中心議題：

• PDP的顯示原理
  、PDP為何較耗電
  ？
• PDP電源管理方案

解決方案：

• 放電需要高位能
  ，須使用較能耐高壓的功率型MOSFET開關
• 須準備較多種運作電壓準位
• 需要更講究散熱方麵的設計

PDP的顯示原理、PDP為何較耗電？

在此以逐步的方式來說明PDP的(de)顯(xian)示(shi)原(yuan)理(li)
，相(xiang)信(xin)各(ge)位(wei)都(dou)看(kan)過(guo)打(da)雷(lei)吧(ba)
？雷(lei)電(dian)直(zhi)接(jie)從(cong)雲(yun)層(ceng)落(luo)到(dao)地(di)麵(mian)，所(suo)經(jing)過(guo)的(de)路(lu)徑(jing)是(shi)空(kong)氣(qi)

，要(yao)讓(rang)原(yuan)本(ben)不(bu)適(shi)合(he)導(dao)電(dian)的(de)空(kong)氣(qi)成(cheng)為(wei)電(dian)流(liu)流(liu)經(jing)的(de)導(dao)體(ti)路(lu)徑(jing)，自(zi)然(ran)要(yao)有(you)很(hen)高(gao)的(de)電(dian)壓(ya)作(zuo)為(wei)引(yin)力(li)
，此(ci)即(ji)是(shi)所(suo)謂(wei)的(de)電(dian)弧(hu)放(fang)電(dian)。

在日常生活中有許多應用即是電弧放電的應用，例如防身用的電擊棒，以及照明用的日光燈管（也稱螢光燈），燈管的左右端各是一個電極，管內注入水銀蒸汽（或稱汞蒸氣、水銀氣體），並在燈管內壁塗佈螢光物質，之後將燈管密封（以防蒸汽外洩），一旦電極兩端通上電壓，就會迫使管內的水銀蒸汽成為兩端的導電體
、導電路徑（電漿狀態），形成小型化的電弧放電，放電的結果會產生紫外光（UV），紫外光照射至管壁內的螢光物質，便會向管外呈現出可見的照明光。

事(shi)實(shi)上(shang)霓(ni)虹(hong)燈(deng)的(de)作(zuo)法(fa)也(ye)與(yu)此(ci)相(xiang)同(tong)，隻(zhi)是(shi)向(xiang)外(wai)發(fa)散(san)的(de)可(ke)見(jian)光(guang)不(bu)是(shi)白(bai)光(guang)，而(er)是(shi)各(ge)種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)顏(yan)色(se)
，每(mei)個(ge)光(guang)管(guan)發(fa)出(chu)一(yi)種(zhong)顏(yan)色(se)，不(bu)同(tong)顏(yan)色(se)使(shi)用(yong)不(bu)同(tong)的(de)螢(ying)光(guang)物(wu)質(zhi)。





圖一　Fairchild（快捷半導體）在PDP電路係統中所能提供的組件方案圖（深色部位）。

瞭解日光燈的道理後就能輕易地理解PDP的顯示原理
，PDP其實就是將日光燈管的尺寸縮小，從長條圓管縮成極微小的立方晶格（Cell，或稱放電室），但dan運yun作zuo方fang式shi維wei持chi不bu變bian，然ran後hou在zai三san個ge緊jin鄰lin的de晶jing格ge內nei塗tu佈佈不bu同tong的de顏yan色se的de螢ying光guang質zhi，分fen別bie可ke展zhan現xian紅hong綠lv藍lan的de三san原yuan色se
，如ru此ci就jiu形xing成cheng一yi個ge可ke全quan彩cai呈cheng現xian的de基ji本ben顯xian示shi像xiang素su（Pixel），之後再將像素進行長寬排列的擴增，組構成1280×720
、1920×1080等矩陣組態，如此就成為一套PDP的顯示係統。

另外，在PDP中迫使放電的不一定非要用水銀蒸汽
，也可以使用由氖（Ne）氙（Xe）相混或氦（He）氙（Xe）相混的惰性氣體。

更簡單說，PDP即是由成千上萬的微小霓虹燈所組成
，然其顯示原理仍舊是倚賴電弧放電，放電必須要有較高的電極電壓（如同打雷）
，這也是PDP較耗電的一大主因。

不過，上述僅是容易理解的譬喻，但更正確、具體的技術細節還包括DC（直流）型放電或AC（交流）型放電
，不同的方式使用的電極配置方式也不同，然而由於DC型的電路係統設計過於複雜，今日的銷售量產型PDP幾乎都採行AC型，使用X、Y、Z三組電極來操控放電，X、Y電極負責掃描驅動
，Y
、Z電極則負責定址驅動，其中Y電極同時肩負兩種工作。


圖二　PDP顯示原理圖（剖麵結構的觀看角度）

PDP電源管理方案

關於PDP的電源管理
，可自兩層麵來談：

(1)省電性：麵對LCD的挑戰，PDP必須讓運作用電更精省；

(2)低廉性：以每吋成本而言PDP仍屬偏貴

，如何讓整體係統進一步降價也是現有PDP研發的一大課題，其中精省係統電路成本也相當令人重視。
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圖三　PDP係統電路的主要功能區塊圖。

先就省電性來說
，PDP的耗電與放電電壓息息相關，然而為了達到能放電的能態也必然要使用較高的電壓，即約160V～180V以上的電位
，而且必須週期性地讓電位交替（AC型PDP）

，即此時X電極為160V，Y電極為0V
，彼時變成X電極為0V，Y電極為160V。

為了降低PDP的用電
，Fujitsu-Hitachi（富士通日立
，富士通也是PDP的發創業者）提出了TERES（TechnologyofReciprocalSustainer）技術，將X、Y電極的電位交替由「0V：160V、160V：0V」改成「+80V：-80V、-80V：+80V」的方式，同時為彌補驅動電壓的改變而將交替頻率提升一倍。

如此，將電壓準位降至過往的一半可使耗電降至過往的1/4，但頻率增加一倍則又使耗電增加一倍，如此仍可讓整體用電降至過去的1/2。

其次是低廉性

，PDP的電路係統成本高於LCD，如今LCD也開始往高吋數領域發展，迫使PDP須比過去更積極降低電路複雜度及成本。而為何PDP的電路係統較貴？原因有以下幾點：

(1)放電需要高位能，也因此須使用較能耐高壓的功率型MOSFET開關，導致開關元件較貴
；

(2)須準備較多種運作電壓準位，使電路複雜度提升
，進而增加成本；

(3)MOSFET開關在高壓下的導通內阻也會增加
，為了讓驅動效率提升，以及讓放電更加安定
，因此一個效用開關多半用數個MOSFET進行並聯來實現
，如此就增加MOSFET的用量，使成本增加
；

(4)高壓


、高流所連帶而來的就是高熱，因此需要更講究散熱方麵的設計
，使成本增加；

(5)高(gao)壓(ya)一(yi)旦(dan)有(you)閃(shan)失(shi)，其(qi)所(suo)造(zao)成(cheng)的(de)電(dian)路(lu)係(xi)統(tong)傷(shang)害(hai)也(ye)會(hui)較(jiao)大(da)，所(suo)以(yi)有(you)時(shi)也(ye)使(shi)用(yong)光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)來(lai)作(zuo)為(wei)隔(ge)離(li)性(xing)開(kai)關(guan)，使(shi)傷(shang)害(hai)不(bu)至(zhi)於(yu)有(you)更(geng)大(da)擴(kuo)散(san)，此(ci)安(an)全(quan)設(she)計(ji)也(ye)要(yao)增(zeng)加(jia)成(cheng)本(ben)。

圖四　富士通日立提出所謂的TERES技術，可讓PDP的用電減少一半，電路成本也減半，圖為TERES技術示意圖。

關於上述種種，其實在TERES技術中也多半獲得解決
，由於電壓從160V降至80V
，所以MOSFET的耐壓要求可以降低，如此可選用較低廉的MOSFET，電壓降低後開關的內阻減少，也就不再需要用並聯開關的設計來提升驅動效率、增加放電安定性，減少功率型MOSFET的數目也可降低成本，同時由於TERES已使整體用電減半
，使得散熱設計的心力
、成本也得以放寬。

至於第二項
，電壓準位類型過多
、電路過於複雜

，多是指PDP的Y極電路，Y極以分時多工方式飾演兩角
，此時Y極要與X極一同執行放電驅動，彼時Y極又要與Z極一同執行掃描驅動（顯示畫麵的資料刷新、更新），在放電時Y極需要使用-170V、-70V兩種電壓，在掃描時Y極則需要0V（接地）、+160V的電壓
，等於需要四種電壓準位。

Y極使用的電壓類型過多，運作電路上也過度複雜
，使PDP電路成本居高，然TERES技術也對此進行改善，將運用的電壓減至三種：+80V、0V
、-80V，掃描時使用0V
、-80V，放電時使用0V、+80V
，再加上掃描順序的改變，如此可有效簡化整體電路
，使Y極電路所需的功能模組從五個減至三個，進而降低成本。



圖五　Potentia半導體的電源管理晶片：PS-2406

結論與建議

最後，必須瞭解：PDP的整體係統電路，包括顯示驅動、顯示控製、用電管理、保護電路等，現階段都是與PDP原製造廠高度相依的，即便有PDP驅動、控製的應用晶片，也多是由原廠自行研製，並搭配原廠自有的設計而用，除原廠外的PDP電路設計多要高度倚賴自行的客製化設計心力
，不易找到可倚賴的應用晶片。

不過，PDP整體電路中仍有些部份可直接沿用較具彈性的可組態、可程式化晶片
，在電源部份可使用具彈性調設組態的電源管理晶片，以此來因應PDP所需的多種電壓準位，如PotentiaSemiconductor的PS-2406晶片（具電源供應
、調整、管理、保護等多重效用）即可用於PDP的電源電路設計中。又如Xilinx的CPLD、FPGA亦可運用在PDP的邏輯電路設計中。
除這些外
，PDP係統中的驅動電路、掃描電路、放電電路等，都還是要倚賴大比重的客製設計，且需要依據麵板規格、特性表現來設計。