论文等离子体显示屏驱动技术的研究 精品Word文件下载.docx
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Abstract:
Asmultimediaandhigh-definitiontelevision（HDTV）impliesthattechnologyisanunprecedenteddevelopment.Amongthedisplays,plasmadisplaypanel（PDP）foritsoutstandingperformancebyalotofattention.PDPhasawideangle,longlife,refreshspeed,highluminousefficiencyandbrightness,easytomakebigscreen,wideworkingtemperaturerange,andmanyfinefeatures.GraycolorPDPusingdigitaltechnologywillenableover256grayscaleimages,whichcanmeetdisplay16-bitor24-bittruecolordemands.256levelgray-scalePDPtechnologyisnotthelimit,buttoandcompatiblewithexistingsoftwareandhardware.Thereisagasdischargethresholdvoltage,thecharacteristicsofthePDPdecidedtohavemorenon-linear.NonlinearsothatPDPhasthememory,whenalargeareatomaintainhighbrightness.Soaslongasconditionspermit,PDP'
ssizewillbeunlimited.Nomemoryofthedisplay,suchasliquidcrystaldisplays,withscreensizesincrease,theincreaseinthenumberofscanlines,thebrightnesswilldecrease.Inalldisplaypanel,PDPwidestperspective,fastresponse,whichfrequentlyusethemouseandthecursoroperationisveryfavorable,LCDdisplaysdonotappeartomovethecursordisappearsfromthescreenphenomenon.Therefore,plasmadisplaydrivetechnologyofgreatsignificance.
Thefirstchapterintroducestheplasma,plasmatechnology,plasmadisplaytechnologyanditsadvantagessuchasdriving.Thesecondchapterintroducesthebasicprinciplesofionbody,keytechnologies,developmentprospectsanditsapplication.Thethirdchapterdescribesindetailtheadvantagesofplasmadisplay,plasmadisplayandliquidcrystaldisplayelementsofcomparison.
Keywords:
PlasmaDisplayTechnologyFeaturePlasmaDisplayLCD
目录
第一章绪论1
第二章等离子体显示屏驱动技术2
2.1等离子体显示器的基本原理及关键技术2
2.1.1PDP中的气体放电机理2
2.1.2PDP显示电路原理2
2.1.3PDP的基本结构5
2.1.4PDP的关键技术6
2.2等离子体显示屏驱动技术8
2.2.1等离子体显示屏驱动技术的发展8
2.2.2等离子屏结构技术9
2.2.3等离子屏性能增强技术9
2.2.4电路技术10
2.2.5视端接口技术11
2.2.6控制电源技术12
2.2.7等离子体显示屏驱动技术的应用12
第三章等离子显示与液晶显示13
3.1等离子显示屏技术13
3.1.1PDP的特点13
3.2液晶显示屏技术14
3.3液晶和等离子显示的比较15
3.3.液晶和等离子平板电视的显示原理15
3.3.液晶和等离子平板电视的显示技术之短长16
第四章总结19
致谢21
参考文献22
第一章绪论
等离子显示屏[1]（PDP）是一种利用气体放电的显示装置，屏幕采用等离子管作为发光元件，大量的等离子管排列在一起构成屏幕，每个等离子对应的每个小室内都充有氖氙气体。
在等离子管电极间加上高压后，封在两层玻璃之间的等离子管小室中的气体会产生紫外光激励平板显示屏上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光。
每个等离子管作为一个像素，控制这些像素的明暗和颜色变化组合使之产生各种灰度和色彩的图像，与显像管发光很相似。
从工作原理上讲，等离子体技术同其他显示方式相比存在明显的差别，在结构和组成方面领先一步。
其工作机理类似普通日光灯，彩色图像由各个独立的荧光粉像素发光综合而成。
等离子技术可分为几大技术模块：
电源技术、视端接口技术、电路技术、等离子显示屏技术。
障壁的制作是PDP的关键技术。
第一代PDP的障壁结构是直条状结构，制作工艺采用丝网法和喷沙法。
按PDP驱动方式分PDP有交流型（AC）和直流（DC）两种类型，其中交流驱动式有又分为存储效应型和刷新型，直流驱动式分为刷新型和自扫描型。
等离子显示屏（PDP）与传统的显示器相比，具有视角宽、寿命长、刷新速度快、光效及亮度高、易制作大屏幕、工作温度范围宽等很多优良特性。
等离子显示器还能给予极为清晰的影像效果，具有防磁功能，其全平面显示避免了图像失真或变形，能避免产生辐射、降低功耗、节约能源，更加符合环境保护。
PDP等离子显示器是未来大屏幕数字电视系统化发展、高新技术和消费时尚的必然趋势，所以研究等离子体显示屏驱动技术具有很重要的实际意义。
通过查阅、分析、概括、整理大量相关文献，本文对等离子体显示屏驱动技术进行了较为全面的归纳性介绍，并在论文中与液晶显示器进行了比较。
本文主要分为四章：
第一章中简单地介绍了等离子体、等离子技术、等离子显示屏驱动技术和其优点。
第二章节中主要阐述了等离子体显示器的基本原理及关键技术和等离子体显示屏驱动技术；
第三章节中主要分别对等离子显示技术与液晶显示技术进行了具体的介绍，并对两种技术进行比较，从而说明等离子体显示屏技术的优点。
第四章中对全文进行总结，我们了解了在等离子体显示的发展过程中，有着它不可取代的地位和应用，并对它进行了展望。
第二章等离子体显示屏驱动技术
2.1等离子体显示器的基本原理及关键技术
2.1.1PDP中的气体放电机理
气体放电[2]经历电离、激发、亚稳态、和潘宁电离四个过程。
在阴极表面，主要是由Ne离子、亚稳态Ne原子及光子轰击阴极产生电子发射。
放电过程中，电离导致了电子雪崩，电子从阴极逐渐向阳极漂移，产生了许多电离子对。
电子雪崩导致电子数目以expnv-1的增长率增加。
雪崩产生的离子回轰阴极产生了次级电子发射，这些次级电子又继续参与电子雪崩，于是便出现了一个正向反馈。
若反馈增益大于1，则这个系统就会变得不稳定。
我们把气体放电从稳态到非稳态的过渡点电压称为着火电压。
当电极间电压大于着火电压时，若存在一个起始电流Io，则放电电流将呈指数增长。
2.1.2PDP显示电路原理
图2.1.1为一种21英寸PDP显示电路的原理方框图，该电路由逻辑控制电路、电压转换电路、驱动电路和显示屏四个部分组成。
现把有关电路的原理分析如下。
该电路先由A/D转换器将模拟电视信号Y、R-Y、B-Y变换成所需的数字信号:
数字-R、数字-G和数字-B。
A/D变换器由同步、比较、触发、基准电压发生和编码电路组成。
模拟电视信号经同步器后加到比较电路，与基准电压发生器送来的电平相比较，输出“0”、“1”电平，该数字量电压再经触发器和编码器编成8bit二进制数字信号。
该电路还进行s/p变换，将原串行信号变换成并行信号，经变换后，数字R、G、B信号各有8位，其中R0、G0,BO为最低位亮度信号，R7、G7、B7为最高位亮度信号。
然后数字图像信号再经过逆
校正电路、增益控制电路进入帧存储器。
图像数字信号与PDP屏的接口电路见图2.1.2。
图2.1.1显示电路方框图
图2.1.2图像数字信号的接口电路
1.帧存储
图像数字信号由时钟信号[3]、水平同步和垂直同步信号共同作用写入帧存储器中。
帧存储器具有两幅画面的容量，在将外部输入的图像信号写入存储器时，写入存储器的另一幅画面数据则由存储器控制电路更换后送入驱动电路，在显示屏上显示相应的图像。
选址时钟信号是持续输入的，在其关闭时数据被读入。
当消隐信号为逻辑高时，数据有效并从屏幕的左上角开始调节；
当消隐信号为逻辑低时，数据无效，不被读入。
水平同步信号和垂直同十信号分别调节一行和一屏的数据，当其关闭时，开始控制下一行和下一屏，由于帧存储器在短路时间内送出大量数据，故工作电路使用高速D—RAM。
相关的接口电路见图2.1.3和图2.1.4。
图2.1.3时钟信号的接口电路
图2.1.4消隐信号、垂直/水平同步信号的接口电路
2．亮度控制电路
B—CNTO、B—CNT1、B—CNT2为全屏显示亮度设置信号，全屏显示亮度由外接可变电阻控制，该电阻与PDP屏的三个输入端相连，阻值为
，见图2.1.5。
B—CNTO、B—CNT1和B—CNT2为模拟信号时，经过A/D为变换和一系列数字处理后，亮度控制信号加至PDP屏的驱动电路，以控制维持放电电压（简称维持电压），由于维持电压与平均放电电流呈线性关系，所以亮度随维持电压的增高而增高，这是因为平均放电电流大，说明单位时间流过空间的带电粒子数较多，则产生电离和碰撞次数较多，使得带电粒子和激发态原子浓度较高，因此辐射出的紫外线强度大，从而激发荧光粉产生的亮度也就高，见图2.1.6。
图2.1.5高亮度控制电路
图2.1.6维持电压大小对PDP亮度的影响
该电路具有自动功率控制（APC）功能，当显示屏驱动电源超过550mA（显示率超过40%）时，亮度就会逐渐下降。
2.1.3PDP的基本结构
根据驱动方式[4]的不同，PDP可分为直流（DC）型和交流（AC）型。
根据电极结构的不同，ACPDP又可分为单基板型和双基板型两类。
双基板型的维持电极在上下两个基板上呈正交分布，放电发生在两基板之间。
单基板结构的维持电极位于同一基板，放电发生在基板的表面，而荧光粉则在另一基板表面。
一、ACPDP
ACPDP工作时各电压的时序，电极间始终加有低于气体放电点火电压Vf的维持电压Vso。
当需要点燃某象素时，对该象素施加大于点火电压的书写脉冲Vwr而使之放电。
放电产生的正离子和电子在电场作用下向瞬时阴极和瞬时阳极运动，积累到电介质表面形成壁电荷Qw并产生壁电压Vw。
Vw与外加电场方向相反，且随时间而增大，最终使放电停止。
当Vs变反时，Vs和Vw方向相同，如果Vs+Vw大于Vf，则再次产生放电，并重复前述过程。
如果要想使发光单元停止发光，则需施加一擦除脉冲Ve，产生一次微弱放电，将Qw中和掉。
从上述ACPDP的运行机理可知:
ACPDP具有记忆性和限流作用。
单基板表面放电型ACPDP的结构最早由AT&
T的GeorgeDick于1985年提出，因其结构简单、易于制造、发光效率高、寿命长而倍受重视。
采用这种结构的PDP中以日本富士通［５］和NEC的产品最具代表性。
这种结构很简单，仅由两个相互正交的一维平行板组成，封接时两基板无需严格对正，正交结构交接处自然形成象素。
生产时可采用丝网印刷等精度要求较低的工艺，易于制造，成本低。
该结构另一优点是荧光粉仅涂敷在后基板，远离放电区，减少了气体放电粒子溅射对荧光粉的轰击，提高了显示器的寿命。
而且前基板未涂荧光粉，减小了荧光粉对可见光的吸收，从而提高了亮度和发光效率。
另外PDP在制作过程中需要进行高温热处理，这将导致玻璃基板形变。
对于非一维正交结构，上下板形变不一致将导致荧光粉点不在相应障壁结构中心，而采用一维正交结构则影响小得多。
二、DCPDP
DCPDP工作时序，电极间施加直流电压，电极直接与放电气体接触，需采用脉冲存储方式才可获得记忆性。
脉冲存储方式的工作机理是，在放电室一次放电后的消电离期间，如果给放电室重新加电，由于尚未消电离离子的引火作用，将使气体点火电压下降，这样就可用低于气体正'
常点火电压的Vs、将放电维持下去。
擦除时，将一负脉冲迭加在维持脉冲上，使其低于点火电压Vf。
由于点火粒子随时间而减少，当下一维持脉冲到来时，气体点火电压已高于Vs，从而使放电停止。
为了使DCPDP放电稳定，防止进入弧光区的大电流烧坏显示器，需外接限流电阻。
DCPDP中以NHK开发的40inDCPDP最具代表性，它采用平面脉冲存储（PPM）结构，其采用低成本的丝网印刷工艺制作，结构复杂，对位精度要求高，引火通道大小不易控制，象素节距难以缩小，分辨率不高，发光效率较低。
日前NHK公司与松下公司合作开发的40inDCPDP的光效仅为0.4lm/w，亮度为150cd/㎡。
而富士通公司开发的42inACPDP的光效约1.0lm/w，亮度为300cd/㎡。
但随着厚膜阴极材料的发展，DCPDP的光效有可能超过ACPDP。
2.1.4PDP的关键技术
1、寻址显示分离子场技术
ACPDP普通采用子场技术来实现多灰度显示，如图2.1.7所示。
将一帧分为若干个子场，每个子场由寻址期和显示期合成。
子场显示期与二进制权数成比例，8个子场可表示256级灰度。
PDP所需的驱动电压很高，驱动电路成本占整机成本的75%。
利用单基板ACPDP的结构特点，适当设计寻址方式有可能降低驱动电路成本。
对于256级灰度、场频60Hz、640*480VGA显示结构的ACPDP，其引出的寻址电极数达640*3=1920，占总引出电极数的80%。
寻址频率超过200kHz时，寻址电压约170V，这将导致很大的功耗，因此需要尽量降低寻址电压，以降低寻址驱动Ic的工作电压，降低成本，提高光效。
富士通公司开发的寻址显示分离（ADS）子场技术就是一种低压寻址技术。
图2.1.7寻址显示分离子场分布
ADS子场技术寻址过程由五步组成，如图2.1.8所示。
首先，在X电极上加擦除脉冲，进行全屏擦除，排除前一显示期间的影响，使所有象素达到同一状态。
第二步，在Y电极上加写脉冲，进行全屏写操作。
由于此时X电极和荧光粉均为零电位，因而在它们的表面将形成壁电荷。
第三步，再次在X电极施加擦除脉冲，进行全屏擦除操作，以清除X电极表面的壁电荷。
第四步，顺序寻址，由于此前荧光粉和Y电极表面己建有壁电荷，因而仅需很低电压就可点燃象素。
第五步，全屏维持。
富士通公司在其21in表面放电型ACPDP中，采用这种方法使寻址电压下降了近一半，由通常的100V降至65V左右。
ADS子场技术能够实现低压寻址的主要原因是：
在第二步，由全屏写脉冲在荧光粉和Y电极表面预先形成了壁电荷，从而在寻址阶段可以采用较低的电压实现放电点火。
全屏写脉冲电压虽然高达350V左右，但由于它是由480根Y维持电极同时产生的，仅需简单的电路就可实现，使得寻址电极电压大幅度下降，因而降低了驱动电路的复杂性和成本。
图2.1.8ADS子场技术寻址过程
2.2等离子体显示屏驱动技术
2.2.1等离子体显示屏驱动技术的发展[6]
PDP于1964年由美国的伊利诺斯大学的两位教授发明，70年代初实现了10英寸512x512线单色PDP的批量生产;
80年代中期，美国的Photonisc公司研制了60英寸级显示容量为2048x2048线单色PDP;
但直到90年代才突破彩色化、亮度和寿命等关键技术，进入彩色实用化阶段。
近年来，PDP发展迅速，具有很大的市场发展潜力，引起了全球各大厂商的特别关注。
经过多年的发展，尤其是近5年，PDP的关键技术已基本突破。
目前所面临的问题是如何降低成本，提高性能，并实现大批量生产。
2002年6月份的世界杯极大地促进了等离子的普及，而美国国会正在着手的关于高清晰数字电视广播的立法更会加速这一进程。
顺应美国政策要求，家电行业的跨国公司纷纷减少CRT电视的产量，加大了等离子等高清晰电视的生产。
这股潮流正从美国兴起，迅速涌向欧洲、亚太地区，等离子普及的时代指日可待。
中国等离子彩电产业刚刚起步，但是通过引进、消化和吸收.这几年发展十分迅速。
等离子彩电在中国还处于市场成长初期［７］，离完全成熟的市场还有相当一段距离。
问题主要表现在以下几个方面:
一是技术障碍，大多数技术还掌握在外国企业手中，技术仍然是中国企业最大的短板，但是，随着中国企业研发力度的加大，技术的劣势会淡化;
二是认知障碍，作为一种全新的电视产品，等离子彩电对于相当多的人仍然是陌生的，接受这一产品，需要企业和社会共同进行市场培育和消费者教育;
三是价格障碍，等离子彩电价格长期以来高高在上，对进入消费家庭十分不利，现在，价格有了一个很大的回落，但是，应当承认，价格还是比较高的。
等离子电视（PDP）技术可切分为五大技术模块:
整机技术、电源技术、视端接口技术、驱动电路技术和等离子屏技术。
其中驱动电路和显示屏是最难解决的两大问题。
驱动电路属于技术密集型产品，技术突破难度很大;
显示屏属于投资密集型产品，国内企业涉足等离子屏生产难度大，中国在等离子电视产业在驱动电路和显示屏两个核心技术的供应上，一直依赖于日本和韩国，这已成为制约中国等离子电视产业发展的两大瓶颈。
等离子彩电的主要成本构成是等离子屏与电路（包括驱动电路），这两部分的成本占整机成本的60%多。
2.2.2等离子屏结构技术
1、直条型壁状结构
障壁的制作是PDP的关键技术[8]。
第一代PDP的障壁结构是直条状结构，制作工艺采用丝网印刷法和喷砂法。
丝网印刷法工艺复杂，要求重复十几次精确对位和印刷，而喷砂法又存在2/3的材料浪费。
此外，条状障壁有着因维持电极产生的紫外线漏到上下单元从而垂直分辨率下降，以及汇流电极的遮光使光的利率低，荧光的覆涂面积小等问题。
虽然采用黑色条带时，外光反射有所改善，但同时遮去了汇流电极间的发光，引起亮度降低
2、蜂窝型障壁结构
为降低工艺成本，业界相继研发了制作障壁的填平法、模压法、光敏障壁浆料的光刻法。
其中，第二代PDP中主要采用了蜂窝型障壁结构，优点是在上下单元间的隔膜使紫外线不能漏到上下单元内，提高了垂直分辨率，荧光粉的覆涂面积也从过去的3面改为5面，扩大了约20%;
汇流电极产生的遮光也基本消除，总发光效率提高20%。
2.2.3等离子屏性能增强技术
电源功耗一直是困扰PDP发展的一大问题，我们可以看到市面上的PDP大多带上几把用于散热的风扇。
对于家庭使用来说，风扇的加入可能会带来噪声。
而今，市场上己经出现一些不带风扇的机型，例如松下的TH-42PW4CZ,TH-42PW5CH等，这些机型由于等离子显示屏采用了静音技术，提高了显示屏的放热效率，因而彻底消除了风扇的噪音。
功耗已经降到300W以下，不需要风扇即可解决散热问题，相对来说比较适合家庭影院使用。
在降低等离子屏的生产成本方面，比较小的材料消耗和较高的生产率为目标。
等离子显示屏的成品率已从几年前的30%提高到现在的80%以上。
障壁制作是PDP的特殊工艺，较为潜力的有东丽的光敏浆料法、LG的干模棍压法等。
另有一种注模法也值得关注，此法先用金属硬模在塑料薄膜上棍压出凹槽，将此薄膜与后基板紧贴，放入工件中压紧，用高压在凹槽中挤进障壁浆料，一定温度下加热固化后脱膜。
加热固化后脱模可大大降低障壁的破损率。
PDP前基板电极制造，一种被称为栅栏电极的结构有新意，不需要ITO，具有图形精度高、工艺简单的特点;
用溶胶—凝胶法制备Mg0保护膜技术，可甩掉昂贵的真空设备，有一定的发展前景;
真空封接一排气一充气一体化系统可以提高PDP屏的性能也可减少节拍的时间。
另一些简单、高效的技术已在实验室取得进展，如金属基板低温陶瓷共烧工艺（LTCC-M法）等，己有64cm样品，如能通过规模生产的考验，可大大降低屏的生产成本。
从国内建设PDP生产线的角度看，最大限度的实现原材料（包含IC）的国产化是降低生产成本的重要方面。
应该在器件和电路开发的同时，推进原材料本地化的进程。
一些公司还开发出诸多新技术来提高等离子屏的工件性能。
1、等离子真实还原技术是一个画面增强技术的组合，包括纯黑驱动系统、先进等离子AI系统（应变亮度增强系统）和纯伽马校正技术。
它们动态性地增强亮度、对比度和灰度，比度高达3000:
1，使等离子显示屏的图像品质提升到了一个全新高度。
2、应变亮度增强系统（AI系统）自动增加灰暗场景的放电次数，使等离子显示屏实现高达780cd／㎡的亮度。
3、纯伽马校正技术可使各类场景下的灰度呈现最佳状态，弥补了许多传统等离子显示屏的不足。
4、对比度自动跟踪技术能自动监测环境照明情况，对亮度和灰度进行相应调节，以便为各种操作环境提供最佳的画面对比度。
该功能还有助于减少眼睛疲劳，有助于减少耗电量，并使发光材料的老化降至最低。
5、纯黑驱动技术能降低黑色电平，增强黑色再现能力。
6、逐行扫描技术逐
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