显示技术发展概况-1.ppt

平板显示技术的发展概况华北电力大学谭占鳌 内容提要 1 显示器件的主要参数2 平板显示的种类及原理3 平板显示器件的市场前景 不同时期人类通过五官获得外界信息的比较 人类在需要准确的获取大量复杂的信息 并加以判断记忆时 利用视觉是最为有效地方法 人们通过视觉接受信息的方式可以是文字 图标和图像 利用文字描述 每分钟能传达的信息量不过几百个字节 而用图像能达到 一目了然 的作用 每幅图像的信息量达到几十万到几百万像素 所以图像显示是信息显示的最重要方式 平板显示的特点 这种显示的装置本身就是一块平板 没有一般显示器中的阴极射线管 作为大屏幕显示时不存在投射距离问题 因此 是一种比较理想的信息显示技术 由于它多采用矩阵控制 所以又叫做矩阵控制平板显示或简称为矩阵显示 1 显示器件的主要参数 1 分辨力 Resolution 分辨力的概念简单说就是指屏幕上水平方向和垂直方向所显示的点数 比如1024 768 其中 1024 表示屏幕上水平方向显示的点数 768 表示垂直方向显示的点数 分辨率越高 图象也就越清晰 且能增加屏幕上的信息容量 分辨力是指能够分辨出电视图像的最小细节的能力 是人眼观察图像清晰程度的标志 通常用屏面上能够分辨出的明暗交替线条的总数来表示 而对于用矩阵显示的平板显示器常用电极线数目表示分辨力 为了显示普通电视图像质量 要求扫描行电极数为600 为了显示高清晰度电视图像 则要求扫描行电极数大于1000 只有兼备高分辨力 高亮度和高对比度的图像才可能是高清晰地图像 所以以上三个指标是获得高质量图像显示必不可少的 2 亮度 Luminance 显示器的亮度指标是指屏上加100 的驱动信号 显示全白屏时的数值 即屏面亮度的最大值 常称为峰值亮度或屏的亮度 亮度 L 的单位是坎德拉每平方米 cd m2 对显示屏亮度的要求与观看环境有关 例如 在电影院中 幕布上的亮度有30 45cd m2就够了 在家庭室内看电视 要求屏幕上亮度大于100cd m2 如在公共场所 较强的环境光下看电视 要求屏幕的亮度为300 500cd m2 在亮度 对比度 灰度 彩色饱和度这几个光学参量中 亮度起着决定性作用 只有在足够的亮度下 其他几个光学参量的作用才能体现出来 3 对比度 ContrastRatio 对比度 C 是指屏面上最大亮度Lmax和最小亮度Lm 之比 即 对比度又分为暗室对比度与亮室对比度 外是指环境光照到显示屏上产生的亮度 其大小与屏的漫反射率有关 在普通观察环境光下 好的图像显示要求显示器的对比度至少要大于 灰度 Gray 与灰度等级 GrayScaleLevel 灰度是图像从亮到暗之间的明暗层次 灰度反映了人眼对光亮度的感觉 灰度等级其实就是亮度等级 灰度等级数是显示屏上输入的驱动信号电平的最大量化级数 目前常用的LCD PDP电视可以显示1 2 255 共256个灰度等级 5 响应时间 响应时间是指显示信号随时间变化时 显示出来的图像随时间变化的特性 响应时间不好会影响动态图像动作的自然度 对应发光显示器 响应时间可以用余辉特性来表示 将最小信号电平和最大信号电平的亮度分别定义为0 和100 加上驱动信号后 亮度从10 升到90 基准黑色型 或从90 降到10 基准白色型 的时间成为上升时间 下降时间仿之 基准白色型上升时间和下降时间 6 发光效率 发光效率有以下几种表达方式 1 流明效率 发光型显示器件所发出的光通量与所消耗的电功率之比 单位是流明每瓦 lm W 2 电流效率 显示器前端亮度除以所注入的电流密度 单位是坎德拉每安培 cd A 常用于电流注入型主动发光显示器件 如LED OLED等 3 流明功率效率 从显示器前发出的全部可见光辐射功率除以所施加的电功率 常以百分数 表示 7 寿命 经常采用半亮度寿命 在工作中亮度减少到初始值50 的持续时间 用作观赏型的显示屏 如电视机的寿命至少要大于15000小时 按每天10小时 折合使用时间约为4年 寿命最好能达到30000小时 对于平板显示器寿命的宣传应注意 1 区分显示屏的寿命与光源寿命不同 2 区分寿命测试中的工作状态与时间使用中的工作状态不同 平板显示的种类 电子显示器件 主动发光型 发光型 非主动发光型 受光型 按发光类型分类 利用信息来调制个像素的发光亮度和颜色 进行直接显示 本身不发光 而是利用信息调制外光源而使其达到显示的目的 按观看位置分类 直观式 投影式 图像直接显示在显示器件的屏幕上 把显示器件生成的较小图像源 通过透镜等光学系统放大投影于屏幕上 DigitalLightProcessor数字光处理器 LiquidCrystalonSilicon硅基液晶 2 主要显示器件的基本显示原理 液晶显示器 LCD 平均亮度 cd m2 320尺寸 英寸 17点距 mm 264对比度 550 1响应时间 ms 8 优派VX715 TFT液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示目的 通电时导通 液晶分子排列变得有秩序 使光线容易通过 不通电时排列混乱 阻止光线通过 TFT液晶显示器由于功耗只在于电极和驱动的集成电路上 因而耗电量比传统显示器也要小得多 TFT液晶显示器没有幅射 等离子显示器 PDP Panasonic 松下 105英寸等离子体电视105 2 54 266 7cm 等离子屏 英文为PlasmaDisplayPanel 其是在两张薄玻璃板之间充填混合气体 施加电压使之产生离子气体 然后使等离子气体放电 与基板中的荧光体发生反应 产生彩色影像 等离子彩电又称 壁挂式电视 不受磁力和磁场影响 具有机身纤薄 重量轻 屏幕大 色彩鲜艳 画面清晰 亮度高 失真度小 节省空间等优点 耗电量大 一台42寸的耗电量为380W 要点亮某个地址的灯泡 开始要在相应行上加较高的电压 等该灯泡点亮后 可用低电压维持氖气灯泡的亮度 关掉某个灯泡 只要将相应的电压降低 灯泡开关的周期时间是15ms 通过改变控制电压 可以使等离子板显示不同灰度的图形 等离子屏工作机理类似普通日光灯 在阴极和阳极间加上电压 使气体产生辉光放电 发射紫外线 紫外线激发荧光粉 得到不同颜色的光 发光二极管显示 LED LED是发光二极管LightEmittingDiode的英文缩写 LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件 它采用低电压扫描驱动 具有如下优点 1 耗电省 2 使用寿命长 3 成本低 4 亮度高 5 视角大 6 可视距离远 7 规格品种多 近年来LED电子显示屏市场得到了迅猛的发展 已经广泛应用到银行 邮电 税务 机场 车站 证券市场及其它交易市场 医院 电力 海关 体育场等多种需要进行公告 宣传的场合 发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片 在p型半导体和n型半导体交界处形成p n结 注入的电子和空穴在p n结处复合时 会将多余的能量以光的形式释放出来 从而把电能直接转换为光能 有机发光显示器 OLED Samsung s40 inchOLEDTV 有机发光显示器 OLED OrganicLightEmittingDisplay 它的发光原理是指有机半导体材料和发光材料在电场驱动下 通过载流子注入和复合导致发光的现象 通过搭配不同的有机材料 发出不同颜色的光 来达成全彩显示器的需求 OLED因为是自发光器件 每个像素自己都会发光 因此 与时下液晶电视都采用的LCD面板相比 其亮度与对比度都比LCD更胜一筹 图像更加鲜艳 同时器件更薄 OLED通常为三明治夹心结构 将发光层夹在阴极和阳极之间 当在电极上加上电压时 电子从阴极注入发光层 空穴从阳极注入发光层 电子和空穴在发光层中复合 从而发出光来 实现全色显示可以采取两种方法 1 有红 绿 蓝三原色组成一个像素2 发射白光 配上滤光片 电致发光显示 ELD Thinfilmelectroluminescence 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 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 1 电子注入发光层 在TFEL器件中 电子通过隧穿从绝缘层和发光层之间的界面注入 隧穿的阈值电场是105V cm量级 另一部分初电子来自界面态的深能级 2 电子通过高场加速成为过热电子 在高场作用下 电子从电场获得能量加速运动 当半导体中的电场超过105V cm时 电子获得足够的能量 成为过热电子 3 过热电子碰撞激发发光中心产生EL辐射 或者碰撞离化发光中心 然后通过基质晶格传输能量 产生EL辐射 场致发射显示 FED 致发射显示 FieldEmissionDisplay FED 是真空微场电子在显示领域的应用 兼有真空电子器件和固体器件的优点 1 采用薄膜工艺制成场致发射阵列 可在室温下工作 2 可利用硅集成工艺制造场致发射阵列 其电流密度是氧化物热阴极发射电流密度的100 1000倍 3 抗辐射能力强 可以工作与极低温的宇宙空间 4 场致发射阵列可工作于500 以下的高温 5 工作频率可高达1000GHz 且可工作于低真空总之 FED非常适合于军用 FED基本结构和原理 结构 由阳极基板和阴极基板构成 阳极基板为红绿蓝三色荧光粉粉条为了保证色纯度 之间用黑矩阵隔开 阴极基板由可以行列寻址的发射阵列和栅极组成 两基板之间有支撑以抵抗大气压力 基板之间用低熔点玻璃封接 原理 在栅极和阴极之间有一个电压差形成电场 使得微尖释出电子 再经过阳极和阴极之间的高压电场加速电子使之轰击荧光粉而发光 真空荧光管显示器 VFD 真空荧光管 VacuumFluorescentDisplay 是一种平面型的真空器件 有热阴极发射电子 经100V左右的电压加速形成低速电子束 撞击荧光粉发光 VFD主要特点是在低信息量显示时 成本低 寿命长 主要用于小尺寸消费类显示器 如电子仪表 汽车仪表等 VFD是由三个基本电极组成的 阴极 灯丝 阳极 荧光粉 和栅极 光刻法制造 这三各电极被封在高真空环境的玻璃管子里构成了VFD显示器 灯丝上覆盖有由氧化钡 氧化锶以及氧化钙等碱土金属氧化物组成的粉末 灯丝通电加热后电子溢出经过栅极最终到达阴极 在阴极上 由荧光粉组成的图案被电子打到后发光 3 平板显示器件的市场前景 平板显示的供给链 supplychain 全球平板显示产业市场增长情况 1998年到2009年全球平板显示市场由106亿美元增长到近1000亿美元 增长了10倍 其产值与软件产业相当 大大超过集成电路产业 平板显示产业覆盖了从1英寸到80英寸的显示器件 1 台式机显示器 2 手机显示屏 3 液晶电视 4 笔记本显示器 5 等离子体电视 阴极射线管 CRT 电视淡出市场 阴极射线管电视的份额逐年减少 正逐步淡出市场 但在发展中国家仍有市场 不会很快消失 矩阵驱动液晶显示 TFT LCD 已成为全球