1、,Basis of Display Technology,显示技术基础,课程介绍,本课程为光电信息工程专业的学科专业平台必修课程。通过本课程的学习，其作用和任务是使学生掌握几类平板显示技术（PDP、OLED、EL、FED等）的基本原理以及相关的光、电设计原理。本课程重点介绍图像信息的平板显示技术及其在各个领域中的应用。,课程内容安排,第一章 绪论（显示技术总体应用及发展进展 ） 第二章 阴极射线管及图像质量 第三章 平板信息显示器件 3.1 PDP显示技术 3.2 OLED显示技术 3.3 无机EL显示技术 3.4 FED显示技术 第四章 大屏幕临场感显示 4.1 投影显示（CRT投影）4.2
2、 三维显示,教材：,液晶与平板显示技术，作者：高鸿锦，北京邮电大学出版社，第1版 2007参考书：1、平板显示技术 应根裕 胡文波 邱勇，人民邮电出版社 2002 年10月2、光电显示技术 张兴义，北京理工大学出版社 19953、显示技术与显示器件 彭国贤，人民邮电出版社 1981参考资料：搜索引擎（Google、baidu）台湾各高校网络资源陕西科技大学等离子体课件麻省理工OLED课件,教材资料,国内相关研究所、院校、公司以及论坛,中国电子科技集团公司第五十五研究所国家平板显示工程技术研究中心 南京国显电子公司 东南大学显示技术研究中心 陕西科技大学电气与电子工程学院 京东方科技集团股份有限
3、公司http:/ OLED中国论坛http:/ 光机人,考核方式,平时成绩：30期末考试：70考试方式：闭卷记分方式：百分制,3.1 PDP显示技术 3.1.1 PDP概述及气体放电特性,1. 什么是PDP？2. PDP的发展历史3. 气体放电特性,1.什么是PDP,等离子体显示器（Plasma Display Panel，PDP) 。,（1）等离子的发现,追溯历史，美国诺贝尔奖得主，化学家Langmuir可谓是发现等离子这一物理现象的第一人。他用18世纪捷克医学家Johannes Purkinje(1787-1869)发明的“PLASMA（中文译：血浆）”一词，来形容他在1927发现的离子化
4、的气体。这就是为什么台湾把plasma译作电浆，而我们则称之为等离子。 何为等离子？何为等离子体？,固态 液态 气态 ？ 如果气体的温度继续升高，物质受热能的激发而电离。如果温度足够高，就可以使物质全部电离。电离后形成的电子之总电荷量同所有的正离子的总电荷量在数值上相等，而在宏观上保持电中性。 在物理学中把这种正、负电荷浓度处于平衡状态的体系，称为等离子体，即就是一种被电离，并处于电中性的气体状态。,等离子体是物质的第四态,00C,1000C,100000C,定义：等离子体是一种高度离化的气体状态， 被称物质的第四态。 正负离子电荷相等，对外呈电中型。特点：极高的电导率是一个完整的体系是宏观中
5、性物质态,玩具 电光球 利用高压电能气体放电发光（等离子体）创造奇幻光感！,等离子体显示器（Plasma Display Panel，PDP) ：所有利用气体放电而发光的平板显示器件的总称。台湾称电浆显示器。,按颜色分： 单色PDP 直接利用气体放电时发出的可见光来实现单色显示。其显示色一般为放电气体的特征色，如橙色, 彩色PDP,放电发光,真空紫外线（VUV）,荧光粉,可见光,工作原理： PDP的工作主要由两个基本过程组成：气体放电过程和荧光粉发光过程。在真空玻璃中注入两种或多种固定配比的惰性气体，再通过施加合适的电压，使气体产生等离子体效应，而放出可见光与紫外线，借由紫外线照射到涂覆在玻璃
6、表面上的荧光粉，荧光粉就会被激发出可见光，可见光的颜色由荧光粉的种类决定。,PDP等离子平板显示器,三星 PDP,松下 PDP,先锋 PDP,日立 PDP,PDP的特点,优点：（ 1 ）易于实现薄型大屏幕（ 2 ）具有高速响应特性（20ns）（ 3 ）可实现全彩色显示（ 4 ）视角宽，可达160度（ 5 ）具有存储功能（ 6 ）图像畸变，不受磁场干扰 （ 7 ）应用的环境范围宽（ 8 ）工作于全数字化模式（ 9 ）具有长寿命（3万小时）,缺点：（1）功耗大，不便于采用电池电源（与LCD相比）；（2）彩色发光效率低（与CRT相比）；（3）驱动电压高（与LCD比较）；（4）产生较强的电磁干扰（EM
7、I）.,PDP与CRT性能的比较,直流PDP（DC-PDP）的发展史, 1954年National Union公司研制出矩阵结构DC-PDP, 二十世纪五十年代初Burroughs公司开发出用于数码显示的直流气体放电管,2. PDP的发展历史, 1972年Burroughs研制出具有自扫描功能的DC-PDP板, 1978年，G.E.Holz提出脉冲存储技术，使得DC-PDP可以 工作于存储模式； 1995年NHK公司开发的102cm脉冲存储式DC-PDP,2. PDP的发展历史, 1995年，NHK和松下公司合作采用内置电阻结构制作出 107cm 的HDTV DC-PDP。它具有1920103
8、5像素，单元 节距为0.48mm0.5mm，可实现256级灰度显示。,2. PDP的发展历史,交流PDP（AC-PDP）的发展史, 1964年Bitzer和Slottow研制出AC-PDP,PDP 发明人Don Bitzer 教授 (右)Gene Slottow教授 (左)Illinois大学,2. PDP的发展历史, 1968年，Owens-Illinois研究小组研制出开放单元（Open Cell）结构的单色AC-PDP,2. PDP的发展历史,1976年 G. W. Dick发表一种具有交叉电极结构的表面放电型AC-PDP；,交叉电极结构表面放电型 AC-PDP下板结构,交叉电极结构的表
9、面放电型AC-PDP,2. PDP的发展历史,1977年G. W. Dick一种带有“连通”导体的表面放电型AC-PDP,1979年G. W. Dick又设计出带有“连通”电容的表面放电型AC-PDP,2. PDP的发展历史,（1）电极材料的选择很困难；（2）电场集中在上下层电极的交叉区域，容易造成该区域保护层的毁坏，引起放电电压的改变；（3）这种交叉电极结构的容抗较大，使得驱动困难。,两电极结构表面放电型AC-PDP存在的缺点：, 1985年，G. W. Dick和富士通公司开发出三电极结构的 表面放电型AC-PDP；,2. PDP的发展历史, 1990年，富士通公司开发出寻址与显示分离的驱
10、动技术（ADS），可以实现多灰度级彩色显示； 1992年，富士通公司开发出条状障壁结构表面放电型AC-PDP，并采用此结构生产出世界上第一台53cm (21英寸)彩色PDP；, 1995年，富士通公司推出了107cm (42英寸)PDP。至1997年底, 日本NEC、先锋、松下、三菱等公司也相继实现了107cm彩色PDP的批量生产。,2. PDP的发展历史,3.气体放电特性,3.1 气体放电的伏安特性3.2 辉光放电的发光空间分布3.3 巴邢定律3.4 潘宁效应3.5 放电延迟,3.1 气体放电的伏安特性,非自持放电：完全靠外界电离源的气体导电。一旦撤除电离源，气体中离子很快消失，电流中止。自
11、持放电：当电压增大到某一数值后，气体中电流急剧增加，即使撤去电离源，导电仍能维持。,气体通常由中性分子或原子组成，是良好的绝缘体，并不导电。气体的导电性取决于其中电子、离子的产生及其在电场中的运动。加热、照射（紫外线、X射线、放射性射线）、电子能量等都能使气体电离，这些因素统称电离源。 一切电流流过气体的现象称为气体放电或气体导电。气体放电可按维持放电是否必须有外界电离源而分为非自持放电和自持放电。,3.1 PDP的全伏安特性,在气体放电中，作为电源负载的放电气体可看成是可变电阻：击穿之前其电阻无穷大，放电后其可变电阻的大小及变化规律与气体种类与成分、压力与温度、极间距离、电极材料、电极表面状
12、态密切相关。,气体发生稳定放电的区域有三个：正常辉光放电区、反常辉光放电区、弧光放电区。,由于弧光放电产生的大电流容易烧毁显示器，而且在其辐射光谱中，常常含有阴极材料蒸气的光谱。异常辉光放电区容易使电极溅射，只有辉光放电区域放电电流小，功耗小，放电稳定，而且可得到足够的发光亮度，故绝大多数等离子显示器工作在正常辉光放电区。,若控制好放电管中的气体种类、压强、端电压及串联电阻的数值，就可以使气体放电由一种形式转化到另一种形式，或维持在某一种放电形式。,I区非自持放电区，电流很小，10-2010-12A，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，
13、此时放电电流为10-1110-7A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10-410-1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。,3.2 辉光放电的发光空间分布,正常辉光放电的空间分布（Ne.1.33*102 Pa）,辉光放电是一
14、种稳态的自持放电。放电电压明显低于着火电压，而后者由巴邢定律决定。放电时，放电空间呈现明暗相间的、有一定分布规律的光区。严格地讲，只有正柱部分属于等离子区，其中正负电荷密度相等，整体呈电中性。放电主要依靠二次电子的繁流来维持。,辉光放电具有以下的基本特征：,正常辉光放电的光区分布：,一个充氖的冷阴极放电管长50cm，气压P133Pa，在正常辉光放电时的光区和电参量分布,(1)阿斯顿暗区 由于受正离子轰击从阴极发射出来的二次电子初速很小，不具备激发条件。由于没有受激原子，因而是暗区。(2)阴极光层 电子在通过阿斯顿暗区以后，从电场中获得了一定的能量，足以产生激发碰撞，使气体发光。但电子数量不大，
15、激发很微弱。,(3)阴极暗区 电子离开阴极后，到这里获得的能量愈来愈大，甚至超过了激发几率的最大值，于是激发减少，发光减弱。在这个区域内，电子能量已超过电离电位，引起了大量的碰撞电离，繁流放电集中在这里发生。,在正常辉光放电时的光区和电参量分布,(4)负辉区 进入负辉区的电子可以分为两类: 快电子和慢电子。慢速电子是多数，它们在负辉区产生许多激发碰撞，因而产生明亮的辉光。 在阴极暗区，因离子浓度很高，它们会向负辉区扩散，因而负辉区中，电子和正离子的浓度都很大，而电场很弱，几乎是无场空间。负辉区中电子和正离子浓度比正柱区中约大20倍。,在正常辉光放电时的光区和电参量分布,（5）法拉第暗区 这是一
16、个处于负辉区和正柱区之间的过渡区。由于电子在负辉区中损失了很多能量，进入这个区域以后，便没有足够的能量来产生激发，所以是暗区。,在正常辉光放电时的光区和电参量分布,（6）正柱区 在任何位置电子密度和正离子密度相等，净空间电荷为零。电场沿管轴均匀分布。因正离子的迁移率很小，放电电流主要是电子流。正柱区中有一定的轴向电场强度，电子从电场中获得一定的能量，产生一定数量的碰撞电离和激发。 （7）阳极区 在该区有时可以看见阳极暗区，在阳极暗区之后是紧贴在阳极上的阳极辉光。,在正常辉光放电时的光区和电参量分布,正常辉光放电有4个明显的发光区域，即阴极光层、负辉区、正柱区和阳极光层。其中，阴极光层和阳极光层
17、对发光的贡献远小于负辉区和正柱区。负辉区的发光强度最强，但发光区域较小。正柱区的发光区域最大，对光通量的贡献也最大。 但是气体放电时，以上四个区域并不一定全部出现，这与气体种类、压强、放电管尺寸、电极材料及形状大小、极间距离等因素有关。当电极间距离逐渐缩短时，正柱区逐渐缩短并首先消失，然后是法拉第暗区负辉区相继消失。 由上图（c）可以看出，阴阳极之间的电位降主要发生在负辉区之前；维持辉光放电所必需的电离大部分发生在阴极暗区。也就是说，阴极位降区（包括阿斯顿暗区、阴极光层和阴极暗区）是维持正常辉光放电必不可少的区域。 如日光灯就是利用正柱区发光，光效高达80lm/W。而PDP由于其放电单元的空间
18、通常很小（电极间隙约100m），放电时只出现阴极位降区和负辉区,所以通常利用的是负辉区的发光，这是其发光效率不高的主要原因之一。,正常辉光放电规律：,(1)在正常辉光放电时，放电仅仅发生在阴极表面的一部分面积上，随着放电电流的增大，阴极表面的辉光面积也随之增大，而在这个过程中，阴极电流密度jcn则保持不变，阴极位降Ucn也保持常数。当阴极面积全部被辉光覆盖后，若继续增大电流，则阴极位降Ucn随之增加，放电转入了反常辉光放电阶段。 (2)当放电的其他条件保持不变时，正常辉光放电阴极位降区的长度dcn随气压P成反比例变化。即Pdc常数 (3)当气压P改变时，放电电流密度jcn与气压的平方成正比。即
19、jcn/P2常数,（1）发光效率低 辉光放电的各发光区中，发光强度以负辉区最强，正柱区居中，阴极光层和阳极辉光最弱。 PDP的发光效率不高的原因： 虽然正柱区的强度不如负辉区强，但它的发光区域最大， 因此对光通量的贡献也最大。如日光灯就是利用正柱区发光，光效高达80lm/W。而PDP由于其放电单元的空间通常很小（电极间隙约100m），放电时只出现阴极位降区和负辉区，所以通常利用的是负辉区的发光。 提高PDP的亮度和发光效率的措施之一：改进放电单元结构，采用正柱放电。,与普通辉光放电不同，PDP所涉及的气体放电具有下述特点：,PDP与荧光灯的效率比较,（2）表面放电型AC-PDP存在一个分辨力的
20、理论极限。提高分辨力就意味着缩小放电电极间距。而从辉光放电的特性来看，当充气电压一定、电极间距缩小到一定数值时，在两个电极间不会形成正常的辉光放电，从而产生击穿（打火）现象。（3）极限分辨力与充气压力成正比：充气气压越高，极限分辨力也越高。,辉光放电是一种稳态的自持放电。放电电压明显低于着火电压，而后者由帕邢定律决定。放电时，放电空间呈现明暗相间的、有一定分布规律的光区。严格地讲，只有正柱部分属于等离子区，其中正负电荷密度相等，整体呈电中性。放电主要依靠二次电子的繁流来维持。,辉光放电具有以下的基本特征：,3.3 巴邢定律,20世纪初，英国物理学家汤生建立了气体击穿理论（电子繁流理论）。 为了
21、描述气体放电中的电离现象，汤生提出了三种电离过程，并引出三个对应的电离系数：,（1）汤生第一电离系数 系数，它是指每个电子在沿电场反方向运行单位距离的过程中，与气体原子发生的碰撞电离次数。（2）汤生第二电离系数系数，它是指一个正离子沿电场方向运行单位路程所产生的碰撞电离次数。（3）汤生第三电离系数系数，它是指每个正离子打上阴极表面时，产生的二次电子发射数。,电子繁流示意图,几种气体的巴邢曲线,巴邢(Paschen)定律 在气体种类、电极材料等条件不变时，着火电压Ub不仅单独和压强P或极间距离d有关，而且和Pd的乘积有关 Ub=f（Pd）,Ub与Pd的函数关系的推导：,根据自持放电条件 ，系数必
22、须满足,巴邢定律的物理意义： 电子从阴极到阳极全部路程d内，所产生的总碰撞次数为,而电子在一个平均自由程中从电场获得的能量为,因电子碰撞电离几率E1/Pd，因此无论改变压强P或极间距离d，只要Pd乘积不变，则Nd和电离几率都不变，也就是电子从阴极到阳极所产生的总电离碰撞次数不变，着火电压也不变。,影响气体放电着火电压的因素,3.4 潘宁效应 设A、B为不同种类的原子，原子A的亚稳激发电位大于原子B的电离电位，亚稳原子A* 与基态原子B碰撞时，使B电离基态正离子B+（或激发态正离子B+*），而亚稳原子A*降低到较低能态，或变为基态原子A. A*+BA+B+（或B+*）+e由于亚稳原子平均寿命是1
23、0-410-2s ，因此潘宁电离的几率较高，使得基本气体的有效电离电位明显降低。另外，着火电压下降的大小还与两种气体的性质和它们量的混合比有非常密切的关系。,几种气体的亚稳态能级和电离电位,3.5 气体放电延迟,从在电极间加上一个大于着火电压的瞬时，到气体击穿所需的时间称为气体放电延迟或击穿时滞。总的气体放电延迟由两部分组成： （1）统计性时间延迟ts从电极加上电压的瞬时到空间出现一个可引起电子雪崩的电子所需的时间。它可表示为 N0为空间每秒产生的自由电子数，p为电子电离原子的几率。 （2）形成性时间延迟tf从阴极前出现一个可进行电子雪崩的电子起，经过多种碰撞过程达到使气体击穿所需的时间。,气体放电延迟是关系到PDP单元放电稳定性的因素之一，是进行PDP单元结构和驱动波形设计时必须考虑的一个问题。如DC-PDP的各单元依靠邻近已放电单元的引火提供初始的带电粒子，对处于屏边缘的单元则在其相邻的外侧提供辅助放电，来减小放电延迟和降低着火电压，可使图像显示稳定，并且降低驱动电路制作成本。,Y,Thank You !,
