3.1-1 PDP概述及气体放电特性_2014

西安邮电大学光电信息工程教研室2号实验楼206BasisofDisplayTechnology显示技术基础课程介绍本课程为光电信息工程专业的学科专业平台必修课程。通过本课程的学习，其作用和任务是使学生掌握几类平板显示技术（PDP、OLED、EL、FED等）的基本原理以及相关的光、电设计原理。本课程重点介绍图像信息的平板显示技术及其在各个领域中的应用。课程内容安排第一章绪论（显示技术总体应用及发展进展）第二章阴极射线管及图像质量第三章平板信息显示器件3.1PDP显示技术3.2OLED显示技术3.3无机EL显示技术3.4FED显示技术第四章大屏幕临场感显示4.1投影显示（CRT投影）4.2三维显示教材：《液晶与平板显示技术》，作者：高鸿锦，北京邮电大学出版社，第1版2007参考书：1、《平板显示技术》应根裕胡文波邱勇，人民邮电出版社2002年10月2、《光电显示技术》张兴义，北京理工大学出版社19953、《显示技术与显示器件》彭国贤，人民邮电出版社1981参考资料：搜索引擎（Google、baidu）台湾各高校网络资源陕西科技大学等离子体课件麻省理工OLED课件教材资料国内相关研究所、院校、公司以及论坛中国电子科技集团公司第五十五研究所国家平板显示工程技术研究中心南京国显电子公司东南大学显示技术研究中心陕西科技大学电气与电子工程学院京东方科技集团股份有限公司光电论坛中国光学光电子行业论坛液晶论坛光行天下论坛大屏幕显示论坛中国论坛液晶之家光机人考核方式平时成绩：30％期末考试：70％考试方式：闭卷记分方式：百分制3.1PDP显示技术3.1.1PDP概述及气体放电特性1.什么是PDP？2.PDP的发展历史3.气体放电特性1.什么是PDP等离子体显示器（PlasmaDisplayPanel，PDP)。（1）等离子的发现追溯历史，美国诺贝尔奖得主，化学家Langmuir可谓是发现等离子这一物理现象的第一人。他用18世纪捷克医学家JohannesPurkinje(1787-1869)发明的“PLASMA（中文译：血浆）”一词，来形容他在1927发现的离子化的气体。这就是为什么台湾把plasma译作电浆，而我们则称之为等离子。何为等离子？何为等离子体？固态液态气态？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。在物理学中把这种正、负电荷浓度处于平衡状态的体系，称为等离子体，即就是一种被电离，并处于电中性的气体状态。等离子体是物质的第四态固体冰液体水气体水汽等离子体电离气体温度00C1000C100000C定义：等离子体是一种高度离化的气体状态，被称物质的第四态。正负离子电荷相等，对外呈电中型。特点：极高的电导率是一个完整的体系是宏观中性物质态玩具电光球利用高压电能气体放电发光（等离子体）创造奇幻光感！等离子体显示器（PlasmaDisplayPanel，PDP)：所有利用气体放电而发光的平板显示器件的总称。台湾称电浆显示器。按颜色分：•单色PDP直接利用气体放电时发出的可见光来实现单色显示。其显示色一般为放电气体的特征色，如橙色•彩色PDP放电发光真空紫外线（VUV）荧光粉可见光工作原理：PDP的工作主要由两个基本过程组成：气体放电过程和荧光粉发光过程。在真空玻璃中注入两种或多种固定配比的惰性气体，再通过施加合适的电压，使气体产生等离子体效应，而放出可见光与紫外线，借由紫外线照射到涂覆在玻璃表面上的荧光粉，荧光粉就会被激发出可见光，可见光的颜色由荧光粉的种类决定。PDP等离子平板显示器三星PDP松下PDP先锋PDP日立PDPPDP的特点优点：（1）易于实现薄型大屏幕（2）具有高速响应特性（20ns）（3）可实现全彩色显示（4）视角宽，可达160度（5）具有存储功能（6）图像畸变，不受磁场干扰（7）应用的环境范围宽（8）工作于全数字化模式（9）具有长寿命（3万小时）缺点：（1）功耗大，不便于采用电池电源（与LCD相比）；（2）彩色发光效率低（与CRT相比）；（3）驱动电压高（与LCD比较）；（4）产生较强的电磁干扰（EMI）.PDP与CRT性能的比较直流PDP（DC-PDP）的发展史•1954年NationalUnion公司研制出矩阵结构DC-PDP•二十世纪五十年代初Burroughs公司开发出用于数码显示的直流气体放电管2.PDP的发展历史显示阳极引火孔前基板玻璃封接φRφ1φ2φ3点火阴极（1）点火阳极（1）扫描阳极点火阳极（2）后基板扫描沟槽点火阴极（2）R1234567显示单元复位阴极阴极辅助阳极显示阳极荧光粉（R）荧光粉（G）荧光粉（B）引火空间辅助单元障壁显示单元后基板阴极前基板•1972年Burroughs研制出具有自扫描功能的DC-PDP板•1978年，G.E.Holz提出脉冲存储技术，使得DC-PDP可以工作于存储模式；•1995年NHK公司开发的102cm脉冲存储式DC-PDP2.PDP的发展历史•1995年，NHK和松下公司合作采用内置电阻结构制作出107cm的HDTVDC-PDP。它具有19201035像素，单元节距为0.48mm0.5mm，可实现256级灰度显示。辅助单元显示单元阴极障壁引火空间电阻阳极显示阳极汇流线辅助阳极汇流线后基板绝缘层荧光粉前基板2.PDP的发展历史交流PDP（AC-PDP）的发展史•1964年Bitzer和Slottow研制出AC-PDP电极电极基板玻璃PDP发明人DonBitzer教授(右)GeneSlottow教授(左)Illinois大学2.PDP的发展历史•1968年，Owens-Illinois研究小组研制出开放单元（OpenCell）结构的单色AC-PDP2.PDP的发展历史1976年G.W.Dick发表一种具有交叉电极结构的表面放电型AC-PDP；Vs前板玻璃封接玻璃辉光区电极介质层基板电极交叉电极结构表面放电型AC-PDP下板结构交叉电极结构的表面放电型AC-PDP2.PDP的发展历史Vs“连通”导体基板前板玻璃封接玻璃介质层辉光区“片”电极Vs基板“连通”电容线和片状辉光区MgO层介质层封接玻璃前板玻璃1977年G.W.Dick一种带有“连通”导体的表面放电型AC-PDP1979年G.W.Dick又设计出带有“连通”电容的表面放电型AC-PDP2.PDP的发展历史（1）电极材料的选择很困难；（2）电场集中在上下层电极的交叉区域，容易造成该区域保护层的毁坏，引起放电电压的改变；（3）这种交叉电极结构的容抗较大，使得驱动困难。X1X2YYSeS0MgO介质层两电极结构表面放电型AC-PDP存在的缺点：•1985年，G.W.Dick和富士通公司开发出三电极结构的表面放电型AC-PDP；2.PDP的发展历史•1990年，富士通公司开发出寻址与显示分离的驱动技术（ADS），可以实现多灰度级彩色显示；•1992年，富士通公司开发出条状障壁结构表面放电型AC-PDP，并采用此结构生产出世界上第一台53cm(21英寸)彩色PDP；前基板障壁荧光粉寻址电极后基板介质层MgO膜介质层汇流电极透明电极•1995年，富士通公司推出了107cm(42英寸)PDP。至1997年底,日本NEC、先锋、松下、三菱等公司也相继实现了107cm彩色PDP的批量生产。2.PDP的发展历史3.气体放电特性3.1气体放电的伏安特性3.2辉光放电的发光空间分布3.3巴邢定律3.4潘宁效应3.5放电延迟3.1气体放电的伏安特性非自持放电：完全靠外界电离源的气体导电。一旦撤除电离源，气体中离子很快消失，电流中止。自持放电：当电压增大到某一数值后，气体中电流急剧增加，即使撤去电离源，导电仍能维持。气体通常由中性分子或原子组成，是良好的绝缘体，并不导电。气体的导电性取决于其中电子、离子的产生及其在电场中的运动。加热、照射（紫外线、X射线、放射性射线）、电子能量等都能使气体电离，这些因素统称电离源。一切电流流过气体的现象称为气体放电或气体导电。气体放电可按维持放电是否必须有外界电离源而分为非自持放电和自持放电。3.1PDP的全伏安特性在气体放电中，作为电源负载的放电气体可看成是可变电阻：击穿之前其电阻无穷大，放电后其可变电阻的大小及变化规律与气体种类与成分、压力与温度、极间距离、电极材料、电极表面状态密切相关。气体发生稳定放电的区域有三个：正常辉光放电区、反常辉光放电区、弧光放电区。由于弧光放电产生的大电流容易烧毁显示器，而且在其辐射光谱中，常常含有阴极材料蒸气的光谱。异常辉光放电区容易使电极溅射，只有辉光放电区域放电电流小，功耗小，放电稳定，而且可得到足够的发光亮度，故绝大多数等离子显示器工作在正常辉光放电区。若控制好放电管中的气体种类、压强、端电压及串联电阻的数值，就可以使气体放电由一种形式转化到另一种形式，或维持在某一种放电形式。I区非自持放电区，电流很小，10-20~10-12A，特点是外界电压取消后，放电立即停止，起始带电粒子完全是由外界电离源提供的；II区自持暗放电区，此时放电电流为10-11~10-7A之间，管压降接近电源提供的电压；III区过渡区（欠辉区），管压降突然下降，电流急剧增加，其中D点称为着火电压（起辉电压、击穿电压）；IV区正常辉光放电区，电流在10-4~10-1之间，E点电压称为维持电压，管内出现明暗相间的辉光，管压降维持不变；V异常辉光放电区，如加大电流并使电压突破G点，则电流突然猛增，管压降突然降低，进入VII弧光放电区；VI过度区VII弧光放电区，是一种自持放电状态，管内出现明暗的弧光放电电流在10-1A以上。G点称为弧光放电的着火电压。3.2辉光放电的发光空间分布正常辉光放电的空间分布（Ne.1.33*102Pa）辉光放电是一种稳态的自持放电。放电电压明显低于着火电压，而后者由巴邢定律决定。放电时，放电空间呈现明暗相间的、有一定分布规律的光区。严格地讲，只有正柱部分属于等离子区，其中正负电荷密度相等，整体呈电中性。放电主要依靠二次电子的繁流来维持。辉光放电具有以下的基本特征：正常辉光放电的光区分布：一个充氖的冷阴极放电管长50cm，气压P＝133Pa，在正常辉光放电时的光区和电参量分布(1)阿斯顿暗区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。但电子数量不大，激发很微弱。(3)阴极暗区电子离开阴极后，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。在正常辉光放电时的光区和电参量分布(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。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。负辉区中电子和正离子浓度比正柱区中