彩色等离子体
显示
提 纲
一、等离子体显示器概述
二、气体放电物理基础
三、彩色交流等离子体显示器（AC-PDP)介绍
四、彩色AC-PDP的制造材料和工艺
五、彩色AC-PDP电路系统
六、彩色PDP技术的新发展
七、直流等离子体显示器（DC-PDP)
八、PDP的应用及未来发展
What is a plasma?
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。
等离子体显示器概述
PDPPDP：：PPlasma lasma DDisplay isplay PPanelanel
气体放电物理基础
气体原子的电离
原子
获得
能量
等离子体的分类:
等离子体
高温等离子体（完全电离气体）
温度范围：106~108K，如可控热核反应等
离子体、太阳、恒星等。
低温等离子体
（部分电离气体）
热等离子体（Te=104~106K，
Ti=3103~3104K）
冷等离子体（ Te>104K， Ti=室温 ）
如电弧等离子体、
高频等离子体、
燃烧等离子体等。
如辉光放电正柱区
等离子体显示器概述
PPlasma lasma DDisplay isplay PPanelanel ：：
所有利用气体放电而发光的平板显示器件的总称。
日光灯发光原理 PDP平板显示矩阵
等离子体显示器概述
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。
• 彩色PDP
放电发光放电发光 真空紫外线
真空紫外线
（（VUVVUV））
荧光粉荧光粉可见光可见光
等离子体显示器概述
(a)DC-PDP (b)对向放电型AC-PDP (c) 表面放电型AC-PDP
按电极结构分：
等离子体显示器概述
PDP与CRT性能的比较
等离子体显示器概述
优点： 缺点：
（1）主动发光型显示； （1）功耗大，不便于采用电池
（2）易于实现薄型大屏幕； 电源（与LCD相比）；
（3）具有高速响应特性； （2）彩色发光效率低（与CRT
（4）可实现全彩色显示； 相比）；
（5）视角宽，可达160度； （3）驱动电压高（与LCD比较）；
（6）伏安特性非线性强， （4）产生较强的电磁干扰（EMI）.
具有很陡的阈值特性；
（7）具有存储功能；
（8）无图像畸变，不受磁场干扰；
（9）应用的环境范围宽；
（10）工作于全数字化模式；
（11）具有长寿命。
等离子体显示器概述
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
等离子体显示器概述
• 1972年Burroughs
研制出具有自扫描
功能的DC-PDP板
• 1978年，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
等离子体显示器概述
• 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19201035像素，单元
节距为，可实现256级灰度显示。
西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室
等离子体显示器概述
交流PDP（AC-PDP）的发展史
• 1964年Bitzer和Slottow
研制出AC-PDP
等离子体显示器概述
PDP 发明人
Don Bitzer 教授 (右)
Gene Slottow教授 (左)
Illinois大学
等离子体显示器概述
• 1969年，Owens-Illinois研究小组研制出开放单元
（Open Cell）结构的单色AC-PDP
· 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 交叉电极结构的表面放电型AC-PDP
等离子体显示器概述
·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
等离子体显示器概述
（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；
等离子体显示器概述
• 1990年，富士通公司开发出寻址与显示分离的驱动技术（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。
等离子体显示器概述
一、等离子体显示器概述
二、气体放电物理基础
三、彩色交流等离子体显示器（AC-PDP)介绍
四、彩色AC-PDP的制造材料和工艺
五、彩色AC-PDP电路系统
六、彩色PDP技术的新发展
七、直流等离子体显示器（DC-PDP)
八、PDP的应用及未来发展
提 纲
气体放电物理基础
气体发生稳定放电的区域：正常辉光放电区(EF)
反常辉光放电区(FG)
弧光放电区(GH)
气体放电的伏安特性
为了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—α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
生碰撞电离的次数。
气体的击穿和巴邢定律
电
子
繁
流
示
意
图
气体放电物理基础
（2）汤生第二电离系数—β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。
气体放电物理基础
几种气体的巴邢曲线
帕邢(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：
根据着火条件 ，系数必须满足
气体放电物理基础
气体放电物理基础
从 ，可得最低着火点：
影响气体放电着火电压的因素
pd值的作用
巴邢定律表明，当其它因素不变时，pd值的
变化对着火电压的变化起了决定性的作用。因此，
PDP中充入气体的压强和电极间隙对PDP的着火电
压有很大影响。
气体放电物理基础
气体种类和成分的影响
值和击穿电压Ub值，都与气体的性质(种类和气压
)有关，并主要由电子与一定气体粒子发生碰撞的过程
来决定。
—气体的电离电位对击穿电位的影响是另一个重要
的因素，在其他条件不变的情况下，通常电离电位越大
的气体，它的击穿电位就越大。
—如果碰撞时电子还未达到足以使气体电离的速度，
电子与这种气体粒子碰撞损失的平均能量较大，那么这
种气体被击穿所需要的电场强度就大，相应地要求击穿
电位也高。
气体放电物理基础
在放电管内有两种气体的混合物时，Ub不能简单
地用混合方法以混合气体的浓度去计算。混合气体的
击穿现象往往与纯粹气体完全不同。
氮—氢
混合气
体的最
小着火
电压与
Pd的
关系
气体放电物理基础
在氖气中混入少量氩气能使气体的击穿电压降低，
其降低量由氩气的混合量决定。这种现象就是放电中潘
宁效应的结果。这种效应在氩—汞混合气体中也存在。
气体放电物理基础
潘宁电离：
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，变为基态正离子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10-410-2s ，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。
气体放电物理基础
阴极材料和表面状况的影响
在各种
阴极材
料的平
板电圾
之间氩
气的击
穿电压
随Pd的
变化
气体放电物理基础
辅助电离源的影响
使用辅助电离源来加快带电粒子的形成，也可以使
着火电压降低。
例如：
人工加热阴极产生热电子发射，取代发射过程
的作用；
用紫外光照射阴极，使阴极产生光电发射；
放射性物质靠近放电管，放射性射线引起气体
电离；
通过预放电提供初始的带电粒子等可以大大降
低着火电压。
气体放电物理基础
电场分布的影响
电场分布对
汤生系数和系
数的数值与分布
起决定性作用，
影响气体中电子
与离子的运动轨
迹以及电子雪崩
过程。
气体放电物理基础
同轴圆筒电极系统，中心电
极不同极性，着火电压与气
压的关系
辉光放电的发光
基本特征：
(1) 放电时，在放电空间呈现明暗相间、有一定分布规
律的光区。
(2) 由于着火后，空间电荷引起的电场畸变使放电空间
电位基本上分成两段：阴极位降区和正柱区。在阴极位降
区中产生电子繁流过程，满足放电自持条件，故它是维持
辉光放电必不可少的部分。
(3) 管压降明显低于着火电压，并且不随电流而变。电
流为毫安级。电流密度为A/cm2至mA/cm2数量级。
(4) 阴极电子发射主要是过程。
气体放电物理基础
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P＝133Pa，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，激发很微弱。
气体放电物理基础
(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
气体放电物理基础
(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
气体放电物理基础
（5）法拉第暗区
这是一个处于负
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
气体放电物理基础
（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。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
气体放电物理基础
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，
且离子密度低，因此发光效率较高。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。
气体放电物理基础
PDPPDP与荧光灯的效率比较与荧光灯的效率比较
气体放电物理基础
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。
气体放电物理基础
