等离子体与PDP等离子显示技术

等离子体

等离子体（Plasma）是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，也称“电浆体”,常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。看似“神秘”的等离子体，其实是宇宙中一种常见的物质，在太阳、恒星、闪电中都存在等离子体，它占了整个宇宙的99%。等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用,利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。等离子体物理的发展为材料、能源、信息、环境空间、空间物理、地球物理等科学的进一步发展提新的技术和工艺。

19世纪30年代英国的M.法拉第以及其后的J.J.汤姆孙、J.S.E.汤森德等人相继研究气体放电现象，这实际上是等离子体实验研究的起步时期。1879年英国的W.克鲁克斯采用“物质第四态”这个名词来描述气体放电管中的电离气体。美国的I.朗缪尔在1928年首先引入等离子体这个名词，等离子体物理学才正式问世。1929年美国的L.汤克斯和朗缪尔指出了等离子体中电子密度的疏密波（即朗缪尔波）。

对空间等离子体的探索，也在20世纪初开始。1902年英国的O.亥维赛等为了解释无线电波可以远距离传播的现象，推测地球上空存在着能反射电磁波的电离层。这个假说为英国的E.V.阿普顿用实验证实。英国的D.R.哈特里(1931)和阿普顿(1932)提出了电离层的折射率公式，并得到磁化等离子体的色散方程。1941年英国的S.查普曼和V.C.A.费拉罗认为太阳会发射出高速带电粒子流，粒子流会把地磁场包围，并使它受压缩而变形。

从20世纪30年代起，磁流体力学及等离子体动力论逐步形成。等离子体的速度分布函数服从福克－普朗克方程。苏联的Л.Д.朗道在1936年给出方程中由于等离子体中的粒子碰撞而造成的碰撞项的碰撞积分形式。1938年苏联的A.A.符拉索夫提出了符拉索夫方程，即弃去碰撞项的无碰撞方程。朗道碰撞积分和符拉索夫方程的提出，标志着动力论的发端。

1942年瑞典的H.阿尔文指出，当理想导电流体处在磁场中，会产生沿磁力线传播的横波(即阿尔文波)。印度的S.钱德拉塞卡在1942年提出用试探粒子模型来研究弛豫过程。1946年朗道证明当朗缪尔波传播时，共振电子会吸收波的能量造成波衰减，这称为朗道阻尼。朗道的这个理论，开创了等离子体中波和粒子相互作用和微观不稳定性这些新的研究领域。

1950年以后，因为英、美、苏等国开始大力研究受控热核反应，促使等离子体物理蓬勃发展。热核反应的概念最早出现于1929年，当时英国的阿特金森和奥地利的豪特曼斯提出设想，太阳内部轻元素的核之间的热核反应所释放的能量是太阳能的来源，这是天然的自控热核反应。1957年英国的J.D.劳孙提出受控热核反应实现能量增益的条件，即劳孙判据。

环状磁约束等离子体的平衡问题由苏联的V.D.沙弗拉诺夫等解决。美国的M.克鲁斯卡和沙弗拉诺夫导出了最重要的一种等离子体不稳定性，即扭曲不稳定性的判据。1958年美国的I.B.伯恩斯坦等提出分析宏观不稳定性的能量原理。处在环状磁场中的等离子体的输运系数首先由联邦德国的D.普菲尔施等作了研究(1962)，他们给出在密度较大区的扩散系数，苏联的A.A.加列耶夫等给出了密度较小区的扩散系散(1967)，这一理论适用于托卡马克这类环状磁约束等离子体中的输运过程被命名为新经典

理论。

自从苏联在1957年发射了第一颗人造卫星以后，很多国家陆续发射了科学卫星和空间实验室，获得很多观测和实验数据，这极大地推动天体和空间等离子体物理学的发展。1959年美国的J.A.范艾伦预言地球上空存在着强辐射带，这一预言为日后的实验证实，即称为范艾伦带。1958年美国的E.N.帕克提出了太阳风模型。1974年美国的D.A.格内特根据卫星资料，证认出地球是一颗辐射星体，辐射千米波。

PDP（Plasma Display Panel）等离子显示技术

早在1964年美国伊利诺斯大学就成功研制出了等离子显示平板，但那时等离子显示器为单色。现在等离子平面屏幕技术为最新技术，而且它是高质图像和大纯平屏幕的最佳选择。大纯平屏幕可以在任何环境下看电视，等离子面板拥有一系列像素，同时这些象素又包含有三种次级象素，它们分别呈红、绿色、蓝色。在等离子状态下的气体能与每个次象素里的磷光体反应，从而能产生红、绿或蓝色。这种磷光体与用在阴极射线管(CRT)装置(如电视机和普通电脑显示器)中的磷光体是一样的，你可以由此而得到你所期望的丰富有动态的颜色，每种由一个先进的电子元件控制的次象素能产生16亿种不同的颜色，所有这些意味着你能在约不到6英寸厚的显示屏上更容易看到最佳画面。等离子显示屏PDP是一种利用气体放电的显示装置，这种屏幕采用了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，从而激励平板显示屏上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光。每个离子管作为一个像素，由这些像素的明暗和颜色变化组合，产生各种灰度和色彩的图像，与显像管发光相似。等离子体技术同其它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，电视彩色图像由各个独立的荧光粉像素发光综合而成，因此图像鲜艳、明亮、干净而清晰。另外，等离子电视最突出的特点是可做到超薄，并轻易做到40英寸以上的完全平面大屏幕，而厚度不到100毫米。

PDP（Plasma Display Panel）等离子电视的优点

1．色彩更丰富：由于等离子电视是自发式的，而液晶则是透光式，像素自发光的色彩饱和度当然更好，所等离子表现出来的色彩种类也要更丰富。液晶电视大多数都是1667万种颜色，少数可以达到10.7亿色，但在等离子电视领域，1667万和10.7亿色已经算是滞后了，而86亿色也是非常常见的。虽然过多的颜色已然是超出人眼所能分辨的颜色数量，但不可否认的是，等离子电视的色彩比液晶更丰富。

2．可视角大、响应时间短：等离子具有最宽的可视角，也就是说，观众在不同的位置，看到图像的亮度、对比度和色度基本上变化不大，也更接近CRT电视机的可视角，远大于液晶电视;在显示运动图像时，等离子电视的拖尾时间短，动态清晰度高，这点同样由于液晶电视。

3．由于不采用背光源，等离子电视机的亮度是没有液晶高，但它随平均图像电平(APL)的变化而变化，对比度则是更高的，图像层次感也就更强，所能呈现的图像鲜艳、明亮而自然;色域覆盖率大，彩色还原特性好，显示图像颜色鲜艳饱和度强;全屏亮度均匀性好，且不受背光源灯寿命的限制，寿命也更长。

4．容易实现全数字化：等离子电视机是非常实现全数字化，即端到端的传输过程都属于数字信号处理，且不经过D/A变换，也就不会产生信号的失真和图像信息的丢失的情况。而CRT、液晶显示的图像的亮度或灰度都需要通过模拟电压来控制，因此必须对传输的数字信号进行D/A变换，容易导致图像质量的退化。所以说，等离子电视在数字电视终端应用上前景广阔。

（作者系东营职业学院工业工程系副教授）