精心整理的PDP講義(資料來源于互聯(lián)網(wǎng))

第四章等離子體顯示引言氣體放電的基礎(chǔ)性質(zhì)交流等離子體顯示器自掃描等離子體顯示板直流等離子體顯示器2/2/20231玩具電光球利用高壓電能氣體放電發(fā)光（等離子體）創(chuàng)造奇幻光感！2/2/20232圖1輝光放電_輝光球操作：用手指輕觸玻璃球的表面，球內(nèi)產(chǎn)生彩色的輝光。原理：玻璃球內(nèi)充有某種單一氣體或混合氣體，球內(nèi)電極接高頻高壓電源，手指輕輕觸摸玻璃球表面，人體即為另一電極，氣體在極間電場中電離、復(fù)合，而發(fā)生輝光。玻璃球內(nèi)所充的氣體不同，球內(nèi)壓強不同（即不同的真空度），所產(chǎn)生的輝光的顏色也不同。而“輝光球”是低壓氣體（或叫稀疏氣體）在高頻強電場中的輝光放電現(xiàn)象。2/2/20233在物理學(xué)中指正、負電荷濃度處于平衡狀態(tài)的體系，即等離子體就是一種被電離，并處于電中性的氣體狀態(tài)。

由于電離氣體整體行為表現(xiàn)出電中性，也就是電離氣體內(nèi)正負電荷數(shù)相等，因此稱這種氣體狀態(tài)為等離子體態(tài)。在近代物理學(xué)中把電離度大于1％的電離氣體都稱為等離子體。什么是等離子體（plasma）？4.1引言2/2/20234等離子體的形成任何不帶電的普通氣體受到外界高能作用后（如高能粒子束轟擊、強激光照射、氣體放電、高溫電離等方法），部分原子中的電子吸收足夠的能量成為自由電子，同時原子由于失去電子成為帶正電的離子。這樣原來中性的氣體就因為電離成為由大量自由電子、正電離子和部分中性原子組成的物質(zhì)，即等離子體。2/2/20235固體

冰液體

水氣體

水汽等離子體

電離氣體溫度00C1000C100000C高溫產(chǎn)生等離子體2/2/20236氣體放電產(chǎn)生等離子體在通常情況下,氣體是不導(dǎo)電的。但是,在適當(dāng)?shù)臈l件下，組成氣體的分子可能發(fā)生電離,產(chǎn)生可自由移動的帶電粒子,并在電場作用下形成電流,這種電流通過氣體的現(xiàn)象稱為氣體放電。電源R陰極陽極當(dāng)電極間的電壓足夠高時，就使電極間氣體擊穿而產(chǎn)生放電。2/2/20237氣體中的帶電粒子，在電場加速下獲得足夠高的速度（動能）,再與中性氣體原子碰撞，使其釋放出另一個電子，失去一個電子的氣體原子形成帶正電的離子。離子帶正電后受陰極的吸引，而與電子的運動方向相反,也會與電子一樣獲得加速運動。最后撞擊陰極，使其發(fā)射電子。這樣氣體中產(chǎn)生大量帶電粒子，形成電流，即氣體放電。電源R陰極陽極2/2/20238電離氣體是一種常見的等離子體放電是使氣體轉(zhuǎn)變成等離子體的一種常見形式，等離子體電離氣體，但是需要有足夠電離度的電離氣體才具有等離子體性質(zhì)。2/2/20239

等離子體具有準(zhǔn)中性2/2/202310定義：等離子體是一種高度離化的氣體狀態(tài)，

被稱物質(zhì)的第四態(tài)。正負離子電荷相等，對外呈電中型。特點：極高的電導(dǎo)率是一個完整的體系是宏觀中性物質(zhì)態(tài)

2/2/202311電離氣體按電離程度可分為弱電離氣體(只有很少的原子或分子被電離)、部分電離氣體(部分原子或分子被電離)和完全電離氣體(幾乎所有的原子或分子被電離)三種。弱電離氣體主要由中性粒子組成,它與完全電離氣體在基本機理和行為方面的區(qū)別很大。2/2/202312看似“神秘”的等離子體，其實是宇宙中一種常見的物質(zhì)，在太陽、恒星、閃電中都存在等離子體。等離子體可分為兩種：高溫和低溫等離子體。等離子體是一種很好的導(dǎo)電體，可以利用電場和磁場來控制等離子體。等離子體物理的發(fā)展為材料、能源、信息、環(huán)境空間科學(xué)的進一步發(fā)展提提供了新的技術(shù)。2/2/202313在研究和分析氣體放電時，重要的是要了解和分析氣體放電中所涉及的大量粒子和它們的狀態(tài)。氣體放電實際上是一個復(fù)雜的粒子運動體系，所以首先要討論氣體放電中的粒子以及各種粒子間的相互作用。氣體放電過程中一般存在著六種基本粒子：光子、電子、基態(tài)原子(或分子)、激發(fā)態(tài)原子(或分子)以及正離子和負離子。2/2/2023141、對等離子體的研究是從氣體放電現(xiàn)象開始的2、其應(yīng)用：離子管、氣體放電燈（霓虹燈）、氣體激光器和等離子體顯示等方面2/2/202315PDP的發(fā)展歷史美國是PDP的發(fā)明國。1964年美國的伊利諾斯大學(xué)的D.L.Bitzer和Slottow發(fā)明了AC-PDP；1968年，美國Burroughs公司發(fā)明了自掃描等離子體顯示板（SS-PDP）;同年，荷蘭Philip公司研制成功直流等離子體顯示板（DC-PDP）；彩色PDP是利用氣體放電產(chǎn)生紫外線（127nm）激發(fā)三基色熒光粉而實現(xiàn)彩色顯示的。1971年，具有實用價值的計算機用等離子體顯示屏問世。2/2/202316進入80年代，美國IBM和Burrough等一些大公司相繼生產(chǎn)了各種各樣的等離子體顯示器，但是當(dāng)時市場沒有打開，PDP驅(qū)動電壓比較高（約250V），幾十千Hz的交流驅(qū)動集成塊沒有專用的標(biāo)準(zhǔn)和大量生產(chǎn)，壽命短，價格高。許多公司放棄了對PDP的開拓，只有少數(shù)幾家公司幸存下來，如Plasmaco公司和Photonices,Imaging公司。2/2/202317進入90年代，美國PDP出現(xiàn)了根本性的改變，PDP的應(yīng)用范圍不斷擴大，成本也隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展不斷下降。1992年，日本富士通公司批量生產(chǎn)53cmVGA產(chǎn)品后，獲得迅速發(fā)展；1996年，有6家日本公司展出了107cmPDP彩色電視機樣品，日本顯示界將1996年稱作彩色PDP電視元年。促進PDP突飛猛進的根本原因是大屏幕壁掛和高分辨率電視HDTV的興起。2/2/202318彩色PDP作為大屏幕圖像顯示的優(yōu)勢較多，如氣體放電響應(yīng)速度快，非線性強，具有存儲特性等，這些使得PDP再成為高信息容量的顯示方面獨具魅力。在工藝技術(shù)上，彩色PDP用厚膜技術(shù)制作，工藝成本相對較低，需要27道工藝，與TFT-LCD需要65道工序相比大大降低生產(chǎn)成本。因而可以預(yù)言PDP極具競爭力。本章著重介紹氣體放電物理，交流等離子體顯示器的原理、制作工藝及應(yīng)用和發(fā)展。2/2/2023194.2氣體放電的基本性質(zhì)氣體放電是指在一封閉的氣體容器兩端，加上一定的電壓，引起氣體媒質(zhì)電離，產(chǎn)生的正負離子在電場作用下又去碰撞其他氣體分子，而引起放電的現(xiàn)象在氣體放電器件中常充有惰性氣體或金屬蒸汽，器件工作時，這些氣體原子部分轉(zhuǎn)變?yōu)閹щ娏Ｗ?，這些粒子對氣體放電現(xiàn)象和器件的特性起決定性的作用2/2/2023204.2.1低壓氣體放電的基本特性

在氣體中的兩電極間施加電壓，在一定條件下，會產(chǎn)生氣體輝光放電。凡是電流通過氣體的現(xiàn)象即為氣體放電。日光燈、PDP也是利用氣體放電而發(fā)光的。按輝光放電的外貌及微觀過程，從陰極到陽極大致可分為阿斯頓暗區(qū)、陰極光層、陰極暗區(qū)、負輝區(qū)、法拉第暗區(qū)、正光柱區(qū)及陽極區(qū)等幾個區(qū)域。2/2/202321

阿斯頓暗區(qū)：電子從陰極出來立刻進入場強很大的區(qū)域而被電場加速，但在陰極附近電子速度很小。由于電子能量小于最低激發(fā)電位，還不能產(chǎn)生激發(fā)，因此該區(qū)域是暗的。陰極光層：該區(qū)域電子能量達到激發(fā)電位，產(chǎn)生一層很薄很弱的發(fā)光層。

陰極暗區(qū)：從陰極光層起的電子具有更大的能量，甚至超過激發(fā)幾率，因此激發(fā)減少，發(fā)光強度變?nèi)酢Ｔ搮^(qū)域中，電子能量已超過電離電位，產(chǎn)生大量的碰撞電離，雪崩放電集中在這個區(qū)域發(fā)生。4.2.1低壓氣體放電的基本特性2/2/202322

負輝區(qū)：進入負輝區(qū)的多數(shù)電子，經(jīng)過了多次非彈性碰撞，其能量雖比電離能小，但是大于或接近激發(fā)能，從而產(chǎn)生許多激發(fā)碰撞，因而產(chǎn)生明亮的輝光。

法拉第暗區(qū)：大部分電子在負輝區(qū)經(jīng)歷了多次碰撞損失了能量，不足以引起電離和激發(fā)，因此不發(fā)光。

正光柱區(qū)：任何位置電子密度和正離子密度相等。放電電流主要是電子流。在不同的條件下，它可表現(xiàn)為均勻的光柱或明暗相間的層狀光柱。陽極區(qū)：該區(qū)有時可以看見陽極暗區(qū)，在陽極暗區(qū)之后是緊貼在陽極上的陽極輝光。4.2.1低壓氣體放電的基本特性2/2/202323是一種穩(wěn)態(tài)的自持放電；放電電壓明顯低于著火電壓，而后者由后面談到的帕邢定律決定；放電時，放電空間呈現(xiàn)明暗相間的、有一定分布的光區(qū)；嚴格地講，只有正光柱部分屬于等離子區(qū)，其中正負電荷密度相等，整體呈電中性；放電主要依靠二次電子的繁流來維持。輝光放電具有以下的基本特征：氣體導(dǎo)電的現(xiàn)象。又稱氣體導(dǎo)電。氣體通常由中性分子或原子組成，是良好的絕緣體，并不導(dǎo)電。氣體的導(dǎo)電性取決于其中電子、離子的產(chǎn)生及其在電場中的運動。加熱、照射(紫外線、X射線、放射性射線）等都能使氣體電離，這些因素統(tǒng)稱電離劑。一旦撤除電離劑，氣體中離子很快消失，電流中止。這種完全靠電離劑維持的氣體導(dǎo)電稱為被激導(dǎo)電或非自持導(dǎo)電。4.2.1低壓氣體放電的基本特性2/2/202324正常輝光放電區(qū)有4個明顯的發(fā)光區(qū)域，即陰極光層、負輝區(qū)、正光柱區(qū)和陽極光層。陰極光層和陽極光層對發(fā)光的貢獻遠小于負輝區(qū)和正光柱區(qū)。負輝區(qū)的發(fā)光強度最大，但發(fā)光區(qū)域較小。正光柱區(qū)的發(fā)光區(qū)域最大，對光通量的貢獻也最大。4.2.1低壓氣體放電的基本特性2/2/202325但是氣體放電時，以上4個區(qū)域并不一定全部出現(xiàn)。當(dāng)電極間距逐漸縮短時，正光柱區(qū)也逐漸縮短并首先消失，然后是法拉第暗區(qū)和負輝區(qū)相繼消失。當(dāng)負輝區(qū)的左端與陰極重合時，放電就會停止。陰陽極之間的電位降主要發(fā)生在負輝區(qū)之前；維持輝光放電所必需的電離大部分發(fā)生在陰極暗區(qū)。也就是說，陰極位降區(qū)（包括阿斯頓暗區(qū)、陰極光層和陰極暗區(qū)）是維持輝光放電必不可少的部分。4.2.1低壓氣體放電的基本特性2/2/2023264.2.1低壓氣體放電的基本特性2/2/202327

①發(fā)光效率低，放電間距只有幾十到幾百納米，日光燈的光效率達80lm／W，而目前PDP的光效率只有1~2lm／W。主要是因為日光燈放電時其正光柱區(qū)長，而PDP發(fā)光的主要貢獻者是負輝區(qū)，放電時，正光柱區(qū)非常短甚至消失。與普通輝光放電不同，PDP所涉及的氣體放電具有下述特點：②表面放電型AC型PDP存在一個分辨率的理論極限。提高分辨率就意味著縮小放電電極間距。而從輝光放電的特性來看，當(dāng)充氣氣壓一定、電極間距縮小到一定數(shù)值時，在兩個電極間不會形成正常的輝光放電，從而產(chǎn)生擊穿（即打火）現(xiàn)象。③極限分辨率與充氣壓力成正比。充氣氣壓越高，極限分辨率也越高。4.2.1低壓氣體放電的基本特性2/2/202328圖3－13表示利用正光柱部分的10英寸彩色PDP放電胞的結(jié)構(gòu)及放電區(qū)的電位分布。如圖中所示，若陽極部分向左移動，正光柱的長度將縮短，而負輝光部分不變。從圖中還可以看出，電位下降主要發(fā)生在負輝光區(qū)以左很窄的部分，并由此基本上決定PDP的工作電壓。若圖中的陽極向左挪動1mm，則不會出現(xiàn)正光柱，對應(yīng)的放電電壓大約為250V。此時從負輝光區(qū)發(fā)出的光可為PDP所利用。4.2.1低壓氣體放電的基本特性2/2/202329對于實用的PDP來說，希望盡量降低工作電壓并設(shè)法提高畫面的顯示精細度。僅利用負輝光的設(shè)計方案，既可降低工作電壓，又因為其放電胞的尺寸變小，有利于提高顯示精細度，顯然十分理想。目前，達到實用化的PDP正是采用了這種方案4.2.1低壓氣體放電的基本特性2/2/202330

彩色PDP雖然有多種不同的結(jié)構(gòu)，但其放電發(fā)光的機理是相同的。彩色PDP的發(fā)光顯示主要由以下兩個基本過程組成：

①氣體放電過程，即隋性氣體在外加電信號的作用下產(chǎn)生放電，使原子受激而躍遷，發(fā)射出真空紫外線（<200nm）的過程；

②熒光粉發(fā)光過程，即氣體放電所產(chǎn)生的紫外線，激發(fā)光致熒光粉發(fā)射可見光的過程。4.2.2彩色PDP的發(fā)光機理2/2/202331下面以充有Ne－Xe混合氣體的表面放電型AC型PDP為例，來說明PDP的發(fā)光機理，見圖4－14。4.2.2彩色PDP的發(fā)光機理圖4－142/2/202332

Ne－Xe混合氣體在一定外部電壓作用下產(chǎn)生氣體放電時，氣體內(nèi)部最主要反應(yīng)是Ne原子的直接電離反應(yīng)

e+Ne＝Ne++2e(電子能量大于21.6ev)

其中Ne＋為氖離子。由于受到外部條件或引火單元激發(fā)，氣體內(nèi)部已存在少量的放電粒子。其中電子被極間電場加速并達到一定動能時碰撞Ne離子，使其電離而導(dǎo)致氣體內(nèi)部的自由電子增殖，同時又重復(fù)（4－l）式反應(yīng)致使形成電離雪崩效應(yīng)。這種電離雪崩過程中會大量產(chǎn)生以下的兩體碰撞反應(yīng)

4.2.2彩色PDP的發(fā)光機理2/2/202333e+Ne＝Ne++2e（電子碰撞電離）(4-1)e+Ne＝Nem+e（亞穩(wěn)激發(fā)）(4-2)e+Xe＝Xe++2e（電子碰撞電離）(4-3)

其中Nem為Ne的亞穩(wěn)激發(fā)態(tài)。由于Nem的亞穩(wěn)能級（l6.62eV）大于Xe的電離能（12.127eV），壽命長達0.1－10ms，因此，亞穩(wěn)原子Nem與Xe原子碰撞的過程為Nem+Xe=Ne+Xe++e

(4-4)4.2.2彩色PDP的發(fā)光機理2/2/202334

人們稱此為Penning電離反應(yīng)，這種反應(yīng)產(chǎn)生的幾率極高，從而提高了氣體的電離截面，加速了Nem的消失和Xe原子的電離雪崩。此外，這種反應(yīng)的工作電壓比直接電離反應(yīng)的要低，因此也降低了顯示器件的工作電壓。

與此同時，被加速后的電子也會與Xe+發(fā)生碰撞。形成Xe的激發(fā)態(tài):

e+Xe+Xe**(2P5或2P6)+hv

(4-5)

由于Xe原子2p5，2p6能級的激發(fā)態(tài)Xe**很不穩(wěn)定，極易由較高能級躍遷到較低的能級，產(chǎn)生逐級躍遷

Xe**(2P6或2p5)Xe*(1s4或1s5)

+hv(823nm，828nm)

(4-6)4.2.2彩色PDP的發(fā)光機理2/2/202335

Xe*（1s5）與周圍的分子相互碰撞，發(fā)生能量轉(zhuǎn)移，但并不產(chǎn)生輻射，即發(fā)生碰撞轉(zhuǎn)移

Xe*(1s5)Xe*(1s4)(4-7)

式中，1s4是Xe原子的諧振激發(fā)能級。Xe原子1s4能級的激發(fā)態(tài)躍遷至Xe的基態(tài)時，就發(fā)生共振躍遷，產(chǎn)生使PDP放電發(fā)光的147nm紫外光

Xe*(1s4)Xe+hv(147nm)(4-8)

Ne，Xe原子的能級與發(fā)光光譜如圖4－15所示；Penning電離反應(yīng)與Xe**逐級躍遷的示意見圖4－16。4.2.2彩色PDP的發(fā)光機理2/2/2023364.2.2彩色PDP的發(fā)光機理圖4－162/2/202337(2)熒光粉發(fā)光過程

由于147nm的真空紫外光能量大，發(fā)光強度高，所以大多數(shù)PDP都利用它來激發(fā)紅、綠、藍熒光粉發(fā)光，實現(xiàn)彩色顯示。一般稱這種發(fā)光為光致發(fā)生。真空紫外光激發(fā)熒光粉發(fā)光的原理如圖4－17所示。

熒光粉是一種粉末狀結(jié)晶物質(zhì),由基質(zhì)和激活劑組成。通常表示為：基質(zhì)：激活劑4.2.2彩色PDP的發(fā)光機理2/2/202338當(dāng)真空紫外光照射到熒光粉表面時，一部分被反射，一部分被吸收，另一部分則透射出熒光粉層。當(dāng)熒光粉的基質(zhì)吸收了真空紫外光能量后，基質(zhì)電子從原子的價帶躍遷到導(dǎo)帶，價帶中因為電子躍遷而出現(xiàn)一個空穴?？昭ㄒ驘徇\動而擴散到價帶頂，然后被摻人到熒光粉中的激活劑所構(gòu)成的發(fā)光中心俘獲。4.2.2彩色PDP的發(fā)光機理圖4－172/2/202339例如，紅粉Y2O3：Eu中的銪是激活劑，它是紅粉的發(fā)光中心。沒有摻雜的熒光粉基質(zhì)Y2O3是不具有發(fā)光本領(lǐng)的。另一方面，獲得光子能量而躍遷到導(dǎo)帶的電子，在導(dǎo)帶中運動，并很快消耗能量后下降到導(dǎo)帶底，然后與發(fā)光中心的空穴復(fù)合，放出一定波長的光。同一種基質(zhì)的熒光粉，由于摻雜元素不同，構(gòu)成的發(fā)光中心的能級也不同，因此產(chǎn)生了不同顏色的可見光。4.2.2彩色PDP的發(fā)光機理2/2/202340一、氣體放電中的帕邢定律和著火電壓確定

1、氣體放電的伏安特性曲線上述發(fā)光并非憑空產(chǎn)生，而是必須要滿足氣體放電的條件。對于一定的放電胞尺寸和一定的氣體壓力，兩電極之間要施加一定的電壓。首先要使氣體擊穿，氣體放電開始，而后要以一定的電壓來維持，使上述Xe原子處于激發(fā)狀態(tài)，不斷發(fā)射紫外光。那么氣體是如何被擊穿，氣體放電又是如何來維持的呢？4.2.2彩色PDP的發(fā)光機理2/2/202341一般把電流通過氣體的現(xiàn)象都稱為氣體中的放電或氣體放電。在氣體放電中，作為電源負載的放電氣體可看作是可變電阻：擊穿之前其電阻無窮大，放電開始的著火電壓（即擊穿電壓）、其可變電阻的大小及變化規(guī)律與氣體種類及成份、壓力及溫度、極間距離、電極材料、電極表面狀態(tài)密切相關(guān)。

圖4－18表示典型的氣體放電曲線。4.2.2彩色PDP的發(fā)光機理2/2/202342其中AB段是非自持放電，它是依靠空間存在的自然輻射照射陰極所引起的電子發(fā)射和氣體的空間電離所產(chǎn)生的。BC是自持的暗放電，有微弱的發(fā)光。B點對應(yīng)于擊穿電壓（即放電著火電壓）。若電路中的限流電阻不很大,則電壓U提高到Uz后，放電可迅速過渡到E點之后，即U突然下降，而I突然上升，并隨之立即發(fā)出較強的輝光；若回路里串有很大的電阻（106歐以上），則可能逐點測出CE段。這是由自持暗放電BC段到輝光放電EG段的過渡區(qū)域，很不穩(wěn)定。只要放電回路中電流稍有增加，電壓則很快向E點轉(zhuǎn)移。當(dāng)電流增加到E點，這時陰極表面只有一部分發(fā)光，即只有一部分陰極表面發(fā)射電子，這部分叫陰極斑點。隨著放電電流增加．陰極斑點面積按正比例增加，而U保持不變。一直到陰極斑點覆蓋整個陰極表面后，再使I增加，則U也增加。PDP大都使用正常輝光放電階段，而離子鍍膜和濺射鍍膜大都使用反常輝光放電階段。圖4－18圖4－182/2/202343

1889年帕邢（Paschen）在測量擊穿電壓對擊穿距離和氣體壓力的依賴關(guān)系時發(fā)現(xiàn)：在兩個平行平板電極上加以直流電壓后，在極間形成均勻場。令極間距離為d，壓力為p，如果氣體成份和電極材料一定，氣體恒溫，則在冷電極條件下，擊穿電壓是Pd的函數(shù)，而不是以P和d為兩個變量的函數(shù)。并且改變Pd時，Uz有一極小值Uzmin。這便是有名的帕邢定律。

2、帕邢定律和著火電壓的確定4.2.2彩色PDP的發(fā)光機理2/2/202344根據(jù)湯生放電原理，在均勻電場中，放電電流為：式中，I0為因外界因素產(chǎn)生的初始電流；d為陰陽極間距離；α為電子對氣體的體積電離系數(shù)，即每一個電子從陰極到陽極繁衍過程中，單位距離所增加的電子數(shù)；γ為正離子的表面電離系數(shù)，即每一個正離子轟擊陰極表面而發(fā)射出γ個新的電子。4.2.2彩色PDP的發(fā)光機理2/2/202345

其中，

可見Uz=f(pd)，即Uz是pd乘積的函數(shù)。就是說，一個放電管其他條件不變時，雖然p和d可以不同，但只要乘積pd相同，Uz就會不變。（4.14）4.2.2彩色PDP的發(fā)光機理2/2/202346為了求得電壓的最低值Uzmin，把式（4－14）進行求極值運算解得：(4-15)將（3－15）式代入到（4－14）式，得(4-16)即起輝電壓Uz有一極小值Uzmin。從而帕邢定律得到證明。由（4－14）式、（4－15）式?jīng)Q定的曲線稱為帕邢曲線。圖4－19為不同氣體的帕邢曲線。4.2.2彩色PDP的發(fā)光機理2/2/202347

由各條曲線可以看出，如果從較大壓力或較大極間距離的情況來分析，當(dāng)pd值減小時，Uz跟著減小到一最小值Uzmin，當(dāng)pd值繼續(xù)減小，擊穿電壓又開始急劇增加。實際上，帕邢定律有一定的適用范圍，pd不能太大也不能太小。一般說來，輝光放電的電流范圍約為10-3～102mA，而正常輝光放電的電壓下限約為幾十伏到幾百伏。4.2.2彩色PDP的發(fā)光機理圖4－142/2/202348影響氣體放電著火電壓主要因素:pd值:巴邢定律表明，當(dāng)其他因素不變時pd值的變化對著火電壓的變化起了決定性的作用，因此，PDP中充入氣體的壓強和電極間隙對PDP的著火電壓有很大影響。氣體種類和成分的影響:

氣體種類不同，著火電壓也就不同。通常當(dāng)原子的電離能較低時，其著火電壓偏低。另外，研究表明，如在給定的基本氣體中加入少量的雜質(zhì)氣體，如果雜質(zhì)氣體的電離電位小于基本氣體的亞穩(wěn)態(tài)能，則混合氣體的著火電會小于基本氣體的著火電壓，這就是所謂的潘寧（Penning）效應(yīng)陰極材料和表面狀況:

陰極材料與表面狀況的變化直接影響到正離子轟擊下的二次電子發(fā)射系數(shù)的大小，從而影響到著火電壓的大小。在其他條件相同的條件下，二次電子發(fā)

射系數(shù)系數(shù)越高，著火電壓越低。電場分布的影響:

電場分布對第一電離系數(shù)和第三電離系數(shù)的數(shù)值與分布起決定性作用，因此，它對著火電壓影響很大。輔助電離源的影響:

使用輔助電離源來加快帶電粒于的形成，也可以使著火電壓降低。2/2/202349AC型電極電位不斷變化，在作為瞬時陰極的介電體表面，存在電子周期性積蓄和釋放的過程。DC型PDP中，放電氣體一旦被擊穿，電子便雪崩式地發(fā)生，施加直流電壓即可維持放電的正常進行。但是，若不加控制，會引起陰極過熱，造成放電胞的破壞。因此，可以在后述的脈沖存儲驅(qū)動方式中，通過周期性地在過熱之前切除電壓，而在電子完全消失之前再接通電壓，以維持放電的正常進行。人們稱此為過熱控制放電方式。二.DC型和AC型PDP中氣體放電的區(qū)別2/2/202350AC型PDP:離子向電極入射時，先與介電質(zhì)層表面積蓄的電荷發(fā)生復(fù)合，失去部分能量后，以較低的能量轟擊介電質(zhì)層的表面;DC型PDP:較高能量的離子直接碰撞作為陰極的電極表面，離子所帶的能量全部釋放在陰極中，結(jié)果離子對陰極表面產(chǎn)生濺射作用，并造成很大損傷。AC型PDP:介電體電極表面狀態(tài)的變化會引起壁電荷積蓄量的變化。隨著運行時間增加，會造成工作電壓及存儲特性變化，從而顯示特性變差。DC型PDP:離子的轟擊造成陰極物質(zhì)的濺射飛散，沉積在放電胞障壁四周，對比度及灰度等都會下降。2/2/202351在AC型PDP中，電極表面覆以介電質(zhì)層，電子可以在介電質(zhì)層表面積蓄。當(dāng)施加反向電壓時，電子會從電極表面射出，積蓄的電荷逐漸變少，直至放電停止。因此，對面的電極也要覆以同樣的介電質(zhì)層，通過施加交變電場，造成電子反復(fù)的積蓄一釋放過程，這便是稱其為AC型的理由。另一方面，離子的運動方向與電子相反，它被電場加速到一定能量后，除了可造成氣體原子的激發(fā)之外，最終會碰撞MgO薄膜表面，產(chǎn)生γ電子。氧化鎂是目前所知最為理想的電子放出材料。電子在兩電極之間被加速到一定的能量，與氣體原子碰撞，造成后者激發(fā)或電離，發(fā)生前述的α過程，被激發(fā)的原子發(fā)光，電離原子產(chǎn)生的電子和離子又繼續(xù)參與到氣體放電的過程中。2/2/202352

AC型PDP電極表面覆以透明介電層及保護層，通過絕緣體的介電層表面產(chǎn)生放電，在交流電壓下工作。為形成放電單元而起隔離作用的障壁電極表面覆以透明介電層及保護層，通過絕緣體的介電層表面產(chǎn)生放電，在交流電壓下工作。為形成放電單元而起隔離作用的障壁(隔斷)為條狀，而不是像DC型那樣采用胞狀。而DC型PDP的電極不加保護層，而是直接暴露在放電空間中，放電電流為直流。為防止電極磨損、提高壽命，要通過電阻限制放電電流、而且封入氣體的壓力也較高。

DC型PDP由于設(shè)有輔助放電胞，可確保放電的火種，因此比AC型PDP的對比度高，反應(yīng)速度也快。但是由于采用比較復(fù)雜的胞狀放電單元，形成胞狀障壁的難度較大,畫面的精細化比較困難。由于ACPDP具有結(jié)構(gòu)簡單、亮度和光效高的優(yōu)點，因此世界上各大制造公司大多采用ACPDP結(jié)構(gòu)。2/2/2023534.3.1交流等離子顯示器（ACPDP)4.3

等離子顯示器典型的AC-PDP按結(jié)構(gòu)的不同可分為：對向放電型和表面放電型兩種

對向放電型ACPDP的結(jié)構(gòu)是在兩塊研磨過的玻璃上制作條狀X電極和Y電極X和Y兩組電極互相正交，每一個交叉點就構(gòu)成一個放電單元。并且在電極上覆蓋有介質(zhì)層和介質(zhì)保護膜（一般為MgO）

對向放電型結(jié)構(gòu)簡單，但放電發(fā)生存上、下電極之間，等離子體對熒光體的沖擊大。2/2/202354表面放電型結(jié)構(gòu)的特點是維持放電的兩電極做在同一基板上，放電發(fā)生在基板的一側(cè)，通常還需要其它的輔助電極（如尋址電極）共同進行工作，表面放電式ACPDP器件的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。前基板上用透明導(dǎo)電層制作一組平行并由X電極和Y電極組成一對顯示電極，為降低透明電極的電阻，在其上面制作一層金屬匯流電極。電極上同樣覆蓋有透明介質(zhì)層和MgO保護層后基板上先制作一組平行的選址電極，其上覆蓋一層白色介質(zhì)層，作反射之用。在白色介質(zhì)層上制作一組與選址電極平行的條狀障壁，條狀障壁既作兩基板之間的隔子，又作防止光串和電串的之用。2/2/2023552/2/202356表面放電型ACPDP選址電極與顯示電極的每一對X和Y電極正交即為一個放電單元顯示單元，顯示單元的維持放電是在其對應(yīng)且為同一前板上X和Y顯示電極間進行的，故稱表面放電式，后基板的選址電極僅作顯示單元的選址之用。2/2/202357當(dāng)開始給放電單元施加維持電壓Us時，由于其幅度低于著火電壓Ub，放電單元不發(fā)光。當(dāng)在電極上加上一個幅度大于著火電壓Ub書寫脈沖Uwr，單元開始放電發(fā)光。放電進所形成的正離子和電子在電場作用上分別向瞬時陰極和瞬時陽極移動，并在介質(zhì)層或介質(zhì)保護膜表面積累形成壁電荷Qw。壁電荷Qw形成的壁電壓Uw，其方向與外加電壓相反。因此，單元壁上一旦形成壁電荷，這時加在單元上的電壓是外電壓與壁電壓的疊加，當(dāng)壁電荷Qw積累到一定程度使疊加電壓低于維持電壓下限時，放電暫時停止?？墒钱?dāng)外界電壓反向時，該電壓將與上次放電中形成的壁電壓疊加，由于二者的方向相同，因此疊加后的幅度大于著火電壓Ub，于是又產(chǎn)生新一輪的放電發(fā)光，然后不斷重復(fù)上述過程。因此單元一旦著火，就由維持電壓來維持放電，所以ACPDP放電單元具有存儲性。如要使發(fā)光的單元停止發(fā)光、可在維持電壓前部間隙期間施加一擦除脈沖Ue，由于擦除脈沖Ue的脈寬比維持脈寬窄許多，并且其幅度相對較小，因此擦除脈沖Ue將產(chǎn)生一次微弱的放電，將壁電荷中和，單元停止發(fā)光，而以后所再加維持電壓脈沖由于沒有了壁電壓輔助，也將不能引起新的放電發(fā)光，放電將不能再以維持。ACPDP工作原理2/2/202358表面放電型工作過程與對向放電型類似：2/2/202359從ACPDP工作原理可知，因為其在放電過程中在介質(zhì)表面形成壁電荷,因此產(chǎn)生了壁電壓，ACPDP具有存儲能力。利用ACPDP的存儲特性可以降低維持脈沖幅度、簡化電路制作，并實現(xiàn)高亮度。由此可見壁電荷的存在，對于CPDP的工作特性非常重要。2/2/202360選址和顯示分離ACPDP驅(qū)動方式ADS(AdressandDisplaySeparation)ACPDP工作的常用驅(qū)動方式之一。其主要包括以下三個過程：初始化階段、選址階段和維持階段。(1)初始化階段

為清除像素里充電產(chǎn)生的殘余電荷，在掃描電極和維持電極間加上一個梯形電壓，等離子開始放電，但逐漸減弱，這樣就清除了殘余電荷。(2)選址階段尋址的目的是選擇所要點亮的單元或不點亮的單元，即選擇在要點亮的單元中形成或保留壁電荷到維持期，使得維持放電得以進行。(3)維持階段在維持期，積累了壁電荷的單元就會發(fā)生維持放電，實現(xiàn)圖像的顯示。我們把維持電壓脈沖正負交替變化的驅(qū)動方式稱為AC驅(qū)動方式.如果維持電壓脈沖重復(fù)周期長，則像素的亮度等級增加。因此，通過控制維持放電時間，像素的亮度得以控制。2/2/202361彩色ACPDP的灰度調(diào)節(jié)及全色顯示1、依靠控制放電強度的方法來控制發(fā)光亮度①強放電十弱放電，總的亮度最高；②強放電十弱放電停（即僅強放電），總的亮度次之；③強放電停十弱放電，總亮度第三；④強放電停十弱放電停，總亮度最低2/2/2023622、依靠控制放電時間長短的方法來控制發(fā)光亮度PDP在實現(xiàn)灰度時要把一個電視場分為若干個子場，每一子場產(chǎn)生相同強度的輻射的時間不同，亮度的高低是因這些相同光強輻射在人眼視網(wǎng)膜上的輻射強度與作用時間的積分效應(yīng)不同造成的。AC驅(qū)動方式的維持電壓脈沖不斷進行著正負交替變化，如果維持電壓脈沖重復(fù)周期長，則像素的亮度等級增加。因此，通過控制維持放電時間，像素的亮度得以控制。2/2/2023631、直流等離子體顯示DCPDP的特點（同ACPDP相比）

DC型PDP的電極不加保護層，而是直接暴露在放電空間中，放電電流為直流。

DCPDP放電單元通常采用胞狀。因此，形成胞狀障壁的精細化比較因難。

為防止電極磨損、提高壽命，要通過電阻限制放電電流、而且封入氣體的壓力也較高。

DC型PDP通常設(shè)有輔助放電胞?？纱_保放電的“火種”，因此比AC型PDP的對比度高，反應(yīng)速度也快。4.3.2直流等離子顯示器（DCPDP)2/2/2023642、自掃描顯示器件(SSPDP)■結(jié)構(gòu)特點◆它的陰極是每隔兩根共同連接，包括復(fù)位用陰極驅(qū)動電路在內(nèi)，僅有4組驅(qū)動電路。開始時，復(fù)位陰極和掃描陽極之間產(chǎn)生輝光放電，緊接著對3組時鐘脈沖φ1，φ2，φ3掃描，沿著溝槽傳送輝光放電，沿著溝槽傳送輝光放電(稱為輔助放電)。這樣就可以大幅度地減少驅(qū)動電路?！籼幱陉帢O上所開的引火孔，由輔助放電而產(chǎn)生的荷電粒子，亞穩(wěn)態(tài)離子等被吸引到顯示單元上，使顯示單元放電穩(wěn)定。2/2/2023652/2/202366掃描電極一側(cè)基板掃描電極另一側(cè)基板放入玻板印刷封接框蒸發(fā)形成MgO層形成條形障壁形成尋址電極印刷透明介質(zhì)層總線形成ITO電極刻蝕放入玻板印刷封接框形成熒光體層封接老煉密封排氣充氣形成顯示器一、制作工藝流程4.3.3AC-PDP的制作工藝及關(guān)鍵技術(shù)2/2/202367

彩色PDP的大面積微型化技術(shù)主要是借用了厚膜技術(shù)和光刻工藝圖形形成技術(shù)。

下面主要討論AC-PDP的微型化技術(shù)中有關(guān)電極和障壁的制作。

1、電極制作技術(shù)

彩色PDP的電極有ITO電極、匯流電極和數(shù)據(jù)電極等三種，其材料和制作方法的選擇應(yīng)根據(jù)器件對它的光電要求而定，考慮的因素主要有：2/2/202368導(dǎo)電性。一般要設(shè)計成在給定的工作條件下，電極二端的壓降不超過數(shù)伏，否則會出現(xiàn)遠端和近端像素亮度的差異。對于PDP特有的存儲特性而言，壓降如超出存儲范圍，還可能出現(xiàn)擦寫信號的誤動作。與基板的附著力和與保護介質(zhì)的兼容性。AC-PDP的電極表面都覆蓋有透明介質(zhì)，要求在500度左右在空氣中燒結(jié)時不與電極發(fā)生反應(yīng)。工藝性。制作工藝盡量簡單，產(chǎn)品率高經(jīng)濟性2/2/202369A、透明導(dǎo)電電極它是表面放電式彩色PDP前基板上掃描電極的主要組成部分，ITO制作工藝十分成熟，常采用濺射法制作，成本較高。目前，印刷法制作ITO的技術(shù)也在開發(fā)中。B、薄膜金屬電極ITO電極有很好的導(dǎo)電性，但在較長的電極中，仍然不足。在ITO邊緣加一條金屬匯流電極，也稱bus電極。2/2/202370常用的匯流電極的薄膜材料有Cr-Cu-Cr,Al,Cr-Au,Ag等。Cr-Cu-Cr電極是以在生產(chǎn)中采用的通用技術(shù)，底層Cr用以增加電極與玻璃片的附著力，頂層Cr用以防止Cu的氧化，Cu是電極導(dǎo)電的主體。這種電極性能優(yōu)良，但是制作復(fù)雜。Cr和Cu薄膜是采用濺射法制作，在刻蝕方面需要選用2～3種腐蝕液，方能完成對不同金屬層的刻蝕而不影響ITO薄膜性能。2/2/202371Al電極在單色PDP中使用廣泛，它是導(dǎo)電性能好，附著力強，薄膜制作成本較低，刻蝕容易。但Al熔點較低，在高溫?zé)Y(jié)介質(zhì)層時易氧化，產(chǎn)生表面粗糙和Al堆積現(xiàn)象，突起處容易打火，使器件的絕緣性能破壞。目前還沒有在實際生產(chǎn)中采用Au或Cr-Au電極，它的制作方法有蒸發(fā)和電鍍兩種。金電極性能優(yōu)良，但材料昂貴，因而在實際生產(chǎn)中除了特殊要求以外，一般不采用此電極。薄膜電極的特點是圖形精細準(zhǔn)確，邊緣整齊，但是制作成本高，是彩色PDP尤其是高分辨率器件的基本方案2/2/202372C、厚膜金屬電極厚膜電極一般采用絲網(wǎng)印刷法將金屬槳料印刷在基板上，再經(jīng)燒結(jié)而成。制作厚膜的目的是取代設(shè)備昂貴的薄膜技術(shù)。采用厚膜電極主要是制作匯流電極。美國杜邦公司開發(fā)一種光敏Fodel，它是用2um直徑顆粒的Ag粉混合在感光性樹脂中，用絲印法形成電極，再燒結(jié)而成。Fodel電極寬度可達20um，邊緣平直，尺寸準(zhǔn)確，對位和普通光刻法的要求相同。2/2/202373

2、障壁制作技術(shù) 無論直流還是交流，在彩色PDP中最難的工藝是制作障壁。對障壁的幾何尺寸的要求是壁應(yīng)近可能的窄，以增加像素的開口率，提高器件的亮度。要求障壁端面平整度優(yōu)于幾個um，以防止因交叉干擾引起PDP在尋址時的誤動作。障壁主體應(yīng)該是白色，有較高的反射系數(shù)，以提高亮度，端面呈黑色，以提高器件的對比度。目前，對于障壁的制作常采用以下幾種方法：2/2/202374A、絲網(wǎng)印刷法這是最早用來制作障壁的技術(shù)之一，要用4～5種不同的槳料，印刷11～13次，其中需對準(zhǔn)10～12次，才能印出150um的障壁。由于工序次數(shù)多，成品率難以大幅度提高。近來，開發(fā)了只用黑白兩種槳料，只用9次印刷，3～5次對準(zhǔn)的新絲印方法，大大提高成品率。2/2/202375B、噴沙法是采用一種耐噴沙的光敏膠（或光敏干膜），用光刻法制成圖形。噴沙時利用障壁材料和光敏膠的選擇性刻蝕，形成障壁圖形，再經(jīng)去膠和燒結(jié)而成。利用噴沙工藝制作障壁的工藝流程如下圖所示:

2/2/2023762/2/202377噴沙法的優(yōu)點：障壁尺寸一致性好噴沙法僅需和數(shù)據(jù)電極對準(zhǔn)一次，制作大面積器件時失配問題較小產(chǎn)率高。一塊107cm板子只需幾分鐘就可完成噴沙刻蝕噴沙法的缺點：材料的利用率低環(huán)保問題。因為噴沙刻蝕材料中含有不少的Pb的氧化物，需要回收處理，增加成本2/2/202378C、光敏槳料法這種方法是在障壁材料中加入光敏樹脂形成漿料，用印刷的方法涂覆到基板上形成連續(xù)膜，然后直接用掩模曝光顯影，最后經(jīng)燒結(jié)而成障壁。這是一種標(biāo)準(zhǔn)的光刻方法，圖形可以做的比較精細，但是存在著材料消耗大的問題，而且要使150um的厚膜從上到下充分曝光有很大的困難。其制作流程如下圖所示:2/2/2023792/2/2023802/2/202381此外還有填平法（lift-off,又稱剝離法）、金屬掩模填平法、模壓法等，各有特點。2/2/202382幾種障壁制作技術(shù)比較方法工藝要求環(huán)境要求產(chǎn)率材料消耗障壁厚度/um實用程度印刷高嚴低小7053cm生產(chǎn)噴沙中一般高大60107cm生產(chǎn)填平中一般高中60即將試產(chǎn)光敏材料中一般高大60即將試產(chǎn)模壓中一般高小20正在建線2/2/202383彩色AC－PDP的主要部件及制作材料前后基板為了降低器件制造成本，普遍采用普通鈉鈣玻璃（浮法工藝，應(yīng)變點低）。電極顯示電極－復(fù)合式電極結(jié)構(gòu)：較寬的透明電極＋較細的金屬電極（匯流電極Cr－Cu－Cr）尋址電極：厚膜Ag電極2/2/202384介質(zhì)膜介質(zhì)漿料：玻璃粉、樹脂粘結(jié)劑、溶劑流動型、軟化型介質(zhì)保護膜：MgO障壁：低熔點玻璃作用：保證前后基板間的放電間隙，防止相鄰單元間的光電串?dāng)_要求：高度一致，寬度窄彩色AC－PDP的主要部件及制作材料2/2/202385熒光粉放電氣體彩色AC－PDP的主要部件及制作材料2/2/202386前基板的關(guān)鍵制造工藝1、透明電極的制造：磁控濺射、光刻2、匯流電極3、介質(zhì)層：絲網(wǎng)印刷4、封接層：絲網(wǎng)印刷5、介質(zhì)保護膜：電子束蒸發(fā)彩色AC－PDP的主要制造工藝2/2/202387后基板的關(guān)鍵制造工藝1、尋址電極的制造：絲網(wǎng)印刷、厚膜光刻2、介質(zhì)層：絲網(wǎng)印刷3、障壁的制作2/2/202388（二）熒光粉的使用 在單色PDP中用氣體放電產(chǎn)生的光直接進行顯示，而彩色PDP則通過氣體放電時產(chǎn)生的紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光實現(xiàn)R、G、B三基色顯示。 對PDP使用的熒光粉要求滿足以下條件：在真空紫外領(lǐng)域具有較高的激勵光譜在同一放電電流時，通過三基色熒光體的發(fā)光混色獲得基低白色三基色的發(fā)光應(yīng)具有各自鮮明的色彩度對于短波長紫外線和離子轟擊不產(chǎn)生劣化涂漿和熱處理工藝中具有穩(wěn)定性放電單元工作狀態(tài)的溫度很少影響其發(fā)光效率余輝短2/2/202389

彩色PDP涂覆熒光粉技術(shù)是采用的膜厚印刷技術(shù)形成障壁內(nèi)側(cè)