新世纪主流显示技术

zhoujunyi

摘要： 显示技术在信息技术的发展中占据十分重要的地位。在对显示技术发展进程及平板显示(FPD)技术的特点和优越性详细分析的基础上，本文指出平板显示技术必将成为21世纪的主流显示技术。

关键词： 平板显示；等离子体显示屏；寻址显示分离；硅上液晶；有机电致发光显示

概述

全球化实时性信息交流的实现使人们对显示器件的需求越来越大，因而显示产业正成为电子信息产业的支柱产业。

电子显示器与半导体大规模集成电路并称为信息产业的两块基石，在推进信息化进程中起着不可忽视的作用。进入新千年，伴随着现代信号处理技术和大规模集成电路技术的飞速发展，显示技术正在发生一场革命，低功耗、小型化、数字化、便携式、多功能越来越受人们的青睐。在此背景下，平板显示(FPD ，Flat Panel Display)技术应运而生，而且发展迅猛，已可与CRT相抗衡，正成为新世纪的主流显示技术。用平板显示器代替阴极射线管显示器(CRT，Cathode Ray Tube)已成为高技术发展的必然趋势。

平板显示技术被誉为朝阳技术，发展高清晰度平板显示终端已被列入我国十五期间"863"计划的重大专项。液晶显示技术(LCD)、等离子体显示技术(PDP)、有机电致发光显示技术(OELD)、场致发射显示技术(FED)、真空荧光显示技术(VFD)和发光二极管显示技术(LED)都是平板显示技术的典型代表。




显示技术的发展历程

当今时代是多媒体技术日益成熟、日益深入的时代，多媒体具有高效控制各种媒体庞大信息的功能，支撑多媒体的三大关键技术革新是数字技术革新、网络革新和人机界面革新,由此可见信息显示的重要性。

显示技术代替印刷技术成为知识、信息传播的途径已有１００多年的历史。现代电子显示器件的发展则经历了从CRT阴极射线管到各种平板显示器件的历程，但大致都可分为主动发光型和非主动发光型两大类,前者利用光信息发光,直接进行显示；后者本身并不发光,而是通过反射、散射、干涉等现象,对其它光源所发出的光进行控制,即通过光变换进行显示。一般又称主动发光型显示为能动型或发光型显示，而非主动发光型显示为被动型或受光型显示。

表1按照主动发光型和非主动发光型两大类列出了具有代表性的电子显示器件。





此外，在谈到显示器件时必须注意各类显示器都有显示格式的标准和规格，主要分为计算机类和电视类两大市场领域。表2表示了各种格式中的像素数。





各种显示技术综述及FPD的优势

下面对各种显示技术的基本特征进行概述，以比较异同及发展前景。

CRT显示技术

阴极射线管(CRT)已有100多年的发展历史，是实现最早、应用最为广泛的一种显示技术，它使用内光源，也叫主动式投影方式，是利用高能电子束激励荧光体发光的电子显示器件。

CRT技术成熟、图像色彩丰富、还原性好、全彩色、高清晰度和较低成本，具有丰富的几何失真调整能力，主要用作彩电显像管和电脑监视器。

但是阴极射线管显示器由于体积大、重量重、电压高、易受干扰，在便携式电子产品和大屏幕显示方面的应用受到限制，随着屏面尺寸的不断增大，其重量、厚度也随之不断增大，无法满足人们对大屏幕、薄型化日益增长的要求。具体来说,在51cm以下范围CRT正受到液晶显示器(LCD)的有力竞争,在大于100cm的范围受到彩色等离子体显示板(PDP)的有力挑战。

液晶显示技术(LCD,Liquid Crystal Display)

液晶(liquid crystal) 是一种在一定温度范围内呈现出不同于固态、液态的特殊物质态，是一种介于固体与液体之间，具有规则性分子排列的有机化合物。液晶由于晶体各向异性而具有电光效应，尤其是扭曲向列效应和超扭曲效应，所以能制成不同类型的显示器件。

液晶显示器的原理是利用液晶的物理特性:在通电导通后排列有序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。

液晶显示技术经历了扭曲向列(TN-LCD)、超扭曲向列(STN-LCD)和薄膜晶体管阵列(TFT-LCD)三个重要发展阶段。其中，TFT-LCD(Thin Film Transistor-LCD)是集大规模半导体集成电路技术、驱动IC技术和平板光源技术于一体的高新技术，采用薄膜晶体管有源矩阵，在每个像素上设计有一个场效应开关管，易于实现真彩、高分辨率，而且响应速度快、灰度高，因此成为LCD的主要发展方向。它使LCD进入高画质真彩图像显示的新阶段。TFT-LCD被誉为具有高科技含量、高附加值、高效益的"三高"产品，具有美好的发展前景。

LCD有 "第二半导体"的称谓。它具有低工作电压、功耗小、重量轻、厚度薄、长寿命、无电磁辐射、不耀眼、抗干扰性好、抗震性能好、有效显示面积大、适于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示等优良特色。但也有不足之处，LCD属于非主动发光型即被动光源，显示视角小，对比度和亮度受环境的影响较大，响应速度较慢且工艺复杂。但是长期困扰液晶平板显示器的三大难题：视角、色饱和度、亮度在今天已经获得重大突破,液晶平板显示技术已经步入成熟阶段。

等离子体显示技术(PDP,Plasma Display Panel )

PDP是伴随惰性气体等离子体放电,利用行、列矩阵电极交点发光的显示器件。其中等离子体(Plasma)是指正负电荷共存,处于电中性的放电气体的状态。

PDP分为交流和直流两种类型，采用表面放电式的AC-PDP占主导地位。在ACPDP中，普遍采用子场技术来实现灰度显示,它将一帧分为若干个子场，每个子场由寻址期和显示期组成，子场显示期的长短与二进制权数成比例，这样， 8个子场就可表示 256级灰度。PDP驱动电压很高，驱动电路成本占整机的75％。采用寻址显示分离(ADS,Address Display Separate)子场技术可以降低驱动电路成本。

与其它平板显示器件相比，PDP(Plasma Display Panel 等离子显示屏)具备许多独特的优点，具体如下：

*屏幕亮度非常均匀，没有亮区和暗区，不会出现图像几何畸变和色彩漂移现象，不受磁场影响，具有更好的环境适应能力；

*具有非常陡峭的阈值特性，适合于时分多路驱动；

*具有存储效应，即使增加显示容量，也容易获得高亮度显示；

*结构及制造工艺简单，不需要TFT那样的高精度，投资小，适合现代化大批量生产；

*具有记忆特性，高亮度、大屏幕、全彩色，高对比度和高分辨率，使图像更加清晰，色彩更加鲜艳，感受更加舒适，效果更加理想；

*色彩还原性好，灰度丰富可超过 256级，色域与 CRT相近，对迅速变化的画面响应速度快，适用于显示动画和播放视频；而且视野开阔，能提供格外亮丽、均匀平滑的画面和更大观赏角度，视角高达160度；

*纯平面、厚度薄、体积小，特别适合公共信息显示、壁挂式大屏幕电视和自动监视系统 。

PDP工作在全数字化模式，易于制成大屏幕显示，是数字电视、高清晰度电视、计算机工作站及多媒体终端理想的显示器件。尤其是近年来，关键技术基本突破，产品性能逐渐提高并已达到实用水平。预期今后在大屏幕壁挂电视、计算机工作站、多媒体显示等领域将具有巨大的市场前景。图1所示为彩色PDP的主要应用领域。

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随着数字电视和高清晰度电视时代的临近，也必将加快彩色PDP的发展进程。专家预测，人类历史上最大的电子产品生产线之一将会是PDP生产线,到2002年以后，世界PDP市场将进入高速增长期，到2005年世界PDP市场将是1999年的7倍。图2所示为PDP世界市场发展预测。

[upload=图2 PDP世界市场发展预测]7695_992567.jpg][/Attach]

但是PDP也有不足，显示屏上的玻璃极薄，不能承受过大或过小的气压，更不能承受重压。显示屏的每一颗像素都是独立地自行发光，功耗大，在显示器背板必须装有多组风扇用于散热。此外，PDP驱动电压高，价格也较高。

反射式液晶投影新技术LCOS

LCOS(Liquid Crystal on Silicon)即硅上液晶或硅光引擎。LCOS是一种LCD新兴技术，是由Aurora Systems融合半导体CMOS集成电路和液晶两项技术的优势，在2000年开发出来的一种高分辨率、低价格的反射式新型显示技术。它代表了倍频扫描电视和电脑显示器的完美结合，分割画面和多重扫描可使其应用多样化、生活化和个性化。作为新型显示器件，LCOS集高清晰度电视(HDTV)信号显示、视频多制式兼容接收和兼容多格式电脑显卡信号于一身，其应用产品被广大消费者和业内人士看好，市场潜力无限。

LCOS具有以下技术优势

*以CMOS芯片为电路基板，可利用广泛使用且成熟便宜的CMOS制程而毋需额外投资；

*省电、大屏幕、高亮度、高反应速度；

*光利用效率高， LCOS属反射式成像，光利用效率可达４０％以上，与DLP(Digital Light Processing)相当；

*体积小，可将驱动IC和信息处理系统等外围线路完全整合在一片CMOS基板上，大大减少了外围IC的数目及封装成本并缩小了体积；

*高分辨率，由于采用半导体方式来控制分辨率，因而分辨率很高，普遍达到SXGA等级(1280×1024)。较高的分辨率使画质真实自然；

*高解析度，可随半导体制程快速实现微细化,易于提高解析度，尤其适合应用于携带型资讯设备；

*制造技术成熟，传统的LCD是做在玻璃基板上，而LCOS则是长在矽晶圆上。

LCOS是HDTV(High Definition Television,高清晰度电视)的背投影技术发展的主要方向，基于LCOS图像芯片开发的投影机和高清晰度电视功耗低、体积轻薄、无电磁辐射、图像分辨率高、亮度和对比度高、色彩逼真，被业界认为是最有希望进入家庭的高品位视频产品。随着数字电视和高清晰度电视的推广应用，必将加快LCOS产业化的进程。

有机电致发光显示技术

有机电致发光显示，在不同的国家有不同的称谓。在中国和日本称为有机电致发光显示(OELD，Organic Electro-Luminescence Display)，即有机EL(Organic Electro- Luminescence Display)；在美国则称为有机发光二极管(OLED， Organic Light Emitting Diode)。

OELD被认为是极具发展前途的崭新技术。它具有响应速度快，亮度高，视角广，温度特性好，可弯曲等优异性能，代表着新一代光学显示技术的发展方向，成为发光技术和平板显示技术研发的重中之重。

有机电致发光技术来源于电致发光(EL)。电致发光是一种将电能直接转化为光辐射的物理现象，有机EL是在发光层上使用有机化合物的发光型显示器件,由于采用电流注入型的工作机制，故属于发光二极管类。但以薄膜面发光，因此称为有机EL或有机薄膜EL。

有机电致发光技术依其所使用的有机薄膜材料的不同，大致可分为二类：

*以染料及颜料为发光材料的小分子组件(molecule-based device)系统，即OELD

OELD从1963年开始研究，当时进展不大，直到1987年Kodak公司的科学家发现能发出高效绿光的材料， 这个重大发现带来了有机电致发光研究的根本性转变，展示了有机电致发光材料的巨大应用前景。

*以共轭高分子为发光材料的高分子组件系统(polymer-based device)，即PLED

PLED则始于1990年英国剑桥大学的研究成果，即用导电高分子聚合物制成了有机电致发光器件，揭开了高分子电致发光材料研究的序幕。

正是这两个研究成果的发表，带动了有机电致发光技术的飞速发展。

OELD的巨大吸引力来源于它具有先进的生产工艺、主动发光、低电压驱动、高亮度、全色彩、厚度小、可大面积显示、发光效率高、响应速度快、可达到LCD的1000倍以上等优点，是21世纪很有前途的显示器。OELD克服了第一代显示器阴极射线管体积大、笨重、功耗大和不便于携带的缺点，也克服了液晶显示器视角小、响应速度慢、在低温下不能使用，且自身不能发光的不足。因此OELD有着非常诱人的应用前景，已被公认为是下一代可以取代超扭曲向列(STN-LCD)的产品。

OELD显示方式分为被动(Passive Matrix)矩阵显示和主动(Acitive Matrix)矩阵显示两种方式。PM-OELD显示方式需要很高的电流和电压，从而引起功耗增加，显示效率急剧下降,这就限制了它在大面积显示中的应用。主动矩阵OELD(AM-OELD)采用薄膜晶体管阵列,各个象素同时发光,单个象素发光亮度大大降低，电压也随之下降,因而功耗比PM-OELD要低很多，是大面积显示比较理想的选择。可以预见，主动矩阵驱动技术将是今后OELD发展普遍采用的方式。　　

但是有机电致发光显示器(OLED)仍有不尽人意之处,需要在发光亮度、量子效率、稳定性和耐用性等方面不断改进。

在平板显示器件中，还有许多类型也极具竞争性，且在不断完善提高。例如场致发射显示(FED)是将真空微电子管应用于显示而非使用热能,因而场发射电子束能量分布范围较传统热电子束窄且具有较高亮度,此外非常薄、轻、省能源, 它集CRT的高显示质量和LCD的低功耗优点于一身,是一种新兴的具有广阔发展潜力的自发光平板显示技术；另外发光二极管显示技术(LED)发展速度也很快，超高亮度LED和蓝色LED的研制成功使其发展进入了一个崭新的阶段。

结语

在新世纪，显示技术的发展步伐必将越来越快。从CRT到LCD、PDP、OELD、FED、LED及FPD,各种显示技术都在不断发展，不断完善，呈现出一片百花齐放，百家争鸣的景象。每种显示技术都有其存在的优势，也都有其不足之处，因此必然具有自己的市场定位和应用领域。目前CRT与FPD相互共存，协同发展，但CRT的增长速度已明显放缓，FPD的发展势头则越来越猛。预计当FPD的性价比接近CRT时，FPD取代CRT就成必然。我们相信在显示技术发展的道路上，必将会出现更多更完善的高技术成果把现代显示技术推向一个新高峰,为信息时代的发展注入新的生机与活力。[br]<p align=right><font color=red>+1 RD币</font></p>