CRT FED VFD PDP STN OLED TFT DLP LCOS.doc

/ 各类Display特性介绍 2004/09/24WengCRT | FED | VFD | PDP | STN | OLED | TFT | DLP | LCOS新型显示器件进展 CRT 发展历史 CRT（ Cathode Ray Tube）即阴极射线管，作为成像器件，它是实现最早、应用最为广泛的一种显示技术。阴极射线管（CRT）是德国物理学家布劳恩（Kari Ferdinand Braun）发明的，1897年被用于一台示波器中首次与世人见面。随后1907年罗辛在利用阴极射线管（CRT）接收器设计机械式扫描仪，1929年俄裔美国科学家佐尔金佐里金发展电子扫描的映像真空管，再到1949年第 1台荫罩式彩电问世。一百年来，以CRT为核心部件的显示终端在人们的生活中得到广泛的应用，近几十年来，随着计算机技术的发展普及，计算机用的CRT显示器也象电视一样步入千家万户。而与此同时，随着大众对显示效果、质量、健康、环保及人性化等方面要求的不断提高，CRT的发展经历了球面、柱面、平面直角、荫罩式纯平面，直到以索尼平面珑、三菱钻石珑为代表的荫栅式纯平显像管的不断完善。 技术原理 CRT显示终端主要由电子枪(Electron gun)、偏转线圈(Deflection coils)、荫罩(Shadow mask)、荧光粉层(phosphor)和玻璃外壳五部分组成。简单的理解，CRT显示终端的工作原理就是当显像管内部的电子枪阴极发出的电子束，经强度控制、聚焦和加速后变成细小的电子流，再经过偏转线圈的作用向正确目标偏离，穿越荫罩的小孔或栅栏，轰击到荧光屏上的荧光粉。这时荧光粉被启动，就发出光线来。R、G、B三色荧光点被按不同比例强度的电子流点亮，就会产生各种色彩。电子枪(Electron gun)的工作原理是由灯丝加热阴极，阴极发射电子，然后在加速极电场的作用下，经聚焦极聚成很细的电子束，在阳极高压作用下，获得巨大的能量，以极高的速度去轰击荧光粉层。这些电子束轰击的目标就是荧光屏上的三原色。为此，电子枪发射的电子束不是一束，而是三束，它们分别受计算机显卡R、 G、 B三个基色视频信号电压的控制，去轰击各自的荧光粉单元。受到高速电子束的激发，这些荧光粉单元分别发出强弱不同的红、绿、蓝三种光。从而混合产生不同色彩的像素，大量的不同色彩的像素可以组成一张漂亮的画面，而不断变换的画面就成为可动的图像。很显然，像素越多，图像越清晰、细腻，也就更逼真。偏转线圈(Deflection coils)的作用就是帮助电子枪发射的三支电子束，以非常非常快的速度对所有的像素进行扫描激发。就可以使显像管内的电子束以一定的顺序，周期性地轰击每个像素，使每个像素都发光；而且只要这个周期足够短，也就是说对某个像素而言电子束的轰击频率足够高，我们就会看到一幅完整的图像。有了扫描，就可以形成画面。荫罩(Shadow mask)的作用是保证三支电子束在扫描的过程中，准确击中每一个像素。荫罩是厚度约为0.15mm的薄金属障板，它上面有很多小孔或细槽，它们和同一组的荧光粉单元即像素相对应。三支电子束经过小孔或细槽后只能击中同一像素中的对应荧光粉单元，因此能够保证彩色的纯正和正确的会聚，所以我们才可以看到清晰的图像。最后，场扫描的速度来决定画面的连续感，场扫描越快，形成的单一图像越多，画面就越流畅。而每秒钟可以进行多少次场扫描通常是衡量画面质量的标准，我们通常用帧频或场频(单位为Hz，赫兹)来表示，帧频越大，图像越有连续感。产品应用 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，具有技术成熟、图像色彩丰富、还原性好、全彩色、高清晰度、较低成本和丰富的几何失真调整能力等优点，主要应用于电视、计算机显示器、工业监视器、投影仪等终端显示设备。FED 发展历史 场发射电极理论最早是在1928年由R. H. Fowler与L. W. Nordheim共同提出。不过，真正以半导体技术研发出场发射电极组件，开启运用场发射电子作为显示器主要技术，却是在1968年由C. A. Spindt提出后，才吸引后续众多研发者的投入。但是，一直到1991年以前，场发射电极的应用却一直没有太大进展。直到法国LETI CENG公司在1991年第四届国际真空微电子会议上展出了一款运用场发射电极技术制成的显示器成品后，这种技术才真正被世人注意，并吸引了众多大公司的投入，也从此让FED加入平面显示器的竞争行列，成为TFT-LCD、PDP等大型化显示技术的竞争对手。技术原理 场致电子发射又称为冷电子发射，只需要在阴极表面加一个强电场，不需要任何附加的能量，就能使阴极内的电子具有足够的能量从表面逸出。它的一个重要应用就是场致电子发射显示器即FED（field emission display, FED）。其工作原理是使用电场自发射阴极（cathode emitter）材料的尖端放出电子来轰击屏幕上的荧光粉，启动荧光粉而发光，有点类似CRT的工作原理，但不同的是CRT在显像管内部有三个电子枪，为了使电子束获得足够的偏离还不得不把显像管做得必须有一段距离长，因此CRT显示器又大又厚又重。而FED在每一个荧光点后面不到3mm处都放置了成千上万个极小的电子发射器，同时用场发射技术作为电子来源以取代传统CRT显像管中的热电子枪，由于不是使用热能，使得场发射电子束的能量分布范围较传统热电子束窄而且具有较高亮度，因而可以用于平面显示器并带来了很多优秀特色。产品优点 FED显示技术把CRT阴极射线管的明亮清晰与液晶显示的轻、薄结合起来，结果是具有液晶显示器的厚度、CRT显示器般快速的响应速度和比液晶显示器大得多的亮度。因此，FED显示器将在很多方面具有比液晶显示器更显著的优点：更高的亮度可以在阳光下轻松地阅读；高速的响应速度使得它能适应诸如游戏电影等快速更新画面的场合；内置的千万冗余电子发射器让其表面比液晶显示器更凹凸不平，视角更宽广，面板的结构相对简单，而且发射器的数量大大过剩，使合格率更高。即使十分之一的发射器失效，亮度的损失也可以忽略。产品缺点 这种技术需要的电量很大，很难被应用于携带型设备。它们比最初设想的更难制造。 而且它们在尺寸方面有限制：到目前为止被展示过的最大的显示器是15寸的。也导致了目前FED尚处于实验室阶段，大规模市场应用尚需时日。VFD 发展历史 真空荧光显示屏（Vacuum Fluorescent Display，简称VFD）是20世纪60年代发明的一种自发光平板显示器，由于其特有的高亮度、广视角、耐环境等优点，在显示器家族中独树一帜，常被用作人机对话的终端显示器。虽然荧光显示技术的历史不长，但发展迅猛。二十世纪七十年代从圆柱单位发展到平板多位管，八十年代的主流产品是厚膜数组型产品，到八十年代末九十年代初，主要产品则为薄膜岛栅产品。在薄膜岛栅技术的基础上，各种新型的VFD相继问世，并由于其优越性、新颖性得到广泛应用。技术原理 普通的VFD是三极管结构的电子管，至少在一个方向可以看到透明的真空容器内，置有灯丝（直热式氧化物阴极）、栅极（栅网）以及阳极（涂覆有显示图形的荧光粉的导体）等基本电极，还置有各种金属零部件，及通过厚膜或薄膜技术形成的膜层等。VFD结构图灯丝是在不妨碍显示的极细钨丝蕊在线，涂覆上钡（Ba）、锶（Sr）、钙（Ca）的氧化物（三元碳酸盐），再以适当的张力安装在灯丝支架（固定端）与弹簧支架（可动端）之间，在两端加上规定的灯丝电压，使阴极温度达到6000C左右而放射热电子。栅极也是在不妨碍显示的原则下，将不锈钢等的薄板予以光刻蚀（PHOTO-ETHING）后成型的金属网格（MESH），在其上加上正电压，可加速并扩散自灯丝所放射出来的电子，将之导向阳极；相反地，如果加上负电压，则能拦阻游向阳极的电子，使阳极消光。阳极是指在形成大致显示图案的石墨等导体上，依显示图案的形状印刷荧光粉，于其上加上正电压后，因前述栅极的作用而加速，扩散的电子将会互相冲击而激发荧光粉，使之发光。VFD工作原理图技术分类 按VFD的结构、显示形式、显示内容、驱动方式来分类，如图所示，已达到商品化的具体组合的品种有数千种之多。VFD分类图产品特点 n 自发光，显示清晰n 容易实现多色显示n 图形设计自由度大n 工作电压比较低n 可靠性高（环境适应性好）应用领域 由于它可以做多色彩显示，亮度高，又可以用低电压来驱动，易与集成电路配套，所以被广泛应用在如下领域：n 汽车VFD面板n 家电VFD面板n 音响、VTR VFD面板n 事务机用VFD面板n 计量仪器用VFD面板n 通信设备用VFD面板PDP 发展历史 等离子显示器于1964年由美国的伊利诺斯大学的两位教授发明，70年代初实现了10英寸512512线单色的批量生产，80年代中期，美国的Photonisc公司研制了60英寸级显示容量为20482048线单色PDP。但直到90年代才突破彩色化、亮度和寿命等关键技术，进入彩色实用化阶段。 1993年日本富士通公司首选进行21英寸640480像素的彩色平等PDP生产，接着日本的三菱、松下、NEC、先锋和WHK等公司先后推出了各自研制的彩色PDP，其分辨率达到实用化阶段。富士通公司开发的55英寸彩色PDP的分辨率达到了19201080像素，完全适合高清晰度电视的显示要求。近年来，韩国的LG、三星、现代，我国台湾省的明基、中华映管等公司都已走出了研制开发阶段，建立了英寸级的中试生产线，美国的Plasmaco公司、荷兰的飞利浦公司和法国的汤姆逊公司等都开发了各自的PDP产品。技术原理 PDP(Plasma Display Panel)即等离子体显示技术，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属于自发光型显示器。PDP有六大关键部件即等离子显示屏体（PANEL）、驱动电路、屏蔽玻璃(EMI filter)、电源(PSU)、接口电路(VSC)和外壳(Cover )组成。 等离子显示屏一种利用气体放电激发荧光粉发光的显示装置，其工作机理类似普通日光灯，由相距几百微米的两块玻璃板，中间排列大量的等离子管密封组成的。每个等离子管是在两层间隔为100200um的玻璃衬板之间隔成的小室，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辉光放电，产生紫外光(147nm)，激发平板显示屏上的红绿蓝三基色磷光体荧光粉出可见光。每个等离子腔体作为一个像素。由这些像素的明暗和颜色变化，合成各种灰度和色彩的电视图像。 按PDP驱动方式分PDP有交流型(AC)和直流型(DC)两种类型。其中交流驱动式又分为存储效应型和刷新型，直流驱动式又分为刷新型和自扫描型。但是由于图像不会产生闪烁、具有由显示屏确定的存储特性及较高的亮度三个原因，交流电压驱动的PDP（ACPDP）处于技术主流地位。技术特点 PDP优点： 1、 纯平面显示、厚度薄、体积小、重量轻 2、 屏幕亮度均匀、不会因地磁影响出现色彩漂移、几何失真和噪音现象 3、 色彩还原性好，灰度可超过256级，相应速度快、宽视角（可达到160度） 4、 具有记忆特性，高亮度、高分辨率、高对比度、大屏幕（可达70吋） 5、 多种音效、画效，可变色温，低环境光反射，无X射线辐射PDP缺点： 1、 承压能力差 2、 功耗大、光效低 3、 成本高、价格昂贵应用领域 PDP工作在全数字元化模式，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。 STN 液晶的发展历史 1888年一位奥地利的植物学家F.Renitzer发现一种螺旋性甲苯酸盐的化合物具有两个不同温度的熔点。而它的状态介于我们一般所熟知的液态与固态物质之间，在某一温度范围内却具有液体和结晶双方性质的物质，也由于其独特的状态，后来便把它命名为Liquid Crystal，就是液态结晶物质的意思。1968年美国RCA公司（收音机与电视的发明公司）沙诺夫研发中心的工程师们发现液晶分子会受到电压的影响，改变其分子的排列状态，并且可以让射入的光线产生偏转的现象。利用这一原理，RCA公司发明了世界第一台使用液晶显示的屏幕。尽管液晶的发现比真空管或是阴极射线管还早，但直到1962年才有第一本由RCA研究小组的化学家乔卡司特雷诺（Joe Castellano）先生所出版的书籍来描述。而与显像管相同的，这两项技术虽然都是由美国的RCA公司所发明的，却分别被日本的Sony与夏普Sharp两家公司发扬光大。不过，虽然液晶早在1888年就被发现，但是真正被应用到具体的产品中，却是在80年后的事情了。1973年日本的夏普公司首次将它运用于制作电子计算器的数字显示。今天，液晶显示技术作为人机被广泛的用在一般的电子产品中，如数码相机、笔记本计算机、桌面显示器、电视、手机、工业仪表等。液晶材料的特性 液晶显示器是以液晶材料为基本组件，液晶分子的液体特性使得它具有两种非常有用的特点：如果你让电流通过液晶层，这些分子将会以电流的流向方向进行排列，如果没有电流，它们将会彼此平行排列。如果你提供了带有细小沟槽的外层，将液晶倒入后，液晶分子会顺着槽排列，并且内层与外层以同样的方式进行排列。液晶的第三个特性是很神奇的，液晶层能够使光线发生扭转。液晶层表现的有些类似偏光器，这就意味着它能够过滤掉除了那些从特殊方向射入之外的所有光线。此外，如果液晶层发生了扭转，光线将会随之扭转，以不同的方向从另外一个面中射出。 液晶的这些特点使得它可以被用来当作一种开关，即可以阻碍光线，也可以允许光线通过。液晶单元的底层是由细小的脊构成的，这些脊的作用是让分子呈平行排列。上表面也是如此，在这两侧之间的分子平行排列，不过当上下两个表面之间呈一定的角度时，液晶成了随着两个不同方向的表面进行排列，就会发生扭曲。结果便是这个扭曲了的螺旋层使通过的光线也发生扭曲。如果电流通过液晶，所有的分子将会按照电流的方向进行排列，这样就会消除光线的扭转。如果将一个偏振滤光器放置在液晶层的上表面，扭转的光线通过了，而没有发生扭转的光线将被阻碍。因此可以通过电流的通断改变LCD中的液晶排列，使光线在加电时射出，而不加电时被阻断。也有某些设计了省电的需要，有电流时，光线不能通过，没有电流时，光线通过。由于STN、TFT两种液晶显示技术都以TN技术基础发展而来的，所以先理解TN液晶技术有利于理解其它两种技术。 TN技术原理 下图所表示的是TN型液晶显示器的简易示意图，包括了垂直方向与水平方向的偏光板，具有细纹沟槽的配向膜，液晶材料以及导电的玻璃基板。不加电场的情况下，入射光经过偏光板后通过液晶层，偏光被分子扭转排列的液晶层旋转90度，离开液晶层时，其偏光方向恰与另一偏光板的方向一致，因此光线能顺利通过，整个电极面呈光亮。当加入电场的情况时，每个液晶分子的光轴转向与电场方向一致，液晶层因此失去了旋光的能力，结果来自入射偏光片的偏光，其偏光方向与另一偏光片的偏光方向成垂直的关系，并无法通过，电极面因此呈现黑暗的状态。 其显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板之透明导电玻璃间，液晶分子会依配向膜的细沟槽方向依序旋转排列，如果电场未形成，光线会顺利的从偏光板射入，依液晶分子旋转其行进方向，然后从另一边射出。如果在两片导电玻璃通电之后，两片玻璃间会造成电场，进而影响其间液晶分子的排列，使其分子棒进行扭转，光线便无法穿透，进而遮住光源。这样所得到光暗对比的现象，叫做扭转式向列场效应，简称TNFE（Twisted Nematic Field Effect）。在电子产品中所用的液晶显示器，几乎都是用扭转式向列场效应原理所制成。 STN技术原理 STN型的显示原理与TN相类似，不同的是TN扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转90度，而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180270度。 要在这里说明的是，单纯的TN液晶显示器本身只有明暗两种情形（或称黑白），并没有办法做到色彩的变化。但如果在传统单色STN液晶显示器加上一彩色滤光片（color filter），并将单色显示矩阵之任一像素（pixel）分成三个子像素（sub-pixel），分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色，再经由三原色比例之调和，也可以显示出全彩模式的色彩。另外，TN型的液晶显示器如果显示屏幕做的越大，其屏幕对比度就会显得较差，不过藉由STN的改良技术，则可以弥补对比度不足的情况。产品应用 平面显示技术在近期呈现多元的发展，在LCD产业中，成熟的TN/STN技术面对诸多新兴的TFT、LTPS TFT、OLED等的强力竞争，市场占有率逐渐下滑，虽然TN/STN LCD在色彩表现、反应速度等性能方面不如TFT，但由于TN/STN LCD在低耗电及售价低的优势下，在结合近期开发的65K色、反应速度小于60ms等新技术后，仍能有效满足中小尺寸产品在动画显示方面的需求。展望未来，虽然在整体产量大幅成长的机会不大，但在中小尺寸显示设备中仍大有应用空间，如手机、PDA、数字相机、电子表、计算器等。OLED 发展历史 OLED (Organic Light Emitting Diode)即有机电致发光，有机电致发光是本世纪五六十年代的产物。1953年A.Bernanose等人在蒽单芯片的两侧加400V的直流电压时,观察到了发光现象，这是有机EL的最早报道。到了七十年代,单晶方面的工作积累促进了有机电致发光材料的研究。1970年，D.F.Williams等人在100V驱动电压下得到了量子效率达5%的有机EL器件。1987年，美国柯达公司的C.W.Tang及其合作者采用新结构和选用新材料，首次将空穴传输层引入了有机薄膜发光器件中，制备了具有双层结构的器件，使有机电致发光的研究开始了一个新的阶段。技术原理 OLED基本结构如下图，利用一个薄而透明具导电性质的铟锡氧化物（ITO）为正极，与另一金属阴极以如同三明治般的架构，将有机材料层包夹其中，有机材料层包括电洞传输层（HTL）、发光层（EL）、与电子传输层（ETL）。当通入适当的电流，此时注入正极的电洞与阴极来的电荷在发光层结合时，即可激发有机材料生成光线，而不同成分的有机材料会发出不同颜色的色光，因此选择不同的发光材料就可以实现全色的显示。OLED结构图有机电致发光可概括为以下四个步骤：1) 载流子的注入(电子和空穴分别从阴极和阳极注入) 2) 载流子的传输( 注入的电子和空穴在有机层内传输) 3) 载流子复合与激子的形成 4) 激子衰减而发出光子(在发射层中实现) 技术分类 以OLED使用的有机发光材料来看，一是以染料及颜料为材料的小分子器件系统，另一则以共轭性高分子为材料的高分子器件系统。同时由于有机电致发光器件具有发光二极管整流与发光的特性，因此小分子有机电致发光器件亦被称为OLED(Organic Light Emitting Diode)，高分子有机电致发光器件则被称为PLED (Polymer Light-emitting Diode)。小分子及高分子OLED在材料特性上可说是各有千秋，但以现有技术发展来看，如作为监视器的信赖性上，及电气特性、生产安定性上来看，小分子OLED现在是处于领先地位，当前投入量产的OLED组件，全是使用小分子有机发光材料。OLED及PLED比较加工方式专利授权材料厂商优 势劣 势适用领域显示器厂商小分子采用热蒸镀方式Kodak对于专利授权较不积极Eastman Kodak、出光兴产、东洋INK制造、三菱化学、三井化学、UDC等容易彩色化制造工艺控制较容易且稳定材料的合成与纯化较为容易设备成本较高对于水分的耐受性不佳高单价、高附加价值的产品Pioneer、Sharp、NEC、东芝、日本精机、三洋电机、eMagin等高分子采用旋转涂布方式CDT对技转与专利授权较为积极CDT、Covion、Dow Chemical、住友化学等设备成本较低器件构造较简单耐热性较佳蒸镀率低容易造成材料浪费热稳定性与机械性质较差驱动电压较高彩色化较困难研发脚步较慢量大、低单价的产品Seiko Epson、Royal Philips、Electronics、UNIAX、HP、Du Pont资料来源：全球电子报以OLED使用的驱动方式来看，可分为无源矩阵驱动方式及有源矩阵驱动方式两大类。目前无源矩阵驱动方式OLED在寿命、发色、耗电量等议题上都获得了长足进步，当前市面上推出的OLED产品几乎全为无源矩阵驱动方式的OLED产品，但其制造技术仍未完全成熟。OLED驱动方式比较优 势劣 势显色能力阶段性目标无源驱动方式构造简单成本低廉（低于LCD）耗电量大、寿命低显示器件劣化不适于大画面高解析发展单色或多彩2000年起切入手机、PDA等市场，抢占小尺寸LCD的市场有源驱动方式低电压驱动、低耗电适合大画面高解析发展亮度高响应时间快技术门坎较高(须低温多晶硅TFT-LCD技术)生产成本高全彩2002年起取代低温多晶硅TFT-LCD在消费电子市场的地位资料来源：全球电子报产品优缺点 有机电致发光由于其自身的发光特点, 具有如下的优点：1)可以获得可见光区的任意一种的高亮度发光。2)制备工艺简单。 3)对比度高,最大亮度大于100,000cd/m24)驱动电压低, 功耗小, 发光效率高, 可以用电池提供工作电源5)效应速度快, 全固化, 抗震性能好, 工作温度范围广有机发光显示屏就目前发展来看, 有机电致发光距离大批量产业化, 还存在两个问题: 一、 选择合适的材料, 改进蓝光的效率和亮度； 二、 器件的寿命还有待于进一步的提高。产品应用 有机电致发光器件的应用十分广泛, 在小尺寸方面它可用作手机, 掌上计算机的显示屏, 电梯的指示牌等。在大尺寸方面可用在计算机的显示器, 电视屏幕, 及作为商场或火车站的广告牌。 特别的由于它对于温度的要求不高, 因此它可以用在比液晶更恶劣的环境中。TFT 发展历史 液晶显示器出现，同时TFT-LCD（薄膜晶体管）液晶显示器技术被研发出来，但液晶技术仍未成熟，难以普及。80年代末90年代初，日本掌握了TFT-LCD生产技术，TFT LCD工业开始高速发展。技术原理 TFT LCD源自TN和STN，但不论是技术原理还是制造工艺却比TN和STN复杂的多，TFT LCD面板主要是由偏振片、玻璃基板、公共电极、ITO像素电极、控制IC、彩膜（CF）等构成（见下图）。图1 TFT LCD 结构图1.偏振片 2.玻璃基板 3.公共电极 4.取向层 5.封框胶 6.液晶 7.隔垫物 8.保护层 9.ITO像素电极 10.栅绝缘层 11.存贮电容底电极 12.OTFT漏电极 13.OTFT栅电极 14.有机半导体有源层 15.OTFT源电极及引线 16.各向异性导电胶（ACF）17.TCP 18.驱动IC 19.印刷电路板（PCB）20.控制IC 21.黑矩阵（BM）22. 彩膜（CF）图2 TFT-LCD屏剖面图 TFT就是“Thin Film Transistor”的简称，一般代指薄膜液晶显示器，而实际上指的是薄膜晶体管（矩阵） 可以“主动的”对屏幕上的各个独立的像素进行控制，这也就是所谓的主动矩阵TFT（active matrix TFT）的来历。那么图像究竟是怎么产生的呢？基本原理很简单：显示屏由许多可以发出任意颜色的光线的像素组成，只要控制各个像素显示相应的颜色就能达到目的了。在TFT LCD中一般采用背光技术，为了能精确地控制每一个像素的颜色和亮度就需要在每一个像素之后安装一个类似百叶窗的开关，当“百叶窗”打开时光线可以透过来，而“百叶窗”关上后光线就无法透过来。当然，在技术上实际上实现起来就不像刚才说的那么简单， 目前使用的最普遍的是扭曲向列TFT液晶显示器（Twisted Nematic TFT LCD），我将就图3、4来讲解一下TFT的基本原理。一个成品TFT显示屏，一般由一个夹层组成，组成这个夹层的每一层大致是偏光板、彩色滤光片组成，这两层之间就是液晶层。偏光板、彩色滤光片决定了多少光可以通过以及生成何种颜色的光。这个夹层位于两层玻璃基板之间。在上层玻璃基板上有FED晶体管，而下层是共同电极，他们共同作用可以生成能精确控制的电场，电场决定了液晶的排列方式。 大家知道三原色，所以构成显示屏上的每个像素需上面介绍的三个类似的基本组件来构成，分别控制红、绿、蓝三种颜色。 图3扭曲向列TFT显示器工作示意图（关） 在上、下两层上都有沟槽，其中上层的沟槽是纵向排列，而下层是横向排列的。而下层是横向排列的。当不加电压液晶处于自然状态，从发光图3扭曲向列TFT显示器工作原理图标意图层发散过来的光线通过夹层之后，会发生90度的扭曲，从而能在下层顺利透过。图4 扭曲向列TFT显示器工作示意图 （开） 当两层之间加上电压之后，就会生成一个电场，这时液晶都会垂直排列，所以光线不会发生扭转结果就是光线无法通过下层（见图4）。 TFT像素架构如图5示，彩色滤光镜依据颜色分为红、绿、蓝三种，依次排列在玻璃基板上组成一组（dot pitch）对应一个像素每一个单色滤光镜称之为子像素（sub-pixel）。也就是说，如果一个TFT显示器最大支持12801024分辨率的话，那么至少需要128031024个子像素和晶体管。对于一个15英寸的TFT显示器（1024768）那么一个像素大约是0.0188英寸（相当于0.30mm），对于18.1英寸的TFT显示器而言（12801024），就是0.011英寸（相当于0.28mm） 图5 TFT LCD 像素示意图 我们知道，像素对于显示器是有决定意义的，每个像素越小显示器可能达到的最大分辨率就会越大。不过由于晶体管物理特性的限制，目前TFT每个像素的大小基本就是0.0117英寸（0.297mm），所以对于15英寸的显示器来说，分辨率最大只有12801024。产品应用 TFT LCD由于它的体积小、重量轻、无辐射等优点，在很多领域得到广泛应用。n 电子仪器、仪表n 文字处理机n 电子手表、计算器n 笔记本计算机、平板计算机n 台式计算机监视器n 工业监视器n 摄像机、数码相机n 投影显示n 车载或携带型VCD、DVDn 手机屏、PDA 、GPSn 液晶电视、高清晰度数字电视DLP 技术原理 DLP（Digital Light Processor）数码光输处理器包括数码微镜组件（DMD）、光源、彩色滤波器系统、冷却系统、照明及投射光学镜头。DLP投影机以DMD（Digital Micormirror Device）数位微镜作为成像器件. 单片DMD由很多微镜组成，每个微镜对应一个像素点 ,DLP投影机的物理分辨率就是由微镜的数目决定的。其工作过程如下：光源所发白光，经分色轮着色，被分成不同时段的红绿蓝三束色光。三色光经DMD反射成像，最后三色像分时间先后进行迭加，还原出原色投放屏幕。 DMD可形容是一个半导体光开关制。数万个微小的四方镜面（1616MM）组合在有铰式记忆系统（SRAM）上面。每块镜能开关一个光的像素。铰可让镜面呈两种情况倾斜：开进+10度：关时-10度；当镜面不工作时停在静止的0度。根据应用，DLP系统可接受数码或模拟讯号。模拟讯号在DLP中或原厂器材前端处理器中转换成数码。任何错杂的影视讯号均会经过处理变成一个完整画幅的视频讯号，从这里，讯号通过DLP影视处理转变成累进的红、绿、蓝（RGB）数据，然后这些数据形成整个二位元比特（0和1）数据面。一旦影视和图解讯号变成数码形式即传送到DMD，每个讯息的像素以1：1比率直接在它自己的镜面上制图，以数码控制极为准确。技术特点 技术优点： DLP显示板的优点是它们有极快的响应时间。你可以在显示一帧图像时将独立的像素开关很多次。它使利用一块显示板通过逐场过滤（field-sequential）方式产生真彩图像。步骤如下：首先，绿光照射到面板上，机械镜子进行调整来显示图像的绿色像素数据。 然后镜子再次为图像的红色和蓝色的像素数据进行调整。（一些投影仪通过使用第四种白色区域来增加图像的亮度并获得明亮的色调。）所有这些发生得如此之快，以致人的眼睛无法察觉。循序出现的不同颜色的图像在大脑中重新组合起来形成一个完整的全彩色的图像。 对高质量的投影系统，可以使用3块DLP显示板。每块板分别被被打上红色、绿色和蓝色，图像被重组为一个单一的真彩色的图像。这种技术已经被用在一些数字电影院中的大型投影设备上。DLP显示板有高分辨率而且非常可靠。 它们的对比度大约是多晶硅LCD投影仪的两倍，这使它们在明亮的房间中更有效。 技术缺点: DLP本身几乎没有什么问题，但是它们比多晶硅面板更贵。当你仔细观察屏幕上移动的点的时候，（尤其是在黑色背景上的白点），你会发现采用逐场过滤方式的图像将会分解为不同的颜色。使用投影机时，电机带动色轮旋转时会发出一定的噪音。现在市面上的一种新的固态滤色系统可以较好的解决这个问题。应用领域 DLP应用的前景非常看好，小型DLP投影机正在进军家庭娱乐市场。DLP技术在桌面投影显示器市场也有光明的前景。LCOS 面板结构 LCOS（Liquid Crystal on Silicon）属于新型反射式微LCD，其结构是在硅片上“生长”液晶，利用集成电路工艺制作驱动面板（又称CMOS-LCD），经过研磨技术磨平后镀上铝当反射镜，形成CMOS基板，再将CMOS基板与含有透明电极的玻璃（ITO）极板贴合，再注入液晶，进行封装（见图 1）。在单晶硅片上集成和存贮电容器的数组，通过开孔把漏电极和像素电极连结，像素电极用铝做成反射电极。为防止强光照射沟道，加一层金属挡光层。另一侧基板是ITO电极的玻璃板。液晶层盒厚受像素尺寸限制，一般盒厚为几微米。投影显示系统技术原理 投影机的基本原理与投影机相似，只是投影机是利用面板来调变由光源发射出来欲投影至屏幕的光信号，当光线照射到LCOS芯片时，其反射光就受到CMOS电极和ITO电极之间电压的调制，因此LCOS芯片实际上是一种光调制器件。利用这种特性，将图像或数据信息转换为CMOS电极数组的电压，就可以实现反射光的成像。光源的光经过极化和传输系统到棱镜分光为红绿兰三种光并照射到LCOS芯片上被图像调制，调制后的光线在经光会聚系统合成后进入投影镜头并照射到屏幕上成像。 面板是以芯片为电路基板，因此无法让光线直接穿过，其分光合光系统设计和投影机有些不同，通常需要在分光合光系统中利用偏极化分光镜（ ；），将入射面板的光束与反射后的光束分开。 由光源所发出的光经由 （双色镜）后分成、三色光，此三色光分别通过各自的后，会反射偏光进入面板，当液晶显示为亮态时，偏光将改变成偏光，最后以双色棱镜（ ）组合调变过的三道偏极光，投射至屏幕处得到影像。图2 LCOS成像原理图应用领域 和透射式LCD技术相比，LCOS可以很容易地实现高分辨率和充分的色彩表现，而且可以较大地降低成本。LCOS的用途十分广泛，大到背投彩电，小至数码相机都可以使用它作为显像器件。虽然LCOS看起来简单，但要产品化还要有一个过程，并不是像想象的那样容易形成产业。LCOS技术一经推出便在全世界范围内造成极大影响，但由于制造工艺等方面原因，目前基于LCOS技术的产品还没有形成大规模量产，只有少数厂家开发出了应用于投影机的LCOS芯片和应用LCOS技术的投影机及背投电视样机。LCOS技术在以后大屏幕显示应用领域里具有很大优势，它没有晶元模式，且具有开放的架构和低成本的潜力。新型显示器件进展 阴极射线管CRT曾经一枝独秀，但在新的世纪里，各类显示器件将各领风骚，百花齐放。总的发展趋势将是：CRT会缓慢地减少，平板显示器件(FPD)将快速地增长。预计20042005年，CRT和FPD二者的产值将相当（见表1）。各种平板显示器件由于自身的技术原因，发展并不平衡。表1 全球CRT和FPD市场分析年份1998199920002001200220032004CRT230240240250250260260FPD140160170180210230260市场仍在扩大显示器件的发展方向是高分辨率、高清晰度。根据市场调查，人们对显示器件性能的要求各有不同侧重，其中要求高分辨率的约占52.7%、高亮度的约占20.1%、宽视角的约占17.8%、彩色饱和的约占9.3%。市场对高分辨率、高清晰度显示器件的需求量越来越大，人们对显示质量和显示功能的要求也越来越高，越来越多样化。由于竞争十分激烈，还要求显示器件成本低，价格便宜。由表2可以看出，从1999年到2005年，FPD产值将会翻番。预计在2004年，FPD产值将超过CRT产值。显示器主要用于电视、PC、笔记本计算机和移动通讯产品等四个方面，这四个方面占全部显示市场的87%，其中移动通讯产品市场最大。电视市场主要由CRT、AMLCD(有源矩阵液晶显示器)和PDP(等离子体显示器)瓜分；PC显示器市场主要由CRT和AMLCD瓜分；笔记本计算机市场主要由AMLCD和PMLCD(无源矩阵液晶显示器)瓜分；移动通讯手机市场主要由STNLCD(超扭曲向列相液晶显示器)和OLED(有机发光二极管)瓜分。新近问世的Smart Card将会在小型显示器市场占有相当大的份额。显示技术现状 目前，主要的显示器件有CRT、AMLCD、PMLCD、ELD(场致发光显示器)、FED(场发射显示器)、VFD(真空荧光显示器)、OLED和PDP等。除CRT和投影显示器外，其它显示器件都属于平板显示器件(FPD)。 射线管(CRT) 在诸多显示器中，CRT发展历史最久，技术最为成熟。它的优点包括：具有无可匹敌的性能/价格比(25英寸的制造成本只有25美元)；很容易调整分辨率(VGAVXGA和HDTV)；形状和大小的可能变化范围很大(0.545英寸)；寻址极为简单(只有7根导线)；可视性很好(高亮度和高对比度)；具有非常好的发光效率等。因此，到目前为止CRT仍然是显示技术的主流。CRT的弱项是：大屏幕产品的体积笨重；屏面内有光散射；图像有闪烁、抖动和畸变；存在视觉疲劳和电磁辐射；最大直观显示尺寸被限于45英寸以下；无数位寻址；工作电压和功耗较高；在某些应用中寿命有问题；在荫罩彩管内分辨率受到限制。液晶显示(LCD) 液晶显示器件包括有源矩阵(AM LCD)和无源矩阵(PM LCD)两种。其中，有源矩阵(AM LCD)的主要特点是：高性能、彩色、高分辨率、快速、轻薄、有市场。它主要应用于个人视频用品(TV等)、笔记本计算机和桌上监视器等。目前，AMLCD在生产规模、工业基础、投资和产品附加价值等方面均领先于其它绝大多数平板显示技术，而且是研究与开发之源，是所有平板显示技术的基础。就市场而言，在单色笔记本计算机市场，AM LCD的对手是PM LCD、TFEL和PDP；在彩色笔记本计算机市场，AM LCD的对手是PM LCD；在彩色桌上监视器市场，AMLCD的对手只有CRT。AM LCD成功的主要原因有二：其一，它有十分雄厚的投资(超过200亿美元)；其二，对生产工艺进行行业协同攻关。尽管AMLCD具有优势，但是其投资没有明显的回报，而且生产设备的光、电系统极其复杂，限制了产品生产效率和成品率的提高。无源矩阵(PM LCD)的价格便宜，性能不错，有一定的市场，供货商很多。主要应用于消费类电子产品和通讯产品。在低功率、单色、低性能等应用领域占有优势。PM LCD的性能虽然不是最好的，但能满足大规模市场的需求。它能在办公用品、掌上计算机、通讯等主要市场填补AM LCD和字段式LCD之间的价格/性能间隙，因此能够生存并不断发展。LCD功率低、薄、轻，做成IC驱动器可使平板更薄，可用于携带型产品、笔记本计算机、监视器、手机等，市场应用范围较广泛。但是，它的制作工艺复杂，需要严格控制；主要设备价格昂贵；生产成本比同等尺寸的CRT高310倍；视角窄；制造米级的大屏幕显示屏很困难，且成本十分昂贵。等离子体显示(PDP) PDP的主要特点是大屏幕、全彩色和视频显示。主要应用领域是公共场所信息显示、广告、电视和HDTV等。PDP的主要竞争对手是拟开发的米级TFTLCD、薄型多阴极CRT，而真正的竞争对手是背投式CRTTV，与上述对手相比，PDP的结构比较简单。PDP成功的主要原因在于PDP的开发是整个PDP行业协同攻关的结果。目前，在解决存在的问题方面已取得进展，而且最新模型的性能已超过规定，很有发展前途。PDP的强项是：大屏幕显示(达63英寸)、宽视角、薄、对比度好、亮度高（可达600cd/m2）、响应时间快、有众多的供货商提供支持、可用于TV。但是，目前PDP的显示板和电子电路成本仍然很高、功耗大、目前普遍采用的工艺不可能简化、制造工艺也不成熟、在高像素密度(高分辨率)下发光效率低。场致发光(EL) 场致发光包括薄膜场致发光板(TFEL)和普通场致发光板(EL)两种。其中，薄膜场致发光板(TFEL)的主要特点是成本低、可靠性高。它主要用于测试设备、医药设备、金融、登记等领域，不适用于笔记本计算机。早期的TFEL主要用于长寿命、高对比度图表显示板。但是，由于TFEL的驱动电压较高，因而放弃了早期的应用市场。TFEL的显示性能不如单色PDP，也不如后来的LCD。目前，TFEL在研究与开发领域内仍然是很活跃的器件，它有自发光显示、无背光源、视角宽、结构简单、对比度高、薄、像素密度高、材料成本低、温度稳定性好的优点。但是，它的功耗大、寿命不够长、至今没有好的蓝色荧光粉、效率太低、分辨率没有好、工作电压高，由于采用能量恢复电路，使成本电子学过高。普通场致发光板(EL)的最大优点是：具有很尖锐的阈值(高信息容量)和长寿命。由于DC粉末、DC薄膜、AC粉末和混合型EL存在寿命和彩色方面的问题，缺少投资者，已暂停生产。现在，AC薄膜的三基色发光效率约0.851m/W。今后还需要在改进发光性能和获得彩色大屏幕方面做更多工作。EL的强项是：发展前景好、自发射显示无背光源、足够宽的视角、发光效率高、对比度高、薄、工作电压低、寿命长。EL的弱项是：需要外延生长层（费时和复杂）、工艺复杂、成本太高、功耗大。真空荧光显示(VFD) VFD的主要特点是成本很低、寿命较长、热稳定性较好、自发光、坚固、信息容量有限。主要应用于消费类电子学、仪表、汽车等领域。VFD在字段式显示领域中的主要对手是LCD和LED。几乎所有的字段式显示对于价格都极为敏感。有机发光二极管(OLED)是VFD的最大竞争对手。由于VFD用于低信息容量显示的成本很低，可以大量生产小尺寸VFD，所以能在显示市场上占有一席之地。有机发光二极管(OLED) OLED的主要特点是低电压(520V)、低功耗、自发光、高亮度、高对比度、薄、轻(重量只有LCD的一半)、全彩色显示、高发光效率、快速响应、宽视角、单片结构、加工不复杂、成本低。主要应用于数字摄像机、PDA、手提式产品等消费类产品，及汽车显示器、头盔式显示、计算机显示器、视频显示等工业类产品。无源矩阵OLED适合于文字显示，有源矩阵OLED适合于视频及图表显示。OLED的发展很快，每年以200%的速度增加。目前，介入新型OLED研发的公司已超过85家。预计OLED将会在许多应用领域挤占LCD的市场。OLED的市场将不断扩大。据数据统计显示，1999年，OLED的产量仅数十万台，产值约400万美元，预计2004年的产量将达到1亿台，产值达到约7.14亿美元。OLED的强项是：快速响应、宽视角、高分辨率(AM)、高对比度、薄、低电压应用、低成本、柔软基片(塑料)、工业界广泛支持、用于LCD和VFD市场。但是，它的色域不满足EBU规范、效率太低、寿命不够长、PMOLED分辨率较低、LITPS需要AM技术、做大屏幕显示成本高。场发射显示板(FED) FED被认为是CRT的最好继承者，它具有CRT的优点，又克服了CRT体积笨重的缺点，而且功耗较低，因此一度被认为是理想的显示器。但是由于其结构复杂，封装困难等原因，寿命问题还未解决，因此一些公司纷纷放弃投资，使FED的研发工作受到影响，目前市场还不成熟。但是日本一些公司仍未放弃努力，一旦寿命和制造问题得到解决，FED将会成为新一代的显示器。 FED的机遇：用于TV和监视器；采用CRT/PTV荧光粉；采用现成的隔片和三极管技术；与吸气剂SAES公司合作；全世界对FED阴极的开发使大面积FED阴极制造有望获得突破；开发各种阴极结构，如：CNT、PFE、SCE、MIS/MIM、BSD等；比PDP便宜，特别是没有能量恢复电路。表2 全球各种显示器件市场分析预测年份LCDPDPother FPD