《顯示技術(shù)》課件第5章

第5章等離子體顯示技術(shù)5.1等離子體的基本特征5.2等離子體顯示器5.3等離子體顯示的驅(qū)動與控制習(xí)題55.1等離子體的基本特征

氣體電離后，整體仍表現(xiàn)出電中性，這是因?yàn)殡婋x氣體內(nèi)正負(fù)電荷的數(shù)量是相等的，這些電離產(chǎn)生的正負(fù)電荷統(tǒng)稱為等離子體（plasma），如圖5-1所示。由于氣體在等離子體狀態(tài)下具有放電特性，因而廣泛用于照明器具和顯示器件中。圖5-1等離子——物質(zhì)第四態(tài)“plasma”一詞最早在生物名詞原生質(zhì)（protoplasma）中出現(xiàn)。1839年，捷克生物學(xué)家浦基尼（Purkynie）最先將“原生質(zhì)”的名詞引入科學(xué)詞匯，它表示一種在其內(nèi)部散布許多粒子的膠狀物質(zhì)，是組成細(xì)胞體的一部分，也稱為“血漿”。1929年，朗繆爾（Langmuir）和托克斯（Tonks）在研究氣體放電時首次將“plasma”用于物理學(xué)領(lǐng)域，用來表征所觀察到的放電物質(zhì)，該詞來源于古希臘語λαδμα，即為可塑物質(zhì)或漿狀物質(zhì)之意，我們將其翻譯成“等離子體”，而臺灣學(xué)者翻譯成“電漿”。5.1.1等離子體的概念

所謂等離子體，指的是分子、原子及被電離后產(chǎn)生的正負(fù)電子組成的氣體狀物質(zhì)，是一種擁有離子、電子和核心粒子的不帶電的離子化物質(zhì)，它包括有大量的離子和電子，如圖5-2所示，是電的最佳導(dǎo)體，而且它會受到磁場的影響，當(dāng)溫度升高時，電子便會從核心粒子中分離出來。圖5-2等離子體示意圖

1.粒子密度和電離度

通常用ne、

ni和ng來分別表示等離子體內(nèi)的電子密度、離子密度和未電離的中性粒子密度，當(dāng)ne＝ni時，則可用

n來表示二者中任一個帶電粒子的密度。然而，一般等離子體中可能含有不同價態(tài)的離子，也可能含有不同種類的中性粒子，因此電子密度與離子密度不一定總是相等的。對于主要是一階電離和含有同一類中性粒子的等離子體來說，可以認(rèn)為ne≈ni。對于這種情形，電離度定義為：β=ne/(ne+ng)。電離度很小的等離子體稱為弱電離等離子體；當(dāng)電離度較大（約大于0.1）時，稱為強(qiáng)電離等離子體；β＝1時，則叫完全等離子體。在熱力學(xué)平衡條件下，電離度僅僅取決于粒子種類、粒子密度及溫度。

2.電子溫度和粒子溫度

由于等離子體內(nèi)不止有一種粒子，而且通常不一定有合適的形成條件和足夠的持續(xù)時間來使各種不同的粒子達(dá)到統(tǒng)一的熱平衡條件，因此，不能用一個統(tǒng)一的溫度來對等離子體進(jìn)行描述。根據(jù)彈性碰撞理論，離子—離子、電子—電子等同類粒子間的碰撞頻率遠(yuǎn)大于離子—電子間

碰撞頻率，而且同類粒子的質(zhì)量相同，碰撞時能量交換最有效。通常，分別用Te、Ti和Tg來表示等離子體的電子溫度、離子溫度和中性粒子溫度，當(dāng)Te＝Ti時，我們稱這種情況為熱平衡等離子體，這類等離子體不僅比電子溫度高，比重粒子溫度也高，因此，也叫高溫等離子體。當(dāng)Te>>Ti時，我們稱這種狀態(tài)為非平衡態(tài)的等離子體。盡管這種等離子體的電子溫度高達(dá)104K以上，但離子和原子之類的重粒子體溫度卻低到300～500K，因此按照其重粒子溫度的特點(diǎn)也叫做低溫等離子體。低溫等離子體的特點(diǎn)表明，非平衡性對于等離子體化學(xué)和工藝具有十分重要的意義。一方面，等離子體中的電子具有足夠高的能量，能夠使得反應(yīng)物分子實(shí)現(xiàn)激發(fā)、離解和電離；另一方面，由于反應(yīng)物的能量是由電場通過電子提供的，能夠在較低的溫度下進(jìn)行反應(yīng)，使得反應(yīng)體系可以保持低溫。就等離子體本身而言，它具有變成電中性的強(qiáng)烈傾向，故離子和電子的電荷密度幾乎相等，這種情況稱為準(zhǔn)中性，它是帶相反電荷粒子間的強(qiáng)電作用的結(jié)果。等離子體中的電荷分離僅可能由外加電場或等離子體本身的內(nèi)能（熱能）來維持，可由等離子體動力學(xué)溫度維持的對電中性的最大偏離估算出來。通常，等離子體的偏離電中性為十萬分之幾。等離子體還是一種具有集體效應(yīng)的混合氣體。中性氣體中粒子的相互作用是粒子間頻繁的碰撞，兩個粒子只有在碰撞的瞬間才有相互作用，除此之外沒有相互作用。而等離子體中帶電粒子之間的相互作用是長程庫侖力作用，體系內(nèi)的多個帶電粒子均同時且持續(xù)地參與作用，任何帶電粒子的運(yùn)動狀態(tài)均受到其他帶電粒子（包括近處和遠(yuǎn)處）的影響。5.1.2等離子體的發(fā)光機(jī)理

對于CRT顯像管來說，其顯示屏上的紅、綠、藍(lán)發(fā)光點(diǎn)是由排列的紅、綠、藍(lán)熒光粉在顯像管內(nèi)部電子槍射出的高速電子流的轟擊下發(fā)光，并形成圖像。而對于等離子顯示屏來說，這一個個紅、綠、藍(lán)發(fā)光點(diǎn)類似于我們常用的日光燈管構(gòu)造的發(fā)光體，也就是說等離子顯示屏就是由千千萬萬個微型的“日光燈管”組合排列組成。圖5-3給出了等離子屏結(jié)構(gòu)示意圖。圖5-3等離子屏結(jié)構(gòu)示意圖如圖5-4所示，日光燈管中充入水銀，管壁上所見的白色粉末為熒光粉。通電之后，管內(nèi)的燈絲因?yàn)殡娮璁a(chǎn)生熱，提供能量讓電子逸出。此時，管內(nèi)的水銀變?yōu)樗y蒸氣，彌漫在電子行徑的路徑上，部分電子會和水銀產(chǎn)生碰撞，將汞原子中的電子由較低的能階激發(fā)到較高的能階，而這些具有較高能量的電子由高能階掉下來的同時，會將能量以紫外線（UV）形式釋放出來，這些紫外線的能量會被涂布在管壁上的熒光物質(zhì)吸收，從而產(chǎn)生可見光。圖5-4日光燈管發(fā)光原理圖5-5等離子體發(fā)光單元的發(fā)光原理以充有Ne-Xe混合氣體的AC-PDP為例，結(jié)合圖5-5所示的等離子體發(fā)光單元的發(fā)光原理圖，具體分析一下等離子體發(fā)光的兩個基本過程：

（1）氣體放電過程，即惰性氣體在外加電信號的作用下產(chǎn)生放電效應(yīng)，使原子受激躍遷，發(fā)射出真空紫外線（波長小于200nm）的過程。

Ne-Xe混合氣體在一定外部電壓作用下產(chǎn)生氣體放電時，氣體內(nèi)部最主要的反應(yīng)是Ne原子的直接電離反應(yīng)，即e+Ne=Ne－+2e－（電子碰撞電離）（5-1）其中，Ne－為氖離子。由于受到外部條件或引火單元激發(fā)，氣體內(nèi)部已存在少量的放電粒子。其中電子被極間電場加速并達(dá)到一定動能時碰撞Ne原子，使其電離而導(dǎo)致氣體內(nèi)部的自由電子增殖，同時又重復(fù)式（5-1）反應(yīng)致使形成電離雪崩效應(yīng)。這種電離雪崩過程中

會產(chǎn)生大量如式（5-1）、式（5-2）、式（5-3）所示的兩體碰撞反應(yīng)，即

e+Ne－→Ne++2e（逐次電離）（5-2）e+Ne=Nem+e（亞穩(wěn)激發(fā)）（5-3）e+Xe+=Xe++2e（電子碰撞電離）（5-4）其中，Ne+表示Ne的激發(fā)態(tài)，Nem為Ne的亞穩(wěn)激發(fā)態(tài)。由于Nem的亞穩(wěn)能級（16.62eV）大于Xe的電離能（12.127eV），因此，亞穩(wěn)原子Nem與Xe原子碰撞過程為：

Nem+Xe=Ne+Xe++e(5-5）人們稱此為潘寧電離反應(yīng)，這種反應(yīng)產(chǎn)生的幾率極高，從而提高了氣體的電離截面，加速了Nem的消失和Xe原子的電離雪崩。此外這種反應(yīng)的工作電壓比直接電離反應(yīng)的要低，因此也降低了顯示器件的工作電壓。

與此同時，被加速后的電子也會與Xe+發(fā)生碰撞。碰撞發(fā)生后，激發(fā)態(tài)Xe**原子的外圍電子，由較高能級躍遷到較低能級，產(chǎn)生碰撞躍遷，即

e+Xe+→Xe**

（2P2或2P6）+hv（5-6）由于Xe原子2P5、2P6能級的激發(fā)態(tài)Xe**2P2或2P6很不穩(wěn)定，極易由較高能級躍遷到較低能級，產(chǎn)生逐級躍遷，即

Xe**(2P2或2P6)→Xe*(1S4或1S5)+hv(823nm、828nm)(5-7)

Xe*（1S5）與周圍的分子相互碰撞，發(fā)生能量轉(zhuǎn)移，但并不產(chǎn)生輻射，即只發(fā)生碰撞轉(zhuǎn)移：

Xe*（1S5）→Xe*（1S4）（5-8）其中，1S4是原子Xe的諧振激發(fā)能級。Xe原子由能級的激發(fā)態(tài)躍遷到Xe的基態(tài)時，就發(fā)生共振躍遷，產(chǎn)生使PDP放電發(fā)光的147nm紫外光，即

Xe*（1S4）→Xe+hv（147nm）（5-9）（2）熒光粉發(fā)光過程，即氣體放電所產(chǎn)生的紫外線，激發(fā)光致熒光粉發(fā)射可見光的過程。由于147nm的真空紫外光能量大，發(fā)光強(qiáng)度高，所以彩色PDP激發(fā)紅、綠、藍(lán)熒光粉發(fā)光，得到三基色，從而實(shí)現(xiàn)彩色顯示，這種發(fā)光被稱為光致發(fā)光。真空紫外光激發(fā)熒光粉的發(fā)光過程如圖5-6所示。圖5-6熒光粉的發(fā)光過程當(dāng)真空紫外光照射到熒光粉表面時，一部分被反射，一部分被吸收，另一部分則透射出熒光粉層。當(dāng)熒光粉的基質(zhì)吸收了真空紫外光能量后，基態(tài)電子從原子的價帶躍遷到導(dǎo)帶，價帶中因?yàn)殡娮榆S遷而出現(xiàn)空穴。在價帶中，因?yàn)殡娮榆S遷而出現(xiàn)空穴在價帶中，空穴因熱運(yùn)動而擴(kuò)散到價帶頂，然后被摻入到熒光粉中的激活劑所構(gòu)成的發(fā)光中心所俘獲。例如，紅粉Y2O3

：Eu中的Eu+是激活劑，一方面，它是紅粉的發(fā)光中心，沒有摻雜的熒光粉基質(zhì)Y2O3是不具有發(fā)光本領(lǐng)的。另一方面，獲得光子能量而躍遷到導(dǎo)帶的電子，在導(dǎo)帶中運(yùn)動，很快在消耗能量后下降到導(dǎo)帶底，然后與發(fā)光中心的空穴復(fù)合，發(fā)出一定波長的光。基質(zhì)不同的熒光粉，由于摻雜元素不同，構(gòu)成的發(fā)光中心能級也不同，因而產(chǎn)生不同顏色的可見光。

5.2等離子體顯示器

5.2.1PDP的分類與特點(diǎn)

PDP是由氣體放電體作為像素單元組成的顯示屏。它由前后兩塊平板玻璃組成，其間置有障壁隔離并使之平行，四周用低熔點(diǎn)玻璃密封，中間充以氣體（Ne、Xe等惰性氣體），電極間施加一定幅度的電壓，引起氣體擊穿產(chǎn)生放電。單色PDP通常直接利用氣體放電發(fā)出的可見光來實(shí)現(xiàn)單色顯示。放電氣體一般選擇純氖氣（Ne)或氖氬（Ne-Ar）混合氣體。彩色PDP則通過氣體放電產(chǎn)生的真空紫外線（VUV）照射紅、綠、藍(lán)三基色熒光粉，使熒光粉發(fā)光實(shí)現(xiàn)彩色顯示。其放電氣體一般選擇含氙的稀有混合氣體，

比如氖氙混合氣體（Ne-Xe）、氦氙混合氣體（He-Xe）或氦氖氙混合氣體（He-Ne-Xe)。

PDP按工作方式的不同，分為電極與氣體直接接觸的直流型（DC-PDP）和電極用覆蓋介質(zhì)層與氣體相隔離的交流型（AC-PDP）兩大類。目前的研究較多以交流型為主，并依據(jù)電極結(jié)構(gòu)又可分為二電極對向放電式（ColumnDischarge）和三電極表面放電式（SurfaceDischarge）兩種結(jié)構(gòu)。

DC-PDP，又分為負(fù)輝區(qū)發(fā)光型和正輝區(qū)發(fā)光型，它是以直流電壓啟動放電，放電氣體與電極直接接觸，電極外部串聯(lián)電阻用于限制放電電流的大小，發(fā)光位于陰極表面，而且是與電壓波形一致的連續(xù)發(fā)光。DC型PDP在結(jié)構(gòu)中不能有介電體層的存在，這樣會導(dǎo)致無法累積電荷于介電層上，也就使其需要較高的啟動放電電壓；另一方面，為了降低啟動電壓，還需要設(shè)計有輔助陽極和輔助放電通道以協(xié)助啟動放電。由此看來，DC型PDP的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且其放電電極和熒光體還直接裸露在等離子管中，這也就容易在等離子體放電時受到離子碰撞導(dǎo)致?lián)p壞及劣化，縮短PDP的壽命，而且DC型PDP的電阻層要使面板中所有管內(nèi)的電阻值

達(dá)到一致，而當(dāng)電阻阻值差異過大時，會造成每個等離子管的啟動電壓不一致，這也使得此類PDP的良品率比較低。

AC-PDP，又分為對向放電型和表面放電型。AC型PDP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直通交作用，需用交變脈沖電壓驅(qū)動，無固定的陰極和陽極之分，發(fā)光位于兩電極表面，且為交替脈沖式發(fā)光。由于其電極上覆蓋有隔離層，故其壽命較DC型長。另外，AC型PDP的設(shè)計結(jié)構(gòu)相對比較簡單，再加上其壽命較DC型長，也使得現(xiàn)在的PDP產(chǎn)品多以AC型為主。表面放電型結(jié)構(gòu)有多種，典型的三電極表面放電型AC-PDP的顯示電極（包括透明電極和匯流電極）制作在前基板上，尋址電極制作在后基板上并與顯示電極正交，一對顯示電極與一條尋址電極的交叉區(qū)域就是一個放電單元，維持在兩組顯示電極間進(jìn)行放電。圖5-7給出了三種典型的放電結(jié)構(gòu)單元。圖5-7三種典型的放電結(jié)構(gòu)單元

PDP的非線性強(qiáng)，閾值特性好，選址可達(dá)2000行以上，耐環(huán)境性能好，壽命長，單色PDP已超過100000h，彩色PDP可達(dá)30000h，且具有制作工藝簡單，投資較小等特點(diǎn)。先說說等離子屏的優(yōu)點(diǎn)，最明顯的是其超大、超薄的屏幕，傳統(tǒng)電視的屏幕最大尺寸只能做到40英寸，而PDP屏幕可以做到80英寸以上，無論是掛墻或是坐地，都能給予居室更理想的視覺效果。以往顯像管電視的體積會隨著畫面尺寸的擴(kuò)大而增加，感覺既笨又鈍，根本不可能有掛墻的設(shè)計，這是因?yàn)殡娮由渚€偏向而不得不在電子槍和熒屏間留有一定的距離。而等離子顯示屏在加大畫面的情況下，機(jī)身的發(fā)展卻越來越薄，由最初的6英寸的厚度，縮減至現(xiàn)時只有3~4英寸厚。另外，PDP顯示屏的視角高達(dá)160°，觀賞范圍大大寬于顯示器。等離子屏的另一優(yōu)點(diǎn)是，畫面的聚焦感強(qiáng)，沒有色差以及低失真，與顯像管電視不同，顯像管是由電子束來掃描出整個畫面，所以中央部分畫質(zhì)通常會較好，而周邊

的位置便容易產(chǎn)生誤差，會有偏向、聚焦錯誤、畫面失真等現(xiàn)象。

等離子屏的又一優(yōu)點(diǎn)是它的綠色環(huán)保，PDP是通過等離子體放電，不是通過掃描形成圖像的，因此畫面無大面積閃爍，還無電磁輻射，人們長時間觀看不會受到傷害，

屬綠色環(huán)保產(chǎn)品。

PDP有優(yōu)點(diǎn)當(dāng)然會有缺陷，首先，PDP是氣體放電顯示面板，一塊PDP顯示面板是由數(shù)百萬個獨(dú)立的小氣室組成的，每一個小氣室即每個獨(dú)立像素都需要發(fā)光，相比LCD其耗電量是比較大的。其次，由于需要放電，電極之間的距離不能太近，因此像素不能做得太大，造成在中小屏幕尺寸上分辨率較低。只有在50英寸以上的大屏幕上比較容易實(shí)現(xiàn)高分辨率，屏幕尺寸不像CRT、LCD多樣化。而且在近距離觀看圖像時，可以看到像素顆粒。由于

PDP屏采用熒光粉自然發(fā)光，又以尋址方式的像素顯示圖像，長時間激發(fā)熒光粉容易老化。由于高溫放電，長時間在同一位置顯示同一圖像，很容易造成殘影，但過一段時間后會自動消失。再次，PDP的使用壽命也有一定的局限性，其老化是難以避免的，一般使用幾千個小時后，亮度就會明顯地降低。因此，如何解決好大面積圖形的微細(xì)化和制作工藝的優(yōu)化成為開發(fā)PDP的首要問題。5.2.2等離子體顯示屏的顯像原理

等離子顯示屏是由許多的CELL組成。為了能在圖像信號的控制下產(chǎn)生明暗變化的光點(diǎn)，最終形成圖像，組成等離子屏的小小“日光燈管”內(nèi)部就有三個電極：兩個外加電壓維持放電發(fā)光的電極，叫放電維持電極或X、Y電極，接較高的脈沖放電電壓；另一個是控制放電以便達(dá)到發(fā)光和熄滅的電極叫尋址電極或A電極，接收經(jīng)過處理的圖像信號，如圖5-8所示。圖5-8等離子顯示屏結(jié)構(gòu)圖

X電極：也叫維持電極，主要就是和Y電極共同形成維持期，波形簡單，是放電維持電極。

Y電極：也是維持電極，但還承擔(dān)著全屏性、建立壁電荷和X電極共同形成維持期等任務(wù)，波形較復(fù)雜。

尋址電極：本質(zhì)是一個數(shù)據(jù)輸入的電極，正是在它的作用下控制X、Y電極放電的產(chǎn)生，達(dá)到控制像素點(diǎn)發(fā)光亮度的目的，類似于CRT顯像管陰極的作用，所施加的就是經(jīng)過處理的圖像信號。對于簡單的兩電極結(jié)構(gòu)的等離子顯示屏，其發(fā)光的基本原理是：當(dāng)X、Y電極之間加上交變的維持電壓，而峰值不足以形成放電時，像素并不放電發(fā)光，但如在選址單元相對應(yīng)的一對電極間再疊加上一個書寫脈沖，幅值超過著火電壓，則該選址單元會因放電而呈現(xiàn)一個橙紅色亮點(diǎn)，放電時產(chǎn)生的正離子和電子向瞬時陰、陽極運(yùn)動，并積累于各自的介質(zhì)表面成為壁電荷。維持電壓轉(zhuǎn)至下半周期而反向。外加電場與上次壁電荷場變成通向疊加，這時不必再加書寫脈沖，就可以再次放電。因而，只要加一個書寫脈沖就可使該單元在加交變維持脈沖情況下不斷從熄火轉(zhuǎn)入放電。如果對已放電的單元加一個擦除脈沖，使其產(chǎn)生一次弱放電，抵消掉存有的壁電荷，則維持電壓反向后沒有足夠的壁電荷與之相加，放電就不能自動反復(fù)發(fā)生，放電單元進(jìn)入熄火狀態(tài)。為了降低放電時的點(diǎn)火電壓，根據(jù)PDP的工作原理，通常均采用圖5-8中的三電極結(jié)構(gòu)，下面以AC-PDP為例，具體說明其工作放電的過程。圖5-9給出了AC-PDP的三電極放電步驟圖，其基本步驟如下：

（a）在X電極加正脈沖之后，Y電極加擦除脈沖進(jìn)行全屏擦除，使X電極表面帶正壁電荷，為之后將出現(xiàn)的大脈沖作電壓增強(qiáng)準(zhǔn)備；

（b）X電極加書寫脈沖作全屏寫操作，使X對Y，X對A電極放電，全屏點(diǎn)亮；

（c）壁電荷調(diào)整，Y電極依次加一正一負(fù)兩個脈沖，該過程通常安排得稍長，以使調(diào)整后的壁電荷趨于穩(wěn)定；

（d）利用Y電極從0~180V緩慢變化的正脈沖，使氣體逐漸放電，擦除Y電極一部分正的壁電荷，并達(dá)到預(yù)定的電荷量；

（e）寫顯示數(shù)據(jù)，這時X電極加55V正脈沖，以抵消擦除過程中所剩的負(fù)壁電荷的作用，使其參與暗放電；對于被選擇而需作寫操作的Y電極加幅度為180V的負(fù)脈沖，未被選擇的Y電極則加-80V的電壓，而A電極此時只需加65V的電壓。此后進(jìn)入維持放電，X、Y電極交替加0~180V的維持脈沖，但第一個維持脈沖需加至Y電極。維持期結(jié)束時，則重新回到步驟（a）。

由上可見，在同一維護(hù)電壓下，每個單元既可以處于著火也可以處于熄火狀態(tài)，只要由邏輯電路對選址點(diǎn)加上書寫或擦除脈沖就可改變其狀態(tài)，不必像陰極射線管那樣以幀頻不斷予以刷新。圖5-9AC-PDP的三電極放電步驟圖(a)高壓放電后；(b)自放電后；(c)殘留壁電荷放大；(d)擦除后；(e)選址后；(f)第一個維持后放電單元已不能產(chǎn)生足夠的新的壁電荷，維持電壓倒向后沒有足夠的壁電荷電場與之相加，放電就不能繼續(xù)發(fā)生，轉(zhuǎn)入熄火狀態(tài)。所以，AC-PDP的像素在書寫脈沖和擦除脈沖的作用下分別進(jìn)入放電和熄火狀態(tài)以后，僅在維持脈沖的作用下就能保持原有的放電和熄火狀態(tài)，直到下次改寫的脈沖到來為止。圖5-10給出了AC-PDP的擦寫工作原理圖。圖5-10AC-PDP的擦寫工作原理圖

AC-PDP的電極呈空間正交，每一個交叉點(diǎn)就是一個像素，形成像素陣列。在任意兩條交叉電極上施加維持電壓時，由于其幅值低于著火電壓，故相應(yīng)交叉點(diǎn)并不發(fā)光。如在維持電壓Us間歇期加上書寫脈沖Uwr，使其幅度超過著火電壓，則該單元放電發(fā)光。放電時形成的正離子和電子在電場作用下分別向瞬時陰極和瞬時陽極移動，并被積累在介質(zhì)表面，形成電荷Qw。在外電路中壁電荷Qw形成壁電荷電壓Uw，其方向與

外加電壓相反，因此單元壁一旦形成壁電荷，則加在單元上的凈電壓低于著火電壓，使放電暫時停止。但當(dāng)外加電壓反向時，則同壁電壓相疊加，其峰值超過著火電壓，又產(chǎn)生一次放電發(fā)光，然后重復(fù)上述過程。這樣，單元一旦著火，就由維持電壓來維持脈沖放電，這就稱為單元的存儲性。如果要使已發(fā)光的單元停止發(fā)光，可在維持電壓前部的間歇期施加擦除脈沖Ue，產(chǎn)生一次微弱的放電，將壁電壓中和，單元就停止發(fā)光。由上可知，AC-PDP是斷續(xù)的脈沖發(fā)光，在維持電壓的每個周期內(nèi)產(chǎn)生兩次放電，兩次發(fā)光。維持信號的頻率一般在10kHz以上，故每秒可發(fā)光兩萬次以上，大大超過人眼的閃爍頻率（50Hz），因此，AC-PDP的脈沖發(fā)光并不使人感到閃爍。在顯示單元中加上高電壓使電流流過氣體，從而使其原子核的外層電子溢出。這些帶負(fù)電的粒子便會飛向電極，途中和其他電子碰撞便會提高其能級。電子恢復(fù)到正常的低能級時，多余的能量就會以光子的形式釋放出來。這些光子是否在可見光的范圍，要根據(jù)惰性氣體的混合物及其壓力而定，直接發(fā)光的顯示器通常發(fā)出的是紅色和橙色的可見光，只能做單色顯示器。現(xiàn)在的等離子屏都是彩色顯示屏，每一個像素單元是由三個類似于“日光燈管”的氣體放電體組成，在三個放電腔體內(nèi)表面分別涂敷紅、綠、藍(lán)熒光粉組成一個像素的三色體單元，如圖5-11所示。通常等離子體發(fā)出的紫外光是不可見光，但涂在顯示單元中的紅、綠、藍(lán)三種熒光粉受到紫外線轟擊時，會產(chǎn)生紅、綠、藍(lán)三種顏色。圖5-11彩色等離子體顯示單元5.2.3典型等離子體顯示器的物理結(jié)構(gòu)

彩色PDP一般為表面放電式AC-PDP，其結(jié)構(gòu)如圖5-12所示。從圖5-12中可以看出，PDP顯示屏由前后兩塊玻璃基板組成。圖5-12表面放電型彩色PDP顯示屏結(jié)構(gòu)示意圖前玻璃基板包括：①前玻璃，起保護(hù)和透光作用；②掃描電極和維持電極，用以形成水平掃描；③絕緣層，起絕緣作用。

后玻璃基板包括：①后玻璃，起保護(hù)作用；②尋址地址，即數(shù)據(jù)電極，選擇發(fā)光單元的地址；③反射層，增加正面的光亮度；④熒光粉，RGB三基色熒光粉依次相同，能吸收紫外光而發(fā)出R、G、B三基色光；⑤障壁，起分隔放電區(qū)和防止串光的作用。

PDP顯示屏在制作時，在前基板上制作維持和掃描電極，下面分別稱為X電極和Y電極，X和Y電極間隔著排列，由很薄的透明導(dǎo)電材料制作而成，作為放電電極，相鄰的X和Y電極構(gòu)成一行彩色像素。在透明電極上制作有金屬電極，稱為匯流電極（BUS電極），它彌補(bǔ)了透明電極電阻率大的缺點(diǎn)，又對透光率的影響很小；在像素之間，即每一對X和Y電極兩邊，與電極平行的方向制作有黑色介質(zhì)條，用于提高顯示對比度；在介質(zhì)和黑條上面，是透明介質(zhì)；最上層是用于降低工作電壓和對介質(zhì)進(jìn)行保護(hù)的氧化鎂（MgO）層。在介質(zhì)層制作MgO之類的保護(hù)膜，以防止離子碰撞介質(zhì)層而造成劣化。曾經(jīng)使用的保護(hù)膜還有SiO2、Al2O3

等金屬氧化物。結(jié)果證明MgO膜不僅有防止介質(zhì)劣化的效果，同時由于其功函數(shù)小，還具有點(diǎn)火電壓低的良好特性，使AC-PDP的壽命較長?？梢哉f制作MgO保護(hù)膜促進(jìn)了AC-PDP顯示器件

的實(shí)用化。

PDP顯示器件的基本材料是平板玻璃，在玻璃基板內(nèi)側(cè)面上配置了電極，電極材料使用銀漿的導(dǎo)電膠、金屬

Cr-Cu-Cr的三層導(dǎo)電膜或金屬Cu-Al合金導(dǎo)電膜等材料，采用絲網(wǎng)印刷或蒸鍍技術(shù)制作具有一定圖形的電極。覆蓋在電極上的介質(zhì)層是使用玻璃膠或SiO2等材料，并同樣采用絲網(wǎng)印制或蒸鍍技術(shù)來制作電介質(zhì)層。使用MgO等制作的氧化物表面保護(hù)膜也是采用絲網(wǎng)印制或蒸鍍技術(shù)來制作。這樣在玻璃基板上，形成覆蓋著三層薄膜的結(jié)構(gòu)，四周用玻璃粉進(jìn)行氣密封；在顯示器件背面設(shè)置排氣口；然后再進(jìn)行封氣，將氖氣（Ne）為主體、混入微量氬氣（Ar）或氙氣（Xe）的混合氣體在3.9~3.99kPa氣壓下封入器件內(nèi)；最后，再將入口進(jìn)行密封而制得AC-PDP顯示器件。在后基板上，最下層是尋址電極（以下稱為A電極，也叫做選址電極），尋址電極與前基板上的兩種電極呈空間正交，正交之處就構(gòu)成了一個個放電單元（子像素），每個像素包括相鄰的紅、綠、藍(lán)三個子像素。在尋址電極之上，首先制作的是白色介質(zhì)層，介質(zhì)上面，兩條電極之間制作的是用于防止單元之間光串?dāng)_和控制基板間隙的障壁。在障壁的底部和側(cè)面涂敷的是真空紫外光致發(fā)光熒光粉，相鄰的三個障壁槽內(nèi)分別涂敷有紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三基色熒光粉，形成一個彩

色像素。實(shí)際的PDP顯示屏是由許許多多的X、Y和A電極所形成的無數(shù)個像素構(gòu)成發(fā)光單元的。比如，一個分辨率為852×480的三電極表面放電式彩色PDP中，就存在852×3=

2556根尋址電極，480根X電極和480根Y電極，共存在852×3×480=1226880個由微小放電單元構(gòu)成的紅、綠、藍(lán)色子像素。彩色PDP顯示屏的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5-13所示，水平方向從左邊引出的是480根Y電極，從右邊引出的是480根X電極，垂直方向引出的是2556根A電極，由于A電極引出線密度很大，為了減少與電路板對接時的對位困難，將奇數(shù)A電極從屏的上邊引出，偶數(shù)A電極從屏的下邊引出，圖

5-13中，豎直的粗線條代表障壁，A電極和障壁制作在前玻璃基板的下面。圖5-13分辨率為852×480彩色PDP顯示屏的結(jié)構(gòu)示意圖以42英寸的852×480彩色點(diǎn)陣規(guī)模PDP顯示屏為例，制作過程首先在底層玻璃上形成預(yù)制的垂直間隔，然后在間隔內(nèi)敷設(shè)紅、綠、藍(lán)三色熒光粉條結(jié)構(gòu)，在顯示屏的垂直方向，每列彩條下面都有相應(yīng)的數(shù)據(jù)電極引出，實(shí)現(xiàn)每一列彩色像素在垂直方向的連接；在前面玻璃板上則根據(jù)480行的均布距離，在水平方向上間隔交錯地敷設(shè)維持電極和掃描電極，該兩種電極是由透明材料制成的，從而在水平方向把每一行像素在間隔的空間上面予以定位，并且非接觸性地實(shí)際連接在一起。另一種方法是預(yù)先制作按照點(diǎn)陣規(guī)模均布的，面積大小約為一平方毫米的能容納三個彩色像元的間隔，或預(yù)制成每個像元都獨(dú)立的間隔，然后噴涂紅、綠、藍(lán)三色熒光粉彩條，拼成約為一平方毫米的彩色像素，從而在整個顯示屏上形成大規(guī)模的彩色像素點(diǎn)陣。不管采用何種驅(qū)動方式，其結(jié)構(gòu)都是一個固定在硬質(zhì)鋁合金基板上的玻璃顯示屏。顯示屏的左右兩側(cè)分別引出480行維持電極和480行掃描電極，顯示屏的下面引出852×3列數(shù)據(jù)電極；如果是1024×768或1366×768的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，則除了左右引出線增至768行之外，顯示屏分為上下

兩半，上下都有1024×3或是1366×3列數(shù)據(jù)電極的引出線。當(dāng)前、后玻璃基板分別制作完成后，將它們疊合在一起，然后在前后玻璃基板四周用低熔點(diǎn)玻璃粉進(jìn)行氣密封接，通過后玻璃基板一角的排氣管排出基板間的氣體后，再充入惰性氣體構(gòu)成的潘寧氣體，這樣，一對X、Y電極和一個A電極正交處就構(gòu)成了一個放電顯示單元。假若每幀圖像由n行組成，每行有m個像素，則需要

n個掃描電極（Y電極）和n個X維持電極。Y電極和X電極均水平方向均勻排列，其中，n個Y電極分別引出，而n個X電極則連接在一起，以一個端子引出；垂直排列A尋址電極（數(shù)據(jù)電極）共有m組，每組含有R、G、B三基色，總共有3m個A尋址電極。這樣，正交布置的Y掃描電極，X維持電極和A尋址電

極形成了n×3m個小放電管陣列，需要由n+3m+1個端口信號來控制。以852×480顯示格式為例，它包括480個Y掃描電極（480個引出端）和480個X維持電極（1個引出端），以及與之垂直的852×3=2556個A尋址電極（2556個引出端），其中n=480，m=852，則需要480+3×852+1=3037個端口控制。由于一個像素單元由R、G、B構(gòu)成，852×480的顯示屏水平方向上共有852個像素，在垂直方向上，共有480行。這樣整個顯示屏共可顯示852×480=408960個像素，也就是說可顯示852×3×480=1226880個子像素。如果顯示格式是1024×768的PDP顯示屏，則Y掃描電極為768個（768個引出端），X維持電極為768個（1個引出端），A尋址電極為1024×3個（3072個引出端）。

如果顯示格式是1366×768的PDP顯示屏，則Y掃描電極為768個（768個引出端），X維持電極為768個（1個引出端），A尋址電極為1366×3個（4098個引出端）。

5.3等離子體顯示的驅(qū)動與控制

5.3.1等離子顯示的驅(qū)動原理概述

在驅(qū)動三電極表面放電彩色PDP時，通常將所有維持電極相連，由X維持驅(qū)動電路驅(qū)動；Y掃描電極掃描驅(qū)動電路和維持電路分別驅(qū)動，A選址電極與選址驅(qū)動器相連。在選址過程中Y電極和A電極之間進(jìn)行選址觸發(fā)放電，使將來要點(diǎn)亮的單元的X、Y電極表面帶上一定量的壁電荷。X、Y電極之間除了進(jìn)行維持顯示之外，還要對全屏所有單元進(jìn)行初始化或擦除多余電荷，目的是使選址過程中的各個單元的狀態(tài)一致，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的選址。

ADS（AddressandDisplaySeparation）工作方式即是

選址和顯示分離方式，是目前最常用的驅(qū)動方法之一。圖5-14所示為ADS工作方式下每一場內(nèi)加在顯示屏各電極上的具體的工作波形。

從圖5-14可以看出，ADS工作方式在每子場內(nèi)的工作主要分為三個階段，分別是初始化準(zhǔn)備期、尋址期及維持期。圖5-14彩色PDP的ADS方式驅(qū)動波形

1．準(zhǔn)備期

每子場的初始化階段又分為三個階段，首先是在X電極上施加一高電壓正脈沖，幅度遠(yuǎn)高于X、Y電極間的著火電壓，使顯示板上所有的單元不論內(nèi)部有無壁電荷均能產(chǎn)生一次強(qiáng)烈的放電，放電產(chǎn)生大量的壁電荷。通過放電，消除各單元間壁電荷的不均勻性。同時，產(chǎn)生的壁電壓大于氣體的著火電壓，使單元在正脈沖過去后產(chǎn)生自放電，消除單元內(nèi)的壁電荷。第二個階段是對在自放電過程中沒有消除的壁電荷進(jìn)行放大。自放電后，在X電極上積累的是電子，Y電極上積累的是正離子，為了對壁電荷數(shù)量進(jìn)行放大后消除，在自放電后，Y電極上施加一正脈沖，使有壁電荷的單元產(chǎn)生一次放電，已無壁電荷的單元將不再放電，從而不再產(chǎn)生新的壁電荷。然后，在Y電極上再施加一個負(fù)脈沖，使壁電壓極性轉(zhuǎn)向。第三個階段是消除第二個階段產(chǎn)生的壁電荷，以確保下一步選址時，單元內(nèi)的壁電荷對選址不造成影響。消除單元內(nèi)的壁電荷的方法是在所有的Y電極上施加一個幅度逐漸上升的斜坡脈沖。斜坡脈沖的作用是不論單元內(nèi)壁電壓的幅值是多少，一旦壁電壓的幅值與斜坡脈沖某一位置的幅值相加大于或等于氣體的著火電壓，單元就放電，放電后,使原壁電荷的數(shù)量減少，減少到一定程度后，放電熄火。隨著斜坡脈沖幅度的緩慢上升，一旦滿足放電條件，再發(fā)生一次弱放電，直至當(dāng)斜坡脈沖達(dá)到最大時為止。由上述分析可知，斜坡脈沖的施加，可以通過一系列的弱放電逐漸消除單元內(nèi)的壁電荷，最后達(dá)到斜坡脈沖的最大幅值與單元內(nèi)的殘留壁電壓之和小于著火電壓。

2．尋址期

尋址期采取每次一行的選址方式，掃描由Y電極進(jìn)行，掃描到某一Y行時，在該行Y電極上施加一負(fù)電壓脈沖，所有需要與選址單元對應(yīng)的A電極同時施加一正的選址脈沖，使選址單元放電，由于在選址階段X電極加一正電壓，所以選址單元放電產(chǎn)生的壁電荷可以積累在單元內(nèi)的X、Y電極表面的介質(zhì)上，產(chǎn)生壁電壓。消除單元內(nèi)的壁電荷，進(jìn)入尋址階段。選址是在A、Y電極間進(jìn)行的，并采用一次一行的尋址方式。當(dāng)選址到某一行時，選址單元對應(yīng)的A電極施加一正脈沖數(shù)據(jù)信號，該行對應(yīng)的Y電極施加一負(fù)脈沖，使電壓之和大于A、Y電極間的著火電壓，由于選址時X電極施加一正電平，選址放電在X、Y電極上的介質(zhì)表面形成壁電荷。某行選址時，其他行中施加的是不足以導(dǎo)致A、Y間放電的負(fù)電壓。

X電極加電壓UX；順序掃描Y電極，未掃描的Y電極加－Usc，而掃描到的Y電極加電壓－UY；與此同時，對與需要點(diǎn)亮的單元相對應(yīng)的A電極加尋址脈沖Ua，而不點(diǎn)亮的則加0V。在要點(diǎn)亮的單元中，首先是A和Y之間放電，由此引起X和Y電極之間的放電，從而在X和Y電極上積累了壁電荷，這些壁電荷足以保障后面維持期維持放電的進(jìn)行。圖5-14中尋址期Y電極脈沖斜線表示脈沖是順序加到各行的。

3．維持階段

尋址階段完成后，進(jìn)入維持階段，該階段是在X、Y電極間進(jìn)行的，維持的第一個脈沖必須與尋址單元內(nèi)的壁電壓的極性相同，且滿足維持電壓規(guī)定的條件，以確保所加維持脈沖的幅度和壁電壓之和大于X、Y電極間的著火電壓，產(chǎn)生用于顯示的放電。一子場結(jié)束后，進(jìn)入下一子場，直至一場結(jié)束，進(jìn)入下一場，重復(fù)上述過程，實(shí)現(xiàn)灰度顯示。隨著放電的進(jìn)行，單元內(nèi)的壁電荷由逐漸減少直到無壁電壓，最后過渡到方向積累，到放電結(jié)束時，壁電壓的極性與放電之前極性相反。下一個極性相反的脈沖到來時與上一脈沖剛好極性相反，因此，第二個脈沖到來后，剛好與上一次放電產(chǎn)生的壁電壓極性相同，相加大于著火電壓，再一次放電。所以在維持階段，X、Y電極上施加的必須是雙極性脈沖。維持電極在每個副場時間里都點(diǎn)亮顯示屏一次，即每場圖像需要點(diǎn)亮顯示屏八次，與顯像管每秒鐘刷新60場圖像(隔行掃描)的速度相比，等離子顯示屏需要每秒鐘點(diǎn)亮480次，才能完成60場圖像(逐行掃描)的刷新，這就是等離子顯示屏驅(qū)動電路工作原理。在這種控制模式下，所需要注意的是高壓電源的快速開關(guān)，以及圖像數(shù)據(jù)的高速傳送。等離子顯示屏設(shè)計成有8個不同發(fā)光時間組成的副場來形成一個圖像場，其根本原因在于等離子發(fā)光只能有亮和暗兩種狀態(tài)，每個像元的發(fā)光強(qiáng)度是很難實(shí)現(xiàn)像顯像管那樣以電壓調(diào)制的，只能以單位時間內(nèi)發(fā)光時間所占的比例來實(shí)現(xiàn)亮度的線性控制，以發(fā)光時間的相對長度積累來得到亮度。等離子顯示屏的8個副場原理直接來自二進(jìn)制數(shù)字。在一組8位二進(jìn)制數(shù)字里，每位都有1或0兩種狀態(tài)，各種組合正好有256種，因而就能表達(dá)256個十進(jìn)制數(shù)，每位數(shù)字輪流為1時，就可得到一個有趣的排列：00000001、00000010、00000100、00001000、00010000、00100000、01000000、10000000一共8個數(shù)字正好相當(dāng)于十進(jìn)制的1、2、4、8、16、32、64、128。當(dāng)以1為亮，以0為暗時，就能得到8種基本亮度，當(dāng)其他幾個位數(shù)上也出現(xiàn)1時，就能得到上述數(shù)字相加的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)l～256之間所有的不同數(shù)字所對應(yīng)的亮度變化。把屏幕點(diǎn)亮?xí)r間分為256個基本單位時間，屏幕點(diǎn)亮1個單位時間，得到亮度為1，點(diǎn)亮2個單位時間，得到亮度為2，以此類推，如果點(diǎn)亮256個單位時間，就能得到亮度

為256。這樣就能把8個副場的發(fā)光時間與亮度的控制直接聯(lián)系起來：以8位二進(jìn)制不同位數(shù)取1時對應(yīng)的不同基本量作為

8個副場的發(fā)光時間，就能直接表現(xiàn)8位二進(jìn)制數(shù)字所代表的256級亮度。模擬圖像信號由模／數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成8位數(shù)字信號流以后，可以很方便地和這種8個副場的掃描方式配合起來：以亮度信號為例，以l為亮，以0為暗時，當(dāng)8位數(shù)字中只有最低位為1即00000001時，亮度最低為1；次低位為1時即00000010時，亮度為2，而只有最高位為1即10000000時，亮度為128級，其余類推。而8個副場中，第1副場發(fā)光時間最短，正好與最低位數(shù)據(jù)相符，第二副場發(fā)光時間為2，正好與次低位數(shù)據(jù)相符，第8副場發(fā)光時間最長，正好與最高位數(shù)據(jù)相配，因此以8位數(shù)字圖像信號和8個副場掃描系統(tǒng)相配合，就能發(fā)揮等離子顯示屏的特點(diǎn)，以簡單直接的方式實(shí)現(xiàn)每個像元的灰度顯示，從而完成圖像的再現(xiàn)。從圖5-15中的8個副場中黑色驅(qū)動的成比例寬度變化能夠看到二進(jìn)制位數(shù)與副場點(diǎn)亮?xí)r間的關(guān)系，圖5-15中以黑色表示，是因?yàn)榘咨y以有清楚的圖示表達(dá)。圖5-15ADS實(shí)現(xiàn)256級灰度的子場分配方法具體的電路工作過程為：在第一副場寫入期間，數(shù)據(jù)傳送鏈指向場圖像數(shù)據(jù)儲存器里最低位的數(shù)據(jù)口，逐行提取每行圖像，然后逐行寫入顯示屏所有像元，在全顯示屏應(yīng)該點(diǎn)亮的像元位置留下高電平以后，公共維持電極引入高壓使全顯示屏進(jìn)行第一副場放電發(fā)光，時間為一個場周期的256分之一，即40μs(不包括寫入時間)。然后進(jìn)入第二副場寫入期，數(shù)據(jù)傳送鏈逐行讀出儲

存器中的次低位數(shù)據(jù)，逐行寫入顯示屏所有像元位置以后，顯示屏進(jìn)行第二副場的放電發(fā)光，時間為80μs；依次類推，直至最高位的數(shù)據(jù)寫入顯示屏，完成第8副場的5120μs放電發(fā)光時間，就完成了一個整場圖像的顯示屏

刷新。

PDP單元的狀態(tài)只有兩種，要么“點(diǎn)亮”要么“熄火”，PDP要實(shí)現(xiàn)灰度顯示時就需要采用特殊的方法——子場驅(qū)動法。子場驅(qū)動法就是把一個電視場分為若干個子場，每一子場維持時間不同，產(chǎn)生不同強(qiáng)度的輻射，不同子場的組合產(chǎn)生不同輻射強(qiáng)度的積分效應(yīng)，使人眼視網(wǎng)膜感受到輻射不同的強(qiáng)度。這樣每場的某一單元的亮度是由各子場維持顯示時間的組合確定的。各子場內(nèi)的維持時間有一定的關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)256級灰度為例，各子場維持時間之比采用二進(jìn)制方式，如1∶2∶4∶8∶16∶32∶64∶128，只需8個子場分割就可以實(shí)現(xiàn)一個視場的256級灰度顯示。這樣，一個彩色像素內(nèi)R、G、B三基色放電單元中的每一單元的基色都可產(chǎn)生256級不同的亮度。因此，一個彩色像素共可表現(xiàn)出256種顏色，約為1677萬種不同色彩。

ADS方式子場法實(shí)現(xiàn)彩色PDP的灰度的驅(qū)動方式如圖5-15所示。以640×480彩色像素的彩色PDP實(shí)現(xiàn)256級灰度為例，一個電視場在16.7ms時間內(nèi)分為8個子場，每一子場先進(jìn)行逐行掃描選址，每行的掃描時間約為3μs，在此時間內(nèi)，根據(jù)圖像數(shù)據(jù)由A、Y電極對該行單元進(jìn)行選址。全屏所有的行均選址完畢后，同時進(jìn)行維持放電。一子場維持結(jié)束后進(jìn)入下一子場，重復(fù)上述過程，直至該場結(jié)束。等離子顯示屏的掃描方式是每秒刷新60場(幅)。所謂的逐行掃描指的并不是發(fā)光方式，而是數(shù)據(jù)寫入方式。每場圖像的最大點(diǎn)亮?xí)r間(包括清除和寫入時間)為16.67ms，即16670μs，把每場分為8個副場，每個副場的點(diǎn)亮?xí)r間按二進(jìn)制數(shù)率倍增(即1、2、4、8、16、32、64、128)，就能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)亮?xí)r間的256級精確控制。電視標(biāo)準(zhǔn)中都以灰度來表達(dá)亮度等級，即亮度最高時為最低的灰度1，相反如果每個副場都不發(fā)光，亮度為1，灰度則為256；依此類推，就可以明白等離子顯示屏的數(shù)字化控制灰度的工作原理。像元的發(fā)光是由維持電極上的高壓點(diǎn)亮進(jìn)行的，控制維持電極的電壓開關(guān)狀態(tài)，就能直接控制8個副場的時間。因?yàn)?個副場的發(fā)光時間是全顯示屏同時進(jìn)行的，所以全顯示屏的所有480根維持電極由顯示屏左面引出以后就全部連接在一起，由X主板同時推動。X主板的作用其實(shí)和顯像管的加速極相似，都是以控制顯示屏亮度為主要用途的。5.3.2等離子體顯示器的電路組成

如圖5-16所示，等離子體顯示器主要由接口電路、存儲與控制電路、驅(qū)動電路、DC/DC變換電路和顯示屏等

組成。圖5-16等離子體顯示器的電路框圖

DC/DC轉(zhuǎn)換電路系直流/直流變換，提供整個PDP電路工作的各種直流電壓，為了避免發(fā)生異常情況，這部分電路采取了保護(hù)措施，一旦發(fā)生異常，就會自動將所有的輸出電壓切斷。存儲控制電路作為接口電路與驅(qū)動電路的銜接，將從接口電路接收到的數(shù)據(jù)整理成符合PDP顯示要求的數(shù)據(jù)流傳送給數(shù)據(jù)電極（A電極），而且產(chǎn)生控制三電極放電的控制信號，它是整個電路的控制中心。

1．接口電路

在數(shù)字化過程中，還要使采樣時鐘與行同步信號同步，以使圖像的每行采樣點(diǎn)的采樣時刻相一致，避免在PDP上顯示的圖像扭動。它的接口電路功能如圖5-17所示。圖5-17接口電路圖從圖5-17看出，接口電路主要包含：中央控制器、VGA信號預(yù)處理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、視頻信號數(shù)字解碼等功能塊。計算機(jī)、顯示卡采集的視頻信號包括模擬的圖像信號（紅、綠、藍(lán)）和行、場同步信號。接口電路中的中央控制器，首先，根據(jù)行場同步信號的頻率和極性判斷圖像的分辨率和刷新頻率等信息，控制鎖相時鐘恢復(fù)電路，恢復(fù)出時鐘信號，并將該時鐘信號作為A/D轉(zhuǎn)換的采樣時鐘。對于電視圖像信號，先由高頻接收電路將電視信號進(jìn)行解碼，解碼后的信號可以變成R、G、B三基色信號，共用上述三路A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行數(shù)字化，也可以使用獨(dú)立的復(fù)合數(shù)字解碼芯片直接輸出數(shù)字化的R、G、B圖像信號。解碼電路同時產(chǎn)生行、場同步信號，消隱信號和時鐘信號。由于計算機(jī)、電視等信號有許多種分辨率和刷新頻率，而PDP顯示的是固定分辨率的畫面；加上由于驅(qū)動技術(shù)的復(fù)雜性，也希望圖像的刷新頻率是固定不變的。因此，經(jīng)過數(shù)字化的數(shù)字圖像信號還不能直接供給PDP使用。圖像縮放（ZOOM）技術(shù)和幀緩存技術(shù)是解決上面兩個問題的一個好辦法。圖像縮放技術(shù)利用行內(nèi)插和場內(nèi)插的方法，將不同分辨率的圖像平滑地變化到PDP的物理分辨率上。對于分辨率比PDP的物理分辨率小的圖像，可以有兩種處理方法，一是在圖像的周邊插入空白圖像，使畫面只顯示在PDP的中央；二是將圖像平滑放大，利用ZOOM技術(shù)，先利用場內(nèi)插，每隔幾行像素插入一行像素。插入的一行像素與相鄰幾行像素的顏色有關(guān)，然后再利用行內(nèi)插，每隔幾個點(diǎn)插入一個點(diǎn)，插入的一個點(diǎn)的顏色與一行中相鄰的幾個點(diǎn)的顏色有關(guān)，經(jīng)過插值運(yùn)算，將圖像平滑地放大充滿整個顯示屏。而對圖像分辨率比PDP的物理分辨率大的圖像，最簡單的方法是將圖像質(zhì)量缺損。因此，對于這種圖像，可以采取更加復(fù)雜的算法將圖像的分辨率平滑地降下來。刷新頻率變換一般可以和圖像縮放同時進(jìn)行，利用兩個幀圖像緩沖存儲器，將A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字圖像寫入一個幀緩存，同時以固定的速度從另一個幀緩存讀取數(shù)據(jù)，控制數(shù)據(jù)讀取的速度，就實(shí)現(xiàn)了刷新頻率的變換。但是，應(yīng)該注意，由于數(shù)據(jù)寫入和讀出的速度不同，必須保證不發(fā)生讀、寫追尾。

2．存儲控制電路

存儲控制電路是PDP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的核心，它將接口部分送來的數(shù)字圖像信號進(jìn)行必要的處理。圖5-18中，存儲控制電路由兩部分組成，虛線框內(nèi)為數(shù)據(jù)整理部分，它主要完成對輸入數(shù)據(jù)的整理、合并工作。它向PDP的驅(qū)動器提供其所需的顯示數(shù)據(jù)信號。首先從接口電路中采入數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)的同時需根據(jù)場同步、行同步、消隱信號等采入有效數(shù)據(jù)信號。圖5-18存儲控制電路圖然后經(jīng)過緩存，按照8421碼分離子場，寫入場存儲器RAM。數(shù)據(jù)寫入RAM時，合理分配地址，并產(chǎn)生RAM所需的控制信號。數(shù)據(jù)從RAM讀出時，要分子場讀，并且讀出的數(shù)據(jù)需符合A電極高壓驅(qū)動芯片傳送格式的數(shù)據(jù)形式，通過FIFO傳送給驅(qū)動芯片，使數(shù)據(jù)正確地加到尋址電極上。存儲控制電路的另一部分為控制波形發(fā)生電路。PDP的驅(qū)動器是一種高壓輸出集成電路，要想驅(qū)動器輸出高電壓驅(qū)動波形，使各個電極正常且協(xié)調(diào)工作，就必須向它提供TTL電平的控制信號，驅(qū)動器控制序列發(fā)生器就是用來產(chǎn)生PDP驅(qū)動器所需要的各種控制信號的，包括驅(qū)動定時信號、掃描信號等。上面提到過，存儲控制部件完成的主要功能有：將接口部分傳來的數(shù)據(jù)根據(jù)等離子顯示屏的結(jié)構(gòu)及顯示子場的要求對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合。我們以AC-PDP為例，重點(diǎn)考慮其兩個主要特點(diǎn)：①顯示屏上電極的特殊排列方式;②AC-PDP所采用的尋址/顯示分離型子場技術(shù)（ADS）。子場技術(shù)在AC-PDP中起著關(guān)鍵作用，人眼對它的亮度感覺不僅僅取決于其發(fā)光強(qiáng)度，還與該發(fā)光體點(diǎn)亮的時間有關(guān)。在一定時間范圍內(nèi)，人眼對它的亮度感覺呈現(xiàn)出一種類似于積分的效果。因而，要區(qū)分亮度，不僅僅可以采用調(diào)節(jié)振幅的方式，還可以根據(jù)人眼的以上特征，使用脈沖寬度和脈沖個數(shù)來區(qū)分亮度，即在一定的時間間隔內(nèi)，脈沖寬度越大或脈沖個數(shù)越多，人眼的亮度感覺越強(qiáng)。對于AC-PDP來說，由于其顯示單元固有的存儲性，利用脈沖個數(shù)即可以達(dá)到區(qū)分亮度的目標(biāo)。例如，按照子場法，對某一個像素P來說，設(shè)它的亮度為I，該亮度轉(zhuǎn)化為電壓U，電壓U通過A/D變化后的量化值為u，在一般的情形下，都采用8位量化器。這樣量化后的值是一個字節(jié)，該字節(jié)的每一比特從高到低分別記作u8，u7，u6，u5，u4，u3，u2，u1。按照子場法，通過下面的公式可以計算出這個像素在一場中的顯示時間為t={u1×20+u2×21+…+u8×27}×T

={ui×2i－1}T其中，T為單元顯示時間，一個像素在一場中的顯示時間可以由其在每一個子場中的顯示時間求和而得。例如，如果量化電平值為00000001，該像素的點(diǎn)亮?xí)r間就等于T；如果量化電平值為10000001，它的點(diǎn)亮?xí)r間就等于128T+T，按照這個公式，量化值u越大，子場加權(quán)時間值t就越大。如上所述，人眼對圖像亮度的感覺不僅僅取決于其本身的亮度，在一定程度上，它還與圖像顯示的時間長度有關(guān)。在一個較短的時間間隔內(nèi)（人眼的視覺惰性范圍內(nèi)），顯示時間長度t的值越大，給人的感覺就越亮。根據(jù)這個原理，可以通過子場加權(quán)技術(shù)將圖像的亮度差別區(qū)分開來?？紤]到人眼對亮度感覺的復(fù)雜性以及顯示器件的非線性，不一定要采用8421碼的權(quán)值，還可以根據(jù)被顯示圖像的特點(diǎn)，采用其他種類劃分子場的函數(shù)關(guān)系。

PDP有三個獨(dú)立的電極，分別為X電極、Y電極和A電極。其中X電極和Y電極用于顯示，A電極用于尋址。它通過使用一對電極去維護(hù)顯示時的放電，同時由于尋址電極的作用，又可以降低驅(qū)動電壓，減少了介電層中的電場，因而延長了顯示器的使用壽命。通常對于被顯示的一幀圖像，在PDP中要分為8個子

場來顯示。首先顯示的是全屏圖像數(shù)據(jù)的第1bit（第1子場），然后依次是第2bit，直到第8bit（第8子場），8個子場的圖像合成起來才成為一幀圖像。由于等離子體顯示器是根據(jù)子場的時間加權(quán)來表示亮度層次的，控制部件必須將一字節(jié)的數(shù)據(jù)分成8個bit的子場數(shù)據(jù)，然后將子場數(shù)據(jù)組合成一定的字長數(shù)據(jù)，以滿足RAM存儲的需要。存儲控制電路處于PDP電路的中間部分，相當(dāng)于整個電路的中央控制部分，它協(xié)調(diào)這電路中各個部分的工作，一方面該電路要接收接口電路傳過來的數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成合適的形式，另一方面它要向驅(qū)動電路傳送顯示數(shù)據(jù)并且提供驅(qū)動器所需的控制信號。（1）RAM速度的限制，考慮到價格等方面的因素，選用的是動態(tài)RAM（DRAM）。DRAM的存取時間較靜態(tài)RAM（SRAM）的長，一般都在幾十納秒以上。當(dāng)采用較典型的80ns存取時間的指標(biāo)來設(shè)計電路時，由于輸入數(shù)據(jù)的頻率較快，達(dá)25.175MHz，即約每隔40ns就到達(dá)一組數(shù)據(jù)，這樣就產(chǎn)生了高速的數(shù)據(jù)輸入和低速的數(shù)據(jù)輸出的矛盾。電路中要能提供較多數(shù)量的觸發(fā)器。就整個電路來說，光是緩存部分就需要觸發(fā)器3000個以上。（2）要盡量提高PDP的亮度。PDP的亮度決定于維持期的長度，只能減少尋址時間，也就是要在盡量短的時間內(nèi)把一場或一個子場的數(shù)據(jù)讀出來?，F(xiàn)在，RAM的存取時間是一定的，要增加獨(dú)處的數(shù)據(jù)量，只能采取一次對若干片RAM同時讀的方式。上面的這個要求反映在電路上就是要有大量的輸入輸出引腳，以數(shù)據(jù)輸出電路來說，光數(shù)據(jù)I/O引腳就達(dá)124個（64個為輸入引腳，60個為輸出引腳）。（3）驅(qū)動器電路的速度限制。這些驅(qū)動芯片是四通道串行到并行推挽式驅(qū)動器，每一個通道的數(shù)據(jù)輸入速率只有10MHz，這是整個電路在速度上的瓶頸。在考慮電路方案時，不能不受到這一速度瓶頸的限制。存儲控制電路接收來自接口電路的數(shù)字圖像信號及同步信號和時鐘信號，產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動波形，該顯示屏尋址電極共852×3=2556根，其中奇數(shù)尋址電極從屏的上邊引出，偶數(shù)電極從屏的下邊引出，在驅(qū)動方式上，采用分子場寫尋址的ADS方式。在灰度等級上，采用每種基色256級灰度，可顯示24位真彩色。因此，必須對輸入圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行按bit位歸類存

取，才能在一場時間內(nèi)完成8個子場尋址，采用了兩幀存儲器交替讀寫，每幀存儲器容量為10Mb，再將顯示數(shù)據(jù)按照所選用的A電極驅(qū)動輸入數(shù)據(jù)格式要求進(jìn)行變化，滿足其輸入要求?？刂齐娐芬彩球?qū)動電路的邏輯控制信號產(chǎn)生電路，它和高壓驅(qū)動電路相結(jié)合產(chǎn)生高壓驅(qū)動波形，以驅(qū)動顯示屏正確地顯示圖像。驅(qū)動控制電路產(chǎn)生一定時序的驅(qū)動波形，為X、Y和A電極驅(qū)動器提供所需要的控制信號。在設(shè)計驅(qū)動方式時，每場圖像分為8個子場，每個子場的準(zhǔn)備期和尋址期的波形都是相同的，而維持期只是維持脈沖個數(shù)不同。對一個子場的輸出波形進(jìn)行分析，可以總結(jié)出驅(qū)動波形的特點(diǎn)如下：準(zhǔn)備期利用X電極和Y電極的擦寫脈沖對全屏進(jìn)行初始化；順序?qū)ぶ菲趯?80根Y電極順序掃描，其余電極的電壓保持恒定；維持期時X電極、Y電極交替輸出維持脈沖，而A電極電壓保持恒定。因此，可以按照上述規(guī)律來設(shè)計驅(qū)動控制信號的邏輯。

3．高壓驅(qū)動電路

高壓驅(qū)動電路在控制電路送來的TTL電平的驅(qū)動信號的控制下，產(chǎn)生PDP的準(zhǔn)備期、尋址期和維持發(fā)光期所需要的各種高壓脈沖，使PDP根據(jù)輸入的顯示數(shù)據(jù)來顯示圖像。

驅(qū)動電路是彩色PDP電路中最重要的電路，驅(qū)動電路的構(gòu)成方式又決定了驅(qū)動控制的原理及控制波形，驅(qū)動電路的好壞直接影響了顯示器的顯示性能。彩色PDP的驅(qū)動電路包括尋址電極（又稱為A電極或選址電極）驅(qū)動電路，維持電極（又稱為X電極）驅(qū)動電路和掃描電極（又稱為Y電極）驅(qū)動電路。其中，Y電極驅(qū)動電路和A電極驅(qū)動電路中除了用到分立的功率器件外，還用到了高壓集成驅(qū)動電路。尋址電極驅(qū)動電路的主要功能是接收顯示數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)的驅(qū)動，即用一列的顯示數(shù)據(jù)驅(qū)動尋址電極實(shí)現(xiàn)對一列顯示單元的尋址操作，并在尋址時根據(jù)顯示數(shù)據(jù)為尋址電極提供相應(yīng)的高壓尋址脈沖。掃描電極驅(qū)動電路主要功能是在掃描時序控制信號作用下，實(shí)現(xiàn)順序掃描各顯示行，完成和尋址電極驅(qū)動器的配合，在尋址期對各行進(jìn)行尋址操作，即進(jìn)行單元的選擇放電，積累或保留單元中的壁電荷，另外，還要完成維持放電操作。高壓集成驅(qū)動電路的主要功能是給尋址電極驅(qū)動電路和掃描電極驅(qū)動電路提供適當(dāng)幅值的高壓電源，另外，還要產(chǎn)生X電極高壓驅(qū)動脈沖，完成對維持放電的驅(qū)動和準(zhǔn)備期及尋址期X電極的操作。等離子顯示屏的驅(qū)動方式是很獨(dú)特的，每個像元(每個像素由紅、綠、藍(lán)三個像元組成)都由三根電極決定其二維位置，掃描電極和數(shù)據(jù)電極輪流給每一行的每個像元寫入由圖像內(nèi)容決定的開或關(guān)的高低電位以后，維持電極給整個顯示屏輸入高壓，點(diǎn)亮帶有高電位的像元，即由高壓放電點(diǎn)亮每個像元上部空間里的氣體，氣體點(diǎn)亮后產(chǎn)生的紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光，大量發(fā)光的像素拼成顯示屏。如果控制每個像元在單位時間內(nèi)的發(fā)光時間長短，就能用數(shù)字技術(shù)很精確地把單位發(fā)光時間分割為256級，實(shí)現(xiàn)256級不同的亮度，稱為256級灰度，3個顏色的256級灰度變化就能形成16777216種不同的顏色組(256×256×256=

16777216)。因此等離子顯示屏也是一種比較理想的高清晰度顯示設(shè)備，具有高亮度、高飽和度的彩色顯示能力，幾何失真幾乎為零，沒有會聚失真。

1）尋址電極

如圖5-19中所示，左邊虛線框內(nèi)的電路是尋址驅(qū)動的供電電路，為尋址電極的所有驅(qū)動電路所公用，右邊虛線框內(nèi)的電路是尋址驅(qū)動電路的一個高壓輸出端。尋址電極工作時需要的電壓有Ua和Uaw兩種。圖5-19尋址驅(qū)動電路示意圖電路工作時，電容C1兩端的電壓為穩(wěn)壓管VD2的擊穿電壓Ud，在尋址期，接通開關(guān)S2，斷開開關(guān)S1，則左邊虛線框電路的輸出電壓為Ua；在非尋址期，斷開S2，接通開關(guān)S1，該電路的輸出為Uaw=Ua+Ud。在驅(qū)動電路中，接通開關(guān)S3，斷開S4，則在A電極上所加的電壓為Ua或Uaw；接通開關(guān)S4，斷開S3，則A電極所加的電壓為0V。圖5-19中的開關(guān)實(shí)際上為MOSFET，使用MOSFET是因?yàn)樗哂辛己玫拈_關(guān)特性，導(dǎo)通電阻小，輸出功率大，對應(yīng)的電路示意圖如圖5-20所示。圖5-20MOSFET構(gòu)成的尋址電極電路圖尋址驅(qū)動電路的控制信號如圖5-21所示。其中，S1、S2、S4電平為高表示對應(yīng)的開關(guān)導(dǎo)通，電平為低則表示開關(guān)截止，S3反之；PC和BLK是尋址驅(qū)動電路的控制信號，它們可以控制驅(qū)動電路的輸出為全高、全低或者按照鎖存數(shù)據(jù)輸出。

2）X電極

由于PDP為容性負(fù)載，當(dāng)給其加高壓脈沖Us時，會在屏電容Cp上存儲CU2p/2的能量。能量恢復(fù)電路就是將PDP的屏電容的充放電通過一個輔助電感來進(jìn)行，用一個輔助電容(如圖5-22中的C11)來不斷地回收和釋放部分能量，而不是簡單地通過大功率開關(guān)管的導(dǎo)通電阻來進(jìn)行損耗性放電。圖5-22X電極驅(qū)動電路示意圖在X電極驅(qū)動電路中，若開關(guān)S11關(guān)斷，S12接通，則

二極管VD11的負(fù)極的電壓為Us，此時若關(guān)斷S12，接通S11，則二極管VD11負(fù)極的電壓Uxw=2Us。接通S11和S13，而關(guān)斷其他開關(guān)，X電極所加電壓就為Uxw。在尋址期，接通開關(guān)S17，其他開關(guān)關(guān)斷，使X電極的電壓為Ua；接通開關(guān)S14，而其他開關(guān)關(guān)斷，使X電極電壓回零。在維持期，要對X電極施加維持脈沖Us。首先，在開關(guān)S13、S14處在關(guān)斷狀態(tài)時，X電極電壓為0V；維持期開始，先接通開關(guān)S15以形成維持脈沖，此時，存儲在電容C11內(nèi)的電荷經(jīng)過S15、VD15和L11給X電極充電，當(dāng)X電極電壓快達(dá)到Us時，接通開關(guān)S13，使X電極電壓達(dá)到維持電壓Us。開始放電，放電單元內(nèi)壁電荷極性反轉(zhuǎn)，然后依次關(guān)斷開關(guān)S15和S13；維持脈沖要回零時，先接通開關(guān)S16，使存儲在X電極上的電荷通過L11、VD16和S16回收到C11中，當(dāng)X電極電壓將降到0V時，接通開關(guān)S14，使X電極電壓回到

0V，然后依次關(guān)斷開關(guān)S16和S14。圖5-22中的開關(guān)S11~S17代表7個開關(guān)管，實(shí)際上由MOSFET構(gòu)成。圖5-23是X電極驅(qū)動電路開關(guān)管的控制

信號波形圖，高電平代表開關(guān)導(dǎo)通，低電平代表開關(guān)斷開。圖5-23X電極驅(qū)動電路控制波形

3)Y電極

Y電極驅(qū)動電路也采用驅(qū)動集成電路完成，此電路主要完成掃描操作和維持脈沖的施加工作，驅(qū)動一個Y電極的驅(qū)動電路如圖5-24所示。圖5-24Y電極驅(qū)動電路示意圖

Y-COMM電路為Y電極的所有驅(qū)動集成電路公用，由于掃描電極驅(qū)動電路既有分立元件電路又有高壓電路，特別是高壓電路工作在“浮地”狀態(tài)。Y電極的驅(qū)動電路原理簡圖如5-25所示。圖5-25Y電極驅(qū)動電路簡圖在準(zhǔn)備期，接通開關(guān)管Vy4，使其導(dǎo)通，電壓－Uy經(jīng)過Vy4、Vy2加到所有Y電極。開關(guān)管Vy3導(dǎo)通，則電源Us經(jīng)過電阻R1、二極管VDy2，并通過所有驅(qū)動電路的輸出端給屏電容Cp充電，在Y電極上得到緩慢上升的指數(shù)型脈沖，脈沖上升的速度取決于電阻Ry1和屏電容Cp的大小。在尋址期，MOS管Vy4導(dǎo)通，其他開關(guān)管斷開，這樣，使“浮地”（FG）的電壓為－Uy。此時，由掃描數(shù)據(jù)

控制驅(qū)動電路中的Vy1和Vy2（即Sy1和Sy2）的通與斷。若Vy1導(dǎo)通，Vy2斷開，表示電路輸出高電平，則未掃描的Y電極的電壓為（Uy（IC）－Uy

）；若Vy1斷開，Vy2導(dǎo)通，則表示掃描到該Y電極，電壓為－Uy。在準(zhǔn)備期以及尋址期結(jié)束時，讓Y電極的電壓由－Uy回到零電位，是通過接通開關(guān)管Ty5導(dǎo)通，斷開其他開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的。此