第4章 等离子显示器件（PDP）
§4 等离子显示器件（PDP） 等离子体显示（Plasma Display Plate，简称PDP），自1964年发明以来，经过40年的迅速发展，相关技术已日趋成熟。等离子体显示吕是继CRT、LCD后的最新一代显示器，其厚度极薄，分辨率佳，大屏幕壁挂式平板彩电已经商品化，作为信息处理终端装置的多媒体显示板也已开始普及。
PDP的主要优点在于：因有的存储性能、高亮度、高对比度、能随机书写与擦除，寿命长、视角大、易与计算机互连等优点。
根据工作方式的不同，大致可分为两类： 交流型和直流型。 目前研究较多以交流型为主，并可依据电极的安排区分为二电极对向放电（Column Discharge）和三电极表面放电（Surface Discharge）两种结构。
对向放电交流型PDP电极图覆盖有保护介质，放电单元节距为0.3mm，分辨率高，显示容量大，可作为计算机终端等中小屏幕等显示。
等离子体显示与稀有气体中冷阴极辉光放电有关，它是在显示屏上排列上千个密封的小低压气体室（一般是氙气和氖气的混合物），电流激发气体，使其发出肉眼看不见的紫外光，这种紫外光碰击后面的玻璃上的红、绿、蓝三色荧光体，它们再发出我们在显示器上所看到的可见光。
等离子体显示器与CRT相比，没有聚焦问题，显示器表面平直； 与LCD相比，亮度更高，色彩还原性更好，灰度丰富，响应速度高，视角宽达160°。 但缺点是每一个像素都是一个独立的发光管，耗电量大到300瓦，发热量大，显示器背板上装有多组风扇用于散热。 尽管如此，它仍被认为是目前最具发展前途的显示器。
4.1、气体放电的物理基础 具有平板电极的低气压放电系统同直流电源串联，得到如图4.1所示的伏安特性曲线。 图4.1 PDP中气体放电伏安特性曲线
I区为非自持放电区，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。
气体放电机理 气体放电是气体中带电粒子不断增殖的过程。由外界催离作用或上一次放电残存下来的原始电子从外电场得到能量并电离气 体粒子，新产生的电子又参加电离过程，使电子、离子不断增加。初始自由电子对引起放电是不可少的，为了产生稳定可靠的放电在实际器件中常采用附加的稳定辅助放电电源。
图4.2 放电发光区域及光强分布图
等离子体显示板工作在II、III、IV形成的负阻区。 当辉光放电时，在放电管内形成明暗交替的辉光放电区。其中包括II负辉区、III法拉弟暗区、IV正柱区（等离子区）、I阴极光膜和V阳极辉区四个发光区。其中前两者发光较强，以负辉区发光最强，是作为PDP的主要发光源，
正柱区的本质是等离子体，可用来激发荧光粉使其发光，常用于荧光灯等光源。 PDP放电单元特别之处在于放电间隙小，放电常常不能显现正柱区而只利用了负辉区的发光。维持放电的基本过程都在阴极位降区，电极间压降几乎都集中在这里，控制放电气压、电压和间隙大小可决定是负辉区或正住区哪一种发光为主。
负辉区内电场比较弱，自由电子不具备足够的能量使多数气体原子电离，但能使经过该区的多数气体原子的能量从基态跃迁到激发态，当原子回复到基态时，大部分或全部能量便以光的形式辐射出来，常见的氖气产生的可见光波长范围在400nm~700nm，为红色。
4.2、等离子体显示板工作原理 图4.3 PDP结构原理图
图4.3所示的是一个三电极面放电AC型PDP主流结构。 前板玻璃上有透明ITO维持电极及加强ITO导电性的Bus电极，并且在电极上覆盖透明介电层及防止离子撞击介电层的MgO保护层。 后板玻璃上有数据面电极、介电层及长条状的隔层 在每个隔层内印刷R、G、B三种荧光材料。最后在两个基板内注入氖（Ne）及氙（Xe）惰性气体后封装，气压只有数百Torr的高真空状态。
图.4.4 AC-PDP的维持、书写和擦除脉冲工作方式
当放电单元的电极上加有比着火电压Vf低的维持脉冲电压VS时，单元中气体不会着火。 如果在维持电压间隙中加入幅度高于Vf的书写脉冲电压VWT，单元将触发放电发光。
放电形成的电子、离子在电场作用下分别向正、负电极移动，由于电极表面是介质，电子、离子不能直接进入电极而在介质表面累积起来、形成壁电荷。 在回路中，壁电荷形成与外加电压极性相反的壁电压。这时，放电空腔上的电压为外加电压和壁电压之和。它将小于维持电压，起到减弱放电空间电场的作用，致使放电单元在2~6μs内逐渐停止放电。
因介质电阻很高，壁电荷会不衰减地保持下来，当下一个反向的维持电压脉冲到来时，上一次放电形成的壁电压与此时的外加电压同极性，叠加电压峰值大于Vf，单元再次着火发光并在放电腔的两壁形成与前半周期极性相反的壁电荷，并再次使放电熄灭直到下一个相反极性脉冲的到来。
因此，单元一旦由书写脉冲电压引燃，只需要维持电压脉冲就可维持脉冲放电。这个特性称为AC-PDP单元的存储特性。 已放电的单元的熄灭过程是在下一个维持电压脉冲到来前给单元加一（约1μs）放电脉冲，使单元产生一次微弱放电，将储存的壁电荷中和，又不形成新的反向壁电荷，这时单元将中止放电发光。 PDP单元虽是脉冲放电，但在一个周期内它发光两次，维持电压脉冲宽度通常5μs ~10μs，幅度90V~100V，主要工作频率范围30KHz~50KHz，因此光脉冲重复频率在数万次以上，人眼不会感到闪烁。
4.4、驱动方式和灰阶 图4.5 子场扫描法实现灰度显示
PDP单元的状态只有两种，即“点亮”和“熄火”。其灰度的实现不同于CRT的靠调制电子束流大小而实现明暗不同亮度的显示。
每场的某一单元的亮度是由各子场维持显示时间的组合确定的。 各子场内的维持时间有一定的关系，以256级灰度为例，各子场维持时间的组合，必须能产生0-255的完备集合，可见有多种方式。 以彩色PDP开发初期的各子场维持时间之比采用二进制方式，如1∶2∶4∶8∶16∶32∶64∶128，只需8个子场分割就可以实现一个视场的256级灰度显示。
一个彩色像素内R、G、B三基色放电单元，每一单元的基色都可产生256级不同的亮度，一个彩色像素共可表现出1677万（256×256×256=1677万）种不同色彩。 子场法实现彩色PDP的灰度的驱动方式又可以分为ADS（Addess and Display Separation）方式和AWD（Addess while Display）方式。ADS方式的应用和研究最为广泛。