等離子體顯示技術(shù)論文
等離子體顯示技術(shù)論文
等離子體顯示器(PDP)的出現(xiàn)至今已有很長(zhǎng)的歷史，但直到1990年代初才突破彩色化、亮度和壽命等關(guān)鍵技術(shù)，下面小編給大家分享一些等離子體顯示技術(shù)論文，大家快來(lái)跟小編一起欣賞吧。
等離子體顯示技術(shù)論文篇一
等離子體顯示技術(shù)研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)
等離子體顯示器(PDP)的出現(xiàn)至今已有很長(zhǎng)的歷史，但直到1990年代初才突破彩色化、亮度和壽命等關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)入彩色PDP的實(shí)用化階段，其亮度均勻、無(wú)X射線輻射、抗電磁干擾能力強(qiáng)、對(duì)迅速變化的畫(huà)面響應(yīng)速度快、視角大、易于實(shí)現(xiàn)大畫(huà)面顯示等優(yōu)點(diǎn)，覆蓋了從30in到70in的高分辨率顯示領(lǐng)域，是高清晰度電視(HDTV)的主要候選者。 但由于該類(lèi)顯示器功耗大、亮度和光效率低、工作時(shí)容易發(fā)生像素間串?dāng)_、價(jià)格昂貴等，目前還難于普及推廣到家庭用戶。因此，世界上的許多PDP生產(chǎn)廠家，如松下、富士通、LG、Plasma等公司，針對(duì)PDP存在的問(wèn)題，做了許多相應(yīng)的研究并取得了重大突破。 本文介紹了目前世界各PDP生產(chǎn)公司和研究機(jī)構(gòu)在改進(jìn)PDP的結(jié)構(gòu)技術(shù)、驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)以及其他應(yīng)用技術(shù)等方面所做的研究和取得的進(jìn)步，并且根據(jù)目前等離子體顯示技術(shù)存在的問(wèn)題，對(duì)今后PDP的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討。
1等離子顯示器
1.1等離子顯示器的工作原理
PDP是一種利用氣體放電的顯示技術(shù)，其工作原理與日光燈很相似。它采用了等離子管作為發(fā)光元件，通過(guò)在管子兩端的激勵(lì)電極上加入電壓，使放電空間內(nèi)的混合惰性氣體電離成一種特殊物理狀態(tài)——電漿狀態(tài)[1]，同時(shí)發(fā)生等離子體放電現(xiàn)象。氣體等離子體放電產(chǎn)生紫外線，紫外線激發(fā)熒光屏，熒光屏見(jiàn)光，發(fā)射出可顯現(xiàn)出圖像。當(dāng)使用涂有三原色(也
等離子體顯示技術(shù)研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì) 1 稱(chēng)三基色)熒光粉的熒光屏?xí)r，紫外線激發(fā)熒光屏，熒光屏發(fā)出的光則呈紅、綠、藍(lán)三原色。當(dāng)每一原色單元實(shí)現(xiàn)256級(jí)灰度后再進(jìn)行混色，便實(shí)現(xiàn)彩色顯示。
1.2 等離子顯示器的特點(diǎn)
等離子顯示器是采用了近幾年來(lái)高速發(fā)展的等離子平面屏幕技術(shù)的新一代顯示設(shè)備。這種顯示器的主要特點(diǎn)是圖像真正清晰逼真，在室外及普通居室光線下均可視，可提供在任何環(huán)境下的大屏視角，不會(huì)因磁場(chǎng)影響產(chǎn)生色彩、幾何失真及噪音等優(yōu)勢(shì)。具體有以下比較突出的特點(diǎn)：亮度、對(duì)比度高;色彩還原性好;顯示效果非常出色;純平面圖像無(wú)扭曲;超薄設(shè)計(jì)、超寬視角;具有齊全的輸人接口[2]，可接駁市面上幾乎所有的信號(hào)源;具有良好的防電磁干擾功能;環(huán)保無(wú)輻射;散熱性能好;無(wú)噪音困擾。
1.3 等離子顯示器的分類(lèi)
PDP產(chǎn)品根據(jù)限制電流的方式或是在放電時(shí)所施加的電壓形式可簡(jiǎn)單分為DC型PDP和AC型PDP兩種。DC型PDP是以直流(DC)電壓?jiǎn)?dòng)放電并用電阻來(lái)限制放電電流的大小，其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，容易在等離子體放電時(shí)受到離子碰撞導(dǎo)致?lián)p壞及劣化，縮短PDP壽命，很難設(shè)計(jì)電路并且無(wú)法有效控制產(chǎn)品的質(zhì)量;AC型PDP在放電電極上覆蓋有透明介電層與耐離子撞擊的保護(hù)層，可以利用交流(AC)電壓在介電層表面引發(fā)放電，其電極上覆蓋有保護(hù)層耐離子撞擊，壽命較DC型長(zhǎng)。由于AC型PDP有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，因此目前PDP產(chǎn)品是以AC型PDP為主流。
2 等離子體顯示技術(shù)的研究現(xiàn)狀
2.1 PDP結(jié)構(gòu)技術(shù)的研究
PDP結(jié)構(gòu)技術(shù)的研發(fā)工作一直圍繞著障壁技術(shù)、電極的制造工藝和材料進(jìn)行。在
AC-PDP器件中，障壁的主要作用有兩點(diǎn)：一是保證兩塊基板間的放電間隙，確保一定的放電空間;二是防止相鄰單元間的光點(diǎn)串?dāng)_。對(duì)障壁幾何尺寸的要求是寬度應(yīng)盡可能窄，以增大單元的開(kāi)口率，提高器件亮度，同時(shí)要求高度一致、形狀勻稱(chēng)。障壁的主要制作技術(shù)有絲網(wǎng)印刷法、噴沙法，現(xiàn)在又提出并試驗(yàn)成功了許多新工藝，如光敏漿料法、模壓法、玻璃原料成型技術(shù)、刻蝕研磨法[3]。目前噴沙法是制作障壁的主流技術(shù)。障壁的形成是PDP制造中最關(guān)鍵也是最困難的工藝。所以開(kāi)發(fā)工藝簡(jiǎn)單，材料成本低的障壁制作技術(shù)是一項(xiàng)降低PDP成本的有效措施。因此，各PDP制造公司和研究機(jī)構(gòu)對(duì)于新型障壁制作方法的研究開(kāi)發(fā)十分積極。PDP的電極也起著舉足輕重的作用：透明電極、匯流電極和尋址電極材料的選擇和制作工藝由器件對(duì)其的光電要求決定，要考慮到導(dǎo)電性、對(duì)基板的附著力和保護(hù)介質(zhì)的兼容性，同時(shí)又要在工藝滿足簡(jiǎn)易性和經(jīng)濟(jì)性。透明電極一般是用ITO制成，為了增強(qiáng)它的導(dǎo)電性，在這上面加做一條金屬匯流電極(bus電極)，尋址電極一般是厚膜Ag電極?，F(xiàn)在已有研究機(jī)構(gòu)提出了用柵極Cr/Cu/Cr電極結(jié)構(gòu)來(lái)代替原來(lái)傳統(tǒng)的顯示電極。
常見(jiàn)的PDP結(jié)構(gòu)有Waffle障壁和T型電極結(jié)構(gòu)、Delta蜂窩狀單元及彎曲障壁結(jié)構(gòu)、CSP結(jié)構(gòu)、不等寬結(jié)構(gòu)和CCF(彩色濾光)膜結(jié)構(gòu)。
采用Waffle 障壁結(jié)構(gòu)可擴(kuò)大熒光體所占比例，提高20%的發(fā)光效率。此外，采用T字型透明電極來(lái)抑制放電峰值電流，以此來(lái)提高發(fā)光效率。目前，先鋒公司研制的新結(jié)構(gòu)表面放電型的AC-PDP就是采用了Waffle障壁結(jié)構(gòu)和T型電極[4]以及新型綠、藍(lán)熒光粉，并提高放電氣體中的氙氣含量，使得42英寸PDP的發(fā)光效率提高到1.8lm/W，白場(chǎng)峰值亮度提高到900cd/m2，功耗降到380W，但有電極對(duì)位和排氣上的困難。
富士通公司開(kāi)發(fā)的彎曲障壁AC-PDP的像素結(jié)構(gòu)為像素三角形排列和彎曲形障壁(Meander ribs )結(jié)構(gòu)[5]，即所謂的DelTA(Delta Tri 2colorArrangement)結(jié)構(gòu)。其設(shè)計(jì)思想是增大熒光粉的涂覆面積，增加單元中的有效發(fā)光面積，從而使亮度和光效都得到提高，同時(shí)備有一定的排氣管道。如像素大小為1.08mm的DelTA結(jié)構(gòu)，亮度為200cd/m2時(shí)發(fā)光效率可達(dá)3lm/W白場(chǎng)峰值高達(dá)1000cd/m2，實(shí)現(xiàn)了高亮度高光效，并使排氣暢通，但是提高了對(duì)電極對(duì)位精度的要求。
韓國(guó)LG 公司提出CSP (charge storage pad)結(jié)構(gòu)[6]，在透明介質(zhì)層與MgO保護(hù)膜之間添加一形狀為方形，相互間隔離并與外電路分離、處于浮動(dòng)狀態(tài)的透明導(dǎo)電材(ITO)，該導(dǎo)電體可以起屏蔽和增加電容，儲(chǔ)藏電荷的作用。同時(shí)還可以平抑電流強(qiáng)度，延長(zhǎng)放電時(shí)間，提高發(fā)光效率。又由于浮動(dòng)狀態(tài)的CSP塊與維持電極相比電壓較低，所以電荷被限制在CSP塊之間，所以還能起到降低串?dāng)_的作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CSP與普通結(jié)構(gòu)相比，發(fā)光效率提高1.6倍，而且亮度也提高了1.6倍。
Waffle結(jié)構(gòu)和DelTa結(jié)構(gòu)中RGB三色熒光粉都是等寬的，但考慮到在RGB三色熒光粉發(fā)光效率不一致，而且衰減也不一致，這就帶來(lái)色溫和色平衡的壽命問(wèn)題。特別是藍(lán)色熒光粉目前還存在發(fā)光效率偏低和衰減較快的問(wèn)題，所以除了從熒光粉著手外還可以從單元結(jié)構(gòu)入手。
松下公司提出的非對(duì)稱(chēng)單元結(jié)構(gòu)，特別擴(kuò)大了藍(lán)色熒光粉的面積，成功地解決了色溫偏低的問(wèn)題，使色溫偏差可以高于10000K，解決了色溫和色平衡的問(wèn)題。但是，這樣的結(jié)構(gòu)同時(shí)也會(huì)帶來(lái)單元工作電壓偏差范圍增大的問(wèn)題。
NEC公司則通過(guò)在前基板上添加彩色濾光膜(CCF)的方法來(lái)改善屏的色溫和對(duì)比度，將CCF制作在顯示電極(X、Y電極)與介質(zhì)層之間，并與后基板上配置的三色熒光粉相對(duì)應(yīng)，能擴(kuò)大彩色再現(xiàn)范圍，達(dá)到10000K左右的白場(chǎng)色溫，提高對(duì)比度。
Plasmaco提出的柵型Cr/Cu/Cr電極結(jié)構(gòu)[7]，成功應(yīng)用于60英寸AC型PDP。位于前基板的每條顯示電極(X、Y電極)都由三條很細(xì)的Cr/Cu/Cr薄膜電極組成，它們提供了與透明電極類(lèi)似的較大放電區(qū)域和電容。一方面，當(dāng)一根或二根電極斷路時(shí)，可以保持導(dǎo)電;另一方面，提高了開(kāi)口率從而提高了亮度。由于金屬Cr較易氧化成黑色，這又可以提高對(duì)比度。另外，由于Cr/Cu/Cr電極無(wú)須高溫工藝，因此可采用普通鈉鈣硅玻璃，降低了材料成本。但Cr/Cu/Cr電極制造過(guò)程也比較復(fù)雜，須采用濺射工藝，而且在刻蝕中使用三種不同刻蝕液，須經(jīng)三次刻蝕，并且存在邊蝕等工藝難題。這一結(jié)構(gòu)的商業(yè)化生產(chǎn)還處于研究之中。
障壁材料的選擇在整個(gè)障壁制作中也十分重要，直接關(guān)系著障壁的制作工藝的難易和制作成本的高低。普通的絲網(wǎng)印刷采用的是低熔點(diǎn)玻璃粉材料。噴沙法先用耐噴沙的光敏膠或光敏干膜用光刻法制成圖形，噴沙時(shí)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。但是這兩種方法都存在成本高，成品率低的缺點(diǎn)，因此很多研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始考慮不采用障壁而采用別的方式來(lái)重新考慮PDP的結(jié)構(gòu)。
富士通提出了一種新型的PDP結(jié)構(gòu)，采用管徑為1mm左右細(xì)長(zhǎng)的等離子管陣列來(lái)代替原有的條狀障壁結(jié)構(gòu)。由于顯示屏是由這些細(xì)小的管子排列而成，屏幕尺寸僅取決于管子的數(shù)目，實(shí)現(xiàn)大尺寸就不會(huì)受到生產(chǎn)設(shè)備的限制，即使是生產(chǎn)100英寸的大屏幕也只需要生產(chǎn)單個(gè)管子的設(shè)備。同時(shí)，由于熒光粉涂覆在管內(nèi)，而管子只有兩頭與空氣接觸，灰塵不易進(jìn)入，就降低了對(duì)生產(chǎn)環(huán)境無(wú)塵的要求。試驗(yàn)表明，該種結(jié)構(gòu)的PDP完全可以采用已有的驅(qū)動(dòng)方式，從整體來(lái)說(shuō)在很大程度上降低了生產(chǎn)的成本。同時(shí)，等離子體管的放電間距與放電空間較大，發(fā)光的效率較普通的PDP高，但是圖像的質(zhì)量還有待改進(jìn)。
東南大學(xué)發(fā)明的一種新型的蔭罩式PDP(SM-PDP)結(jié)構(gòu)[8]，不用介質(zhì)障壁而用金屬網(wǎng)罩將各個(gè)放電單元隔開(kāi)，避免了光點(diǎn)串?dāng)_。SM-PDP屬于對(duì)向式表面放電，工作時(shí)，上基板的掃描電極、下基板的尋址電極、中間的金屬罩各加上一電壓。在交變電壓的作用下，使氣體放電發(fā)光。試驗(yàn)表明，金屬蔭罩作為導(dǎo)體能夠影響放電單元中電場(chǎng)的分布，類(lèi)碗狀金屬蔭罩能更好地將放電粒子集中在放電單元的中心，一方面可以改善離子束的聚焦情況，提高圖像的顯示質(zhì)量;另一方面也減小了粒子對(duì)金屬障壁上熒光粉的轟擊，延長(zhǎng)了PDP的使用壽命。
2.2 PDP驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)的研究
對(duì)于彩色PDP來(lái)說(shuō)，必須要有驅(qū)動(dòng)電路才能正常的工作。驅(qū)動(dòng)電路無(wú)論在技術(shù)上還是在價(jià)格上都起著舉足輕重的作用。一個(gè)性能良好的PDP彩色電視，驅(qū)動(dòng)電路占到總成本的70%～80%。因此如何開(kāi)發(fā)出適合彩色PDP的驅(qū)動(dòng)電路也是提高其性能、降低成本的重要因素。
目前常用的驅(qū)動(dòng)技術(shù)有ADS驅(qū)動(dòng)技術(shù)、ALIS技術(shù)、Plasma AI技術(shù)、CLEAR技術(shù)、AwD技術(shù)、斜坡啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)等。
富士通提出的選址和顯示分離技術(shù)ADS(Address and Display Separation)采用脈沖個(gè)數(shù)調(diào)制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)不同灰度等級(jí)的圖像。ADS技術(shù)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)256級(jí)灰度，但是點(diǎn)亮占空比低，對(duì)比度不高，峰值亮度難以提高，存在運(yùn)動(dòng)圖像模糊、偽輪廓、畫(huà)面閃爍和長(zhǎng)時(shí)間圖像水紋印[9]等現(xiàn)象，導(dǎo)致圖像質(zhì)量不太令人滿意。但已有研究表明，可以采用改進(jìn)的二進(jìn)制編碼法[10]、非二進(jìn)制編碼法和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)消除偽輪廓，提高圖像質(zhì)量。改進(jìn)的二進(jìn)制編碼法、非二進(jìn)制編碼法是目前等離子體顯示屏所普遍采用的方法，但是這兩種方法只是部分的改進(jìn)了圖像的質(zhì)量;而運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法從理論上可以消除顯示運(yùn)動(dòng)圖像出現(xiàn)的問(wèn)題?，F(xiàn)在有研究機(jī)構(gòu)提出將運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償法與ADS視頻驅(qū)動(dòng)模塊緊密結(jié)合在一起：在研究了人眼觀看視頻圖像時(shí)的視覺(jué)心理模型后，提出將空間積分的影響加入到人眼的視覺(jué)心理過(guò)程;并采用將子場(chǎng)和視頻幀分離的視頻驅(qū)動(dòng)優(yōu)化方法和基于bit位進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?，充分利用PDP子場(chǎng)尋址方式來(lái)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，更進(jìn)一步的是，將數(shù)字信號(hào)處理的相關(guān)算法引入到PDP顯示屏的視頻驅(qū)動(dòng)模塊中，通過(guò)信號(hào)處理來(lái)提高顯示的圖像質(zhì)量，適應(yīng)了高端顯示器件的發(fā)展方向。
針對(duì)ADS驅(qū)動(dòng)技術(shù)存在的問(wèn)題，富士通又提出了ALIS(表面交替發(fā)光)。該驅(qū)動(dòng)技術(shù)關(guān)鍵是利用不點(diǎn)亮的顯示行的兩個(gè)電極之間的零電壓，將該行作為非發(fā)光區(qū)，從而將單元之間彼此的放電干擾減小到最低程度。ALIS技術(shù)的匯流電極位于維持電極的中央，能夠最大限度地利用表面空間，發(fā)光面積也增大了50%。由于顯示線增加了一倍，因此非常易于實(shí)現(xiàn)高清晰化。采用ALIS技術(shù)使用原來(lái)的屏生產(chǎn)設(shè)備就可生產(chǎn)1000線高清晰的PDP。并且，由于1000線不需分割驅(qū)動(dòng)，可使驅(qū)動(dòng)IC減少一半，大大降低了成本?？梢哉f(shuō)ALIS技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高清晰度PDP較為理想的技術(shù)。
松下公司提出的Plasma AI也是ADS的改進(jìn)技術(shù)，根據(jù)某一電視場(chǎng)圖像中平均亮度水平來(lái)調(diào)節(jié)子場(chǎng)數(shù)。由于在低亮度的情況下，圖像的偽輪廓不是很明顯，可以減少子場(chǎng)數(shù)，高亮度的情況下相應(yīng)的采用增加子場(chǎng)數(shù)的辦法來(lái)改善子場(chǎng)在時(shí)間分布上的線性關(guān)系，以降低偽輪廓。
先鋒公司提出的CLEAR是一種區(qū)別于ADS的新穎的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。在CLEAR中，初始化后即進(jìn)入維持點(diǎn)亮階段，灰度等級(jí)到達(dá)后，再選擇擦除(熄滅)。CLEAR技術(shù)采取的圖像處理方法為誤差擴(kuò)散法和高頻振蕩法。其灰度實(shí)現(xiàn)在時(shí)間分布上的線性排布徹底去除了偽輪廓，提高了PDP表現(xiàn)動(dòng)畫(huà)的能力，但是增加了電路開(kāi)銷(xiāo)，不易在灰度等級(jí)中實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償再現(xiàn)，并且很難降低工作頻率。
AwD[11]技術(shù)是選址同時(shí)顯示技術(shù)，發(fā)光的占空比高達(dá)90%。顯示屏的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是尋址電極分為上下兩部分，同時(shí)掃描尋址。在低選址電壓AwD中，選址掃描階段不僅依靠壁電荷，而且依靠空間分布亞穩(wěn)態(tài)Xe原子產(chǎn)生放電，所以可降低點(diǎn)亮電壓，也是一種比較好的驅(qū)動(dòng)方法。
L. F. Weber提出的斜坡啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，利用了平衡弱放電時(shí)低發(fā)光使壁電壓趨于一致的原理。在準(zhǔn)備期保持較好的對(duì)比度和控制放電單元狀態(tài)的情況下，采用斜坡電壓來(lái)提高發(fā)光效率。當(dāng)波形上升斜率很小時(shí)，發(fā)電單元就會(huì)發(fā)生湯生暗放電。這種驅(qū)動(dòng)方法一方面能使不同空間尺寸單元的壁電壓維持一致;另一方面可以降低選址電壓，還可大幅提高對(duì)比度。在PDP驅(qū)動(dòng)電路中涉及成本的一個(gè)重要部分是高壓驅(qū)動(dòng)部分，一是因?yàn)樗蟮碾妷焊?，二是因?yàn)槟壳暗男枨罅窟€沒(méi)有達(dá)到批量生產(chǎn)的水平。解決途徑一邊可以從電路本身著手，另外通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化放電單元可以有效降低驅(qū)動(dòng)電壓，比如SM-PDP。由于采用導(dǎo)電金屬材料作為障壁，SM-PDP在EMI散熱等方面優(yōu)于傳統(tǒng)障壁結(jié)構(gòu)的SM-PDP的蔭罩的邊緣處場(chǎng)強(qiáng)比較高，從而可以在較低的外加電壓情況下快速地產(chǎn)生放電過(guò)程。采用SM-PDP結(jié)構(gòu)最大優(yōu)點(diǎn)是帶動(dòng)了整機(jī)成本的下降，首先是復(fù)雜的障壁生產(chǎn)工藝和流程因采用了簡(jiǎn)單的蔭罩而簡(jiǎn)化了，其次是蔭罩型結(jié)構(gòu)可以采用較低的著火電壓從而帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)芯片成本的降低。
2.3 理論與計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)
理論研究和模擬計(jì)算是PDP研究中十分重要的內(nèi)容，是圍繞提高PDP發(fā)光效率，降低功耗進(jìn)行的，具體在放電單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、氣體壓強(qiáng)、稀有氣體最佳混合比例、熒光粉涂覆等方面進(jìn)行理論研究工作。
現(xiàn)常用理論模擬或監(jiān)測(cè)放電單元發(fā)射的真空紫外線來(lái)進(jìn)行彩色PDP的放電機(jī)理研究，如研究真空紫外光發(fā)光效率和等離子體粒子濃度的關(guān)系，尋找氦氖混合氣體的最佳比例，以提高PDP放電單元的發(fā)光效率;同時(shí)，在PDP放電單元中，MgO起著保護(hù)電極和介質(zhì)層的作用，同時(shí)產(chǎn)生大量的二次電子。由于提高放電單元中二次電子發(fā)射系數(shù)能夠有效提高發(fā)光效率，降低著火電壓，改善PDP放電單元的放電特性，所以研究在不同氣體混合比例下二次電子的發(fā)射系數(shù)也是十分有意義的課題。此外，放電單元的結(jié)構(gòu)對(duì)PDP發(fā)光效率也有著不可忽略的影響，很多研究通過(guò)模擬計(jì)算來(lái)對(duì)PDP放電單元的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，從而優(yōu)化PDP的結(jié)構(gòu)，提高PDP放電的效率。同樣，熒光粉本身的性質(zhì)對(duì)PDP的發(fā)光效率也有影響：在PDP放電單元中，Xe放電產(chǎn)生的VUV照射熒光粉產(chǎn)生可見(jiàn)光，所以要求熒光粉材料有較高的量子效率和對(duì)VUV的較低的反射率。有基于Mie散射理論的PDP放電單元
中光子轉(zhuǎn)換過(guò)程的模擬計(jì)算表明，對(duì)于厚度為20～30μm的熒光粉層，熒光粉顆粒的最佳半徑是1～2μm。
2.4其他PDP應(yīng)用技術(shù)
目前，其他PDP技術(shù)還有：多屏幕應(yīng)用技術(shù)、PDP性能增強(qiáng)技術(shù)、視端接口技術(shù)、控制電源技術(shù)[12]等。
其中，多屏幕應(yīng)用技術(shù)包括了用于多屏幕觀賞的圖像放大技術(shù)、遙控號(hào)碼指定技術(shù)、RGB有源直通連接技術(shù)等。
PDP性能增強(qiáng)技術(shù)是諸多PDP生產(chǎn)公司為了提高等離子屏的工件性能而開(kāi)發(fā)的新技術(shù)，包括等離子真實(shí)還原技術(shù)、對(duì)比度自動(dòng)跟蹤技術(shù)、逐行掃描技術(shù)等。
視端接口技術(shù)是繼松下公司向市場(chǎng)推出世界上首臺(tái)支持BS數(shù)字廣播電視及110°CS數(shù)字廣播電視兩種制式的PDP電視機(jī)TH-42PX10之后，先鋒、富士通和東芝以及國(guó)內(nèi)許多公司也陸續(xù)采用的新技術(shù)，并且各自推出了內(nèi)置電視調(diào)諧器的新機(jī)型。
控制電源技術(shù)包括待機(jī)電源技術(shù)、邏輯電源技術(shù)、驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)、音頻電源技術(shù)、維持電源技術(shù)、尋址電源技術(shù)、建立電源技術(shù)和掃描電源技術(shù)等。
3 等離子體顯示技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
雖然目前等離子體顯示技術(shù)水平有了很大提高，但仍存在著一些問(wèn)題，主要是：產(chǎn)品功耗、成本過(guò)高;分辨率、對(duì)比度、發(fā)光效率有待提高等。針對(duì)這些問(wèn)題，可以預(yù)見(jiàn)等離子體顯示技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)：
3.1 采用高效、節(jié)能PDP顯示屏制造技術(shù)
縮短工藝處理時(shí)間，降低制造能源消耗，降低材料成本，采用大尺寸玻璃板多面取技術(shù)，使40英寸級(jí)PDP電視的價(jià)格從目前大約65美元/英寸降低到40美元/英寸。
3.2 降低PDP產(chǎn)品的功耗
優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì)，使40英寸級(jí)PDP產(chǎn)品功耗從目前300W左右降低到200W以下，甚至接近100W。
3.3 提高PDP產(chǎn)品的發(fā)光效率
富士通公司研究資料表明，通過(guò)放電氣體和電極結(jié)構(gòu)的改善，可使發(fā)光效率從目前的1.8lm/W提升至2.5lm/W。驅(qū)動(dòng)電壓波形的改善約可提升1.6倍，熒光粉的改善可提升1.1倍，障壁的改善可提升1.2倍，合計(jì)可使發(fā)光效率達(dá)到5lm/W。
3.4 提高PDP產(chǎn)品顯示畫(huà)面質(zhì)量
目前彩色PDP產(chǎn)品的R、G、B視頻信號(hào)大多為8位，發(fā)展趨勢(shì)是采用10位或者12位視頻信號(hào)，顯著提升PDP產(chǎn)品的彩色和灰度再現(xiàn)能力。雖然彩色PDP的暗室對(duì)比度已達(dá)10000：1，但明室對(duì)比度一般在100：1以下，需要進(jìn)一步提高。
3.5 提高40英寸級(jí)高分辨率PDP產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力
隨著高清晰度電視產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，40英寸級(jí)高分辨率PDP產(chǎn)品將成為等離子體電視的發(fā)展重點(diǎn)，但需要解決價(jià)格偏高的問(wèn)題。
4 結(jié)論
經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)，PDP技術(shù)在大尺寸顯示器件市場(chǎng)上占領(lǐng)的陣地正在逐步擴(kuò)大，家用PDP電視早已進(jìn)入部分家庭，其中最主要的原因是PDP性能有了大幅提高。但目前PDP技術(shù)仍存在功耗、成本過(guò)高;分辨率、對(duì)比度、發(fā)光效率有待提高等問(wèn)題。這些問(wèn)題便是許多PDP研究機(jī)構(gòu)及生產(chǎn)廠家所面臨的挑戰(zhàn)。尤其是高昂的價(jià)格，使得PDP在進(jìn)軍家庭市場(chǎng)的過(guò)程中受到了阻礙。因此，只有努力克服這些困難，降低其成本，提高其性能，才會(huì)有更大更好的PDP的問(wèn)世。
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等離子體顯示技術(shù)論文篇二
等離子體技術(shù)的應(yīng)用
摘 要: 核聚變能是潛在的清潔安全能源, 其最終的實(shí)現(xiàn)對(duì)中國(guó)能源問(wèn)題的解決尤其重要。磁約束托卡馬克是目前最有可能實(shí)現(xiàn)受控?zé)岷司圩兊姆椒?。磁約束聚變能的實(shí)現(xiàn)面臨兩大瓶頸問(wèn)題: 高參數(shù)穩(wěn)態(tài)等離子體物理問(wèn)題和托卡馬克裝置及未來(lái)反應(yīng)堆關(guān)鍵材料問(wèn)題。其中關(guān)鍵材料問(wèn)題的解決在很大程度上取決于我們對(duì)等離子體與壁材料相互作用過(guò)程和機(jī)理的深入理解。PW I現(xiàn)象主要發(fā)生在托卡馬克磁場(chǎng)最外封閉磁面以外的邊界等離子體區(qū)域內(nèi)。因此, PW I問(wèn)題直接決定了聚變的裝置運(yùn)行安全性、壁材料部件研發(fā)進(jìn)程和未來(lái)壁的使用壽命。弄清PW I的各種物理過(guò)程和機(jī)理并施以有效的控制, 是未來(lái)核聚變能實(shí)現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)之一。對(duì)PW I國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)評(píng)述, 并闡述了PW I的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和亟待解決的問(wèn)題。
關(guān)鍵詞: 磁約束核聚變; 托卡馬克; 等離子體
前言
隨著化石能源的枯竭, 人類(lèi)面臨著嚴(yán)重的能源危機(jī)。核聚變能是潛在的清潔安全能源, 其燃料氘大量存在于海水之中, 幾乎取之不盡用之不竭。因此, 核聚變能被認(rèn)為是人類(lèi)能源問(wèn)題的終極解決方式。核聚變能的最終實(shí)現(xiàn)對(duì)中國(guó)能源問(wèn)題的解決尤其重要。因?yàn)閹?kù)侖排斥作使核聚變反應(yīng)非常困難, 使用強(qiáng)磁場(chǎng)約束等離子體并加熱至極端高溫的“托卡馬克”方式是目前最有可能實(shí)現(xiàn)受控?zé)岷司圩兊姆椒? 而可能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)脈沖(穩(wěn)態(tài))高參數(shù)運(yùn)行的全超導(dǎo)磁約束托卡馬克則是目前最有發(fā)展前途的熱核聚變裝置。目前, 在國(guó)際上兩個(gè)大型磁約束聚變裝置TFTR 和J ET 中, 人類(lèi)已成功實(shí)現(xiàn)了10 MW級(jí)聚變能輸出。2006年11 月, 歐盟、美國(guó)、俄羅斯、日本、韓國(guó)、印度和中國(guó)七方在巴黎正式簽署協(xié)議, 啟動(dòng)全超導(dǎo)磁約束國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)堆( In terna tiona lThe rmonuc lea r Exp e rim en ta l R eac to r, ITER ) 建設(shè)
[ 1 ], 項(xiàng)目耗資120 億美元, 將于2018 年在法國(guó)Cada rache 建成, 預(yù)計(jì)可以產(chǎn)生500 MW 的能量。ITER 計(jì)劃是目前世界上僅次于國(guó)際空間站的又一項(xiàng)國(guó)際大科學(xué)工程項(xiàng)目, 是人類(lèi)開(kāi)發(fā)潔凈新能源的一次大膽嘗試。這一計(jì)劃將集成當(dāng)今國(guó)際上受控磁約束核聚變的主要科學(xué)和技術(shù)成果, 是人類(lèi)受控核聚變研究走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵一步。ITER計(jì)劃是中國(guó)有史以來(lái)參加的規(guī)模最大的國(guó)際科技合作項(xiàng)目。在國(guó)內(nèi), 中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)等離子體所)在20世紀(jì)90年代,建成了H T - 7超導(dǎo)托卡馬克, 是世界上少數(shù)幾個(gè)超導(dǎo)裝置之一。2006 年, 等離子體所又獨(dú)立建成了世界上第一個(gè)具有非圓截面的全超導(dǎo)托卡馬克( Exp e rim en ta lAdvanced Sup e rconduc ting Tokam ak, EAST) [ 2 ] , 是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的磁約束熱核聚變研究裝置之一。目前,EA ST正在開(kāi)展與ITER相關(guān)的各項(xiàng)工程和物理研究, 如長(zhǎng)脈沖(穩(wěn)態(tài))等離子體的穩(wěn)定控制、等離子體驅(qū)動(dòng)和加熱、偏濾器物理、先進(jìn)壁材料和部件研發(fā)及其與托卡馬克等離子體相互作用等。核工業(yè)西南物理研究院(以下簡(jiǎn)稱(chēng)西物院)是國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展核聚變研究的研究單位,在高溫等離子體物理研究方面取得了令人矚目的成績(jī)。最近其建成的HL - 2A裝置已經(jīng)成功地進(jìn)行了偏濾器位形放電并獲得了高約束等離子體。目前, 西物院正在全面展開(kāi)對(duì)HL - 2A的升級(jí)改造工作。磁約束托卡馬克是目前最有可能實(shí)現(xiàn)受控?zé)岷司圩兊姆椒?。磁約束聚變能的實(shí)現(xiàn)面臨兩大瓶頸問(wèn)題: 高參
數(shù)穩(wěn)態(tài)等離子體物理問(wèn)題和托卡馬克裝置及未來(lái)反應(yīng)堆關(guān)鍵材料問(wèn)題。其中, 關(guān)鍵材料問(wèn)題的解決在很大程度上取決于我們對(duì)等離子體與壁材料相互作用( P la sm a2W a ll In te rac tion s, PW I)過(guò)程和機(jī)理的深入理解。PW I現(xiàn)象主要發(fā)生在托卡馬克磁場(chǎng)最外封閉磁面( L a st C lo sedF lux Su rface, LCFS)以外的邊界等離子體(又稱(chēng)為刮削層, Sc rapp ed2O ff L aye r, SOL )和直接接觸SOL的面對(duì)等離子體材料( P la sm a2Fac ing M a te ria ls, PFM )區(qū)域內(nèi)。因此, 弄清SOL中的各種物理過(guò)程和機(jī)理并施以有效的控制, 是未來(lái)在ITER 上實(shí)現(xiàn)高參數(shù)、長(zhǎng)脈沖運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)之一。在SOL區(qū), 大量來(lái)自芯部等離子體的穩(wěn)態(tài)能流和粒子流經(jīng)過(guò)復(fù)雜的SOL層流輸運(yùn)到PFM 上。同時(shí),由于邊界局域模和湍流的作用以及其它不穩(wěn)定性因素(如垂直位移和破裂等) , 會(huì)把更強(qiáng)的瞬態(tài)能流和粒子流投向PFM。這些穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的高熱負(fù)荷和強(qiáng)粒子流轟擊以及之后的氫/氦( H /H e)的擴(kuò)散和滯留, 加上高能聚變中子輻照, 不僅損傷PFM、影響PFM 的結(jié)構(gòu)和性能、縮短其使用壽命和帶來(lái)裝置安全問(wèn)題, 而且產(chǎn)生的雜質(zhì)和灰塵進(jìn)入邊界甚至芯部等離子體, 降低了等離子體品質(zhì)并增加了等離子體穩(wěn)定控制的難度。而灰塵的化學(xué)活性、活化放射性和放射性氚滯留等因素則帶來(lái)了一系列的安全問(wèn)題。高速灰塵對(duì)PFM 尤其是診斷用第一鏡的損傷也將成為一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題。ITER下屬的國(guó)際托卡馬克物理活動(dòng)組織( ITPA )的刮削層/偏濾器( SOL /D iv)工作組專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)甄別ITER 最關(guān)心的PW I問(wèn)題并協(xié)調(diào)國(guó)際范圍的聯(lián)合攻關(guān)。2008 年底, ITER國(guó)際組和SOL /D iv工作組聯(lián)合提出了ITER 的PW I/邊界物理緊急研究計(jì)劃。PW I問(wèn)題直接決定了ITER的裝置運(yùn)行安全性、壁材料部件研發(fā)進(jìn)程和未來(lái)壁的使用壽命。研究結(jié)果對(duì)未來(lái)聚變示范電站(D EMO )和商業(yè)堆的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行將產(chǎn)生重要影響。本文對(duì)PW I國(guó)內(nèi)外研究情況進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)和評(píng)述。 面對(duì)等離子體材料的選擇和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1 面對(duì)等離子體材料的選擇PW I主要發(fā)生在SOL 等離子體和PFM 組成的區(qū)域內(nèi), 直接作用于PFM 表面并通過(guò)表面進(jìn)入基體。因此,PFM 的選材對(duì)于PW I的具體過(guò)程有決定性的影響。目前尚無(wú)任何PFM 可以同時(shí)滿足與等離子體相容性好、耐高熱負(fù)荷、耐高通量低能離子和中性粒子輻照、耐高通量高能中子輻照射等[ 3 - 4 ]苛刻要求。迄今研究最多的PFM 是碳( C) 、鈹(B e)和鎢(W ) 。C的優(yōu)點(diǎn)是低Z、熱力學(xué)性能好、不熔化、升華溫度高; 缺點(diǎn)是高的濺射刻蝕率、與氚共堆積滯留、中子輻照脆化等。B e的優(yōu)點(diǎn)是低Z、吸氧能力強(qiáng)、H 同位素(包括氘和氚, 以下如無(wú)特殊說(shuō)明均用H表示)滯留較小; 缺點(diǎn)是低熔點(diǎn)、高濺射和毒性等。W 材料以其高熔點(diǎn)、低濺射、不與H發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、H 滯留極低等特性被視為未來(lái)托卡馬克/聚變堆中最可能全面使用的PFM[ 5 ], 其缺點(diǎn)是存在高Z雜質(zhì)輻射、高熱負(fù)荷下再結(jié)晶脆化甚至熔化/蒸發(fā)的問(wèn)題。鑒于W 在未來(lái)壁材料中的重要地位, 針對(duì)其最主要的輻射問(wèn)題, 德國(guó)在A SD EX2U 托卡馬克上開(kāi)展了系統(tǒng)的W 壁物理實(shí)驗(yàn), 結(jié)果表明, W 雜質(zhì)向芯部等離子體的傳輸過(guò)程受到多種輔助加熱手段的有效抑 [ 5 ] 。據(jù)此ITER 已確定了一條從B e /C /W 到B e /W 最后變成全W 2PFM 的路線[ 3 , 6 ] 。EA ST也確定了約3 年后逐步從現(xiàn)在的全C到C /W 的過(guò)渡, 最后變成全W 2PFM的發(fā)展方向。EA ST將成為ITER建成之前世界上能夠開(kāi)展ITER相關(guān)的PW I物理和工程研究的最重要裝置之一。在ITER以后的堆型設(shè)計(jì)中, 全W 2PFM 概念已經(jīng)成為共識(shí)[ 4 ] 。
展 望
盡管?chē)?guó)內(nèi)外對(duì)PW I問(wèn)題已經(jīng)做了不少研究工作,但是從大的方面來(lái)說(shuō), 仍然存在許多問(wèn)題需要解決。根據(jù)當(dāng)前的研究進(jìn)展和現(xiàn)狀可以看出, PW I還存在如下問(wèn)題亟待解決:( 1 ) 邊界等離子體的原子分子過(guò)程數(shù)據(jù)尚不完善,粒子輸運(yùn)和再沉積的行為并不完全清楚;( 2 ) 等離子體輻照下PFM 的表面損傷、雜質(zhì)產(chǎn)生和結(jié)構(gòu)效應(yīng)問(wèn)題, 這些與PFM 的壽命直接相關(guān), 強(qiáng)磁場(chǎng)、熱沖擊條件下PFM 的行為也有待進(jìn)一步研究。( 3 ) 灰塵產(chǎn)生的機(jī)理及安全分析, 灰塵對(duì)材料的損傷程度, 灰塵監(jiān)測(cè)和清除問(wèn)題;( 4 ) 盡管在全金屬壁調(diào)整處理方面國(guó)際上有一些新方法正處于研發(fā)階段, 但是這些方法只進(jìn)行過(guò)少量實(shí)驗(yàn), 其實(shí)際應(yīng)用有待進(jìn)行更深入和廣泛的研究。( 5 ) 托卡馬克高參數(shù)長(zhǎng)脈沖運(yùn)行面臨許多安全和運(yùn)行的限制, 需要通過(guò)壁狀態(tài)的全面原位監(jiān)測(cè)和控制來(lái)達(dá)成, 因此發(fā)展壁監(jiān)測(cè)技術(shù)迫在眉睫。針對(duì)國(guó)家聚變大科學(xué)工程和ITER對(duì)PW I相關(guān)數(shù)據(jù)的緊迫需求, 國(guó)內(nèi)外必須盡快全面深入開(kāi)展PW I相關(guān)__的基礎(chǔ)研究工作。國(guó)家科技部2009 年國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆( ITER )計(jì)劃專(zhuān)項(xiàng)已對(duì)PW I研究進(jìn)行資助, 即“托卡馬克等離子體與壁材料相互作用研究”項(xiàng)目, 這將極大地促進(jìn)中國(guó)PW I研究的進(jìn)展。
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