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指导老师：

耿雪

2013年12月17日

摘要：

本文从等离子体发光机理出发，分析了等离子体平板显示屏的基本原理；

介绍了AC--PDP结构的改逍过程和近期研究的新进展。

将整个驱动电路分成接口、存贮控制及高压驱动三部分，并对每部分进行了专门的研究和设计。

等离子体显示板（PDP）因具有大屏幕，薄而轻，高亮度，高对比度，大视角，响应速度快，色温与CRT相近，工作电压低，环境性能优异等特点，是目前大屏幕显示的首先技术。

然而PDP的生产成品率低，工艺技术难度高，因而价格过高，阻碍了PDP的工业化和家庭实用化，虽然作为图像显示器件，PDP技术的推广还有一定的难度，但其具有的众多优点在简单图形显示上具有开发价值。

本文对现今市场上几种类型的数码管与PDP数码显示进行了比较，并就如何降低交流PDP的工艺难度，简化工艺步骤，降低工艺成本作了探讨，提出一种新型结构的交流PDP显示板，并应用这种瓶型结构制作出PDP数码显示板。

1、等离子显示原理------气体放电

与人们非常熟悉的荧光灯管相类似,彩色PDP的工作原理主要由以下两个基本过程组成：

（1）气体放电过程,即利用隋性气体在外加电信号的作用下产生放电,使原子受激而跃迁,发射出真空紫外线（<

200nm）的过程；

（2）荧光粉发光过程,即利用气体放电所产生的紫外线,激发光致荧光粉发射可见光的过程。

对彩色PDP技术而言,气体放电过程尤为重要。

它不仅仅起到产生紫外线的作用,而且

决定了彩色PDP技术的主要特性。

以目前常用的彩色PDP工作气体-------氖-氮混合气体（Ne+Xe）为例,在一定外部电压作用下产生气体放电时,气体内部的最主要反应是Xe原子的直接电离反应:

其中Ne+为Ne离子。

由于受到外部条件或引火单元激发,气体内部已存少量的放电粒子,其中电子被极间电场加速并达到一定动能时碰撞Ne原子,使其电离而导致气体内部的自由电子增值,同时又重复

（1）式反应致使形成电离雪崩效应。

这种电离雪崩过程中会大量产生以下的两体碰撞反应:

其中Nem为Ne的亚稳态。

Nem的寿命较长,虽可以通过谐振辐射来消失,但其产生几率极低。

在Ne气体中加人少量Xe气体时,则会产生:

这称作Penning电离反应,产生几率极高,从而提高了气体的电离截面,加速了Nem的消失和Ne原子的电离雪崩。

此外,这种反应的工作电压比直接电离反应的要低,因而也降低了显示器件的工作电压。

上述反应都为气体的内部反应。

气体放电时还存在离子、亚稳态原子及高能光子轰击阴极表面产生次极电子发射的阴极表面反应。

只有当这两类反应满足下式条件时,

其中γ为阴极表面次级电子发射系数,η为气体电离系数,V为极间电压,气体放电才能维持电离雪崩,进人自持状态。

伴随上述气体的电离雪崩过程,电子被加速后也会与Ne+碰撞形成Xe的激发态，

2、产品技术

PDP按工作方式不同可以分为电极用覆盖介质层与气体相隔离的交流型（AC--PDP）和电极与气体直接相接触的直流型（DC--PDP）两大类。

AC--PDP又有两种不同的基本结构,即表面放电式AC--PDP和对向放电式AC--PDP。

其中,表面放电式AC--PDP由于具有结构简单、易于制作、放电效率高等优点,是彩色PDP技术研究、产品开发以及批量生产的主流技术。

该技术主要基于三电极表面放电结构和显示与选址分离（ADS）子帧驱动技术的两大发明,从而基本构成了目前彩色PDP产品和产业发展的技术基础。

选址电极与显示电极的每一对X和Y电极相正交即为一个放电单元一显示单元,每三个连续排列的红、绿、蓝三色显示单元组成一个彩色显示像素。

显示单元的维持放电是在其

对应且为同一前板上X和Y显示电极间进行的,故称表面放电式,后基板的选址电极仅作显示单元的选址之用。

该结构的主要特点是显示发光为反射式,可大大提高像素的亮度;

气体放电为单基板表面方式而远离荧光粉,降低了放电离子对荧光粉的轰击,提高了工作寿命。

工作时两组电极加上交变的维持电压脉冲VS。

对被选显示单元用一书写脉冲Ve进行放电着火,并用VS来维持其着火状态，之后要使该单元熄火时,可用一擦除脉冲停止Ve该像素放电,并用V,维持其熄火状态。

这就是AC--PDP的固有存储特性。

正是具有这种特性和简单的结构。

AC---PDP能实现对角线达152cm以上大容量显示产品。

表面放电式AC--PDP实际动态工作时一般采用选址期与维持期分离的驱动方法，简称ADS技术。

图3为这种驱动方法的工作电压波形示意图。

这种工作方式的主要特点是能实现高速及低压的选址驱动。

它主要有以下的四步操作顺序依次完成。

第一步:

第一次全画面擦除。

第二步:

全画面书写着火（书写放电）。

第三步:

第二次全画面擦除。

第四步:

以扫描线顺序选址书写。

第一步的第一次全画面擦除是为了后面第四步的选址书写不受前一个子祯的维持期间

着火状态的影响,进行所有放电单元擦除放电。

第二步的全画面书写放电仅在X和Y电极之间进行,此时选址电极维持在0V时,书写放电所产生的部分离子会积累在选址电极上的荧光粉表面形成一定的壁电荷。

第三步的第二次全画面擦除是去除掉第二步全画面书写放

电时产生并积累在X和Y电极上介质表面而又对第四步的选址书写不利的壁电荷,但其擦除工作不会影响已积累在选址电极上荧光粉表面的壁电荷。

在第四步以扫描线顺序选址书写时选址放电在Y电极和选址电极之间进行。

这时由于有残留在荧光粉表面的离子和Y电极侧介质层表面的电子所形成的壁电荷的存在,在被选单元有数据的选址电极线上只要用很低选址电压与壁电荷所形成的壁电压相叠加即可形成该单元放电,而在被选单元无数据的选址电极线上因无选址电压,仅靠壁电荷所形成的壁电压难以形成该单元放电。

之后，用X和Y电极之间的维持电压利用AC--PDP的存贮特性即可维持显示板上所有显示单元的放电或不放电状态,直到下一个子帧为止。

同时为了达到全色灰度显示,使每个显示单元实现256级灰度,彩色AC--PDP采用分

帧驱动技术。

即将每核图像分成8个子祯图像数据分别依次进行显示,8个子顿的维持时间以相对亮度比1:

2:

4:

8:

16:

32:

64:

128设定，256级灰度显示则通过8个子技显示的不同组合来实现,如图4所示

3、技术进展

理论研究已引起重视:

1维、2维理论计算模型的建立，3维模型的开始研究，为工作气体和单元结构优化及产品设计CAD的建立，提供了定性和定量的理论基础。

器件制作日趋成熟

:

彩色滤色器（CCF）的使用,降低了外光的反射,提高了亮态对比度和色纯度;

喷砂法、光刻法、印刷法等障壁制作工艺的改进,确立了障壁宽度小于30m的高分辨率基板制作技术。

电路及接口技术不断更新:

重复子顿法（DSF）、误差扩散法、等价脉冲法的应用,大大改善了移动图像的“脸谱”现象;

低发光的引火驱动技术降低了引火发光亮度,提高了暗态对比度;

同时选址和显示的子顿驱动技术的发明,大大改善了显示利用效率,使亮度提高2倍以上。

材料开发已有突破:

高熔点基板玻璃的实用化,解决了大屏幕工艺的基本材料;

短余辉荧光粉的开发,确保了高质量的图像显示。

设备体系已初步形成:

MgO制作、高精度丝网印刷、排气充气等在线式设备的开发,使第一代生产设备体系初步形成,但存在问题是,至今尚未真正开发出能大幅度提高发光效率和降低成本的关键技术。

4、现有数码管的显示类型与PDP显示的比较

数码显示管的类型有很多，如液晶显示（LCD）、电致发光显示（ELD）、发光二极管（LED）、荧光显示（VFD））等，根据各自的特点在不同产品和领域中都有应用。

由于液晶显示为受光型显示器件，受外照光线强弱的影响，夜间或暗处要有外光源辅助，ELD实现大向积、无缺陷、均匀薄膜的工艺要求高，且蓝色光ELD的亮度和发光效率还有待提高。

常见的交通计时牌是LED阵列结构，LED的显示面是锥体的一部分，其侧面容易吸附灰尘而遮住光线的透出，使得数码管的视角变小，另外在强光照射下，它的对比度变差．这些都为交通事故埋下隐患，VFD靠热灯丝阴极发射电子激励荧光粉发光．震动易使热灯丝断开。

PDP显示不仅可弥补上述缺陷，且具有本文开始所讲述的那些优点，一旦克服了工艺上的难点并能降低成本，此产品即能实现批量生产，迈向实用。

5、交流等离子体显示板工艺技术的改进

传统的交流PDP显示板的制作是按如下工艺流程完成的

准备上、下玻璃基板。

检测，在下玻璃基板打排气孔，清洗。

光刻蚀刻法在上基板上制作透明导电膜（要显示的图形与玻璃基板上的透明导电膜图案一致），用厚膜印刷法在上玻璃基板上制作汇流电极（Ag电极）、在下玻璃基板上制作银电极，烘烤烧结。

厚膜印刷法在上玻璃基板上制作透明介喷、在下玻璃基板上制作黑色介质，烘烤烧结。

电子束蒸发法在上、下玻璃基板的介质表面蒸镀MgO保护膜。

⑤厚膜印刷法在下玻璃基板的保护膜表面制作障壁。

⑥上下基板封接，排气管安装，烧结。

⑦排气，充气，封离，老炼，检测。

这个工艺流程中有几个工艺难点：

①厚膜印刷法在下基扳上制作等高等宽而且窄的由绝缘介电材料做成的障壁阵列很困难，这就造成这种显示板的成品率低，生产成本高。

由于此类结构的寻址放电空间是由高精度障壁将上下基板的电极分开而构成的，工艺难度大，整板放电均匀性难以保证，显示效果差。

③要保证上下基板电极的对准，有一定的工艺难度。

基于上述困难，本文提出种新型结构交流PDP显示板的结构模型，如图所示：

该结构主要由上下基板和金属网板组成，上基板包括上基板，在上基板的下表面形成的带自所需图形的透明导电膜和汇流电极，在上玻璃基板、透明导电膜、汇流电极的下表面形成的介质层（第一层是黑色介质，第二层是透明介质）；

下基板包括下玻璃基板，在下玻璃基板的上表面形成的黑色介质；

金属网板是夹在上下基板之间包含网格孔阵列的导电板，它一方面支撑上下基板，其每个网孔和透明导电膜形成基本放电单元，另一方面网格能防止放电单元间的相互串扰。

将上基板、金属网板、下基板按固定位置放好．四周用低熔点玻璃粉气密封接，金属网板可通过引针或印在基板上的导电膜引出与外电路连接。

向其中充入一定量的所需工作气体，封离，这就是新型结构的交流PDP显示板。

这种新型结构的交流PDP显示板的工艺流程如图所示，经与（a）图比较，可以看出它的优点：

金属网板是金属材料，由于金属的加工技术比现有等离子体显示板中所用绝缘材料构成的障壁制造技术要简单成熟得多，而且，用金属网板作公共电极，封装时不需严格对准。

因此，这种器件成品率较高，生产成本较低，适合于批量生产。

②在这种等离子体

显示板中，金属网板和透明导电膜的最短极间距离只有介质层与保护膜的厚度，最长极间距离可大于金属网板的厚度，而且极间的气体击穿路径可在很大范围内变动，这样也可使工作气压在更大的范围内变动。

即在一定的工作气压范围内，这种等离子体显示板的所有显示单元能获得相同的最低气体击穿电压和维持工作电压，从而实现均匀显示。

这种等离子体显示板中，由于金属网板的每一网孔均可采用锥面形状，它与上基板的接触面积很小，既可以保障金属网板本身的强度，又可保障对上基板支撑的强度，还能最大限度地增加整个等离子体显示板有效的发光面积与视角。

由于这种等离子体显示板中金属网板本身也起到现有等离子体显示板中障壁结构的作用，因此能防止各像素之间的光干扰。

不难看出，该交流等离子体数码显示板的各段电极线条粗，且形状简单，这就为厚膜印刷工提供了灵活的误差范围，从而又提高了成品率。

因此，它是很有实用价值的开发产品。

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