物理基础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+NeNe++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+NeNem+eNem的寿命长达0.110ms，与其它原子碰撞的几率Ne-Xe混合气体放电四川虹欧显示器件有限公司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+XeNe+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HeNeXe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。四川虹欧显示器件有限公司气体放电物理基础Ne-Xe混合气体放电能量转移简图Ne2+Ne2*Ne+Ne*NemXe+Xe2+Xe*XemXe2VXe2U电子碰撞激发或电离潘宁电离或电荷交换辐射转移两体或三体碰撞离解复合147nm173nm150nm828nmXe**四川虹欧显示器件有限公司彩色PDP发展与特点1995富士通、NEC、先锋、三菱、松下、日立等开发42英寸彩色PDP。199642英寸彩色PDP正式量产，称1996年为PDP元年。1997基于对TFT－LCD量产技术的经验和PDP制作工序比LCD少许多的考虑，非常乐观地估计2000年PDP的售价可降到每英寸1万日元。1998事实上PDP合格率一直无法快速提升，日本各厂商将原来的价格目标延后至2003年。1999出现技术合作与整合的策略，如富士通公司与日立制作所合并成立富士通日立等离子体公司，三菱公司也宣布停止量产并与台湾中华映管公司技术合作。四川虹欧显示器件有限公司彩色PDP发展与特点2000量产合格率不佳延续到一直到1999年底，各厂商不论在设备、材料与驱动电路的设计上都有重大改善与突破，在2000年纷纷建立新的量产线。2001新的量产厂开始正式运作，使得PDP产品不论在尺寸的规格与品质及价格上都有相当的竞争力。因此日本将2001年称为“PDP-TV元年”。2002韩日成功举办足球世界杯，并以此为契机宣传PDP电视，2002年下半年，PDP销量猛增。同时PDP也感受到了LCD-TV的压力。2003鉴于日本经济的长期疲弱，日本政府对PDP产业给予相当支持，为了进一步降低PDP电视的成本，统一标准，日本政府一直在促使各大厂家能够联手合作，优势互补。四川虹欧显示器件有限公司彩色PDP发展与特点2000量产合格率不佳延续到一直到1999年底，各厂商不论在设备、材料与驱动电路的设计上都有重大改善与突破，在2000年纷纷建立新的量产线。2001新的量产厂开始正式运作，使得PDP产品不论在尺寸的规格与品质及价格上都有相当的竞争力。因此日本将2001年称为“PDP-TV元年”。2002韩日成功举办足球世界杯，并以此为契机宣传PDP电视，2002年下半年，PDP销量猛增。同时PDP也感受到了LCD-TV的压力。2003鉴于日本经济的长期疲弱，日本政府对P