1.3 光致发光与显示
光致发光是冷发光的一种，在显示应用中形成了PDP显示技术。PDP是由紫外光子轰击荧光粉发光，发光机理类似于荧光灯。PDP用的荧光粉是光致荧光粉。
1.3.1 光致发光原理
光致发光（Photoluminescence，PL）是指用紫外辐射、可见光或红外辐射激发发光材料，发光材料吸收光子（或电磁波）后重新辐射出光子（或电磁波）的过程。这一过程可以描述为物质吸收光子跃迁到较高能级的激发态后返回低能态，同时放出光子的过程。大致经历吸收、能量传递和光发射三个主要过程。光的吸收和发射发生在能级之间的跃迁，都经过激发态，而能量传递则是由于激发态的运动。激发态的运动是发光中的重要过程，能量传递是它的一个重要途径。
光激发导致材料内部的电子跃迁到允许的激发态。当这些电子回到其热平衡态时，多余的能量可以通过发光过程和非辐射过程释放。光致发光辐射光子的能量与两个电子态间不同的能级差有关，这涉及激发态与平衡态之间的跃迁。
激发光辐射的能量可直接被发光中心（激活剂或杂质）吸收，也可能被发光材料的基质吸收。在第一种情况下，发光中心吸收能量向较高能级跃迁，随后跃迁回到较低的能级或基态能级而发光。在第二种情况下，基质吸收光能，在基质中形成电子−空穴对，它们可能在晶体中运动，被束缚在发光中心上，发光是由于电子−空穴的复合而引起的。当发光中心离子处于基质的能带中时，会形成一个局域能级，处在基质导带和价带之间，即位于基质的禁带中。对于不同的基质结构，发光中心离子在禁带中形成的局域能级的位置不同，从而在光激发下，会产生不同的跃迁，导致发出不同颜色的光。
激发态的分布按能量的高低可以分为三个区域。低于禁带宽度的激发态主要是分立中心的激发态，涉及杂质中心与点阵的相互作用。随着这一相互作用的加强，吸收及发射谱带都由窄变宽，温度效应也由弱变强，特别是淬灭现象变强，使一部分激发能变为晶格振动。在相互作用较强的情况下，激发态或基态都只能表示中心及点阵作为一个统一系统的状态，通常用位形坐标曲线表示，电子跃迁一般都在曲线的极小值附近发生。发光也可以从比较高的振动能级起始，这在分时光谱中可得到直观的图像，反映出参与跃迁的声子结构。
接近禁带宽度的激发态包括自由激子、束缚激子，以及施主−受主对等。当激发密度很高时，还可产生两个激子相吸的共价交换作用，形成激子分子（双激子），而在间接带隙半导体内甚至可以观察到电子−空穴液滴。激子又可以和能量相近的光子耦合在一起，形成电磁激子。束缚激子的发光是常见的现象，它在束缚能上的微小差异常被用来反映束缚中心的特征。在有机分子晶体中，最低的电子激发态是三重激子态，而单重态激子的能量几乎是三重态激子能量的两倍。
能量更高的激发态是导带中的热电子，包括热载流子所处的状态。后者是在能量较高的光学激发下，载流子被激发到高出导带（或价带）中热平衡态的状态，通常可用电子（或空穴）温度（不同于晶格温度）描述它们的分布。热载流子不需要和晶格进行能量交换再达到热平衡态，过热的载流子即可跃迁复合发光，不过，热载流子的复合截面要比热平衡状态下的载流子复合截面小。热载流子也可在导带（或价带）内部向低能跃迁。这类发光可以反映能带结构及有关性质。
光致发光可按延迟时间分为荧光（Fluorescence）和磷光（Phosphorescence）。荧光是由激发单重态最低振动能层至基态各振动能层间跃迁产生的；而磷光是由激发三重态的最低振动能层至基态各振动能层间跃迁产生的。光致发光最普遍的应用为日光灯，它是灯管内气体放电产生的紫外线激发管壁上的发光粉而发出可见光的。
1.3.2 基于光致发光的显示技术
基于光致发光的显示技术主要是等离子PDP显示技术。等离子体显示板（PDP）是一种利用气体放电现象的显示技术，其工作原理与日光灯很相似。PDP显示的基本思路是利用很多小尺寸的彩色荧光灯形成一幅图像。而每一个彩色荧光灯是由红、绿、蓝三个像素组成的。
1．PDP显示中的光致发光
PDP显示是惰性气体在一定电压作用下产生气体放电现象，放电过程中产生大量真空紫外光子激发荧光粉发光。PDP采用的放电气体通常为氖、氙等混合惰性气体。放电时，气体内部最主要的反应是氖原子的电离。由于受外部条件激发，气体内部已存在的少量带电粒子（如电子）被极间电场加速，当这些带电粒子达到一定动能时碰撞氖原子，使其电离而导致自由电子数量增加，形成电离雪崩效应。在氖气体中加入极少量氙气体，是利用氖亚稳态和氙之间的潘宁电离反应来提高混合气体的电离截面，以加速电离雪崩，降低着火电压。伴随气体电离雪崩过程，加速后电子也会与氙离子碰撞，形成氙的谐振态。这种谐振态很不稳定，在返回至基态时，会辐射波长147nm的真空紫外线，激发红、绿、蓝荧光粉产生三基色可见光，三基色光在空间混合，即可以实现彩色显示。
当电压升高到几百伏时，玻璃管内就会发光并有电流流动，最终达到正常辉光放电状态。对等离子体显示屏的放电单元而言，其放电过程主要介于正常和异常辉光放电区，这个区域放电稳定、功耗小。当放电管间的电压增加到某一定值时，即满足击穿条件时，放电电流会骤然增加，同时有显著的光辐射，放电由汤生放电过渡到自持放电，管内的气体由绝缘状态过渡到导电状态，这种现象称气体击穿。气体击穿的瞬时电压为击穿电压。
气体放电是气体中带电粒子不断增加的过程。放电空间残余的带电粒子从外电场获得能量。具有足够高的能量的带电粒子与气体粒子发生非弹性碰撞，使之激发或电离，从而使空间产生新的带电粒子，新产生的带电粒子在电场的加速下又参加电离过程，使放电空间中的电子、离子，以及各种激发态粒子不断增加。实际放电空间带电粒子的产生过程是非常复杂的，为描述气体放电过程中的电离现象，汤生提出了三种电离过程和三个电离系数与之对应，分别称为汤生第一电离系数、汤生第二电离系数和汤生第三电离系数。
汤生第一电离系数（α系数）。放电空间的电子在外电场的作用下向阳极运动，在运动过程中从电场获得能量。具有较高能量的电子与气体原子碰撞可使之电离。在外电场中一个电子经过单位距离与气体分子发生碰撞电离的次数就是α电离系数，即汤生第一电离系数。这种电离过程称为α过程。
汤生第二电离系数（β系数）。每个正离子在向阴极运动的过程中，也与气体离子不断发生电离碰撞。在外电场中一个正离子经过单位距离所产生的碰撞电离次数就是β电离系数，即汤生第二电离系数。这种电离过程也称β过程。
汤生第三电离系数（Υ系数）。放电空间的正离子携带一定的能量轰击阴极，使阴极产生二次电子发射。每一个正离子轰击阴极表面时，从阴极打出的二次电子数就是Υ系数，即汤生第三电离系数或正离子的表面电离系数。这种电离过程也称Υ过程。
从结构上看，PDP好比把数十万至数百万个气体微型彩色荧光灯（即放电单元）按一定排列方式浓缩在两块平板玻璃之间。制作时，在两块玻璃基板之间，通过障壁将放电空间分隔成许多小放电单元。每个放电单元都设有一组电极，并按一定排列形式在各单元内壁上分别涂敷红、绿、蓝荧光粉。当电极上施加一定电压后，放电空间内的混合气体便发生气体放电现象。放电过程产生紫外线，紫外线激发放电单元中的荧光粉发出可见光。每个等离子体放电单元作为一个像素，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。
2．PDP显示技术的发展
1964年，美国的D.L.Bitzer和H.G.Slottow发明了1英寸×1英寸的等离子显示板，只有一个放电单元，采用交流维持电压，放电气体Ne，玻璃介质保护电极。1967年，他们采用Ne-Xe混合气体，在放电单元中涂上红、绿荧光粉，制作了三个放电单元的显示屏，实现了最早的彩色PDP显示。1971年，Owens-Illinois研究小组研制出第一台PDP产品，屏幕为12英寸，分辨率为512像素×512像素。1980年代中期，美国Photonics公司研制出第一台60英寸单色PDP显示器。
早期的等离子体显示研究主要集中在直流结构，因为直流结构制造工艺简单，灰度显示也比交流结构容易。直到1987年Larry F.Weber发明了能量恢复驱动方法及1993年富士通成功研制出条状障壁、三电极、反射型结构等多项技术，才使等离子体显示走向产业化。1993年，富士通开始生产21英寸的彩色PDP显示器，彩色PDP显示器从此正式商品化。1994年，三菱电机开始20英寸640像素×480像素表面放电式彩色AC-PDP的生产。1995年，松下利用NHK公司开发的脉冲存储式DC-PDP技术开始26英寸256像素×448像素彩色PDP的试生产。1996年，富士通和飞利浦推出了首部42英寸家用的等离子体显示屏，首次使真正的16:9宽屏壁挂电视进入实用化。2008年，松下发布150英寸PDP。2010年，松下展出152英寸4倍高清3D PDP。
PDP的主要技术发展方向是提高发光效率和像素分辨率，降低功耗。理论上，PDP发光效率可以提高到40lm/W。目前，PDP发光效率还徘徊在1.5lm/W左右，存在巨大的提升空间。如果发光效率从1.5lm/W提高到3lm/W，模组成本可降低约20%，能耗降低50%。近年来，主要通过对放电气体、新型介质保护膜材料、低介电常数介质、高发光效率单元结构、低功耗驱动波形等进行研究和开发，以达到低功耗、高效率显示的目的。
当发光效率固定时，PDP的像素分辨率越高，显示屏亮度越低。超高分辨率由于线条过多会导致寻址功耗过高，较小的像素尺寸也需要较高的光效提高亮度。对清晰度要求越高,对障壁所形成像素尺寸要求就越严格。高分辨率的实现，必须有高分辨率的障壁图形，通常的丝网印刷法、喷砂法和刻蚀法都无法实现，必须采用感光性浆料的光刻工艺，感光障壁技术还可以简化工艺、节约制造成本、提高产品的良品率。