等离子技术历史回顾.docx

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等离子技术历史回顾

始于1927等离子技术历史回顾

作为在21世纪仍被广泛使用的主流平板显示技术之一，等离子技术其实

已经走过了80多年的历程。

全球第一台等离子显示设备诞生于1964年的美国。

如果再往前追溯，美国家诺贝尔奖得主，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JohannesPurkinje（1787-1869）发明的“PLASMA中文译：

血浆）”一词，来形容他在1927发现的离子化的气

体。

而他发现等离子体也实属巧合，因为Langmuir的本意是为了寻找一项可以

让灯丝工作寿命延长的技术。

装饰用的人造等离子球体

Langmuir在无意中发现等离子体后，进一步完善了对这种物理现象的研究。

他发现如果对气体持续加热，使分子分解为原子并发生电离，就形成了由离子、电子和中性粒子组成的等离子气体。

而我们今天在物理学界的“Langmuir

waves”定律就是以他的名字命名

猎户座星云中包含的等离子

虽然Langmuir在无意中发现了等离子体，但其实在我们的自然界中，等离子体是一种早就客观存在的物体。

目前观测到的宇宙物质中，99躺E是等离子

体，只是分布的范围很稀薄罢了。

此外，像电焊时产生的高温电弧，电弧灯中的电弧、火箭喷出的气体、闪电、极光、太阳风、星云等等都属于广义上的等离子体。

极光

等离子体和普通气体的最大区别就是它是一种电离气体。

由于存在带负电的自由电子和带正电的离子，有很高的电导率，和电磁场的耦合作用也极强。

带电粒子可以同电场耦合，带电粒子流可以和磁场耦合。

描述等离子体要用到电动力学，并因此发展起来一门叫做磁流体动力学的理论。

在Langmuir提出明确的理论基础后，等离子技术在五大科学领域得到了进一步发展。

它们分别是：

广播、天体物理、核武器、太空技术和大功率激光武器领域。

因此从某种意义上说，等离子显示技术也是一种非常高端的科技。

史海回眸第一代PDP勺诞生故事

1964年，美国伊利诺伊大学的DonaidBitzer教授、GeneSlottow教授和学生RobertWillson在前人的基础上，发明了首个等离子显示装置。

因此他们也被认为是现代等离子显示技术的创始人。

Bitzer（右）和RobertWillson

在60年代初期，当时的计算机还非常简陋，它们大都只能输出数字和字母符号，如果想看到图形，几乎是一件不可能的事情。

因此，DonaldBitzer采

用了一些方法，将普通电视机作为给学生们使用的终端显示器。

下图就显示了当

时采用的工具，其中还包括雷达显示管等部件。

早期的学生终端机用CRT弋替显示

虽然这个方法在一定程度上能够满足当时的需求，但是又有了其他问题产生：

这就是普通CRT电视机难以满足持续显示同一个图像的要求，因为CRT

中的电子枪是不断来回扫描的，如果想要提高刷新率，就需要大容量的存储器，而在60年代，存储器的价格之高是一般人难以想象的。

H.GeneSlottow

因此，DonaidBitzer和他的同事开始研究利用多个微型显示单元组成的阵列去组成一个大的显示装置。

他们试图这些单元内冲入氖气，并且通过电容器施以高频率交流电，通过编程和寻址进行控制。

他们的突破在一个夏日晚上的讨论后实现，他们想到了在一块玻璃板两侧使用固定电容，通过电极外置的方法，将驱动气体的电流分离开来。

第二天，他们就采取了实验。

他们将一个1英寸宽的玻璃片上钻了个直径为它千分之十五的小孔，然后将玻璃片和其他两片叠成三明治结构。

他们在这个三明治结构的外表面制作了可以承受高压的薄膜黄金电极，然后将其中的空气

抽干，并注入纯净的氖气。

通过给电极施以电压，这个装置中的气体开始发光，这就是等离子显示设备的最初原型。

1964年7月，这个3人小组设计了全世界第一个等离子面板，只不过这

个面板仅仅有一个cell单元，只能发出一种颜色的光，和现在拥有百万个cell

的电视比起来，显得比较简陋。

不过从单纯技术上看，这个装置已经具备了现代等离子显示设备的基本雏形。

最早的4X4等离子装置

此后，他们还陆续解决了显示CELL单元漏气、混入氮气导致的发光衰减等问题，并且制造出了可以控制的4X4、16X16分辨率的等离子显示装置。

这就是现代等离子显示设备的鼻祖。

从实验室到商场PDP的最初进化

相对于当初只能显示单色，分辨率只有4X4、16X16或者100X100的等离子显示器，真正进入现代社会，并且拥有和现在等离子电视接近性能的产品，在1993年才正式诞生。

早期的16X16分辨率等离子显示屏

在此之后，20世纪70年代初已经有人实现了25.4厘米，512X512线单色等离子显示器的批量生产。

到20世纪80年代中期，美国的Photonisc公司研制了152.4cm级显示容量为2048x2048线单色等离子显示器。

但是这些产品只能显示单色，在亮度方面也没有太高优势，因此也遭到了液晶显示技术的挑战。

1970年代，BurroughsCorpoartion公司的Holz与Ogle开发出Self-SeanTM显示器；Fujitsu公司的Takashima等开发出具有表面放电结构;其后Owens-lllinois公司的D.C.Hinson等人开发出以氙气激发荧光粉产生彩色画面的技术，这成为等离子技术的一个重大进步。

到了20世纪90年代，等离子技术再次实现突破。

在K.Yoshikawa等人

发表了写入显示分离子自图场法（ADSAddressDisplayperiodSeparatedsub-fieldmethod）来驱动波形以形成256级灰阶的理论，奠定了如今等离子的

主要架构。

实现了从单色灰度显示到全彩色显示的历史性跨越。

此后，等离子的

亮度、使用寿命等关键技术也一一被攻克，等离子开始进入彩色实用化阶。

富士通的首款21吋等离子

1993年，日本富士通公司首选进行了21吋,640X480像素的彩色PDP生产,这台21英寸、分辨率为640X480,可显示26万色的等离子显示被纽约证券交易所选中，成为等离子迈向大规模商用化的第一步。

1996年，全球首台42英寸，分辨率为852X480、色彩显示能力达到1677万色的大型全彩色宽屏等离子电视被飞利浦成功开发出来，这也使使等离子电视具备真正进入家庭的能力。

松下的首款等离子电视

在随后的日子里，日本的三菱、松下、NEC先锋和WH等众多公司都先后推出了各自研制的等离子显示装置。

近年来，韩国的LG三星公司，以及我国台湾省的中华映管等公司也都具备了等离子面板的生产技术，等离子电视和等离子显示器产品也迎来了历史上的最繁荣时期。

现代等离子显示的技术原理解析

在前文的等离子发展史的回顾中，我们已经大致介绍了等离子的显示原理。

但是今天的等离子技术却要比当初复杂很多。

现在的等离子显示设备实际上是由很过个”光点”所組成，这些光点的专业名称叫做“cell”，也就是我们常说的“像素”。

如果再往细看，每个像素又由3个cell组成，分别是可以发出“红、率、蓝”三种颜色光点。

AddressElectrodePhosphor

每一个cell的架构，是利用类似日光灯的工作原理。

也就是您可以把它

当成是体积相当小巧的紫外光日光灯管。

当中使用解离的氦（He）、氖（Ne）、

氙（Xe）等种类的惰性混合气体。

当在每个cell的电极上施以高压电之后，封

在两层玻璃之间的气体发生电离并产生紫外光，从而激励管内壁上的荧光粉，发

出人眼可见的光线。

由于荧光材料的不同，每个cell被制作成可以发出R/G/B

三种不同的原色。

这三个cell通过明暗和颜色变化组合，产生各种灰度和色彩的图像。

从这个过程看，等离子和CRT显像管发光过程非常相似，只是和CRT中的电子枪轰击荧光粉发光有些不同。

常见等离子面板的基本结构解剖

等离子显示器一般由三层玻璃板组成。

第一层内表面为涂有导电材料的垂直隔栅，中间层是气室阵列，第三层内表面为涂有导电材料的水平隔栅。

要点

亮某个地址的气室，首先在相应行上加较高的电压，待该气室被激发点亮后，可用低电压维持氖气室的亮度。

关掉某个单元，只要将相应的电压降低。

气室开关的周期时间是15ms通过改变控制电压，可以使等离子板显示不同灰度的图形。

等离子屏幕的面板主要由两个部份所构成，一个是靠近使用者面的前板

制程（FrontProcess），其中包括玻璃基板（GlassSubstrate）、透明电极（TransparentElectrode）、Bus电极（Bus-Electrode）、透明诱电体层

（DielectricLayer）、MgOM（MgOThinFilm）。

另外一个是后板制程（RearProcess），其中包括有萤光体层（PhosphorLayer）、隔墙（BarrierRib）、下板透明诱电体层（DielectricLayer）、寻址电极（AddressElectrode）、玻璃基板（GlassSubstrate）。

所以负责发光的磷光质并不是在靠近使用者的那一面，而是在比较内部的部份。

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目前一般的等离子显示设备面板结构都是如上图所示。

首先是前玻璃基

板（frontglass）和后玻璃基板（rearglass），作為整体结构的基板板，其厚度约为3mm左右的玻璃材质。

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cell为十字形的等离子面板

cell为方格形的等离子面板

当然，这种只是一般像素结构为长条的等离子面板机构，近年来还出现了一些其他结构的等离子面板，例如cell为十字形结构的等离子面板，以及cell

结构为方格状的等离子面板。

这两种面板的优势在于拥有更大面积的荧光粉覆盖面积，可以提高面板的发光效率。

六个优势PDP技术究竟好在哪里

通过对等离子发光原理和基本结构的解析，我们便可以从中归纳出等离子显示技术的几个特点。

1、等离子显示技术是一种主动发光技术。

2、等离子技术的显示原理非常接近CRT最终都是通过荧光粉发光。

3、等离子面板有众多独立的像素构成，每个像素都可以进行精确的数字寻址和控制管理，是一种真正的全数字化显示设备。

正是因为这几个特点，人们也发现等离子显示技术在实际应用中，具有了很多其他显示设备所不具备的优点，这也是等离子成为当今主流平板显示技术之一的重要原因。

1、由于等离子是主动发光，因此它就不存在视角问题，在任何环境灯光下，任

何位置都可观赏到最佳画质。

而且等离子不会像液晶、投影、CRT那样出现暗角

或者曲面，整个显示区域都能达到极高的一致性和均匀性。

2、等离子电视机主动发光、屏幕的亮度随平均图像电平（APQ的变化而变化，APL咼时显示图像亮，APL低时显示图像较暗，因此对