等離子體顯示課件

1、1光電子技術(shù)學課件之十八光電子技術(shù)學課件之十八： 等離子體顯示等離子體顯示 制作者：制作者： 贛南師范學院物理與電子信息學院：贛南師范學院物理與電子信息學院： 王形華王形華 26.3 等離子體顯示等離子體顯示 一、一、什么是等離子體什么是等離子體? 所謂等離子體就是被激發(fā)電離氣體，達到所謂等離子體就是被激發(fā)電離氣體，達到一定的電離度，氣體處于導電狀態(tài)，這種狀態(tài)一定的電離度，氣體處于導電狀態(tài)，這種狀態(tài)的電離氣體就表現(xiàn)出集體行為，即電離氣體中的電離氣體就表現(xiàn)出集體行為，即電離氣體中每一帶電粒子的運動都會影響到其周圍帶電粒每一帶電粒子的運動都會影響到其周圍帶電粒子，同時也受到其他帶電粒子的約束。由于

2、電子，同時也受到其他帶電粒子的約束。由于電離氣體整體行為表現(xiàn)出電中性，也就是離氣體整體行為表現(xiàn)出電中性，也就是電離氣電離氣體內(nèi)正負電荷數(shù)相等體內(nèi)正負電荷數(shù)相等，稱這種氣體狀態(tài)為，稱這種氣體狀態(tài)為等離等離子體態(tài)子體態(tài)。由于它的獨特行為與固態(tài)、液態(tài)、氣。由于它的獨特行為與固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)都截然不同，故稱之為態(tài)都截然不同，故稱之為物質(zhì)第四態(tài)物質(zhì)第四態(tài)。 3固體 冰液體 水氣體 水汽等離子體 電離氣體溫度00C1000C100000C4 看似看似“神秘神秘”的等離子體，其實是宇宙中的等離子體，其實是宇宙中一種常見的物質(zhì)，在太陽、恒星、閃電中都存一種常見的物質(zhì)，在太陽、恒星、閃電中都存在等離子體，它占了

3、整個宇宙的在等離子體，它占了整個宇宙的99。 等離子體可分為兩種：等離子體可分為兩種：高溫和低溫等離子體高溫和低溫等離子體。 等離子體是一種很好的導電體，可以利用電等離子體是一種很好的導電體，可以利用電場和磁場產(chǎn)生來控制等離子體。場和磁場產(chǎn)生來控制等離子體。等離子體物理等離子體物理的發(fā)展為材料、能源、信息、環(huán)境空間科學的的發(fā)展為材料、能源、信息、環(huán)境空間科學的進一步發(fā)展提新的技術(shù)和工藝。進一步發(fā)展提新的技術(shù)和工藝。 5 低溫等離子體物理與技術(shù)經(jīng)歷了一個由低溫等離子體物理與技術(shù)經(jīng)歷了一個由60年代初年代初的空間等離子體研究向的空間等離子體研究向80年代和年代和90年代以材料為導向年代以材料為導向

4、研究領(lǐng)域的大轉(zhuǎn)變，高速發(fā)展的微電子科學、環(huán)境科研究領(lǐng)域的大轉(zhuǎn)變，高速發(fā)展的微電子科學、環(huán)境科學、能源與材料科學等，為低溫等離子體科學發(fā)展帶學、能源與材料科學等，為低溫等離子體科學發(fā)展帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。來了新的機遇和挑戰(zhàn)。 現(xiàn)在低溫等離子體廣泛運用于多種生產(chǎn)領(lǐng)域。例現(xiàn)在低溫等離子體廣泛運用于多種生產(chǎn)領(lǐng)域。例如：等離子電視，嬰兒尿布表面防水涂層，增加啤酒如：等離子電視，嬰兒尿布表面防水涂層，增加啤酒瓶阻隔性。更重要的是在電腦芯片中的蝕刻運用，讓瓶阻隔性。更重要的是在電腦芯片中的蝕刻運用，讓網(wǎng)絡時代成為現(xiàn)實。網(wǎng)絡時代成為現(xiàn)實。 6二、二、 等離子顯示的原理等離子顯示的原理 等離子體顯示器等離子體

5、顯示器(Plasma Display Panel)縮寫為縮寫為PDP。 等離子體顯示器的工作原理與一般日光燈原理相似，等離子體顯示器的工作原理與一般日光燈原理相似，它在它在顯示平面上安裝數(shù)以十萬計的等離子管作為發(fā)光體顯示平面上安裝數(shù)以十萬計的等離子管作為發(fā)光體（象素）。（象素）。每個發(fā)光管有兩個玻璃電極、內(nèi)部充滿氦、每個發(fā)光管有兩個玻璃電極、內(nèi)部充滿氦、氖等惰性氣體，其中一個玻璃電極上涂有三原色熒光粉。氖等惰性氣體，其中一個玻璃電極上涂有三原色熒光粉。當兩個電極間加上高電壓時，引發(fā)惰性氣體放電，產(chǎn)生當兩個電極間加上高電壓時，引發(fā)惰性氣體放電，產(chǎn)生等離子體。等離子產(chǎn)生的紫外線激發(fā)涂有熒光粉的電極

6、等離子體。等離子產(chǎn)生的紫外線激發(fā)涂有熒光粉的電極而發(fā)出不同分量的由三原色混合的可見光。每個等離子而發(fā)出不同分量的由三原色混合的可見光。每個等離子體發(fā)光管就是我們所說的等離子體顯示器的像素，我們體發(fā)光管就是我們所說的等離子體顯示器的像素，我們看到的畫面就是由這些等離子體發(fā)光管形成的看到的畫面就是由這些等離子體發(fā)光管形成的“光點光點”匯集而成的。等離子體技術(shù)同其它顯示方式相比存在明匯集而成的。等離子體技術(shù)同其它顯示方式相比存在明顯的差別，在結(jié)構(gòu)和組成方面領(lǐng)先一步。顯的差別，在結(jié)構(gòu)和組成方面領(lǐng)先一步。7 在技術(shù)性能上，由于在技術(shù)性能上，由于PDP屏中發(fā)光的等離子管在屏中發(fā)光的等離子管在平面中均勻分布

7、，這樣顯示圖像的中心和邊緣完全一平面中均勻分布，這樣顯示圖像的中心和邊緣完全一致，不會出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象，實現(xiàn)了真正意義上的純平面。致，不會出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象，實現(xiàn)了真正意義上的純平面。由于其顯示過程中沒有電子束運動，不需借助電磁場由于其顯示過程中沒有電子束運動，不需借助電磁場進行偏轉(zhuǎn)，因此外界的電磁場也不會對其產(chǎn)生干擾，進行偏轉(zhuǎn)，因此外界的電磁場也不會對其產(chǎn)生干擾，適于不同環(huán)境條件下使用。適于不同環(huán)境條件下使用。 簡單地說，簡單地說，PDPPDP是在兩片玻璃板之間注入電壓，產(chǎn)是在兩片玻璃板之間注入電壓，產(chǎn)生氣體及肉眼看不到的紫外線使熒光粉發(fā)光，利用這生氣體及肉眼看不到的紫外線使熒光粉發(fā)光，利用這個原理呈

8、現(xiàn)畫面。因其可以掛在墻上，故又稱壁掛式個原理呈現(xiàn)畫面。因其可以掛在墻上，故又稱壁掛式電視。電視。 81、交流等離子顯示板交流等離子顯示板（ACPDP，1966，美國），美國） 放電氣體與電極由透明介質(zhì)層相隔離，隔離放電氣體與電極由透明介質(zhì)層相隔離，隔離層為串聯(lián)電容作限流之用，放電因受該電容的隔層為串聯(lián)電容作限流之用，放電因受該電容的隔直通交作用，需用交變脈沖電壓驅(qū)動，為此無固直通交作用，需用交變脈沖電壓驅(qū)動，為此無固定的陰極和陽極之分，發(fā)光位于兩電極表面，且定的陰極和陽極之分，發(fā)光位于兩電極表面，且為交替呈脈沖式發(fā)光。為交替呈脈沖式發(fā)光。ACPDP因其光電和環(huán)境因其光電和環(huán)境性能優(yōu)異，是性能優(yōu)

9、異，是PDP技術(shù)的主流。技術(shù)的主流。 PDP的分類：的分類：9 2、直流等離子體顯示板直流等離子體顯示板 （DCPDP，1968，荷蘭荷蘭 ）放電氣體與電極直接接觸，電極外部串放電氣體與電極直接接觸，電極外部串聯(lián)電阻作限流之用，發(fā)光位于陰極表面，且聯(lián)電阻作限流之用，發(fā)光位于陰極表面，且為與電壓波形一致的連續(xù)發(fā)光。為與電壓波形一致的連續(xù)發(fā)光。 自掃描等離子體顯示板（自掃描等離子體顯示板（SSPDP）屬于）屬于DCPDP1970，美國，美國 。103、SMPDP以金屬蔭罩代替?zhèn)鹘y(tǒng)的絕緣介質(zhì)障壁。具以金屬蔭罩代替?zhèn)鹘y(tǒng)的絕緣介質(zhì)障壁。具有制作工藝簡單，易于實現(xiàn)大批量生產(chǎn)；放電有制作工藝簡單，易于實現(xiàn)大

10、批量生產(chǎn)；放電電壓低，亮度高，響應頻率快的優(yōu)點。電壓低，亮度高，響應頻率快的優(yōu)點。11等離子體顯示具有以下一些特點：等離子體顯示具有以下一些特點： （1）等離子體顯示為自發(fā)光型顯示，有較）等離子體顯示為自發(fā)光型顯示，有較好的發(fā)光效率與亮度。好的發(fā)光效率與亮度。 （2）適于大屏幕、高分辨率顯示。）適于大屏幕、高分辨率顯示。 （3）等離子體顯示單元具有很強的非線性。）等離子體顯示單元具有很強的非線性。 （4）存儲特性。）存儲特性。 （5）PDP結(jié)構(gòu)上可以采用不透明但電阻低結(jié)構(gòu)上可以采用不透明但電阻低的金屬電極的金屬電極。12 （6）PDP有合適的阻抗特性。有合適的阻抗特性。 （7）響應快。）響應快

11、。PDP響應時間為數(shù)毫秒，響應時間為數(shù)毫秒，使顯示電視圖像時更新像素信號不成問題。使顯示電視圖像時更新像素信號不成問題。 （8）剛性結(jié)構(gòu)，耐振動，機械強度高，）剛性結(jié)構(gòu)，耐振動，機械強度高，壽命長。壽命長。 13三三、氣體放電基本知識、氣體放電基本知識 平板電極間充有：平板電極間充有：氖氣氖氣(Ne)或氖或氖(Ne)+0.1%氬氬(Ar)混合混合氣體。氣體。 充電二極管的伏安特性充電二極管的伏安特性100200300400 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 HGFEVfVs與初始引發(fā)有關(guān)著火電壓VDCA14 曲線曲線AC段屬于非自

12、持放電段屬于非自持放電，在非自持放電時，在非自持放電時，參加導電的電子主要是由外界催離作用（如宇宙射參加導電的電子主要是由外界催離作用（如宇宙射線、放射線、光、熱作用）造成的，當電壓增加，線、放射線、光、熱作用）造成的，當電壓增加，電流也隨之增加并趨于飽和，電流也隨之增加并趨于飽和，C點之前稱為點之前稱為暗放電區(qū)，暗放電區(qū)，放電氣體不發(fā)光。放電氣體不發(fā)光。 隨著電壓增加，到達隨著電壓增加，到達C點后，放電變?yōu)辄c后，放電變?yōu)樽猿址抛猿址烹婋?，氣體被擊穿，電壓迅速下降，變成穩(wěn)定的自持，氣體被擊穿，電壓迅速下降，變成穩(wěn)定的自持放電（圖中放電（圖中EF段），段），EF段被稱為段被稱為正常輝光放電區(qū)正常

13、輝光放電區(qū)，放電在放電在C點開始發(fā)光，不穩(wěn)定的點開始發(fā)光，不穩(wěn)定的CD段是段是欠正常的輝欠正常的輝光放電區(qū)光放電區(qū)，C點電壓點電壓Vf，稱為，稱為擊穿電壓或著火電壓、擊穿電壓或著火電壓、起輝電壓，起輝電壓，EF段對應的電壓段對應的電壓VS稱為稱為放電維持電壓。放電維持電壓。 15陰極電流密度為常數(shù)是正常輝光放電的特點。陰極電流密度為常數(shù)是正常輝光放電的特點。 當放電電流更大時進入異常輝光放電當放電電流更大時進入異常輝光放電FG段，段，這時放電單元阻抗變大。這時放電單元阻抗變大。 當電流進一步增大，放電進入弧光放電后，當電流進一步增大，放電進入弧光放電后，在在H點曲線變得平坦，壓降小、電流大是弧

14、光點曲線變得平坦，壓降小、電流大是弧光放電的特點。放電的特點。 實際的顯示器件必須應用在正?；虍惓］x光實際的顯示器件必須應用在正?；虍惓］x光放電區(qū)，這個區(qū)域放電穩(wěn)定、功耗小。放電區(qū)，這個區(qū)域放電穩(wěn)定、功耗小。 16三個狀態(tài)：三個狀態(tài)：熄火態(tài)、過渡態(tài)和著火態(tài)熄火態(tài)、過渡態(tài)和著火態(tài)。 氖氣產(chǎn)生的可見光波長范圍在氖氣產(chǎn)生的可見光波長范圍在400-700nm，其中峰值波長為其中峰值波長為582 nm的光輻射占整個光強的光輻射占整個光強的的35-40%，因此氖氣發(fā)橙紅色光。，因此氖氣發(fā)橙紅色光。 17四、單色等離子體顯示四、單色等離子體顯示 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) Ne-Ar混合氣體在一定電壓下產(chǎn)生氣體放混合

15、氣體在一定電壓下產(chǎn)生氣體放電，電， 發(fā)射出發(fā)射出582nm橙色光。橙色光。18192. 工作原理工作原理 20（1）、當放電單元的電極加上比著火電壓）、當放電單元的電極加上比著火電壓Vf低的維持電低的維持電壓壓VS時，單元中氣體不會著火，如在維持電壓間隙加上時，單元中氣體不會著火，如在維持電壓間隙加上幅度高于幅度高于Vf的書寫電壓的書寫電壓Vwr，單元將放電發(fā)光，放電形成，單元將放電發(fā)光，放電形成的電子、離子在電場作用下分別向該瞬時加有正電壓和的電子、離子在電場作用下分別向該瞬時加有正電壓和負電壓的電極移動，由于電極表面是介質(zhì)，電子、離子負電壓的電極移動，由于電極表面是介質(zhì)，電子、離子不能直接

16、進入電極而在介質(zhì)表面累積起來，形成壁電荷，不能直接進入電極而在介質(zhì)表面累積起來，形成壁電荷，在外電路中，壁電荷形成與外加電壓極性相反的壁電壓，在外電路中，壁電荷形成與外加電壓極性相反的壁電壓，這時，放電空腔上的電壓為外加電壓和壁電壓之和。這時，放電空腔上的電壓為外加電壓和壁電壓之和。21（2）、此將小于維持電壓，使放電空間電場減弱，此將小于維持電壓，使放電空間電場減弱，致使放電單元在致使放電單元在26微秒內(nèi)逐漸停止放電，因介質(zhì)微秒內(nèi)逐漸停止放電，因介質(zhì)電阻很高，壁電荷會不衰減地保持下來，當反向的電阻很高，壁電荷會不衰減地保持下來，當反向的下一個維持電壓脈沖到來時，上一次放電形成的壁下一個維持電

17、壓脈沖到來時，上一次放電形成的壁電壓與此時的外加電壓同極性，疊加電壓峰值大于電壓與此時的外加電壓同極性，疊加電壓峰值大于Vf，單元再次著火發(fā)光并在放電腔的兩壁形成與前，單元再次著火發(fā)光并在放電腔的兩壁形成與前半周期極性相反的壁電荷，并再次使放電熄滅直到半周期極性相反的壁電荷，并再次使放電熄滅直到下一個相反極性的下一個相反極性的 脈沖的到來脈沖的到來。因此，單元。因此，單元一旦由書寫脈沖電壓引燃，只需要維持電壓脈沖就一旦由書寫脈沖電壓引燃，只需要維持電壓脈沖就可維持脈沖放電，這個特性稱為可維持脈沖放電，這個特性稱為AC-PDP單元的單元的存存儲特性儲特性。22 （3）、要使已放電的單元熄滅，只要

18、在下一個維）、要使已放電的單元熄滅，只要在下一個維持電壓脈沖到來前給單元加一窄幅（脈寬約持電壓脈沖到來前給單元加一窄幅（脈寬約1微妙微妙 ）的放電脈沖，使單元產(chǎn)生一次微弱放電，將儲留的的放電脈沖，使單元產(chǎn)生一次微弱放電，將儲留的壁電荷中和，又不形成新的反向壁電荷，單元將中壁電荷中和，又不形成新的反向壁電荷，單元將中止放電發(fā)光。止放電發(fā)光。 （4）、PDP單元雖是脈沖放電，但在一個周期內(nèi)它單元雖是脈沖放電，但在一個周期內(nèi)它發(fā)光兩次，維持電壓脈沖寬度通常發(fā)光兩次，維持電壓脈沖寬度通常510微妙，幅度微妙，幅度90100V，主要工作頻率范圍，主要工作頻率范圍3050kHz，因此光脈，因此光脈沖重復頻

19、率在數(shù)萬次以上，人眼不會感到閃爍。以上沖重復頻率在數(shù)萬次以上，人眼不會感到閃爍。以上工作方式為工作方式為AC-PDP的存儲模式。的存儲模式。233. AC-PDP的驅(qū)動的驅(qū)動 由驅(qū)動電路、顯示控制電路和電源組成。由驅(qū)動電路、顯示控制電路和電源組成。24五、彩色等離子體顯示五、彩色等離子體顯示 25PDP一般采用時間調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)有灰度層次的圖像一般采用時間調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)有灰度層次的圖像顯示。顯示?！白訄鰭呙璺ㄗ訄鰭呙璺ā?266.4 電致發(fā)光顯示電致發(fā)光顯示 電致發(fā)光（電致發(fā)光（Electro luminescence, EL）是將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的一種物理現(xiàn)象。是將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的一種物理

20、現(xiàn)象。電致發(fā)光按激發(fā)過程不同可分為兩大類：電致發(fā)光按激發(fā)過程不同可分為兩大類： 注入電致發(fā)光注入電致發(fā)光在半導體在半導體PN結(jié)加正偏壓結(jié)加正偏壓時產(chǎn)生少數(shù)載流子注入，與多數(shù)載流子復時產(chǎn)生少數(shù)載流子注入，與多數(shù)載流子復合發(fā)光合發(fā)光 。27 高場電致發(fā)光高場電致發(fā)光將發(fā)光材料粉末與介質(zhì)的將發(fā)光材料粉末與介質(zhì)的混合體或單晶薄膜夾持于透明電極板之間，混合體或單晶薄膜夾持于透明電極板之間，外施電壓，由電場直接激勵電子與空穴復合外施電壓，由電場直接激勵電子與空穴復合而發(fā)光，高場電致發(fā)光又分交流和直流兩種，而發(fā)光，高場電致發(fā)光又分交流和直流兩種，如粉末型交流電致發(fā)光與粉末型直流電致發(fā)如粉末型交流電致發(fā)光與粉

21、末型直流電致發(fā)光。光。 28一、注入電致發(fā)光顯示一、注入電致發(fā)光顯示 發(fā)光二極管（發(fā)光二極管（Light Emitting Diode,簡稱簡稱LED）是）是注入電致發(fā)光顯示器件的代表。發(fā)光二極管是利用少注入電致發(fā)光顯示器件的代表。發(fā)光二極管是利用少數(shù)載流子流入數(shù)載流子流入PN結(jié)直接將電能轉(zhuǎn)換為光能的半導體發(fā)結(jié)直接將電能轉(zhuǎn)換為光能的半導體發(fā)光元件。光元件。 LED構(gòu)造的核心是用磷化鎵或砷化鎵等半導體發(fā)構(gòu)造的核心是用磷化鎵或砷化鎵等半導體發(fā)光材料晶片做成的光材料晶片做成的PN結(jié)，晶片的大小約結(jié)，晶片的大小約0.30.30.2 mm3 ，晶片外用透明度高和折射率高的材料（一般用，晶片外用透明度高和折射率高的材料（一般用環(huán)氧樹脂）包封，樹脂外觀視應用要求做成各種形式。環(huán)氧樹脂）包封，樹脂外觀視應用要求做成各種形式。也可以在也可以在LED的底座上安置兩枚或兩枚以上晶片，各的底座上安置兩枚或兩枚以上晶片，各晶片材料不同，發(fā)出不通的色光，當各晶片發(fā)不同強晶片材料不同，發(fā)出不通的色光，當各晶片發(fā)不同強度的光時，它們將產(chǎn)生不同混色，使發(fā)光二極管顯示度的光時，它們將產(chǎn)生不同混色，使發(fā)光二極管顯示不同色光。不同色光。 29二、高場電致發(fā)光顯示二、高場電致發(fā)光顯示 1. 交流薄膜電致發(fā)光顯示（交流薄膜電致發(fā)光顯示（ACTFEL） 302. 交流粉末電致發(fā)光顯示交流粉末電致發(fā)