光電子技術學課件之十八：

——等離子體顯示

制作者：贛南師范學院物理與電子信息學院：王形華1光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第1頁!§6.3等離子體顯示

一、什么是等離子體?所謂等離子體就是被激發電離氣體，達到一定的電離度，氣體處于導電狀態，這種狀態的電離氣體就表現出集體行為，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出電中性，也就是電離氣體內正負電荷數相等，稱這種氣體狀態為等離子體態。由于它的獨特行為與固態、液態、氣態都截然不同，故稱之為物質第四態。

2光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第2頁!固體

冰液體

水氣體

水汽等離子體

電離氣體溫度00C1000C100000C3光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第3頁!看似“神秘”的等離子體，其實是宇宙中一種常見的物質，在太陽、恒星、閃電中都存在等離子體，它占了整個宇宙的99％。等離子體可分為兩種：高溫和低溫等離子體。

等離子體是一種很好的導電體，可以利用電場和磁場產生來控制等離子體。等離子體物理的發展為材料、能源、信息、環境空間科學的進一步發展提新的技術和工藝。

4光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第4頁!二、

等離子顯示的原理

等離子體顯示器(PlasmaDisplayPanel)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，它在顯示平面上安裝數以十萬計的等離子管作為發光體（象素）。每個發光管有兩個玻璃電極、內部充滿氦、氖等惰性氣體，其中一個玻璃電極上涂有三原色熒光粉。當兩個電極間加上高電壓時，引發惰性氣體放電，產生等離子體。等離子產生的紫外線激發涂有熒光粉的電極而發出不同分量的由三原色混合的可見光。每個等離子體發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光管形成的“光點”匯集而成的。等離子體技術同其它顯示方式相比存在明顯的差別，在結構和組成方面領先一步。5光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第5頁!1、交流等離子顯示板（ACPDP，1966，美國）放電氣體與電極由透明介質層相隔離，隔離層為串聯電容作限流之用，放電因受該電容的隔直通交作用，需用交變脈沖電壓驅動，為此無固定的陰極和陽極之分，發光位于兩電極表面，且為交替呈脈沖式發光。ACPDP因其光電和環境性能優異，是PDP技術的主流。

PDP的分類：6光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第6頁!3、SMPDP以金屬蔭罩代替傳統的絕緣介質障壁。具有制作工藝簡單，易于實現大批量生產；放電電壓低，亮度高，響應頻率快的優點。7光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第7頁!（6）PDP有合適的阻抗特性。（7）響應快。PDP響應時間為數毫秒，使顯示電視圖像時更新像素信號不成問題。（8）剛性結構，耐振動，機械強度高，壽命長。8光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第8頁!

曲線AC段屬于非自持放電，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，C點之前稱為暗放電區，放電氣體不發光。

隨著電壓增加，到達C點后，放電變為自持放電，氣體被擊穿，電壓迅速下降，變成穩定的自持放電（圖中EF段），EF段被稱為正常輝光放電區，放電在C點開始發光，不穩定的CD段是欠正常的輝光放電區，C點電壓Vf，稱為擊穿電壓或著火電壓、起輝電壓，EF段對應的電壓VS稱為放電維持電壓。

9光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第9頁!三個狀態：熄火態、過渡態和著火態。氖氣產生的可見光波長范圍在400-700nm，其中峰值波長為582nm的光輻射占整個光強的35-40%，因此氖氣發橙紅色光。10光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第10頁!11光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第11頁!（1）、當放電單元的電極加上比著火電壓Vf低的維持電壓VS時，單元中氣體不會著火，如在維持電壓間隙加上幅度高于Vf的書寫電壓Vwr，單元將放電發光，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負電壓的電極移動，由于電極表面是介質，電子、離子不能直接進入電極而在介質表面累積起來，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，這時，放電空腔上的電壓為外加電壓和壁電壓之和。12光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第12頁!（3）、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1微妙）的放電脈沖，使單元產生一次微弱放電，將儲留的壁電荷中和，又不形成新的反向壁電荷，單元將中止放電發光。（4）、PDP單元雖是脈沖放電，但在一個周期內它發光兩次，維持電壓脈沖寬度通常5—10微妙，幅度90—100V，主要工作頻率范圍30—50kHz，因此光脈沖重復頻率在數萬次以上，人眼不會感到閃爍。以上工作方式為AC-PDP的存儲模式。13光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第13頁!五、彩色等離子體顯示14光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第14頁!§6.4電致發光顯示

電致發光（Electroluminescence,EL）是將電能直接轉換成光能的一種物理現象。電致發光按激發過程不同可分為兩大類：注入電致發光——在半導體PN結加正偏壓時產生少數載流子注入，與多數載流子復合發光。15光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第15頁!一、注入電致發光顯示發光二極管（LightEmittingDiode,簡稱LED）是注入電致發光顯示器件的代表。發光二極管是利用少數載流子流入PN結直接將電能轉換為光能的半導體發光元件。LED構造的核心是用磷化鎵或砷化鎵等半導體發光材料晶片做成的PN結，晶片的大小約0.3×0.3×0.2mm3，晶片外用透明度高和折射率高的材料（一般用環氧樹脂）包封，樹脂外觀視應用要求做成各種形式。也可以在LED的底座上安置兩枚或兩枚以上晶片，各晶片材料不同，發出不通的色光，當各晶片發不同強度的光時，它們將產生不同混色，使發光二極管顯示不同色光。16光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第16頁!2.交流粉末電致發光顯示交流粉末電致發光板的發光粉用銅、鋁等激活的硫化鋅（ZnS：CU，AL或ZnS：Pb，CU，AL）與樹脂等透明有機介質混合后，涂布在兩個電極中間，厚度為10－100，電極之一為透明的，這就構成了電致發光板，大量的發光粉晶體懸浮在絕緣介質中，小晶粒線度為幾微米到幾十微米，由于發光層中介質是絕緣的，防止了發光材料與電極直接接觸，當外加電壓后，通過容性電流時，發現晶粒內呈線狀發光，這與光致發光與陰極射線發光時熒光粉晶體發光不同，線狀發光在多數情況下呈現尾對尾的慧星形。線對的兩頭間的距離對多晶粉末為1－10，對單晶可大于100，甚至達到毫米量級，發光線直徑＜0.1，亮度可高達3×105cd／m2，發光線對的兩部分在交變電場作用下交替發光，而場強總是從其頭部指向尾部，發光線長度隨電場在線方向的分量增強而變長，但線對的頭之間距離保持不變。17光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第17頁!低溫等離子體物理與技術經歷了一個由60年代初的空間等離子體研究向80年代和90年代以材料為導向研究領域的大轉變，高速發展的微電子科學、環境科學、能源與材料科學等，為低溫等離子體科學發展帶來了新的機遇和挑戰。現在低溫等離子體廣泛運用于多種生產領域。例如：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，讓網絡時代成為現實。

18光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第18頁!在技術性能上，由于PDP屏中發光的等離子管在平面中均勻分布，這樣顯示圖像的中心和邊緣完全一致，不會出現扭曲現象，實現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，不需借助電磁場進行偏轉，因此外界的電磁場也不會對其產生干擾，適于不同環境條件下使用。簡單地說，PDP是在兩片玻璃板之間注入電壓，產生氣體及肉眼看不到的紫外線使熒光粉發光，利用這個原理呈現畫面。因其可以掛在墻上，故又稱壁掛式電視。

19光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第19頁!

2、直流等離子體顯示板（DCPDP，1968，荷蘭）放電氣體與電極直接接觸，電極外部串聯電阻作限流之用，發光位于陰極表面，且為與電壓波形一致的連續發光。自掃描等離子體顯示板（SSPDP）屬于DCPDP——1970，美國。20光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第20頁!等離子體顯示具有以下一些特點：（1）等離子體顯示為自發光型顯示，有較好的發光效率與亮度。（2）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。（4）存儲特性。（5）PDP結構上可以采用不透明但電阻低的金屬電極。21光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第21頁!三、氣體放電基本知識

平板電極間充有：氖氣(Ne)或氖(Ne)+0.1%氬(Ar)混合氣體。

充電二極管的伏安特性22光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第22頁!陰極電流密度為常數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FG段，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，在H點曲線變得平坦，壓降小、電流大是弧光放電的特點。實際的顯示器件必須應用在正常或異常輝光放電區，這個區域放電穩定、功耗小。23光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第23頁!四、單色等離子體顯示基本結構Ne-Ar混合氣體在一定電壓下產生氣體放電，發射出582nm橙色光。24光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第24頁!2.工作原理25光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第25頁!（2）、此將小于維持電壓，使放電空間電場減弱，致使放電單元在2—6微秒內逐漸停止放電，因介質電阻很高，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下一個相反極性的脈沖的到來……。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可維持脈沖放電，這個特性稱為AC-PDP單元的存儲特性。26光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第26頁!3.AC-PDP的驅動

由驅動電路、顯示控制電路和電源組成。27光電子技術等離子體顯共31頁，您現在瀏覽的是第27頁!PDP一般采用時間調制技術實現有灰度層次的圖像顯示。“子