第4章等離子體顯示器

目錄4.1概述4.2氣體放電的物理基礎4.3交流等離子板4.4彩色AC-PDP4.5彩色AC-PDP的制造材料和工藝4.6彩色AC-PDP的制造技術的發展狀況4.7彩色AC-PDP電路系統4.8顯示動態圖像時的干擾及解決措施4.10PDP的應用4.1.1PDP的定義與分類

PDP是指所有利用氣體放電而發光的平板顯示器件的總稱。它屬于冷陰極放電管，其利用加在陰極和陽極間一定的電壓，使氣體產生輝光放電。

PDP的定義彩色PDP則通過氣體放電發射的真空紫外線(VacuumUltraviolet,VUV)照射紅、綠、藍三基色熒光粉，使熒光粉發光來實現彩色顯示，其放電氣體一般選擇含氙的稀有混合氣體．單色PDP通常直接利用氣體放電時發出的可見光束實現單色顯示，其放電氣體一般選擇純氖氣(Ne)或氖氬混合氣(Ne-Ar)。PDP的分類電極與氣體直接接觸的直流型(DC-PDP)電極用覆蓋介質層與氣體相隔離的交流型（AC-PDP）對向放電型表面放電型4.1.2PDP的發展史

20世紀50年代初，Burroughs公司就開發出一種用于數碼顯示的支流氣體放電管。結構如圖4-2所示。圖4-2Burroughs公司開發的直流氣體放電管1954年，NationalUnion公司研制出直流矩陣結構等離子體顯示板，其結構如圖4-3所示。1995年，NHK與松下公司又合作開發了具有像素內阻抗結構的對角線為66cm的彩色DC-PDP。后來，這兩家公司采用比技術制造出107cm彩色HDTVDC-PDP，白場峰值亮度達150cd/cm2，發光效率為0.4lm/W,這表明采用該結構可以制作出高性能的大屏幕顯示器。2、AC-PDP的發展史

AC-PDP是由Bitzer和Slottom于1964年首先研制出。

由于必須采用交變電壓驅動電極才能維持放電的進行，因此把它稱為交流等離子體顯示器。

為了簡化DC-PDP的結構，設想在如圖4—3所示結構的基礎上把電極制作在基板的外表面，用基板電容替代每個放電單元中的限流電阻。

1969年，Owens-Illinois研究小組研制出開放單元(OpenCell)結構的AC-PDP。

此對向放電型結構目前仍被法國Thomson公司和美國Photonics公司用來制造彩色顯示器

1976年，G.W.Dick首次提出一種采用表面放電結構的AC-PDP．如圖4-4所示。

去除了中間玻璃板

1992年，富士通公司開發出條狀障壁結構如圖4-5所示。它具有亮度和光效高、制作工藝簡單的優點，成為制造AC-PDP的主流結構。1990年，富士通公司開發出尋址與顯示分離的驅動技術（AddressDisplaySeparated，ADS），以實現多灰度彩色顯示。其實現方法簡單、工作穩定、尋址電壓的低，是PDP彩色化關鍵技術上的重大突破.圖4-5三電極表面放電型AC-PDP結構4.1.3PDP的特點

（1）易于實現薄型大屏幕（2）具有高速響應特性（3）可實現全彩色（4）視角寬，可達160度（5）伏安特性非線性強，具有很陡的閾值特性（6）具有存儲功能（7）無圖像畸變，不受磁場干擾（8）應用的環境范圍寬（9）工作于全數字化模式（10）具有長壽命優點缺點發光效率不高

驅動電壓過高功耗過大彩色AC-PDP電磁干擾（EMI）較強

4.2氣體放電的物理基礎

一切電流通過氣體的現象稱為氣體放電或氣體導電。氣體放電可按維持放電是否有外界電離源而分為非自持放電和自持放電。

4.2.1氣體放電的伏安特性

圖4-6氣體放電的伏安特性4.2.2氣體的擊穿和巴耶定律

(2)湯生第二電離系數——系數它是指一個正離子沿電場方向運行單位路程所產生的碰撞電離次數。(1)湯生第一電離系數——系數它是指每個電子在沿電場反方向運行單位距離的過程中，與氣體原子發生的碰撞電離次數。(3)湯生第三電離系數——系數

它是指每個正離子打上陰極表面時產生的二次電子發射數。

B)根據系數的定義，這些正離子打上陰極產生的二次電子發射數為：

自持放電的條件：A)若單位時間內，陰極表面單位面積上發射n0個電子，由于電子碰撞電離，到達陽極表面電子數為

因此在放電空間新產生的電子數和離子數為C)最后到達陽極的電子數為相應的電流密度為巴邢定律圖4-7幾種氣體的巴邢曲線在冷陰極，均勻場（）情況下，可得：4.2.3影響氣體放點著火電壓的因素

1．Pd值的作用巴邢定律表明，當其他因素不變時，pd值的變化對著火電壓的變化起著決定性的作用。因此，PDP中充入氣體的壓強和電極間隙對PDP的著火電壓有很大影響。2．氣體種類和成分的影響

A)氣體種類不同，著火電壓Vf就不同。通常當原子的電離能較低時，其Vf偏低。B)氣體的純度對Vf也有很大影響。當基本氣體和雜質氣體滿足潘寧電離條件，可使Vf下降。4.電場分布的影響

電極結構和吸性決定著火前電極間隙的電場分布。電場分布對湯生系數和系數的數值與分布起決定性作用，影響氣體中電子與離子的運動軌跡以及電子雪崩過程。因此，它對著火電壓影響很大。5.輔助電離源的影響使用輔助電離源來加快帶電粒子的形成，也可以使著火電壓降低。3．陰極材料和表面情況的影響陰極材料與表面狀況的變化直接影響到正離子轟擊下的二次電子發射系數值的大小，從而影響到著火電壓的大小。在其他條件相同的條件下，系數越高，著火電壓越低。4.2.4輝光放電的發光

在輝光放電的各發光區中，發光強度以負輝區最強，正柱區居中，陰極光層和陽極輝光最弱。正柱區的強度不如負輝區，但它的發光區域大，因此對光通量的貢獻也最大。圖4-8正常輝光放電區和其他參量的分布PDP通常是利用負輝區發光，這是其發光效率不高的主要原因，利用正柱區發光是今后提高性能的一個方向。4.2.5氣體放電延時

（1）統計性時間延遲ts——從電極加上電壓的瞬時到空間出現一個可引起電子雪崩的電子所需要的時間。從在電極間加上一個大于著火電壓的瞬時，到氣體擊穿所需的時間稱為氣體放電延遲或擊穿時滯。

（2）形成性時間延遲tf：從陰極前出現一個可進行電子雪崩的電子起，經過多種碰撞過程達到使氣體擊穿所需的時間。

空間每秒產生的自由電子數電子電離原子的幾率4.3交流等離子體顯示板

介質層的作用：一是，把電極與放電等離子體分隔開，限制了放電電流的無限增長，保護了電極，無須DC-PDP那樣在每個單元制作限流電阻，因而結構相對簡單；二是，該介質層使氣體放電產生的空間電荷存儲在介質壁上，這些壁電荷的建立可使AC-PDP工作在存儲模式，并有利于降低放電的維持電壓。由于AC-PDP具有結構簡單、亮度和光效高的優點，因此世界上各PDP制造公司大多采用AC-PDP結構。AC-PDP與DC-PDP在結構上的最大不同之處是在電極表面覆蓋有一介質層。4.3.1基本結構

AC-PDP按電極結構的不同可分為對向放電型和表面放電型兩種

如圖4—1AC-PDP基本結構所示。

PDP結構原理圖表面放電型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域就是一個放電單元，維持放電在兩組顯示電極間進行。

表面放電型結構有多種：典型的三電極表面放電型AC-PDP(見圖4—5)的顯示電極(包括透明電極和匯流電極)制作在前基板上．三電極表面放電型AC-PDP圖4-5三電極表面放電型AC-PDP結構等離子顯示板結構4.3.2工作原理

AC-PDP是斷續發光，在維持脈沖的每個周期內產生兩次放電發光。通常維持脈沖的頻率在10kHz上,所以AC-PDP每秒至少可以發光20萬次，這大大超過人眼可以覺察的極限頻率(50Hz),從根本上消除了圖像的閃爍感。

等離子顯示器的工作原理等離子顯示器是一種利用氣體放電的顯示裝置，這種屏幕采用了等離子管作為發光元件。大量的等離子管排列在一起構成屏幕。每個等離子對應的每個小室內部充有He（氦）+Ne（氖）+Xe（氙）等氣體。在等離子管電極間加上高壓后，封在兩層玻璃之間的等離子管小室中的氣體會產生紫外光，從而激勵平板顯示器上的紅綠藍三基色熒光粉發出可見光。PDP顯示屏主要是由后玻璃襯底、下隔層、絕緣層、地址電極、熒光粉、隔柵、保護層、絕緣層、公共電極、掃描電極、維持電極和前玻璃襯底12部分組成PDP的單元放大結構如圖所示，單一密閉的綠色發光單元內充滿了惰性氣體。電極加電壓后氣體會變為離子狀態并發射紫外線，對綠色熒光粉進行照射后發出綠光。等離子顯示器的工作原理我們以交流放電型PDP為例，看看它的工作過程：首先是加電壓，然后經過氣體放電、紫外線產生、可見光產生的過程，最后顯示圖像。1.準備階段2.地址極放電狀態3.維持放電狀態4.回復狀態成像原理PDP的：PDP的屏幕是由幾十萬個象素組成。每個象素由R,G,B三個放電單元組成。

當控制信號加到地址電極時，放電單元開始工作，象素開始發光，利用人眼的視覺特性在屏幕上形成完整的圖像。在未放電時，放電空腔電容接近同尺寸的空氣電容器。兩個介質電容可等效用一個來表示()。當一個矩形波電壓加到該單元上時，在氣體未電離以前，放電空腔上的電壓可表示為：

4.3.3壁電荷與壁電壓

式中：為上一次放電后遺留下的壁電荷在上產生的電壓，稱為起始壁電壓。

，氣體便產生放電原始的壁電壓放電后的壁電壓也就是說，在外電壓與壁電壓反向的情況下，氣體電壓最后是很低的，這樣不足以達到著火電壓，放電停止！放電后的氣體電壓所以對于第i+1次放電：

放電前的空腔電壓（氣體電壓）很高，促使氣體放電；放電后，氣體電壓（Vgf）下降，放電逐漸停止。圖4-11外加電壓為階梯波形時壁電壓和氣體電壓波形形成穩定放電的條件:每次放電過程中最后的壁電壓相等.圖4-12電壓的轉移特性曲線單元電壓的轉移特性:外加電壓所引起的放電單元內壁電荷的增量隨氣體電壓的變化,稱為單元電壓的轉移特性.4.4彩色AC-PDP

彩色AC-PDP通常利用稀有混合氣體產生的VUV來激發三基色光致熒光粉發光。4.4.1實施途徑

稀有混合氣體的組成成分、配比、充氣壓強和熒光粉材料的發光特性對彩色AC-PDP的亮度、發光效率和色純度有很大影響.1.放電氣體

彩色AC-PDP對放電氣體的要求是：1）著火電壓低；2）輻射的真空紫外光譜與熒光粉的激勵光譜相匹配，而且強度高；3）放電本身發出的可見光對熒光粉發光色純影響小；4）放電產生的離子對介質保護膜材料濺射小；5）化學性能穩定。

選用的放電氣體要求能使彩色AC-PDP使用的熒光粉具有較高的量子轉換效率通常在波長為的光的照射下能夠使熒光粉具有高的量子轉換效率VUV影響彩色AC-PDP性能的兩個重要因素:（1）放電氣體的混合配比，特別是混合氣體中Xe的含量；

目前，在量產的彩色AC-PDP中，通常充入的放電氣體有Ne-Xe(4％-6%)、He-Ne(20%-30%)-Xe(4%)。

圖4-13VUV輻射光隨氣壓的變化相對強度（2）充氣壓強的高低。

3.三基色熒光粉

彩色AC-PDP中使用的熒光粉是用真空紫外的光致熒光粉，通過它將上述氣體放電產生的真空紫外線轉換成可見光。1）在真空紫外線的激發下，發光效率高；2）色彩飽和度高，色彩再現區域大；3）余暉適宜；4）熱穩定性好；5）具有良好的真空性能，即具有低的飽和蒸汽壓并容易去氣；6）涂敷性能良好。

為使彩色AC-PDP顯示的色彩鮮艷、逼真，并使AC-PDP具有長久的壽命，對其使用的熒光粉要求為：常用的熒光粉如表4.24.4.2發光機理

1）氣體放電過程，即利用稀有氣體在外加電壓的作用下產生放電，使原子受激而躍遷，發射出真空紫外線（<200nm）過程；

彩色AC-PDP的發光機理主要有以下兩個過程組成：

2）熒光粉發光過程，即利用氣體放電所產生的紫外線，激發光致熒光粉發射出可見光的過程。1.氣體放電過程

包括電子碰撞電離和潘寧電離21.6eV16.6eV2.熒光粉發光過程

當真空紫外線照射到熒光粉表面是，一部分被反射，一部分被吸收，另一部分則透射出熒光粉層。圖4-15熒光粉發光過程示意圖熒光粉是一種粉末狀結晶的物質，它是由基質和激活劑組成。因此熒光粉材料通常表示為基質:激活劑，如

發光中心高純度的化合物結晶4.4.3結構特點

對向放電型結構的特點是極間電容小，對電極間絕緣性能要求低，易于提高分辨率，但由于其熒光粉處于離子轟擊區，熒光粉容易劣化，因此AC-PDP壽命相對較短。如圖4-16所示位Thomson公司采用的彩色AC-PDP結構

表面放電型AC-PDP表面放電型AC-PDP最大優點是亮度和發光效率高，顯示電極間隙采用高精細的絲網印刷或光刻技術制作，各個單元工作特性的一致性容易保證，并且它的壽命長。

如圖4-17所示為富士通公司開發的53cm彩色AC-PDP所采用的三電極表面放電型結構。

富士通公司開發的53cm彩色AC-PDP所采用的三電極表面放電型結構的特點：1）前后基板都只具有一維結構，并且相互正交，兩塊板裝配時，對位要求不嚴格，因為正交結構無論在哪里交叉都會自動構成像索。2）采用了條狀障壁結構，像素結構簡單。3）采用反射式AC-PDP結構，熒光粉涂覆在后基板和障壁的側壁上。

4）為了增加透光性，前基板上的顯示電極是用透明導電材料。

4.4.4多灰度級顯示的實現方法

對于彩色AC-PDP來說，在顯示圖像時，每個單元的狀態只有點亮和不點亮兩種，而且每次放電都在瞬間完成，因此但考慮到其維持脈沖的頻率通常在幾十到幾百KHz的范圍，而且每次維持放電的強度都相同，一次放電就會產生一個發光脈沖，根據人眼的視覺生理，在光脈沖的重復頻率高于臨界閃爍頻率(50Hz)時，可以通過控制光脈沖的個數來顯示不同的亮度。CRT的通過調過調節電子束流來控制顯示灰度不同，用調制脈沖寬度或控制放電強度的方法去改變顯示的亮度，即實觀多極度級顯示。采用尋址與顯示分離的子場驅動方法實現多灰度顯示的原理將某一種顏色的電平信號量化為n位數據，對顯示數據按位進行顯示，每位顯示期的維持放電時間長度，即發光脈沖個數和該位的權重相關聯，權重越大，該顯示期的發光脈沖個數越多，反之，則發光脈沖個數越少。這樣，各位顯示的亮度也就不同，一位的顯示時間稱為一個子場，每個子場包括準備期，尋址期和維持顯示期。按照這種方法，在顯示一幅圖像時，是在一場時間內順序掃描尋址各顯示行，然后整屏所有顯示單元同時維持顯示。子場驅動技術是PDP的獨特技術系統，如下圖1所示。一個電視場的8位數字視頻復合信號通過8子場技術再現，每一子場的尋址期時間相同[一個尋址期包括1次初始化和一場的行掃描(如480行)]，但是每一子場的維持期時間不同，第一子場SF1僅僅再現1級亮度，SF2再現2級亮度，每一子場的維持期時間逐漸增加，如此總共256級亮度等級就能在屏幕上再現，如下圖2所示子場驅動技術

圖1子場驅動技術圖例圖24.5彩色AC-PDP的制造材料和工藝

以富士通公司開發的三電極結構表面放電型AC-PDP為例，介紹AC-PDP的制造材料和工藝。如圖4-20。

表4.3彩色AC-PDP主要部件的制作材料和方法AC表面放電型PDP構造如圖4-21彩色AC-PDP的制作工藝流程4.5.1彩色AC-PDP的主要部件及其制作材料

基板玻璃是AC-PDP各個部件的載體，因此要求其表面平整度高、熱加工變形小。由于在彩色AC-PDP的制造過程中，前、后玻璃基板要經過多次的高溫烘烤、燒結，通常這些溫度在400-600度之間。因此，彩色AC-PDP基板玻璃的熱穩定性對AC-PDP的性能質量起著非常重要的作用。前后基板

目前，普遍使用的玻璃基板為采用浮法工藝制作的平板鈉鈣玻璃。

新開發高應變點的玻璃基板如日本旭硝子公司開發的PD200玻璃基板，其應變點為,美國Corning公司和法國Saint-Gobain公司也合作開發出CS25玻璃基板，它的應變點溫度高達。透明電極

為了減少對熒光粉發出的可見光的阻擋，顯示電極一般采用復合式電極結構，即顯示電極由較寬的透明電極和較細的金屬電極構成.透明電極要求透明度高，并且與玻璃基板附著力強。可采用的材料有氧化銦錫(ITO)薄膜和SnO2薄膜。目前ITO工藝十分成熟，但由于其導電機制是氧空位，在AC-PDP制造工藝中經過高溫處理時，氧空位損失多，阻值變化較大。SnO2薄膜是最早使田的透明導電膜，它成膜工藝簡單，成本低，且熱穩定性好，但其刻蝕性能不易掌握。到現在為止，ITO仍是透明電極的主要材料。

匯流電極透明電極雖然有較好的導電性，但當電極較長時導電性能就顯得不夠。解決的辦法是在透明電極上加作一條金屬匯流電極(Bus電極)為了減少對光的阻擋，匯流電極的寬度很窄(小于100微米)，并且通常制作在透明電極的外側。常用的匯流電極的材料有薄膜Cr-Cu-Cr電極，厚膜Ag電極等。AC-PDP的數據信號加在尋址電極上，用來對矩陣單元進行尋址放電。常用的尋址電極材料為厚膜Ag電汲。尋址電極介質層

在AC-PDP中，前、后基板的電極之上都涂有介質層。在器件工作時，電極間加有較高的電壓，這就要求介質層要有較高的耐壓值，如果介質層絕緣性能差，就會導致介質擊穿，進而使電極斷線。介質漿料的選擇要根據所使用的電極。

介質漿料主要有玻璃粉、樹脂粘結劑、溶劑組成。根據軟化點不同可以把介質漿料分為流動性和軟化型兩種。

介質保護膜

用作AC-PDP中介質保護膜的材料應滿足以下要求：1）二次電子發射系數高；2）表面電阻率及體電阻率高。3）耐離子轟擊；4）與介質層的膨脹系數相近；5）放電延遲小。AC-PDP中介質保護膜的作用是延長顯示器的壽命，增加工作電壓的穩定性，并且能夠顯著降低器件的著火電壓，減小放電的時間延遲。結果發現：MgO薄膜不僅具有很強的抗濺射能力，而且有很高的二次電子發射系數，有利于提高AC-PDP壽命和降低AC-PDP的工作電壓，因此適合作為AC-PDP中介質保護膜。

障壁

在AC-PDP器件中，障壁的作用主要有兩點:

一是,保證兩塊基板間的放電間隙，確保一定的放電空間；二是，防止相鄰單元間的光電串擾。因此，對障壁要求高度一致、形狀均勻，這樣才能保證AC-PDP器件工作的可靠性。對障壁幾何要求尺寸的要求是障壁寬度應盡可能的窄，以增大單元的開口率，提高器件亮度。制作的基本材料是低熔點的玻璃，其熱膨脹系數應與基板玻璃相匹配

。熒光粉層

用于產生真空紫外輻射(VUV)熒光粉層的作用是將VUV轉變為可見光，實現彩色顯示。

放電氣體

4.5.2光刻技術和絲網印刷技術簡介

在彩色AC-PDP中，

彩色AC-PDP的制造技術，概括起來說就是成膜技術。它可分為薄膜技術和厚膜技術兩種。薄膜技術是指利用真空電子束蒸發、磁控濺射等成膜方法在基板上沉積一層連續的薄膜，對于具有圖形的器件，再用光刻技術制作出所需的圖形。薄膜技術主要用來制造透明電極、匯流電極、介質保護膜等部件；厚膜技術是指利用絲網印刷技術在基板上制作一連續的或具有圖形的膜層，或與光刻技術相結制作出具有圖形的膜層（稱為厚膜光刻技術）厚膜技術主要用來制造匯流電極、尋址電極、介質層、熒光粉層、障壁、封接層等部件。

絲網印刷技術

絲網印刷技術的工作原理是：采用絲網作版基，在印版上形成圖形和版膜兩部分，版膜部分阻止漿料通過，圖形部分為絲網通孔。其工作原理如圖4-22所示。

絲網印刷的工藝流程是絲印制版——〉絲網印刷——〉漿料烘干——〉漿料凍結。采用印刷法制作彩色AC-PDP的優點是成本較低，適合批量成產。缺點是：精度較差，分辨率不易做高。

光刻技術

首先利用各種曝光技術的方法將掩膜的圖形精確復印到涂敷在待刻蝕材料表面上的光刻膠上面，光刻膠曝光和未曝光部分的性能完全不同；然后在光刻膠的保護下進行選擇性刻蝕，從而在刻蝕材料上得到所需要的圖形。

光刻技術是一種圖像復印與刻蝕相結合的微細加工技術

特點：能夠實現大面積、高精度的圖形，且工藝成熟.圖4-23光刻工藝4.5.3前基板的關鍵制造工藝

磁控濺射的原理是：在一定真空條件下，通過施加于靶材和基片的負電壓差，產生一個與磁場正交的電場，使電子在電場作用下沖擊Ar原子，產生大量Ar離子，Ar離子快速沖撞靶材，使陰極靶材沉積到基片上，實現濺射鍍膜。透明電極的制作

ITO膜的制備方法可分為化學方法和真空物理方法兩大類目前適于工業化規模生產生產的主要是真空蒸發和磁控濺射。。可采用In-Sn合金靶反應濺射，也可采用ITO氧化靶濺射ITO透明電極制作：

接著，再ITO膜上涂上感光膠，利用掩膜光刻技術制作出與電極圖形一致的光刻膠圖形。1)玻璃基板清洗、烘干；2)進入射頻濺射鍍膜室鍍制SiO2膜，然后進入濺射鍍膜室濺射ITO膜；3)最后真空退火。最后再一次光刻膠圖形為掩膜，再用濕法刻蝕技術制作出ITO電極。

首先是ITO透明導電膜的制作:2、匯流電極的制作

A)富士通公司采用Cr-Cu-Cr薄膜材料制作匯流電極。制作方法Cr和Cu薄膜用濺射法制作，在刻蝕電極圖形時，需要選用多種腐蝕液來完成對不同金屬層的刻蝕。采用Cr-Cu-Cr結構的原因底層Cr用來增加電極和玻璃基板的附著力，頂層Cr用來防止Cu的氧化,Cu是電極導電的主體．特點：圖形精細準確，邊緣整齊，而且導電性能優良，但其制作工藝復雜，成本較高。B)采用厚膜材料Ag制作匯流電極第二種方法足采用厚膜光刻技術制作匯流電極．使用的材料是光敏Ag漿料(主要由顆粒極細的Ag粉和感光樹脂構成)。用絲網印刷的方法形成幾微米厚的連續膜層，然后用光刻法形成電極，最后經燒結而成。特點：制作出的電極邊緣平直、尺寸準確，但目前光敏Ag漿科的價格較為昂貴。

第一種是采用絲網印刷法直接制作出電極，把金屬漿料印刷在透明ITO膜的邊緣上，再經高溫燒結而成。這是厚膜技術中普遍采用的制作方法，最常用的金屬漿料Ag漿料。介質層的制作

介質層的制作一般采用絲網印刷法。

制作要求：前基板介質層對膜層的透明度、膜厚的一致性以及表面平整度要求較高，面且在介質膜層中不能有氣泡，針孔和欠點等缺陷。因為這些缺陷將導致介質膜的耐電壓擊穿強度下降。封接層的制作

對封接層的徒覆要求是四條邊的厚度和寬度均勻一致，以保證密封質量。一般采用絲網印刷法或噴涂法制作，然后進行預燒結。

5、介質保護膜的制作

目前彩色AC-PDP的介質保護膜一般為MgO薄膜，其通常的制備方法是在富氧氣氛中利用電子束蒸法的方法制備（如圖4-24），主要材料是純氧化鎂膜料。蒸發前的本底真空度為，蒸發過程中通入氧氣。薄膜厚度不均勻度要求在+-10%以內。4.5.4后基板的關鍵制造工藝

1、

尋址電極的制作尋址電極的制作一般采用絲網印刷法或厚膜光刻技術制作。壁障高度一般在100-200微米的范圍，主要制作的技術有：3、

壁障的制作2、

介質層的制作采用絲網印刷法制作(1)絲網印刷；(2)噴砂法

絲網印刷

使用兩種漿料，障壁主體是白色，有較高的反射率，以提高亮度；端面是黑色，以提高器件的對比度；并采用多次重復印刷(通常為6-10次)來達到所需的障壁高度(如圖4-25)所示；最后經過燒結制成。采用絲網印刷制作障壁，仍是目前制作障壁的一種基本方法。

噴砂法

優點：采用光刻中的曝光技術，障壁尺寸一致性好，目前障壁的寬度可做到30um(lab),70um，有利于器件開口率的提高；噴砂法僅需和尋址電極對準一次，制作大面積器件時失配的問題較小，噴砂法的生產率高，只需數分鐘就可完成噴砂刻蝕；光敏膠現已能做成干膜，可以很方便地用熱壓的方法貼在基板上，工藝簡單，障壁的平整度也有了提高；目前，53cm以下PDP產品的障壁大都用絲網印刷法制作，而102cm以上的PDP產品基本上都用噴砂法。噴砂法是當前制作障壁的主流技術。噴砂法的缺點是材料利用率低，并且被噴砂刻蝕的材料中含有不少鉛的氧化物，污染環境。適合大生產熒光粉層的制作

熒光粉層的制作采用絲網印刷法或厚膜光刻法制作，要求熒光粉均勻的涂敷在單元的谷地和障壁的側壁上，以增大視角；而在障壁頂部不能留有熒光粉，以防止混色。

4.5.5總裝工藝

2、

排氣充氣工藝首先在400度以上的溫度下進行低熔點玻璃封接，然后在300度以上時開始保溫并對顯示板排氣，保溫數小時后，降溫，當溫度降到室溫時，沖入按一定比例混合好的氣體，最后封離排氣管。1、

前后基板封接對封接的要求是強度高、氣密性高。采用兩次燒結工藝，以減少有機載體對MgO的影響。總裝工藝

4引線連接顯示板和驅動電路之間通過柔性印制電路（FPC）來連接。通常采用一種稱為各向異性導電膜（ACF）的材料。

3、

老練在顯示電極間加維持電壓，直到AC-PDP的著火電壓和熄火電壓穩定。4.6彩色AC-PDP制造技術的發展狀況

1．Waffle障壁和T型電板結構2001年，先鋒公司研制出新結構表面放電型AC-PDF，其結構如圖4-27所示。它采用Waffle障壁結構和T形電極及新型綠、藍熒光粉，并提高放電氣體中的氙氣含量，使得發光效率提高到1.8lm/W，白場峰值亮度提高到，功耗降低到380W。

4.6.1PDP結構的發展

2.柵欄型Cr-Cu-Cr電機結構

此結構PDP不必再用昂貴的透明電極。位于前基板的每條顯示電極都由三條很細的Cr-Cu-Cr薄膜電極組成，它們提供了與透明電極類似的較大放電區域和電容，并保證了較高的單元開口率，從而提高了亮度。在顯示電極上制作短路線是為了避免電極斷線，而且還可以減小電極電阻。

Plasmaco公司開發的152cm的AC-PDF采用了柵欄型電極結構取代復合電極結構，如圖4-28所示。3.彎曲障壁結構

采用這一結構制作的彩色PDP，亮度達到1200cd/m2，發光效率可達2.15lm/W，幾乎比典型結構AC-PDF的發光效率提高了一倍。但該結構對前后基板對位、ITO線條精度、障壁與尋址電極之間對位的要求提高，增加了制作難度。富士通公司開發的彎曲障壁AC-PDF的像素結構如圖4-29所示。其設計思想是增大熒光粉的涂覆面積，增加單元中的有效發光而積，從而使亮度和光效都得到提高，同時備有一定的排氣通道。4.非對稱單元結構和彩色綠光膜（CCF）松下公司提出的非對稱單元結構如圖4-30所示。在該結構中，特別擴大了藍色熒光粉的面積，成功解決了色溫偏低的問題，使色溫可以高于10000K。但是，不等寬結構會帶來單元工作電壓偏差范圍增大的問題。

NEC公司則通過在前基板上添加彩色濾光膜（CCF）的方法來改善屏的色溫和對比度。CCF制作在顯示電極與介質之間，并與后板上所配置的RGB熒光粉相對應.其作用可由圖4-31看出：1）優化熒光體的發光光譜；2）濾掉氖的橙色發光；3）降低外射光的反光。由于這些作用導致PDP性能得到如下改善：1）擴大彩色再現范圍；2）達到10000K左右的白場色溫；3）使亮度對比度得到提高

4.6.2PDP制造工藝的發展

（1）

真空封排充氣一體化技術真空封排充氣一體化是指前基板在MgO膜蒸鍍完畢后不暴露于大氣，直接在真空中封接、排氣和充氣的一體化過程。1、

一體化制造技術真空封排充氣一體化與在大氣中封排相比，其優點是：①可以顯著提高PDP的性能。②可以提高PDP的本底真空度。③可大大縮短封接排氣時間。在前封板表面鍍ITO膜，在ITO膜上再鍍上200nm厚的非晶硅膜，后封板的背面也鍍有ITO膜。封接過程中前封板的非晶硅膜面與后封板的玻璃面相連接，將封口區域加熱到200攝氏度，并且在前后封板的ITO上加上250V的直流電壓，在靜電場作用下，Na離子向陰極遷移，在玻璃和非晶硅接觸處產生Si-O-Si鍵合，實現排氣門的封接。(2)無排氣管封口技術

制作障壁的新方法

(1)光敏漿料法

在障壁材料中加入光敏樹脂形成漿料，用印刷的方法涂覆到基板上形成連續膜，然后直接用掩模曝光顯影，最后經燒結而成障壁。

圖4-34光敏漿料法之作障壁的工藝流程優點：圖形：精細；缺點：材料消耗大優點:1)圖形精細,尺寸準確示，障壁寬度可以小于60um;2)只在形成障壁的地方填充漿料，克服了噴砂法和光敏漿料法材料浪費大的缺點.(2)填平法工藝:先將厚150nm以上的光敏干膜熱壓在基板上,用光刻法在其上刻出障壁溝槽，采用刮印法用障壁漿料將其填平，干燥、研磨后將光敏膜燒去，障壁也同時燒成.(3)模壓法工藝:先在基板表面涂上障壁漿料并干燥，然后將刻有障壁形狀的凹摸壓下，在擠壓的作用下，漿料填滿凹膜空隙，形成障壁形狀、垂直提起凹膜，在燒結制成壁障，下基板后膜介質也可以在同一過程形成.采用模壓法、障蔽寬度可以做到20um以下，由于工藝簡單和漿料利用率高，因此可以實現高生產率、低制作成本。

如圖4-36模壓法工藝流程。LTCC-M法制作后基板

優點：1）LTCC-M法制作后基板的重量和厚度分別約為傳統PDP后基板的1/3和1／4，并且因為是金屬板，因此具有很好的散熱性。制程：將綠帶碾壓在0.5mm后的金屬鈦板上，然后在綠帶上印刷電極，再在電極上印刷一介質層。用模具在后基板上壓出障壁，最后一起燒結。如圖4-37為采用LTCC-M法制作后基板的工藝流程。特殊配方的玻璃和有機材料制成電極制作新方法

Dupont公司開發出單層（銀）和雙層（銀和黑底—用于提高顯示屏的亮室對比度）導電材料。用簡單、低成本的碾壓工藝取代漿料印刷工藝把該材料制作在基板玻璃上。該工藝的優點是低成本、生產效率高，便于厚度控制。導電帶有兩層聚酯膜及加在其間的功能層（單層帶：銀，復合帶：銀和黑底）構成。導電帶可按要求做成一頂寬度和長度的卷型，因此使用起來非常方便。MgO膜的制作

（1）溶膠—凝膠(Sol-Gel)法

Sol-Gel工藝制備膜層的過程是：首先將需制備的材料制成溶膠；在溶膠中加入添加劑和催化劑,使之形成三維網絡結構，溶膠凝膠化；用漫涂或旋轉涂覆法將凝膠涂覆于玻璃表面;凝膠干燥，去除溶膠中水分和溶劑；焙燒,制備干膜。韓國LG電子公司利用溶膠—凝膠法技術成功制備MgO膜，應用于對角線尺寸為152cmPDP中。

(2)空心陰極放電濺射法德國Balzers公司開發出反應式空心陰極放電濺射Mg靶制作MgO膜的技術，用于107cm彩色AC-PDP的制造。

它的優點是MgO膜的沉積速度高，膜層致密,靶材利用率高，可見光透過率接近100％。被認為是將來最適合于PDP批量生產的MgO薄膜的制備方法之一。

(3)射頻反應磁控濺射法目前有多家PDP研究單位采用射頻反應磁控濺射制備MgO膜。由于污染源少，沉積粒子能最高。因此，磁控濺射法制備的MgO薄膜純度高、致密，有利于改善PDP的放電特性，面且MgO薄膜的沉積速率快，膜層可見光透過率達95％。4.6.3新材料的應用

1.新型熒光粉材料

在PDP制造過程中的燒結工藝和在PDP工作過程中受到VUV的輻射、離子的轟擊都會造成熒光粉性能的劣化。與紅粉和綠粉比較，目前批量生產彩色PDP使用的藍色熒光粉的劣化現象最為嚴重。研究方向:通過改善熒光粉的成分,能夠得到光效高,且耐輻射,高壽命的熒光粉2．介質保護膜材料

在AC-PDP中，為了延長壽命、降低電壓，一般用MgO膜作為介質保護膜。然而，目前PDP的放電電壓(著火電壓和維持電壓)仍然過高，無法使用通用集成電路.研究方向:研究開發二次電子發射系數高的新型介質保護膜材料。日本和韓國的一些大學和公司在這方面做了很多研究工作.4.7彩色AC-PDP電路系統

彩色AC—PDP要實現圖像的顯示：首先必須對顯示屏上的單元根據顯示數據進行選擇，即尋址。尋址的目的是選擇所要點亮的單元或不點亮的單元，即選擇在要點亮的單元中形成或保留壁電荷到維持期，使得維持放電得以進行。在維持期，積累了壁電荷的單元就會發生維持放電，實現圖像的顯示。4.7.1三電極表面放電型彩色AC-PDP的工作原理

以三電極表面放電型彩色AC-PDP(結構見圖4—17)為例．維持顯示放電在維持電極(X電極)和掃描一維持電極(Y電極，簡稱掃描電極)之間進行，尋址放電發生在尋址電極(A電極)和Y電極之間。我們稱一個有壁電荷(其壁電壓與維侍電壓的絕對值之和大于單元的著火電壓)的顯示單元處于點亮狀態，否則稱該單元處于熄滅狀態。顯示單元在點亮狀態和熄滅狀態之間轉換有多種方法。圖4-39利用尋址電極使單元轉到點亮狀態通過擦除單元中的壁電荷，使停止放電的方法主要有以下四種：圖4-40利用尋址電極使單元轉移到熄滅狀態第一種，可以加一個遠大于著火電壓的Vf脈沖。第二種圖4-41窄脈沖擦除作用圖4-42指數型脈沖的擦除作用第三種第四種4.7.2驅動方法

擦除尋址驅動方法：對于整個顯示屏的驅動，先使所有的顯示單元處于點亮狀態，然后在尋址期根據顯示數據的情況選擇擦除掉已預先積累在不要點亮的單元中的壁電荷，使其轉入熄火狀態。而要點亮顯示的單元的壁電荷則保留下來，即還處于點亮狀態；在維持期，只有那些處于點亮狀態的單元會維持發光。

尋址與顯示分離（ADS）的子場驅動方法是彩色AC-PDP最典型的應用最廣泛的驅動方法，許多新型驅動方式都是基于它開發出來的。

根據尋址方法的不同，可以將ADS驅動方法分為寫尋址驅動方法和擦除尋址驅動方法。

寫尋址驅動方法是先使全屏所有的顯示單元都處于熄滅狀態，然后在尋址期使要點亮顯示的單元轉入點亮狀態，即在其中積累壁電荷，而不要點亮顯示的單元不積累壁電荷，即還處于熄滅狀態；在維持期，只有積累了壁電荷的單元會維持發光，如圖4-43所示。圖4-43寫尋址驅動方法的波形圖尋址并顯示（AWD）驅動方法是一種基于ADS動方法，發光占空比高達90％的驅動方法,顯示屏的結構特點是尋址電極分為上下兩部分，兩部分同時掃描尋址。

在AWD驅動方法中，顯示屏分為上下兩部分，尋址的進程為上半部分的掃描尋址從電極l-500行,而下半部分的掃描尋址從電極1000-501行，這樣顯示的圖像在中間是連續的，如圖4-44所示。2.尋址并顯示的驅動方法AMD驅動方法的一個主要缺點是驅動電壓變得更高了，特別是尋址脈沖的電壓幅值增加了4倍.3.表面交替發光（ALIS）驅動法

亮度下降的原因主要是：1）高清晰度要求像素精細，而顯示像素的增加，會使放電空間減小，最終犧牲了PDP顯示屏的亮度；2)發光面積與像素面積之比下降，即開口率下降。3）為了滿足多掃描線，多像素點的要求，必照使像素尺寸有所減小，這樣放電產生的電荷去向障壁擴散，造成相當程度的能量損失；4）顯示時間縮短。(1)普通驅動方法驅動的PDP應用于HDTV時存在的問題（2）ALIS驅動方法的原理

從圖可以看到，ALIS驅動方法的放電區域要寬一些。

ALIS驅動方法的基本思路是充分利用兩行之間的非發光區域,其原理如圖4-47所示。圖4-47ALIS驅動方法與傳統方法的比較考慮到ALIS驅動方法中，上下相鄰的兩個像素共用一個電極，即兩個放電單元的放電空間有重合的部分，而條狀障壁使得放電產生的空間帶電粒子和亞穩態原子可以沿障壁方向自由移動，這樣就使與點亮單元相鄰的已擦滅的不點亮單元容易被引起放電而點亮。另外,在奇數行放電開始以后，偶數行在奇數行維持放電過程中也可能會轉移到放電狀態。因此各電極的電壓以圖4-48所示的方式施加

。圖4-48ALIS驅動方法中的電壓施加方法（3）ALIS方法驅動PDP的優點

1）

可實現高清晰度和高亮度的顯示2）

經濟性好3）

壽命長4）電磁輻射少

3.CLEAR驅動法

CLEAR(High-Contrast,LowEnergyAddressandReducationofFalseContourSequence即高對比度、低電力消耗的尋址驅動、降低動態假輪廓的影響)驅動法是日本先鋒公司開發出來的應用于高畫質彩色AC-PDP的新驅動方法。它屬于擦除尋址的驅動方法。如圖4-50，圖4-51。CLEAR驅動法的灰度實現方法如圖4-53觀察到的灰度是連續的，而非向ADS驅動方法那樣各個子場維持脈沖的發光組合式離散的，所以從原理上可以不產生動態假輪廓現象。4.7.3驅動電路

驅動電路的功能是對顯示數據作相應的處理，提供驅動彩色AC-PDP顯示屏所需要的各種高壓脈沖波形。圖4-54為典型的三電極彩色AC-PDP驅動電路的方框圖。圖4-54彩色AC-PDP驅動電路的方框圖1.數據存儲與控制電路

對顯示數據處理主要是將顯示數據按位進行分離、分塊存儲。如將一場顯示數據的最低位到最高位，根據權重進行分塊存儲，然后按相應的子場順序讀出并發送至尋址驅動器進行尋址顯示；同時在該部分還要根據行場同步信號和時鐘等產生子場同步信號、掃描同步信號以及掃描電極和維持電極的脈沖產生電路所需的邏輯控制信號，使驅動電路正確產生在準備期、尋址期和維持期各電極所需的各種電壓脈沖序列波形，實現圖像的正確顯示。數據存儲與控制電路是彩色AC-PDP電路中對圖像數據進行數字處理，實現分子場顯示的主要控制部分。其主要功能是將圖形數據按照顯示屏的結構和ADS分子場驅動技術的要求進行轉換、存儲和處理，向驅動電路傳送顯示數據，并提供顯示所需要的一些驅動集成地電路所需的控制信號，如掃描時序信號和驅動時序信號等。2.高壓驅動電路

高壓驅動電路的主要功能足按一定的邏輯控制時序，產生驅動顯示屏的高壓驅動波形包括掃描電極驅動脈沖產生電路，維恃電極驅動脈沖電路，尋址電效和掃描電極驅動器等。高壓驅動電路的基本形式如圖4—55所示。選擇合理的驅動器件和高壓開關，使其按邏輯控制波形的控制導通或關斷，就可以輸出所需的高壓脈沖驅動波形。高壓集成塊

彩色AC-PDP的驅動集成電路的耐高壓輸出能力，是具最重要的而且是最基本的性能，它完全是由彩色AC-PDP本身的結構特性和驅動方法所決定的．

通常，驅動集成電路內部結構分為兩部分：一是邏輯電路，負責控制顯示屏信號和顯示數據；二是高壓驅動電路。負責將信號電子移位和對顯示屏施加發光所需的高壓脈沖。

4.能量恢復電路

4.8顯示動態圖像時的干擾及解決措施

對于采用子場技術來實現灰度顯示的彩色等離子體顯示器，在顯示靜態圖像時性能優良，但是在顯示運動圖像時卻出現意想不到的灰度紊亂。對彩色顯示而言，則會產生彩色紊亂，稱為運動圖像紊亂(MotionPictureDisturbance,MPD)，在畫面上表則為一些虛假輪廓，稱為動態假輪廓（DynamicFalseContour）。彩色AC-PDP顯示運動圖像時產生的這種干擾現象是電視圖像顯示所不能允許的。4.8.1顯示動態圖像時的干擾及其形成機理

圖4-60CRT和AC-PDP發光時間的分布圖調解電子束束流幅值實現灰度利用分子場顯示實現灰度動態假輪廓形成機理

AC-PDP在一場范圍內的任何時刻都可能發光。對于顯示127級灰度，一場的前半部分時間內對應于1-7位的7個子場都發光，而第8子場不發光；對于顯示128級灰度，一場的后半部分時間內對應于第8位的第8子場發光，而1-7子場不發光，發光的分布在時間上有了差異．如圖4-63所示。動態假輪廓由圖4-63已經可以看出發光在時間分布上的不均勻性：Ⅳ號像索在從127級灰度向128級灰度轉變時，在1.5-2.5F之間整整一場的時間內完全不發光。這一發光時間的不均勻性就會造成灰度等級的紊亂。圖4-63運動圖像在AC-PDP屏上發光時間和空間分布圖人眼視點的移動方向由于127和128兩個灰度分別占據了一個電視場的前半部分和后半部分，轉換到視網膜上以后成了平行四邊形，視網膜上的刺激值疊加的結果成了三角形，其峰值仍符合128和127兩個灰度等級，但在128和127兩個灰度等級邊界之間卻出現了明顯的暗區，虛影干擾現象，稱之為負極性的動態假輪廓現象。圖4-64AC-PDP屏上運動圖像轉換到視網膜上的分布圖如果發光像素從右向左運動．則在128和127兩個灰度等級的邊界上會出現亮的虛影干擾現象，稱之為正極性的動態假輪廓現象。動態假輪廓現象圖4-65為顯示圖像時的動態假輪廓現象。運動圖像靜止圖像動態假輪廓運動圖像的虛影現象不僅會產生灰度的紊亂，對彩色顯示而言，同時會出現色彩的紊亂。假設屏上紅色單元的灰度全部為128級，而藍色單元的灰度在要討論的某處左邊為128，右邊為127，在圖像靜止時，該處的顏色為品紅色。當圖像開始移動，且人眼跟著它移動時，紅色是連續的；同樣在藍色127和128灰度中間出現了暗區，這樣，在中間部分就出現了紅顏色，從而色彩出現了紊亂，其結果如圖4-66所示。圖4-66偽色現象的產生4.8.2顯示動態圖像時的干擾的抑制措施

第一種方法：針對動態假輪廓現象產生的原因，努力減少發光在時間和空間分布上的不均性，從源頭上減輕動態假輪廊現象；第二種方法：根據動態假輪廓性質，在驅動波形中加入補償脈沖，產生和動態假輪廓相反的作用，使其得到補償；第三種方法：采用信號處理的方法，使動態假輪廓不易被觀察者感受到。也可以將上述幾種方法結合使用，將動態假輪廓現象降低到最小程度。1.減少發光在時間和空間上的不均勻性PDP的發光脈沖布滿于整個電視場的時間，且分布不均勻。這是產生動態假輪廓現象的主要原因。如果采用適當的方法將一般的分子場驅動方法的發光區域集中在—起，像CRT發光一樣，則有利于減小動態假輪廓現象。(1)壓縮一場中的發光時間

(2)分割兩個最大的子場并且優化子場的順序

研究發現，動態假輪廓觀象在權重較大的兩個子場易出現且最明顯，如在顯示127和128兩個灰度等級時。究其原因，在顯示這兩個灰度等級時8個子場中的最大兩個相鄰子場64和128都分別參與了相鄰兩個像素的顯示，而且這兩個子場的發光時間分布較寬．從而導致了嚴重的動態假輪廓現象出現。改進的方法是將這兩個子場分成4個權重為48的等長度的子場，這樣雖然需要10個子場才可以實現256級灰度的顯示，但是動態假輪廓現象得到明顯的改善。同時，子場的排列順序對動態假輪廓現象也有一定的影響，因為子場的排列順序決定了不同子場在一個電視場內的發光位置，通過優化子場順序使相鄰子場的發光強度差異降低到最低程度，同樣可以減小動態假輪廓現象。圖4-68為分割最大子場和優化子場順序的子場排列情況（3）子場控制法

為了進一步縮小相鄰兩個像素所加子場發光的差別，減小動態假輪廓現象，還可以采用一種子場控制法（Sub-FieldControl,SFC,如表4.4所示）。它把48這個灰度等級用一個權重為48的子場（SFC=1）或一個全重為32的子場加一個權重為16的子場（SFC=0）兩種方法來實現0~255之間的每一個灰度等級，子場控制法有如表4.4所示的兩種不同的子場安排方式，其中黑體字部分為兩種方法的安排有差異的地方。電路在處理相鄰像素的灰度顯示時，在SFC=0，SFC=1兩種方法中選擇一種，是相鄰像素所加的子場的發光差別減到最小。采用這種方法可以是動態假輪廓現象得到進一步的改善。2.補償脈沖法

我們知道：當運動圖像以每場一個像素的速度從左向右運動時，在128和127灰度之間出現了明顯的暗區。我們可以在原有信號上加上幾個額外的光發射區，也就是加上幾個補償脈沖，使動態輪廓的相應暗區得到了補償。同樣對于亮區的動態假輪廓，可以在相應的幾個位置上加上幾個補償脈沖加以補償。

運動相關的補償方法其原理和前述的補償脈沖法的原理相同，但補償脈沖的個數和它們的幅度并非固定，而是與圖像移動的方向和速度有關，但其補償的總量與跟運動無關補償法相同。如圖4-70所示為運動相關補償脈沖的補償圖形脈沖補償法的優點脈沖補償法可以有效的降低運動圖像的灰度干擾，如圖4-71所示，其中運動相關的脈沖補償法效果更好。這一技術的采用可使灰度的擾動降到原有值的1/10，而且對于任何移動速度都一樣有效，這就為改善動態假輪廓現象提供了有效的解決方法。

3.誤