信息显示技术：第三章 等离子体显示技术

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1、信息显示技术第三章第三章 等离子体显示技术等离子体显示技术 （一）概述（二）物质的第四态等离子体（三）气体放电的物理基础（四）AC-PDP（五）PDP面板制备工艺流程（六）PDP的驱动技术（一）概述PDP（Plasma Display Panel），即等离子体），即等离子体显示器，是指所有利用气体放电而发光的平板显显示器，是指所有利用气体放电而发光的平板显示器件的总称。示器件的总称。属于冷阴极放电管，其利用加在阴极和阳极间一属于冷阴极放电管，其利用加在阴极和阳极间一定的电压，使气体产生辉光放电。定的电压，使气体产生辉光放电。1.PDP的分类很早的氖指示器和很早的氖指示器和1958年字码管年字码

2、管-把数字、符号按其形状做成把数字、符号按其形状做成多层的阴极，利用字形发光的显示器件。多层的阴极，利用字形发光的显示器件。由数码管的数字显示演变成平板结构的多位数显示管（即平板化）由数码管的数字显示演变成平板结构的多位数显示管（即平板化），把数码管的多层分布电极改变成段型电极，再进一步改变成行、，把数码管的多层分布电极改变成段型电极，再进一步改变成行、列矩阵电极的。列矩阵电极的。1964年由美国年由美国Illinois大学开发的的存储型大学开发的的存储型AC-PDP、1970年美国年美国Burrooughs公司的自动扫描型公司的自动扫描型DC-PDP，1975年左右才出现交流驱动和年左右才出

3、现交流驱动和DC驱动的字符、图形驱动的字符、图形PDP。2、PDP的发展的发展2009.8.5物理诺贝尔奖物理诺贝尔奖 ：1906年年 J.J.汤姆森汤姆森(英国人英国人) 对对气体放电理论和实验气体放电理论和实验研究作出重要贡献研究作出重要贡献 湯姆森湯姆森（Joseph Thomson，18561940，英國人）從實驗證實，英國人）從實驗證實原子並非原子並非組組成物質的成物質的最小粒子最小粒子，它的內部有更小的，它的內部有更小的粒子。粒子。1897年在研究气体放电现象时，他首次年在研究气体放电现象时，他首次测量了阴极射线的电荷与质量的比值，测量了阴极射线的电荷与质量的比值，发现了电子。通过

4、实验证实，阴极射线发现了电子。通过实验证实，阴极射线是由微粒（这种微粒之后称为电子）组是由微粒（这种微粒之后称为电子）组成的，并且与容器内气体的性质和阴极成的，并且与容器内气体的性质和阴极的材料无关。的材料无关。是世界上第一个提出原子结构模型的人。是世界上第一个提出原子结构模型的人。 氣體放電管氣體放電管（discharge tube） 近似真空近似真空(1%， 强电离等离子体Ti, 非等温等离子体Te=Ti, 等温等离子体在等离子体中引入在等离子体中引入带负电荷的薄层带负电荷的薄层 ，经过一定的，经过一定的时间时间.德拜( Debye )屏蔽（2）德拜长度在等离子体中引入在等离子体中引入带负

5、电荷的薄层带负电荷的薄层 ，经过一定的时间，经过一定的时间，等离子体中的电子、离子将移动，屏蔽电场等离子体中的电子、离子将移动，屏蔽电场德拜屏蔽德拜屏蔽德拜( Debye )屏蔽屏蔽层厚度：德拜长度 lD特征响应时间：tp lD/vT1/wp（cm）在无外加驱动场的条件下，一个平板形等离子体会发生振荡 （3）等离子体震荡频率（4）德拜球中的离子数等离子体基本条件空间尺度要求 ：等离子体线度远大于德拜长度lD 1集合体要求：在德拜球中粒子数足够多，具有统计意义ND 1带电粒子的产生和消失n带电粒子的产生和消失是气体放电的根本根源，是分析气体击穿的理论基础；n正常时气体中有正负粒子存在，但对气体的

6、绝缘状态没有影响；n随着电压升高气体间隙中的带电粒子数量会迅速增加，带电粒子的运动会产生电流。（三）气体放电物理基础带电粒子的产生和消失1原子的激励和电离 原子的能级n原子的结构可用行星系模型描述。原子核（正电）电子云（负电）n能级根据原子核外电子的能量状态，原子具有一系列可取得确定的能量状态。p外围电子能量高 原子能量就高 能级就高；p外围电子能量低 原子能量就低 能级就低；原子能量大小的衡量 原子的激励n激励(激发)原子在外界因素（电场、高温等）的作用下，吸收外界能量使其内部能量增加，原子核外的电子将从离原子核较近的轨道上跳到离原子核较远的轨道上去的过程。n激励能（We）产生激励所需的能量

7、。等于该轨道和常态轨道的能级差。i注意p激励状态存在的时间很短（ 10-7 10-8 s），电子将自动返回到常态轨道上去。p原子的激励过程不会产生带电粒子。 原子的电离n电离在外界因素作用下，其一个或几个电子脱离原子核的束缚而形成自由电子和正离子的过程。n电离能（Wi）使稳态原子或分子中结合最松弛的那个电子电离出来所需要的最小能量。（电子伏 eV）1eV1V1.610-19C1.610-19J（焦耳）1V电压qe：电子的电荷（库伦）i注意 原子的电离过程产生带电粒子。气体气体激励能激励能We (eV)电离能电离能Wi (eV)气体气体激励能激励能We (eV)电离能电离能Wi (eV)N2O2

8、H26.17.911.215.612.515.4CO2H2OSF610.07.66.813.712.815.6 表 1-1 某些气体的激励能和电离能4.原子的激励与电离的关系原子发生电离产生带电粒子的两种情况：原子吸收了一定的能量，但能量不太高发生激励，跳到更远的轨道再次吸收能量发生电离，产生带电粒子原子吸收直接吸收了足够的能量发生电离，产生带电粒子n原子的激励过程不产生带电粒子；n原子的电离过程产生带电粒子；n激励过程可能是电离过程的基础。 激励+电离 直接电离 设设A、B为为不不同同种种类类的的原原子子，原原子子A的的亚亚稳稳激激发发电电位位大大于于原原子子B的的电电离离电电位位，亚亚稳稳

9、原原子子A* 与与基基态态原原子子B碰碰撞撞时时，使使B电电离离基基态态正正离离子子B+（或或激激发态正离子发态正离子B+*），而亚稳原子），而亚稳原子A*降低到较低能态，或变为基态原子降低到较低能态，或变为基态原子A. A*+BA+B+（或（或B+*）+e由由于于亚亚稳稳原原子子平平均均寿寿命命是是10-4 10-2s ，因因此此潘潘宁宁电电离离的的几几率率较较高高，使使得得基基本本气气体体的的有有效效电电离离电电位位明明显显降降低低。另另外外，着着火火电电压压下下降降的的大大小小还还与与两两种种气体的性质和它们量的混合比有非常密切的关系。气体的性质和它们量的混合比有非常密切的关系。潘宁效应

10、潘宁效应亚稳态亚稳态-是处于激发能级上的不能发射出光的能级状态。在亚稳态是处于激发能级上的不能发射出光的能级状态。在亚稳态能级可停留能级可停留10-4 10-2s左右，不发光。左右，不发光。几种气体的亚稳态能级和电离电位几种气体的亚稳态能级和电离电位2气体中带电粒子的产生电离所获能量形式不同，带电粒子产生的形式不同 光电离u光电离光辐射引起的气体分子的电离过程。u发生光电离的条件式中：h普郎克常数； 光子的频率； Wi气体的电离能，eV； c光速=3108m/s； 光的波长，m。i注意 可见光都不可能使气体直接发生光电离，只有波长短的高能辐射线 （ 例如X 射线、射线等）才能使气体发生光电离。

11、 碰撞电离u碰撞电离由于质点碰撞所引起的电离过程。（主要是电子碰撞电离）u电子在电场强度为 E 的电场中移过x 距离时所获得的动能为：式中:m电子的质量； qe电子的电荷量若W等于或大于气体分子的电离能Wi，该电子就有足够的能量去完成碰撞电离u发生碰撞电离的条件u电子为造成碰撞电离而必须飞越的最小距离： 式中：Ui为气体的电离电位，在数值上与以eV为单位的Wi相等。 uxi 的大小取决与场强 E ，增大气体中的场强将使 xi 值减小，可见提高外加电场将使碰撞电离的概率和强度增大。i注意n碰撞电离是气体中产生带电粒子的最重要的方式。n主要的碰撞电离均有电子完成，离子碰撞中性分子并使之电离的概率要

12、比电子小得多，所以在分析气体放电发展过程时，往往只考虑电子所引起的碰撞电离。 热电离u热电离因气体热状态引起的电离过程。u发生热电离的条件式中：k波尔茨曼常数； （k=1.3810-23J/K） Wi气体的电离能，eV； T绝对温度，K；i注意p分子热运动所固有的动能不足以产生碰撞电离，20oC时，气体分子平均动能约0.038eV。热电离起始温度为103K（727oC）p在一定热状态下物质会发出辐射，热辐射光子能量大，会引起光电离i绝对温度和摄氏温度的关系： T绝对=273+T摄氏u热电离实质上是热状态下碰撞电离和光电离的综合p例如：发生电弧放电时，气体温度可达数千度，气体分子动能就足以导致发

13、生明显的碰撞电离，高温下高能热辐射光子也能造成气体的电离 电极表面电离（阴极表面电离）u电极表面电离电子从金属电极（阴极）表面逸出的过程。u逸出功电子从金属表面逸出所需的能量。金属金属逸出功逸出功 (eV)金属金属逸出功逸出功 (eV)金属金属逸出功逸出功 (eV)铝铝 (Al )银银 (Ag)1.83.1铁铁 (Fe)铜铜 (Cu)3.93.9氧化铜氧化铜 (CuO)铯铯 (Cs)5.30.7n逸出功n与表1-1相比较，可知金属的逸出功比气体分子的电离能小得多，表明金属表面电离比气体空间电离更易发生。n阴极表面电离在气体放电过程中起着相当重要的作用。u电极表面电离按外加能量形式的不同，可分为

14、四种形式p正离子碰撞阴极时把能量（主要是势能）传递给金属极板中的电子，使其逸出金属p正离子必须碰撞出一个以上电子时才能产生自由电子p逸出的电子有一个和正离子结合成为原子，其余成为自由电子。p高能辐射先照射阴极时，会引起光电子发射，其条件是光子的能量应大于金属的逸出功。p同样的光辐射引起的电极表面电离要比引起空间光电离强烈得多正离子撞击阴极表面光电子发射（光电效应）p当阴极被加热到很高温度时，其中的电子获得巨大动能，逸出金属表面p在许多电子器件中常利用加热阴极来实现电子发射。p当阴极表面附近空间存在很强的电场时（106V/cm数量级），能使阴极发射电子。p常态下作用气隙击穿完全不受影响；p在高气

15、压、压缩的高强度气体的击穿过程中会起一定的作用；真空中更起着决定性作用。热电子发射强场发射（冷发射）3带电粒子在气体中的运动 自由行程长度 带电粒子的运动轨迹u当气体中存在电场时，带电粒子将具有复杂的运动轨迹 “混乱热运动沿着电场作定向漂移”u自由行程长度带电粒子与气体分子发生第一次碰撞到第二次碰撞所移动的距离。（两次碰撞中未再发生任何碰撞） 平均自由行程长度u平均自由行程长度带电粒子单位行程中的碰撞次数Z的倒数。u实际的自由行程长度是随机量，有很大的分散性，任意带电粒子在1cm的行程中所遭遇的碰撞次数与分子的半径和密度有关u粒子的实际自由行程长度等于或大于某一距离x的概率为 i注意：由于电子

16、的半径或体积比离子或气体分子小得多，所以电子的平均自由行程长度要比离子或气体分子大得多。u又由式中：p气压，Pa； T气温，K； k波尔茨曼常数， （k =1.3810-23J/K）。u由气体动力学可知，电子的平均自由行程长度式中：r气体分子半径； N气体分子密度。p平均自由行程长度与温度成正比，温度越高气体发散，粒子间距离较远， e越大p平均自由行程长度与气压成反比，气压越高，气体分子被压得越紧，粒子间距离较近， e越小。 带电粒子的迁移率u带电粒子的迁移率k带电粒子在单位场强（1V/m）下沿电场方向的漂移速度。 式中：v带电粒子的速度； E电场强度。i注意 由于电子的平均自由行程长度比离子

17、大得多，而电子的质量比离子小得多。更易加速，所以电子的迁移率远大于离子。一般电子迁移率比离子迁移率大两个数量级 扩散u扩散在热运动的过程中，粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域，从而使每种粒子的浓度分布均匀化的物理过程。p气压越低，温度越高，扩散进行的越快。p电子的热运动速度大、自由行程长度大，其扩散速度也要比离子快得多。 u扩散的特点返回4带电粒子消失 带电粒子产生和消失的关系u带电粒子产生和消失是同时发生的过程；u若产生的带电粒子大于消失的带电粒子，则会促进气体放电过程；u若产生的带电粒子等于消失的带电粒子，则会促进气体就处于稳定状态；u若产生的带电粒子小于消失的带电粒子，则会阻碍气体

18、放电过程；返回 带电粒子消失的形式带电粒子在电场的驱动下作定向运动，在到达电极时，消失于电极上而形成外电路中的电流。带电粒子因扩散现象而逸出气体放电空间。u扩散的实质某一局部的带电粒子从浓度比较高的区域，扩散到浓度比较低的区域，使得原区域的带电粒子数减少。带电粒子的复合u复合气体中带异号电荷的粒子相遇而发生电荷的传递与中和，还原为分子的过程。（是与电离相反的一种过程）u电子复合电子和正离子发生复合，产生一个中性分子 离子复合正离子和负离子发生复合，产生两个中性分子p带电粒子的复合过程中会发生光辐射，这种光辐射在一定条件下又成为导致电离的因素p带电粒子浓度越大，复合速度越大，强烈的电离区也是强烈

19、的复合区低压气体放电 气体本来是不导电的绝缘性介质。把它密封在圆柱形玻璃容器中，在两端加上一个直流电压V0。逐渐增大这个电压至某一个电压值Vs时，回路中就会突然有电流出现，容器被明亮发光的等离子体所充满。这种电极间气体的绝缘性被破坏的现象称为绝缘击穿（放电），击穿瞬间的电压Vs称为着火电压（绝缘击穿电压）。低气压直流辉光放电低气压直流辉光放电 一切电流通过气体的现象称为气体放电。气体放电可按维持放电是否需要外接电离源而分为非自持光电和自持放电。I区非自持放电区，电流很小，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，特点是外界电压取消后，放电立即停止，起始带电

20、粒子完全是由外界电离源提供的；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，此时放电电流为区自持暗放电区，此时放电电流为10-1110-7A之间，管压降接近电源提供的之间，管压降接近电源提供的电压；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点称为着火点称为着火电压（起辉电压、击穿电压）；电压（起辉电压、击穿电压）；IV区正常辉光放电区，电流在区正常辉光放电区，电流在10-410-1之间，之间，E点电压称为维持电压，管内出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；现明暗相间的辉光

21、，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，管压降点，则电流突然猛增，管压降突然降低，进入突然降低，进入VII弧光放电区；弧光放电区；VI过度区过度区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。以上。G点称为弧光放电的着火电压。点称为弧光放电的着火电压。辉光放电基本特征：(1)辉光放电是一种稳态的自持放电； （2）放电电压明显低于着火电压，而后者由帕刑定律觉得； （3）放电时，放电空间呈现明暗相间的、有一定分布的光区 （4）

22、严格地讲，只有正光柱部分属于等离子区； （5）放电主要依靠二次电子的繁流来维持。正常辉光放电的光区分布：正常辉光放电的光区分布：一个充氖的冷阴极放电管长一个充氖的冷阴极放电管长50cm，气压，气压P133Pa，在正常辉光放，在正常辉光放电时的光区和电参量分布电时的光区和电参量分布(1)阿斯顿暗区阿斯顿暗区 由于受正离子轰击从阴极发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。由于没有受激原具备激发条件。由于没有受激原子，因而是暗区。子，因而是暗区。(2)阴极光层阴极光层 电子在通过阿斯顿暗区以后，电子在通过阿斯顿暗区以后，从电场中获得了一定的能量

23、，足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。以产生激发碰撞，使气体发光。但电子数量不大，激发很微弱。但电子数量不大，激发很微弱。(3)阴极暗区阴极暗区 电子离开阴极后，电子离开阴极后，到这里获得的能量愈来到这里获得的能量愈来愈大，甚至超过了激发愈大，甚至超过了激发几率的最大值，于是激几率的最大值，于是激发减少，发光减弱。在发减少，发光减弱。在这个区域内，电子能量这个区域内，电子能量已超过电离电位，引起已超过电离电位，引起了大量的碰撞电离，繁了大量的碰撞电离，繁流放电集中在这里发生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在正常辉光放电时的光区和电参量分布(4)负辉

24、区负辉区 进入负辉区的电子可以分进入负辉区的电子可以分为两类为两类: 快电子和慢电子。慢速快电子和慢电子。慢速电子是多数，它们在负辉区产生电子是多数，它们在负辉区产生许多激发碰撞，因而产生明亮的许多激发碰撞，因而产生明亮的辉光。辉光。 在阴极暗区，因离子浓度很在阴极暗区，因离子浓度很高，它们会向负辉区扩散，因而高，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场空间。负辉区中电子和正离子浓度比正柱区中约大浓度比正柱区中约大20倍。倍。在正常辉光放电时的光区和电参量分布在正常辉光

25、放电时的光区和电参量分布（5）法拉第暗区）法拉第暗区 这是一个处于负辉这是一个处于负辉区和正柱区之间的过区和正柱区之间的过渡区。由于电子在负渡区。由于电子在负辉区中损失了很多能辉区中损失了很多能量，进入这个区域以量，进入这个区域以后，便没有足够的能后，便没有足够的能量来产生激发，所以量来产生激发，所以是暗区。是暗区。在正常辉光放电时的光区和电参量分布在正常辉光放电时的光区和电参量分布（6）正柱区）正柱区 在任何位置电子密度和正离子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

26、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的能量，产生一定数量的碰撞电离和激发。离和激发。 （7）阳极区）阳极区 在该区有时可以看见阳极暗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区，在阳极暗区之后是紧贴在阳极上的阳极辉光。极上的阳极辉光。在正常辉光放电时的光区和电参量分布在正常辉光放电时的光区和电参量分布 正常辉光放电有正常辉光放电有4个明显的发光区域，即个明显的发光区域，即阴极光层、负辉区、正柱区和阴极光层、负辉区、正柱区和阳极光层阳极光层。其中，阴极光层

27、和阳极光层对发光的贡献远小于负辉区和正柱区。其中，阴极光层和阳极光层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。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、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

28、。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（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）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，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，光效高达如日光灯就是利用正柱区发光，光效高达80lm/W。而。而PDP由于其放电单由于其放电单元的空间通

29、常很小（电极间隙约元的空间通常很小（电极间隙约100 m），放电时只出现阴极位降区和负辉区），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。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：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，阴极电流密度随之增大，而在这个过程中，阴极电流密度jcn则保持不变，则保持不变，阴极

30、位降阴极位降Ucn也保持常数。当阴极面积全部被辉光覆盖后，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，则阴极位降若继续增大电流，则阴极位降Ucn随之增加，放电转入了反随之增加，放电转入了反常辉光放电阶段。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降区的长度dcn随气压随气压P成反比例变化。即成反比例变化。即Pdc常数常数 (3)当气压当气压P改变时，放电电流密度改变时，放电电流密度jcn与气压的平方成正与气压的平方成正比。即比。即jcn/P2常数常数（1）发光效率低）发光效率低 辉光放电的各发光区中

31、，发光强度以负辉区最强，正柱区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。居中，阴极光层和阳极辉光最弱。 PDP的发光效率不高的原因：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，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，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，光效高达光效高达80lm/W。而。而PDP由于其放电单元的空间通常很小由于其放电单元的空间通常很小（电极间隙约（电极间隙约100 m），放电时只出现阴极位降区和负辉区，），放电时只出现阴极位降区和

32、负辉区，所以通常利用的是负辉区的发光。所以通常利用的是负辉区的发光。 提高提高PDP的亮度和发光效率的措施之一：的亮度和发光效率的措施之一：改进放电单元结改进放电单元结构，采用正柱放电。构，采用正柱放电。与普通辉光放电不同，与普通辉光放电不同，PDP所涉及的气体放电具有下述特点：所涉及的气体放电具有下述特点：PDP与荧光灯的效率比较与荧光灯的效率比较 （2）表面放电型）表面放电型AC-PDP存在一个分辨力的理论极限。提存在一个分辨力的理论极限。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，

33、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。（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）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。分辨力也越高。汤生放电理论 过程称为汤生第一电离系数u正离子表面电离系数表示一个正离子沿电场方向由阳极向阴极运动，撞击阴极表面产生表面电离的电子数。p正离子向阴极移动，依靠它所具有的动能及位能，在撞击阴极时能引起表面电离，使阴极释放出自由电子过程nadnc 过程和过程引起的电流u设阴极表面单位时间内发射的电子数

34、为ncnc外电离因素产生的电子数n0前一秒钟产生出来的正离子在阴极上造成的二次电子发射所产生的电子数nc(ed1) nc个电子到达阳极后，产生总电子数为：nanced 产生的新正离子数为：ncednc正离子撞击阴极表面产生的电子数为nc(ed1)每产生一个自由电子的同时，会产生一个正离子 产生的新电子数为：ncednc正离子沿电场运动，撞击阴极造成二次电子发射p二次电子发射的形成过程p若=0，则II0ed，即只有过程；p若 ，当I00时，I0 若 ，当I00时，I0=nc(ed1) 过程过程的分析nadu结论： 若1(ed1) 0，即使I0=0（除去外界的电离因素），放电能维持下去。 汤逊理论

35、的自持放电条件p物理意义：一个电子从阴极到阳极途中因电子崩（过程）而造成的正离子数为 ed1 ，这批正离子在阴极上造成的二次自由电子数（过程）应为 (ed1 ) ，如果它等于1，就意味着那个初始电子有了一个后继电子，从而使放电得以自持。(ed1) 1u当自持放电条件得到满足时，就会形成图解中闭环部分所示的循环不息的状态，放电就能自己维持下去。击穿电压、巴刑定律u起始电压U0放电由非自持转为自持时的电压。p均匀电场中：起始电压U0击穿电压Ubu将计算式 代入自持放电条件 ，并且考虑均匀电场中自持放电的起始场强 得：u结论：均匀电场中气体的击穿电压Ub是气压和电极间距离的乘积（pd）的函数。 均匀

36、电场击穿电压的推导巴刑定律和放电着火电压为什么着火电压在某一pd值处会有极小值？（1）电子的平均自由程与压强p成反比（ -1/p)（2）电子行进距离后从电场E得到的能量W=eE （3）要发生电离，W必须大于电离能eV1 根据汤生放电理论，从物理概念上解释存在Vfmin的原因： 当p不变，而d由小增大时，E变小，变小，但d的乘积可能变大也可能变小，因此存在最佳放电状态； 当d不变，而p增大时，电子在一个自由程中获得的能量减小，电离几率下降，这对放电不利；但另一方面电子在极间碰撞总数增大，对放电有利，因此也存在最佳放电状态。 巴刑定律巴刑实验曲线u击穿电压与pd的规律在汤逊碰撞电离学说提出之前，巴

37、刑已从实验中总结出来了，汤逊理论从理论上解释了试验结果。巴刑定律u从曲线可以看出，存在一个最小值，此时击穿电压最低u假设d不变：p当气压很小时，气体稀薄，虽然电子自由程大，可以得到足够的动能，但碰撞总数小，所以击穿电压升高p当气体增大时，电子自由程变小，得到的动能减小，所以击穿电压升高。u总有一个气压对碰撞电离最有利，此时击穿电压最小（四）AC-PDP AC-PDP与DC-PDP在结构上最大的不同之处是在电极表面覆盖有一层介质层。介质层的作用有两个方面： （1）把电极与放电等离子体分隔开，限制了放电电流的无限增长，保护了电极，无需限流电阻；（2）介质层在气体放电产生的空间电荷存储在介质壁上，有

38、利于降低放电的维持电压。1.单色AC-PDP的基本结构及工作原理2.彩色AC-PDP彩色彩色PDP的显示方法有两种：的显示方法有两种：u 根据气体放电产生的紫外线，激励控制荧光根据气体放电产生的紫外线，激励控制荧光粉的发光能谱。粉的发光能谱。u 按照混合气体放电中的平衡及非平衡能量状态按照混合气体放电中的平衡及非平衡能量状态使发光色变化。使发光色变化。p气体放电过程p荧光粉发光过程（2）彩色AC-PDP所用的放电气体和荧光粉对放电气体的要求：对放电气体的要求：着火电压低；辐射的真空紫外光谱与荧光粉的激励光谱相匹配，而且强度高；放电本身发出的可见光对荧光粉发光色纯度影响小；放电产生的介质保护膜材

39、料溅射小；化学稳定性好；放电气体放电气体元素HeNeArKrXe亚稳激发电位（V）19.8016.6211.559.918.32谐振激发电位（V）21.2116.8511.6110.028.45电离电位（V）24.5821.5615.7614.0012.13谐振辐射波长（nm）58.373.6106.7123.6147.0彩色AC-PDP通常使用的荧光粉对波长在140nm200nm的激发光谱具有较高的量子转换效率，因此一般选择Xe气。为了降低着火电压，选用可与Xe气发生潘宁电离的气体，即该气体的亚稳态电位高于Xe的电离电位。放电气体的混合配比及压强对彩色AC-PDP的影响 （1）混合气体中Xe

40、的含量增加，使得AC-PDP的亮度和光效提高，气体放电发出的可见光得到抑制，色纯度得以改善，但会引起单元着火电压的提高，造成驱动困难。（2）气压的升高会使Xe的紫外辐射从147nm线光谱逐渐过渡到连续谱，使总的辐射量增强，引起AC-PDP的亮度提高。根据巴刑定律，气体着火点电压与气压有关。对荧光粉的要求：对荧光粉的要求：在真空紫外线的激发下，发光效率高；色彩饱和度高；余辉适宜；热稳定性和辐照稳定性好；有良好的真空性能；涂覆性能好。三基色荧光粉三基色荧光粉红粉：(Y,Gd)BO3:Eu3+绿粉：BaAl12O9:Mn2+Zn2SiO4:Mn2+蓝粉：BaMgAl10O17:Eu2+BaMgAl1

41、4O23:Eu2+发光机理彩色彩色AC-PDP的发光主要由两个基本过程完成：的发光主要由两个基本过程完成：气体放电过程。利用稀有气体的放电，使原子受激而跃迁，发射出真空紫外线；荧光粉发光过程。利用紫外线激发光致荧光粉发出可见光。气体放电过程气体放电过程 Ne-Xe混合气体放电的主要电离过程包括电子碰撞电离和潘宁电离。 e21.6 eVe16.6 eV荧光粉发光过程荧光粉发光过程 荧光粉是一种粉末状结晶的物质，它是由基质和激活剂组成。 真空紫外光激发荧光粉的发光过程如右图所示。当荧光粉的基质吸收了真空紫外光能量后，基质电子可以从原子的价带跃迁到导带。空穴被发光中心俘获。电子放出能量与空穴复合而发

42、出一定波长的光。（五）PDP制造工艺1.前基板的关键制造工艺（1）基板玻璃 基板玻璃是AC-PDP各个部件的载体，因此要求其表面平整、热加工变形小。 一般采用浮法工艺制作的平板钠钙玻璃。价格便宜，与已开发出的彩色AC-PDP所用的其他材料相匹配。缺点为应变点低，热稳定性差。 近年来，开发了几种专门用于AC-PDP的具有高应变点的玻璃基板。但价格昂贵。（2）透明电极的制作 为了减少对荧光粉发出的光的阻挡，显示电极一般采用复合式电极结构，即显示电极由较宽的透明电极和较细的金属电极构成。 透明电极要求透明度高，与基本附着力强。主要有ITO薄膜和SnO2薄膜。 采用真空蒸发或磁控溅射的方法制备出薄膜。

43、再采用光刻工艺实现电极条的制备。（3）汇流电极的制作 富士通公司采用Cr-Cu-Cr薄膜材料制作汇流电极。底层Cr用来增加电极的附着力，顶层Cr用来防止Cu氧化，Cu是电极导电的主体。采用蚀刻工艺实现电极条制备。 也可以采用厚膜技术制作汇流电极：（1）采用丝网印刷直接制作出电极；（2）采用厚膜光刻技术。（4）黑矩阵制作 为了提高亮场对比度，在前基板与列电极之间制作一系列黑条覆盖非发光区域。 黑矩阵的制作方法通常有两种： （1）直接图案印刷法印刷黑色浆料； （2）印刷感光性浆料后再刻蚀成所需的图案。（5）透明介质层的制作 介质层的制作一般采用丝网印刷法。前基板介质层对膜层的透明度、膜厚的一致性以

44、及表面平整度要求较高，而且在介质膜层中不能有气泡、真空和欠点等缺陷。这些缺陷将导致介质膜的耐电压击穿强度下降。 通常由两层或多层组成。 要求透明度达到85%以上，表面平整度要小于2m，不可有气泡产生及具有较高的耐电压性等性质。 介质保护薄膜一般为MgO薄膜，通常的制备方法是在富氧气氛中利用电子束蒸发的方法制备。制备出的MgO薄膜的结构呈现出明显的结晶面择优取向，能够降低AC-PDP的着火电压。（6）介质保护膜的制作 要求：二次电子发射系数高；表面电阻率及体电阻率高；耐离子轰击；与介质层的膨胀系数相近；放电延迟小。2.后基板的关键制造工艺（1）基板玻璃、寻址电极和白介质层 基板玻璃与前基板的选择

45、类似； 寻址电极的制作一般采用印刷法或厚膜光刻技术制作； 白 介质层的制作采用丝网印刷法制作。主要目的是为了提高对可见光的反射，以增加亮度。（2）障壁的制作 障壁高度一般在100200um，主要制作技术有：丝网印刷法丝网印刷法 使用两种浆料，障壁主体是白色，有较高的反射率；端面是黑色，以提高亮度；采用多次重复印刷（810）来达到障壁高度。 需多次印刷，工艺步骤多，制作时间长。 材料浪费少，成本低。喷砂法喷砂法 采用一种耐喷砂的光敏胶（或光敏干膜）用光刻法形成图形。喷砂时，利用障壁材料和光敏胶的选择性刻蚀形成障壁图形，再经去胶和烧结而成。 障壁尺寸一致性好、生产率高、平整性好，适合大面积制造。

46、材料利用率低，被喷砂刻蚀的材料中含有铅的氧化物，污染环境。 介质保护薄膜一般为MgO薄膜，通常的制备方法是在富氧气氛中利用电子束蒸发的方法制备。制备出的MgO薄膜的结构呈现出明显的结晶面择优取向，能够降低AC-PDP的着火电压。（3）MgO保护膜的制作 要求：二次电子发射系数高；表面电阻率及体电阻率高；耐离子轰击；与介质层的膨胀系数相近；放电延迟小。（4）荧光粉层的制作 荧光粉层的制作采用丝网印刷法或厚膜光刻法制作。 要求荧光粉均匀地涂敷在单元的谷底和障壁的侧壁上，以增大视角； 而在障壁顶部不能留有荧光粉，以防止混色。3.总装工艺（1）前、后基板封接 将前后基本准确对位，在较高的温度下利用低熔

47、点玻璃将前、后基板以及充排气用的排气管封接在一起。（2）排气、充气工艺 一般封接、排气和充气在一台设备上完成。首先，在400以上的温度下封接，然后温度降到300时开始保温并排气，数小时后，开始降温，当降至室温时，充入按一定比例混合好的气体，最后封离排气管。（3）老练 在显示电极间加维持电压，直到AC-PDP的着火电压和熄灭电压稳定。（4）测试 完成老练过程后进行电、光特性测试，然后再经过电子构装及测试即完成等离子屏的制作。（5）模块组装 显示屏和驱动电路板之间通过柔性印刷电路（FPC）来连接。由于显示板和FPC连接处的引线连接处的引线间距一般只有0.250.2mm，一般采用各向异性导电膜进行连接。 对于彩色AC-PDP来讲，在显示图像时，每个单元的状态只有点亮或者不点亮两种，而且每次放电都在瞬间完成。彩色AC-PDP中可以利用调节维持脉冲个数的方法来实现多级灰度显示。 采用寻址期与维持期分离的驱动方式简称为ADS技术。（六）彩色AC-PDP的驱动技术1.ADS驱动技术驱动技术2.ALIS驱动技术驱动技术ALIS技术实际上还是ADS，不同之处在于采用了隔行扫描。ALIS方式的优点： （1）发光面积增大了50%； （2）容易实现高清晰化； （3）驱动IC少，可大大降低成本。