第4章 等离子体显示器
• 概 述
• 气体放电的物理基础
• 交流等离子体显示板
• 彩色AC-PDP
• 彩色AC-PDP的制造材料和工艺
• 彩色AC-PDP制造技术的发展状况
• 彩色AC-PDP电路系统
• 显示动态图像时的干扰及解决措施
• 直流等离子体显示板
• PDP的应用
指所有利用气体放电而发光的平板显示器件的总称。
它属于冷阴极放电管，利用加在阴极和阳极间一定的电
压，使气体产生辉光放电。
一、PDP的定义与分类
概 述
按工作方式的不同主要分为直流型(DC-PDP)和交流型
(AC-PDP)两大类。AC-PDP根据电极结构的不同，分为对
向放电型和表面放电型两种。
二、PDP的发展史
1、DC－PDP的发展史
20世纪50年代初，Burroughs公司开发出一种用于数码
显示的直流气体放电管；
1954年， Burroughs公司研制出直流矩阵结构PDP显
示板；
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可工作于存储模式。
2、AC－PDP的发展史
1964年，美国Illinois大学的Bitzer和Slottow发明了单
色AC- PDP；
1967 年，Illinois大学开发出对向放电型AC-PDP；
1976，和提出单一基板面放电结构；
1990年，富士通提出寻址与显示分离ADS驱动方法；
1984年，、内池等提出了三电极表面放电反射
型AC-PDP；
90年代后期，日本提出了边寻址边显示AWD驱动方
法，富士通公司提出表面交替发光ALIS驱动方法，新
的驱动方法层出不穷。
三、PDP的特点
⑴易于实现薄型大屏幕显示；
⑵具有高速响应特性；
⑶可实现全彩色显示；
⑷视角宽，可达1600；
⑸伏安特性非线性强，具有很陡的阈值特性；
⑹具有存储功能；
⑽长寿命。
⑺无图像畸变，不受磁场干扰；
⑻应用的环境范围宽；
⑼工作于全数字化模式；
气体放电的物理基础
一、气体放电的伏安特性
由于弧光放电产生的大电流容易烧毁显示器，而且在
其辐射光谱中，常含有阴极材料蒸气的光谱，因而PDP
总是选择工作在正常辉光和反常辉光放电区。为此，必
须在PDP放电回路中串联电阻、电感、电容来确定放电
工作点。
DC-PDP通常串联薄膜电阻来限制电流，而AC－
PDP放电单元电极上涂覆的介质层也起到了限制电流
的阻抗作用。
二、气体的击穿和巴邢定律
1、气体的击穿（由非自持放电转变为自持放电的过程）
⑴阴极表面发射的电子在电场作用下运动，与气体原
子发生碰撞电离，电子在空间雪崩。汤生第一电离系数
－α系数。
⑵新产生的离子打上阴极又引起新的二次电子发射，
从而使阴极发射增强，使气体导电率不断增加。汤生第
三电离系数－γ系数。
自持放电的条件：
放电稳定后到达阳极的电子数为：
2、巴邢定律
三、影响气体放电着火电压的因素
1、pd值的影响；
PDP中充入气体的压强和电极间隙决定着火电压。
2、气体种类和成份的影响；
⑴当原子的电离能较低时，其着火电压低。
⑵在基本气体中混入微量杂质气体时，若两种气体间
满足潘宁电离条件，着火电压下降。如在Ne气中混入
Ar气或Xe气，可使着火电压下降。
3、阴极材料和表面状况的影响；
4、电场分布的影响；
5、辅助电离源的影响。
四、辉光放电的发光
⑴阴极暗区，产生大量的碰撞电离，雪崩放电集中在
这个区域发生。
⑵负辉区，在阴极暗
区电离产生的大量电子
进入这一区域，电子能
量大于或接近激发能，
产生明亮的辉光。
⑶正柱区，任何位置电
子密度和正离子密度相等，
表现为均匀的光柱或明暗
相间的层状光柱。
五、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：
⑴统计性时间延迟ts
⑵形成性时间延迟tf
气体放电延迟是关系到PDP单元放电稳定性的因素之
一，是进行PDP单元结构和驱动波形设计时必须考虑的
一个问题。
交流等离子体显示板
一、基本结构
显示电极（包括透明电极和汇流电极）制作在前基板
上，寻址电极制作在后基板上并与显示电极正交，
一对显示电极与
一条寻址电极的
交叉区域就是一
个放电单元，维
持放电在两组显
示电极间进行。
汇流电极
三电极表面放电型AC－PDP
壁障(隔断)
荧光粉
选址电极
后玻璃基板
紫外线
介质层
透明电极
放电区
前玻璃基板
透明介电质层
保护层
发光区
行 电
极
列电极
放 电
胞 电压
无论是哪种结构的AC-PDP，在电极上均有一介质层，
该介质层使气体放电产生的空间电荷存储在介质壁上，
这些电荷称为壁电荷，壁电荷的建立可使AC-PDP工作
在存储模式，并有利于降低放电的维持电压。
由于介质层材料的抗离子溅射性能较差，因此为延
长显示器的寿命，增加工作电压的稳定性，降低器件
的着火电压，在介质层上再覆盖一层抗溅射和二次电
子发射系数高的薄膜作为保护膜，通常为MgO膜。
二、工作原理
以对向放电型为例，AC-PDP的驱动脉冲由维持脉冲
Vs、书写脉冲Vw和擦除脉冲Ve组成。AC-PDP在维持脉
冲的每个周期内产生两次放电发光。
维持电压脉冲宽度通常5μs ~10μs，幅度90V~100V
，主要工作频率范围30KHz~50KHz，因此光脉冲重复
频率在数万次以上，人眼不会感到闪烁。
彩色AC-PDP
一、实施途径
彩色AC-PDP通常利用稀有混合气体放电产生的VUV
来激发三基色光致荧光粉发光。
1、放电气体
要求：
①着火电压低；
②辐射的真空紫外光谱与荧光粉的激励光谱相匹配；
③放电本身发出的可见光对荧光粉发光色纯影响小；
④放电产生的离子对介质保护膜材料溅射小；
⑤化学性能稳定。
彩色AC-PDP 必须合理选择气体配比。目前，在量产
的彩色AC-PDP中，通常充入的放电气体有Ne-Xe(4％～
6％)、He-Ne(20％～30％)-Xe(4％)。
2、三基色荧光粉
要求：
①在真空紫外线的激发下，发光效率高；
②色彩饱和度高，色彩再现区域大；
③余辉适宜；
④热稳定性和辐照稳定性好；
⑤有良好的真空性能；
⑥涂覆性能良好：
彩色AC-PDP通常选用的荧光粉有：
红粉：(Y，Gd)BO3:Eu3+；
绿粉：BaAl12O19:Mn2+，Zn2SiO4:Mn2+；
蓝粉：BaMgAl10O17:Eu2+，BaMgAl14O23:Eu2+。
二、发光机理
彩色AC-PDP的发光由两个基本过程组成：
①气体放电过程，即利用稀有混合气体在外加电压的
作用发射出真空紫外线(VUV)的过程；
混合气体放电过程：
潘宁电离
②荧光粉发光过程，即利用气体放电产生的紫外线，
激发光致荧光粉发射出可见光的过程。
三、结构特点
彩色AC-PDP有对向放电型和表面放电型两种。对向
放电型的三个放电单元R、G、B成三角形分布，表面放
电型的放电单元为直条沟状。
彩色AC-PDP按荧光粉的涂敷方式分为透射式和反射
式。
四、多灰度级显示的实现方法
彩色AC-PDP利用调节维持脉冲个数的方法来实现多
灰度级显示。
以寻址与显示分离的子场驱动方法（ADS）为例：
将某一种颜色的电平信号量化为n位数据，对显示数
据按位进行显示。发光脉冲个数和该位的权重相关联，
权重越大，该显示期的发光脉冲个数越多，反之，则发
光脉冲个数越少。各位显示的亮度也就不同，一位的显
示时间称为一个子场。每个子场包括准备期、寻址期和
维持显示期。
以显示数据量化为8位为例，将一场时间分为8个子
场，其维持期的时间(即维持脉冲个数)不同，例如1－
8子场分别对应显示从图像数据的最低位至最高位，则
8个子场的维持期的时间成1:2:4:8:16:32:64:128的关系。
每种颜色可显示28级灰度，三基色可显示224种颜色。
若一个数据为0000，0000，则所有子场都不点亮，
显示为最暗的0级灰度；当数据为0000，1001时，只有
第一和第四子场点亮，对应灰度级为9的亮度。
例：若彩色AC-PDP采用分子场显示来实现128级灰度，
⑴显示数据如何量化？
⑵若采用ADS驱动法，则各子场的维持显示时间比
是多少？
⑶该彩色AC-PDP可以实现多少种颜色的彩色显示？
⑷若某一像素要实现85级灰度显示，各子场显示情
况如何？
彩色AC－PDP的制造材料和工艺
以富士通公司开发的三电极结构表面放电型AC-PDP
为例，制造过程总体上可分为3部分：前基板制造工序、
后基板制造工序和总装工序。
一、彩色AC-PDP的主要部件及其制作材科
1、前后基板
普遍使用的玻璃基
板为采用浮法工艺制
作的平板钠钙玻璃。
障壁 (隔断)
透明介电质层
保护层
透明电极
放电气体
前玻璃基板
荧光粉
选址电极
后玻璃基板
汇流电极
介质层
采用复合式电极结构，即显示电极用较宽的透明电极
和较细的金属电极构成。透明电极仍用ITO薄膜。
2、透明电极
常用的汇流电极的材料有薄膜Cr-Cu-Cr电极、厚膜Ag
电极。常用的寻址电极材料为厚膜Ag电极。
3、汇流电极和寻址电极
汇流电极用来增加电极的导电性，要求宽度在100μm
以下。
4、介质层
用来保护电极，为低熔点玻璃。
为低熔点破璃，作用：
①保证两基板间的放电间隙，确保一定的放电空间；
②防止相邻单元间的放电干扰。
5、介质保护膜MgO
6、障壁
另外还有荧光粉层和放电气体。
要求二次电子发射系数高，电阻率高，耐溅射。
作用是延长显示器的寿命，增加工作电压的稳定性，
并且能够降低器件的着火电压，减小放电的时间延迟。
要求：高度一致(偏差在±5μm），宽度窄，热膨胀系
数应与基板玻璃相匹配。
二、前基板的关键制造工艺
1、透明电极的制作
方法同液晶显示屏的ITO膜制作，先在基板上溅射一
层SiO2，然后溅射一层ITO膜，再光刻出电极。
2、汇流电极的制作
可采用薄膜光刻技术（Cr-Cu-Cr）和厚膜技术（Ag浆
料）。厚膜技术有两种方法：
⑵用厚膜光刻技术制作，使用的材料是光敏Ag浆料。
⑴用丝网印刷法直接制作出电极，再经高温烧结而成。
最常用的材料是Ag浆料。
3、介质层的制作，采用丝网印刷法。
要求四条边的厚度和宽度均匀一致，以保证密封质量。
采用丝网印刷法或喷涂法制作。
4、封接层的制作
5、MgO介质保护膜的制作
利用电子束蒸发的方法制备。
三、后基板的关键制造工艺
采用丝网印刷法或厚膜光
刻技术制作。
1、寻址电极的制作
2、介质层的制作
高度一般在l00～200μm
的范围，制作技术有丝网
印刷法和喷砂法。
3、障壁的制作
采用丝网印刷法或厚膜光刻
法制作。
4、荧光粉层的制作
四、总装工艺
在前、后基板都制作好后，进入总装工序，该工序包
括前后基板封接，屏的排气、充气，AC-PDP的老练和
电极引出。
五、彩色AC-PDP制造技术的发展状况
1、PDP结构的发展
（1）waffle障壁和T型电极结构（日本先锋公司）
（2）栅栏型Cr-Cu-Cr电极结构（美国Plasmaco公司）
（3）弯曲障壁结构
（日本富士通）
（4）非对称单元结构和彩色滤光膜（松下和NEC）
彩色AC-PDP电路系统
一、三电极表面放电型彩色AC-PDP的工作原理
彩色AC-PDP要实现图像的显示，首先根据显示数据
选择在要点亮的单元中形成或保留壁电荷到维持期，使
维持放电得以进行，积累了壁电荷的单元就会发生维持
放电，实现图像的显示。称一个有壁电荷(壁电压与维
持电压的绝对值之和大于着火电压)的显示单元处于点
亮状态，否则称该单元处于熄灭状态。
三电极表面放电型彩色AC-PDP的三个电极分别为：
维持电极（X电极）、扫描电极（Y电极）、寻址电极
（A电极）。维持显示放电发生在X电极和 Y电极之间，
寻址放电发生在A电极和Y电极之间。
使单元点亮可使寻址电极和扫描电极间发生放电，积
累维持放电所需的壁电荷。
使一个单元由点亮到熄灭，即擦除单元中的壁电荷，
有如下方式：
⑴加一个远大于着火电压Vf的电压脉冲，使放电结束
后单元内的壁电压还大于着火电压，壁电荷本身形成的
壁电压使单元内发生放电，在脉冲下降后，使单元中各
电极的外加电压相同，由于此时外电路并不提供电流，
放电使壁电荷基本中和，单元回到熄灭状态；
⑵是利用A电极和Y电极放电，在单元内积累额外的
壁电荷，使壁电荷的电压超过着火电压，引起单元内放
电，后面的放电进行时外电路不提供电流，则壁电荷因
该放电而被中和。
⑶利用窄脉冲(脉冲宽度约1μs左右)的擦除作用，窄
脉冲引起放电，而且要在放电未结束时使脉冲结束，
放电造成壁电荷中和。
加上合适的电压脉冲序列，可以实现显示单元中壁
电荷的建立、擦除以及维持显示等操作。采用不同时
序的电压脉冲序列就构成了不同的驱动方法。
（4）用缓慢上升的脉冲，使单元刚达到着火电压时，
就进行一次放电，壁电荷被中和掉一部分，电压再上
升，重复以上过程，最终接除掉大多数壁电荷。
⑶维持期
二、驱动方法
1、寻址与显示分离的子场驱动方法（ADS）
⑴准备期⑵寻址期
缺点：显示亮度低。
以VGA显示为例，工作于场频60Hz，则场周期为
。
假设扫描一行的时间为3μs，扫描480行所需的时间
为，则在一场时间内，8个子场扫描寻址
所用的时间为，留给维持放电显示的时间只有
，维持显示时间占一场总时间的31％。
2、寻址并显示的驱动方法（AWD）
寻址电极分为上、下两
部分，两部分同时扫描寻
址。将一个行周期H分成
8个长度为△ (△ ＝μs)
的时间段，作为每一子场
的寻址期。
占空比：
3、表面交替发光(ALIS)驱动法
⑴普通驱动方法驱动的PDP应用于HDTV时亮度下降
的原因：
①HDTV显示像素多，放电空间减小；
②发光面积与像素面积之比下降，开口率下降；
③像素尺寸减小，放电产生的电荷向障壁扩散，造成
相当程度的能量损失；
④显示时间缩短。
彩色AC-PDP一般使用条状障壁结构，相邻显示行之
间设置了非发光区域。大量电极的存在，非发光区不
能设计太宽，相邻像素间会产生放电的相互干扰。
基本思路：充分利用两行之间的非发光区域。
所有的维持电极和扫描电极等间距排列，相邻两个
维持电极和扫描电极之间的间距作为一个显示行，扫
描电极分成奇数行和偶数行分别在两场显示，奇数场
和偶数场交替显示，构成一帧图像。
⑵表面交替发光(ALIS)驱动法
显示奇数行时，在电极X1和Y1之间，X2和Y2之间施
加维持电压Vs，使其发生维持放电，同时由于Y1和X2电
极电位相等，使偶数行没有维持放电发生而不显示。显
示偶数行的操作与奇数行相似，只在Yl和X2电极之间存
在维持电压，进行维持放电。
以奇数场显示为例分析其工作原理：
从准备期开始，通过在X电极施加全屏写脉冲使显示
屏上的所有单元的壁电荷得到擦除，处于一致状态。
在寻址期，将寻址期分为前后两部分，在奇场的前半
部分寻址期，寻址显示1、5、9…等行，在其后半部分寻
址期，寻址显示3、7、11…等行；
在维持放电期，只在构成奇数显示行的电极之间施加
维持电压脉冲，使之发生维持放电；偶数显示行上电极
之间电压为0V，不发生放电。
1
2
3
4
5
ALIS驱动方法的优点：
①可实现高清晰度和高亮度的显示；
②经济性好；
③寿命长；
一根扫描电极就可驱动两个显示行，显示电极中扫描
驱动集成电路个数和以前的相比数量减半。
一个像素的发光时间只有以前的1/2，因此发光时间
短，寿命延长。
4、CLEAR驱动法
属于擦除寻址的驱动方法：先点亮所有显示单元，在
寻址期根据显示数据擦除非点亮单元中的壁电荷，使其
熄灭，在维持期，那些点亮的单元会维持发光。
CLEAR驱动用各个子场的维持发光的单纯累积来显示
灰度。在一场中，只有在第一子场的开头有一个准备期
的发光，使全屏所有显示单元处于点亮状态。对于一个
显示单元，一场中只有一次寻址放电。
若单纯使用CLEAR驱动方法，可显示的灰度数为“
子场数＋1”，但灰度级不够。可使每场中的各个子场的
维持脉冲数发生变化显示更多的灰度级，例如1场由m
个子场构成，使n场中的维持脉冲数发生变化时，得到
的灰度数为m×n+1。
三、驱动电路
场同步
行同步
数据
时钟
数据存储
与
控制电路
显示数据
扫描时序
控制信号
驱动时序
控制信号
显示数
据缓冲
寻址电极驱动器 维
持
脉
冲
产
生
电
路
扫描脉冲产生电路
扫描
电极
驱动
器
开关
电源
DC/DC
转换电路
ACPDP
1、数据存储与控制电路
是彩色AC-PDP电路中对图像数据进行数字处理，实
现分子场显示的主要控制部分。
其主要功能是将图像数据按照显示屏的结构和ADS分
子场驱动技术的要求进行转换、存储和处理（按位进行
分离、分块存储），向驱动电路传送显示数据，并提供
显示所需的一些驱动集成电路的控制信号（扫描时序信
号和驱动时序信号等 ）。
2、高压驱动电路
主要功能是按一定的逻辑控制时序，产生驱动显示
屏的高压驱动波形。包括扫描电极驱动脉冲产生电路，
维持电极驱动脉冲电路，寻址电极和扫描电极驱动器
等。
3、高压集成块
⑴逻辑电路，负责控制显示屏信号和显示数据；
⑵高压驱动电路，负责将信号电平移位和对显示屏施加
发光所需的高压脉冲。
4、能量恢复电路
彩色AC-PDP显示屏可看作是一个容性负载。
在对电容的充放电过程中电容本身并不消耗能量，但
对其进行充放电引起的电流将导致在回路电阻上消耗能
量。电容的一个充放电过程中，电路损耗的总能量为
CV2。
当屏的总电容为C＝1μF，用幅值为100V，频率f为
100kz的脉冲驱动时，回路中电阻消耗的功率：
应用能量恢复电路以减小对屏电容的充放电过程
中在回路电阻中能量的消耗。
①储能电容Cs经S1、D1、L对屏电容Cp充电；
②电源V给屏电容Cp充电并使之维持在电压V；
③屏电容Cp经L、D2、S2对储能电容Cs充电；
④屏电容Cp对地放电。
Cs为储能电容，Cp为屏电容。电路的工作过程包括：
使用能量恢复电路后的能量恢复率可达80%。
4、8 显示动态图像时的干扰
及解决措施
一、显示动态图像时的干扰及其形成机理
人们在观看运动的物体时，观察者的视点会跟随运动
物体一起移动，由于人眼的视觉暂留效应，观察者看到
在图像的某些地方，尤其是明暗变换比较明显的边缘地
带出现了亮的或暗的虚影，即动态假轮廓现象。
彩色AC-PDP在显示运动图像时会出现干扰现象，
CRT则不会。将两者进行比较：
以显示灰度127和128为例分析产生干扰的原因：
1、CRT显示动态画面
2、AC-PDP显示动态画面
Ⅳ像素在灰度转变时，在－之间整整一场时间
内完全不发光，发光不均匀造成灰度等级的紊乱。从发
光在人眼视网膜上的分布可看出，在128和127两个灰度
等级边界之间出现了明显的暗区，称之为负极性的动态
假轮廓现象。
运动图像的虚影现象不仅会产生灰度的紊乱，对彩色
显示而言，同时会出现色彩的紊乱
彩色AC-PDP显示动态图像时干扰的出现主要是由于
采用了分子场显示的驱动方法来实现多灰度显示造成的，
在显示运动物体时就会出现发光在时间分布上的不
均匀，从而在
人眼视点跟随
运动图像移动
时，在视网膜
上出现了虚影
等干扰。
二、显示动态图像时的干扰的抑制措施
1、减少发光在时间和空间上的不均匀性
⑴压缩一场中的发光时间
⑵分割两个最大的子场并且优化子场的顺序
动态假轮廓现象在权重较大的两个子场易出现且最明
显，这两个子场的发光时间分布较宽，从而导致了严重
的动态假轮廓现象出现。改进的方法是将这两个子场分
成4个权重为48的等长度的子场，并通过优化子场顺序
使相邻子场的发光强度差异降低到最低程度，
⑶子场控制法
把48这个灰度等级用一个权重为48的子场（SFC＝1）
或一个权重为32的子场加一个权重为16的子场（ SFC＝
0）两种方法来实现。
电路在处理相邻像素的灰度显示时，在SFC＝1和
SFC＝0 两种方法中优选一种，使相邻像素所加的子场
的发光差别减到最小。
可以在原有的信号上加上几个额外的光发射区，即加
上几个补偿脉冲，使动态假轮廓的相应暗区得到补偿。
同样对于亮区性质的动态假轮廓，可以在相应的位置加
上几个负的补偿脉冲加以补偿。
2、补偿脉冲法
3、误差扩散法
在彩色AC-PDP的驱动中，可采用时间、空间的三维
散射法。这种方法的思路是将灰度的紊乱在时间和空间
的领域里分散开去，减少人们对彩色PDP动态假轮廓现
象的感受。
4、开发新的驱动方法
