《光电子成像技术》-5

5.1引言图像显示器是各类光电子成像系统的末端图像再现器件，它能把前级传感器产生的代表景物光强分布的电流、电压等信号转换为人眼可见的图像，以供人们进行判读、分析和欣赏。图像显示和其他形式的显示(文字、图形等)一起，共同构成显示技术的最终表现形式。所以，图像显示是光电子高新技术中与人们关系最为密切的一门学科。图像显示基于各类电子能级跃迁发光机理或者透射/反射光束受调制原理。根据发光过程中激励电子跃迁的能源不同，可把发光过程分为光致发光、场致发光、电致发光、等离子体发光、化学发光和磁致发光等。下一页返回5.1引言利用这些发光机理做成的显示器件有：①电子束显示器件(电致发光原理，如像管及其他电子束器件中的荧光屏等)；②平板显示器件(如场致发光显示板、等离子体发光显示板和液晶显示板等)；③大屏幕显示器件(如光阀显示、激光显示和投影管显示等)；④立体显示器件(如双目视差再现和全息摄影显示等)。此外，还有专门用来显示数字符号的数字显示器件(如发光二极管数显器、气体放电数显器和荧光数码管等)。图像显示器件的主要特性参数有显示屏幕尺寸、输出亮度、颜色(光谱)、对比度、灰度等级、余晖、鉴别率和MTF等。本章在概括了光电子成像显示器件的一般功能、技术分类和发展动态后，将就以上四种图像显示器件的典型结构、工作原理、技术特点和应用范围，分别予以介绍。上一页下一页返回5.1引言本章要点：显示系统组成、功能及发展动态液晶显示技术立体显示技术阴极射线管(CRT)显示技术有机发光薄膜二极管(OLED)显示技术图像显示器特性参数和性能评价液晶光阀投影显示技术数字式微反射镜显示(DMD)技术等离子体显示器(PDP)技术大屏幕显示技术上一页下一页返回5.1引言5.1.1图像显示系统组成及功能1.显示技术组成及分类如图5-1所示，显示器通常由把图像信息电信号转换为图像光分布的显示器件(电光效应器件)、显示驱动电路和电源组成；此外，还包括有辅助光学系统的显示器，如投影显示器的投影光学系统。人们耳熟能详的显示技术分类方法有两种：按显示方式分类和按显示技术原理分类。(1)按显示方式分类。指显示器产生视觉信息传递给人眼的手段，可分为三类，如图5-2所示。①标准的直观式显示，即供人眼直接观看的显示于显示上的图像。如一般的CRT，LCD，PDP等属于这种。他们的图像质量一般都很好，而且装置的尺寸也能做得很小。但由于显示图像的尺寸受显示屏尺寸的限制，一般不适合大屏幕显示。常见的产品如电视机、计算机及手机显示器等。上一页下一页返回5.1引言②投影式显示，即将来自显示器本体(投影装置)内较小显示体的图像源，通过光学系统，放大投影于屏幕的方式。投影式示可分为正面型和背面型两种。观看者和图像源都在屏幕同一侧的叫做正面型；图像源在屏幕之后，观看者观看屏幕适射图像的就叫背面型。一般正面型的光损耗小，比较亮，适合于大屏幕，但也存在必须把投影装置放在观看者同一侧的不方便。常见的投影式显示器也叫做投影机，实用的投影式显示器主要用CRT、液晶平板光阀、DMD(微反射镜阵列)等图像显示源。③空间成像式，这种方式与上述两种方式不同之处在于，它不是用显示屏或投影屏来观看实像，而是利用光学系统把来自图像源的像成于三维空间上。常见的空间成像式显示器有能看场景立体三维图像(虚像)的头盔显示器、全息图像显示器、立体电影和立体电视等。上一页下一页返回5.1引言(2)按显示器件原理技术分类。最终能为人眼提供场景图像的是各类图像显示器件，按照它们的工作原理可分类为：阴极射线管(CRT)、FCRT(平板CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子体显示板(PDP)、电致发光显示(ELD)、发光二极管(LED)显示、有机发光二极管(OLED)显示、真空荧光管(VFD)和场致发射显示(FED)，以及主要用于投影显示用的而非发光型微液晶光阀(LCOS)和数字微反射镜器件(DMD)等。它们与上述三类显示方式间的隶属关系如图5-3所示。上一页下一页返回5.1引言其中，直观式器件分为CRT和平板显示器，而平板式显示器又可大致分为器件发光的发光型和器件本身不发光、而控制其他发光功能的非发光型两种。发光型器件种类很多，如上所述有PDP，EL，LED，VFD，FED等；非发光型的大体上只有LCD，DMD等。投影显示器的图像源大致分为使用CRT的方式和平板光阀的方式。在CRT方式中，CRT既是图像源显示示体，又是投影光源。LCD光阀、DMD光阀具有利用图像信息控制光源空间分布特性的功能，也叫做空间光调制器。现在实际使用光阀大都是液晶板；然而DMD(数字微镜器件)光阀的实用化也开始普及了。空间成像形式正如前述，HMD(头盔显示器)和全息显示是其代表性技术。上一页下一页返回5.1引言激光器在显示技术中也发挥着重要作用。利用激光束的扫描方法显示图像的方法有三种：一是通过显示面热激发的方式；二是光学激发的方式；三是利用激光在反射面被反射的方式。激光束的偏转和激光打印一样，利用多角棱镜的旋转来实现。热激发的例子中包括利用液晶相变引起的光学效应，即将特殊的液晶作为显示材料的显示器。光学激发是指利用光化反应(不用电场、而只用光)来驱动显示材料产生图显示的方法，如宾一主向列型结构液晶的光相变、高分子/液晶复合膜的光写入、全息摄影记录/显示材料、利用线偏振光的光写入等。光写入驱动方式如图5-4所示，它不是把图像信息用电学方式驱动电光调制层，而是将显示器的图像作为光写入图像源驱动电光调制层中，这种方法一般适用于投影显示的光阀中。上一页下一页返回5.1引言2.显示器基本功能显示设备的最基本的功能是对视觉信息进行显示，其功能大致示可分为两类：(1)信息显示功能，显示明暗度和色彩及其在时空上的变化。(2)几何学信息显示功能，显示代表点、线、方向、形状等的位置及其在时空上的变化。电子式显示器，要采取各种技术把包含在输入电信号之中的上述信息转换成视觉信息。显示设备要实现上述功能就必须完成下述动作：(1)电一光信号转换，即把电信号转换为光信息的动作。(2)寻址，即把电信号转换成位置信息的动作。为此而给与元件适当电信号的动作，称为驱动。上一页下一页返回5.1引言5.1.2显示器技术发展动态直到20世纪60年代图像显示器CRT才得以问世。CRT自发明以来已有700多年的历史，从黑自显像管发展到彩色显像管，可显示的画面尺寸从1英寸到20英寸左右。另外，将高亮度CRT的图像投向屏幕，完成能显示大画面的投影机，其画面尺寸甚至可达数百英寸。由于CRT是真空器件，存在体积大、质量重等缺点。随着电子电路的大规模集成化，出现了体积小、质量轻的FPD(平板显示器)技术。FPD的实用化研究开始于20世纪50年代，那时为了用于照明开发了FI(电致发光)技术。但是用FI技术制成的显示器(ELD)，在实际使用时发现存在辉度、全影色、寿命等多项必须解决的问题。后来开发了蒸镀薄膜方式的FLD，在辉度和寿命方面有所改善，能够作多彩色显示，可应用于计算机及测量仪器中。上一页下一页返回5.1引言20世纪60年代开发了荧光管显示器和等离子显示器，作为一种数字、文字显示器广泛应用于家用电器和工业设备中。1968年发现了LCD的电光效应，与纸介质印刷物一样，这是一种没有外来光就看不见的非主动发光型显示器的第一个应用例子。LCD最初用于台式计算器的数字显示和钟表的宇盘显示，其应用范围非常广泛，从不足1英寸的电视摄像机的寻像器，到超过20英寸的监视器和电视接收机，甚至画面尺寸超过100英寸的大画面显示用投影仪。到了20世纪90年代，曾被认为在20世纪已不可能实现的高亮度蓝色发光二极管取得了突破性进展，并进入实用化阶段。如今即使是在室外广场广告牌也采用了大画面全彩色LED显示。今后，随着信息社会的不断发展，在所有的领域中对显示器的需求会急剧增加，并且会大力推动其技术发展，显示器引用领域。图5-5展示了显示器画面尺寸和分辨率分布情况。上一页返回5.2图像显示器特性参数

和性能评价5.2.1图像显示器特性参数对显示器的技术要求在很大程度上依赖于用途。一般而言，可分为显示性能、显示质量、适用性以及经济性等参数(见表5-1)。除以上技术参数外，在设计、制造和使用显示器件时，还应考虑以下因素：显示性能—根据显示器的使用目的设计显示系统时，应考虑显示器的作用、操作性能等。下一页返回5.2图像显示器特性参数

和性能评价显示质量—对于显示系统的设计而言，显示质量的评价指标是很重要的，即要给子使用者怎样的满足感与稳定感(包括潜在的要求)。使用性—显示系统是与人直接接触的界面，应当满足使用者的目的、用途和能力的同时，重视可用性、使用方便性和安全性等人机工程学要素，促进实用化。经济性—主要涉及基本价格与运行费用等，对于推广普及而言，物美价廉更是优先条件。上一页下一页返回5.2图像显示器特性参数

和性能评价5.2.2图像显示器性能评价显示器的基本评价参数包括：显示画面的尺寸、显示的信息量、画质和驱动条件等。目前还没有见到能应用于全部领域、完全满足这些功能要求的显示器，所以只能在对各种显示器进行综合评估后，选出在各种应用领域中的最佳显示器。上一页下一页返回5.2图像显示器特性参数

和性能评价1.显示画面尺寸显示器的画面尺寸是以对角线的长度来度量，目前显示器的画面尺寸从不足1英寸到数百英寸。画面的宽高比一般为4：3，但随着电视画面的宽幅化和高清晰度电视的出现，16：9的宽高比也已进入了我们的生活。表5-2中按照现在各种应用领域对画面尺寸的要求，列出了具有代表性的显示器。10英寸以下的小画面显示器通常采用LCD，广泛应用于移动电话、数码相机、电视摄像机的寻像器、个人数据处理器(PersonalDigitalAssistant，PDA)中。电视接收机和计算机的监视器等中型画面的显示器通常采用CRT或LCD。画面尺寸在30~50英寸时采用LCD或PDP，画面尺寸更大时采用投影机，在室外使用时候，则采用LFD的居多。上一页下一页返回5.2图像显示器特性参数

和性能评价2.显示信息量平板显示器(FlatPanelDisplay，FPD)分为分段式和点阵式两类。分段式是利用固定形状的电极来形成显示模式的，选择适当的电极，并在电极上加上电压就可以显示出规定的文字和符号。点阵式是将大量的像素按棋盘格分布构成的显示方式，可以显示任意文字、图表、图像等。对于数据显示用的显示器来说，近年来通常都以计算机的显示格式作为标准，以620×280像素的VGA格式为基准，采用了如表5-3所示的规格。随着对电视机、计算机监视器的清晰度要求的提高，UXGA程度的高分辨率显示器件已日益受到人们的关注。上一页下一页返回5.2图像显示器特性参数

和性能评价3.画质亮度、对比度和色调是决定画质的三大要素。依照用途不同，对这三个要素的要求也各不相同。有的甚至要求亮度在300cd/cm2以上，对比度在400：1以上。色调则希望与NTSC制的RGB各色的色度坐标一致。4.驱动条件系统的能耗是人们最为关注的热点，特别是对于推进节能化的信息终端。一般来说，主动发光型显示器比较耗电，而像LCD一类非主动发光型显示器则耗电较少。需要背光源的显示器需消耗大量的电能是一个突出的问题。现在正在对不需要背光源的反射型彩色LCD的画质进行改进，极有可能成为显示器低能耗的一个突破口。上一页下一页返回5.对其他功能的要求对系统的小型化、轻量化也是一个不容忽视的方面。把显示器件从CRT向FPD转移是解决这一问题的办法之一。但多数显示器是用玻璃作基板制成的，这就形成了进一步轻量化的瓶颈。要想做到轻量化，玻璃基板的厚度必须要薄，玻璃板的机械强度将随之变差，这一点将成为可靠性差的主要原因。上一页返回5.2图像显示器特性参数

和性能评价5.3.1液晶显示器基本工作原理1.液晶的分子取向与电光效应LCD的基本工作原理基于液晶分子取向变化所带来的电光效应，初始状态及施加电场(或其他外界场)时的分子取向变化是LCD显示机理的基础。液晶分子取向的基本形态如图5-6所示，有平行取向、垂直取向和倾斜取向三种排列形态。LCD中电光效应基于这种分子取向的变化。以棒状结构的向列型液晶分子因分子内的极性基团和二电子分布，而具有电磁的和光学的各向异性。由电场引起的液晶分子的取向变化基于液晶分子的电学各向异性，尤其是其介电常数(ε)的各向异性。当液晶分子的介电常数在长轴方向上大时，叫做正介电各向异性(△ε>0)；当在短轴方向上大时叫做负介电各向异性(△ε<0)。在正介电各向异性的液晶中，液晶分子的取向变化使液晶分子长轴平行于施加电场的方向；而负介电各向异性液晶的取向变化使长轴垂直于施加电场的方向。下一页返回5.3液晶显示技术

另一方面，液晶分子的光学各向异性，即折射率的异向性，因液晶层分子排列结构而会产生光散射效应、旋光效应和双折射效应等电光效应，利用各像元所加不同驱动电压下所展现的这种不同的光学效应，便构成液晶显示器的基本工作原理。如图5-7所示，引起液晶分子取向变化的电光效应分为电流效应型、电场效应型以及与热相关的热效应型三种。动态散射(DS)型的显示是由光散射效应引起的；而扭曲向列(TN)型的显示则由旋光效应引起；电控双折射(ECB)型的显示是由双折射效应引起的；而相变(PC)型的显示是由双折射效应与光散射效应的复合效应引起的。热效应型主要有近晶液晶和胆甾液晶，都是利用热引起的相变所伴随的光学变化，类似于上述电场效应引起的相变和光学效应。上一页下一页返回5.3液晶显示技术2.液晶基本工作模式液晶工作模式是指利用液晶的电光效应的种类，因此在很多场合，把电光效应之名直接用于模式的名称。已被实用化的工作模式以及显示器的基本技术如图5-8所示。LCD工业发展过程分为三个阶段，即以TN(扭曲向列型)为中心的第一代；以STN(超扭曲向列型)的简单矩阵方式为中心的第二代；以现在的AM-TN(有源TN，或叫薄膜晶体管TFT-LCD)以及彩色STN为主角的第三代。随着时代的进展，生产量取得了阶段性增长。MOS-LSI(金属一氧化物一半导体超大规模集成电路)的问世及发展在LCD工业的发展中起着很重要的作用。反过来说，可以认为对LSI来说，LCD新一代产品就是其非常好的应用市场。上一页下一页返回5.3液晶显示技术5.3.2微型液晶显示技术1.定义微型LCD，按字面意思就是微小的液晶显示器。以前的LCD，特别是薄膜晶体管(TFT)方式LCD，与在液晶驱动器和TFT形式中利用CMOS技术的情况不同，微型LCD具有把硅LSI自身作LCD基板的特征。在微型LCD中，液晶技术和硅LSI技术融合起来。这里介绍的微型LCD限定于对角为1英寸及其以下的LCD。一直以来，这种大小的LCD基于高温多晶硅TFT阵列，作为摄影机的取景器被广泛地使用，硅底液晶器件是在硅基片上加上液晶盒制作工艺流程，所以被定义为硅基液晶(LiquidCrystalonSilicon，LCoS)器件。上一页下一页返回5.3液晶显示技术2.硅基微型LCD的构成硅基底微型LCD的一般结构如图5-8所示。与早期的TFT-LCD的最大差别在于，晶体管等驱动元件都由硅形成，硅基底内，在晶体管、电容器等液晶驱动电路、控制电路的上面，为了防止光电效应还沉积晶体管遮光层。这些结构基本都是由标准CMOS器件制成的。反射型显示器的反射率在很大程度上依赖于反射层的平坦度。显示器表面几乎是完全的镜面反射。目前，硅基底平坦化技术，采用化学抛光技术(CPL)。在单晶硅基板上集成CMOS和存储电容器的阵列，通过开孔把漏电极和像素电极连接，像素电极用铝做成反射电极。为防止强光照射沟道，加了一层金属挡光层。另一侧基板是ITO(透明导电膜)电极的玻璃基板。上一页下一页返回5.3液晶显示技术液晶层盒厚度一般取为几微米。LCoS前投影放大倍率高，显示区内不能用盒厚控制隔垫物。当盒厚小于2μm，可采用四周隔垫圈。由于电路系统的内置，使显示器件的可靠性提高及制造成本降低成为可，同时还具有封装成袖珍型的优点。采用硅基底作为液晶显示器件的驱动基板的优点在于：

(1)能采用单晶硅的高驱动能力；

(2)能借助液晶驱动电路、控制电路于同一硅片内，一并实现高可靠性以及低成本化；

(3)借助液晶驱动系统置入底片内的高开口率；

(4)借助基片内的制造成本的大幅度削减等。另一方面，采用硅底片的局限性有：上一页下一页返回5.3液晶显示技术(1)仅限定于反射型显示器；(2)仅限定于对角线≤l英寸的超小型屏幕；(3)在CMOS标准方法中，用于液晶驱动的电压限定于3.3V，5.0V等。这些限制因素在某些情况下，由于硅底片微型LCD的应用反而也能成为优点。例如，目前在已经形成市场的投影型LCD中，伴随高图像分辨率的提高与光利用效率降低已成为一对矛盾问题；而采用高开口率的反射型基板，能提高光利用效率。特别是，SXGA以上的高图像分辨显示器中，透射型、反射型的差别将扩大。另外，由于液晶基板小型化，投影光学系统的各元器件具有小型化、低成本化等优点。上一页下一页返回5.3液晶显示技术5.3.3LCoS工作原理LCoS是一种较先进液晶显示新技术，属于新型的反射式微型液晶显示技术，它结合了半导体与液晶显示技术，具有高清晰度、高亮度等特性，加上产品结构简单，亦具低成本潜力。行业人士认为，随着配套光学元件和电路技术的成熟且成本进一步降低，LCOS显示技术已经成为了大屏幕高清电视(HDTV)最具发展的主要显示技术之一，且与LCD、DLP等技术相比较，LCoS将为末来显示技术的主导者。上一页下一页返回5.3液晶显示技术如图5-9和图5-10所示，LCoS的基本原理是在液晶层里面有一反射镜阵列，光线从前面进来后穿过液晶层经过镜子反射再次穿过液晶层射到屏幕上。因光线两次穿过液晶，可以达到很高的对比度且依然非常薄，从而大大改善了响应时间，减少拖影。另外，LCoS投影机的图像调制原理与LCD基本相同，也是以光调制来控制投影显示图像。入射光线在分光后，经过入射偏光板(PBS)，将入射光变成S偏光，经LCoS板反射调制。如果液晶经外部信号调制，处于显示亮态时，S光(振动面垂直于入射面的线偏振光)会变成P光(振动面平行于入射面的线偏振光)，经棱镜透射，后有最多光投射到会聚透镜会聚。像处于显示暗态时，S光经调制，输出依然还是S光，经棱镜没有光透射到会聚透镜，图像显示为暗电平。因此，输出到会聚透镜的光的多少是由每个像素的外部信号调制决定的。上一页下一页返回5.3液晶显示技术光学系统产生的偏振光照射到LCoS元件，将红、绿和蓝三色光分离并最后组成全彩影像，并投影到荧幕上如图5-10所示。偏振光入射到LCoS元件上，液晶光电转换根据施加到每个像素电极上的电压对偏振光调制。反射的影像与入射光分离并放大，然后投射到屏幕上。光两次穿过液晶，由于液晶开关时间更快，将能更好地再现运动影像。LCoS系统所用微型显示器是只有拇指头大小的高解析度液晶显示器，经过光学放大后，这种显示器能够提供数据和视频应用的高品质、大画面显示。基于LCoS的微显示器是有源矩阵液晶显示器，该元件工作于反射模式。有源矩阵利用CMOS制作在硅晶片上。LCoS利用硅技术的先进性实现了越来越小的尺寸，在相同尺寸上可以实现更高像素(更高解析度)，从而提高了系统的性能。上一页下一页返回5.3液晶显示技术现阶段，在LCoS元件设计、性能和制造上已经取得了很多重大进展，光学色彩和偏振分束系统的设计及性能上也取得了显著提升，所需要的光学元件，如弧光灯、光照系统、棱镜、薄膜、背投屏幕和投影镜头都大幅地提高了性能，并降低了成本。上一页下一页返回5.3液晶显示技术5.3.4LCoS的优点(1)光利用效率高：LCoS与透射式LCD投影显示器类似，主要的差别就是LCoS属反射式成像，所以光利用效率可达20%以上，与DLP(数字化光处理器)相当，而穿透式LCD仅有3%~10%而已。(2)体积小：LCoS可将驱动IC等外围线路完全整合至CMOS基板上，减少了外围IC的数目及封装成本，并使体积缩小。(3)分辨率高：由于LCoS的晶体管及驱动线路都制作于硅基板内，位于反射面之下，不占表面面积，所以仅有像素间隙占用开口面积，不像穿透式LCD的TFT及导线皆占用开口面积，理论上LCoS不论分辨率还是开口率，都会比穿透式LCD高。上一页下一页返回5.3液晶显示技术分辨率普遍达到SXGA等级(1280×1024)，制造技术较成熟，LCoS的制作可分为前沟道的半导体CMOS制造法和后沟道液晶面板贴合封装制造法。前沟道的半导体CMOS制造已有成熟的设计、仿真、制作及测试技术，所以目前良品率已可达90%以上，成本极为低廉；至于后沟道的液晶面板贴合封装制造工艺，虽然据说目前的良品率只有30%，但由于液晶面板制造已发展得相当成熟，理论上其良品率提升速率应远高于DMD(数字式微镜显示器)芯片，所以LCoS应比DLP更有机会取代穿透式LCD成为投影显示技术的主流。上一页下一页返回5.3液晶显示技术目前，LCoS的解决方案已经对亚洲地区甚至全世界的HDTV开发产生很大的影响，很多的大企业已大量投资于LCoS制造技术和设备的开发和应用研究。相比DLP和3LCD，LCoS的制作工艺更为复杂一些，目前主要有JVC开发的D-ILA和SONY的SXRDTM(SiliconX-talReflectiveDisplay)技术，他们之间的差异在于：D-ILA是采用无机配向膜排列，SXRD则是液晶层采用无机垂直排列方式来实现。SXRD只有SONY公司自家使用，所以目前采用SXRD技术的投影机比采用D-ILA技术的产品少一些。而最旱投入LCoS开发的厂商是JVC。它从20世纪90年代中期开始涉足于LCoS的研究开发，但直到最近这两年才取得真正的技术突破(尤其在家庭影院方面)。上一页下一页返回5.3液晶显示技术JVC的D-ILA(Direct-DriveImageLightAmplifier)，又名直接驱动图像光源放大器技术。JVC专业产品事业部是LCoS技术的先驱，从1998年就开始制造D-ILA投影仪。在这之前他们制造的是称为ILA的驱动CRT的类似反射式液晶技术，该技术最旱要追溯到1980年初期。他们现在为数字电影院制造4096×2160LCoSD-ILA芯片，如图5-11所示，这是目前分辨率最高的显示设备。D-ILA技术的核心部件是反射式有源矩阵硅上液晶板，也就是通常所说的反射式液晶板，所以也有人将D-ILA技术称为反射式液晶技术。透射式LCD技术中的液晶板中，作为像素点开关控制的晶体管被做在液晶板上相应的位置上，在光源透射过程中，晶体管本身将阻挡部分光线，因此采用透射式液晶技术的投影机的光源的利用效率不高，很难实现高亮度。上一页下一页返回5.3液晶显示技术一些厂商采用了一些光学方法来降低液晶板上晶体管对光线的阻挡，例如，目前广泛使用的微透镜技术和蝇眼透镜技术，但这将使整个的系统的结构更加复杂，并且无法真正实现零阻挡。为提高分辨率，需要增加液晶板上的像素点数，晶体管的数目也相应增加，使得液晶板的透光性更差，需要更复杂的光学系统来进行补偿，因此我们看到在其他性能指标相同的条件下，高分辨率投影机的价格会比低分辨率投影机价格高出很多。在D-ILA技术中，液晶板将晶体管作为像素点液晶的开关控制单元做在一层硅基板上，硅基板(也称反射电极层)位于液晶层的下面，用于像素地址寻址的各种控制电极和电极间的绝缘层位于硅基板的下面，因此整个结构是一个3D立体排列方式。上一页下一页返回5.3液晶显示技术来自光源的光不能穿透反射电极层，而被反射电极层反射，避免了下面的各种结构层对光线的阻挡。因此采用D-ILA技术的液晶板的光圈比率可以做到93%(DLP技术中DMD的光圈比率为88%，而透射式LCD的液晶板的光圈比率为20%~60%)，因此采用D-ILA技术的投影机对光源的利用效率更高，可以实现更高的亮度输出。总体上看，相对于目前的主流技术LCD及近期相当热门的DLP面板投影技术而言，LCoS仍难与其抗衡，短期内在这三大技术中暂时屈居第三位。由于LCoS背投技术直接与映像管(CRT)投影技术、高温多晶硅液晶透式投影技术、DMD数位光学处理反射式技术相关，而这三项技术已发展成熟，所以LCoS技术就会成为投影显示技术的新主流。上一页返回5.3液晶显示技术5.4.1液晶光阀在1970年，由Huges公司和贝尔(Bell)电话研究所提出了方案，并进行了通过光电导体，使用将二维图像写入驱动液晶层的液晶光阀(光地址方式液晶光阀)的显示实验。还有在1972年，贝尔电话研究所提出用激光束扫描液晶层并使用将图像热写入液晶光阀(激光寻址方式液晶光阀)的显示实验。其后，光地址方式由施乐公司、富士通、日本电气等进行研究开发；激光地址方式则由京都大学、IBM、胜家(Sinker)公司、日本电气等进行研究开发。图5-12是Hughes公司开发的光寻址方式液晶光阀的结构。图5-13表示使用这种光阀实现投影显示装置的组成。光电导体是硫化福(CdS)与蹄化福(CdTe)的异质结，蹄化福是为了防止投影光照射到硫化福上，起到遮光层的作用。介质镜是为了反射投影光，液晶取向膜则是为使液晶分子取向而设置的。液晶是采用向列型液晶材料，采用45°混合电场效应工作模式。下一页返回5.4液晶光阀投影显示技术写入光源是发绿色光的CRT，当CRT图像成像在光电导层上时，使光照的位置处光电导体的阻抗降低，与图像对应位置的电压降转加在液晶上，使液晶层混合电场效应起作用。如果用偏光分束棱镜产生偏光投影光入射到此状态的液晶层，入射光的偏光方向就会相应于电压分布，产生相应的旋转。这样，经光阀反射光的偏光方向也随CRT写入图像分布而旋转，所以再次通过偏光分离棱镜检偏后，就转换成与写入光图像对应的灰度图像读出。这种方式的显示装置在1979年销售了单色型，1981年销售了多色型。虽然分辨率是1000×1000像素左右，而且使用500W的氮灯时投射光通量大约为500lm，但因使用硫化镉做光电导层，时间响应特性不够理想。所以后来开发光电导层为非晶硅、单晶硅、砷化镓晶体的液晶光阀，用于高分辨率电视(HDTV)相应的显示装置。上一页下一页返回5.4液晶光阀投影显示技术5.4.2光寻址方式液晶光阀用途光阀主要是由光导电材料与液晶材料组合而成，最初是以液晶光阀(LiquidCrystalLightValve，LCLV)的名称研究开发的。具有大屏幕高清晰显示的特点：由于采用液晶光调制层，具有低电压驱动特点；光导电层及液晶层都是薄膜，清晰度高，有效面积大，可设计高效光学系统；不需要像电寻址方式液晶光阀那样精细加工的像素构造，元件的原材料利用率高；没有像素分割，实际有效开口率为100%。存在的问题：必须另备光寻址用的图像源及光学系统；系统复杂且为大型装置；图像配准需要调整时间；光导电层有一定响应时间。光寻址方式液晶光阀除用在投影仪外，还用在图像处理、模式识别及光运算等许多应用领域。上一页下一页返回5.4液晶光阀投影显示技术器件由光导电层、介质镜、液晶层及透明电极的夹层构造组成。光导电层是使用暗电阻率高，而且光照射能引起电阻率大幅度变化的材料。液晶层应选用对于外加电场，其相位、散射、旋光性等光学特性有明显变化的材料。介质镜的作用是将写入光与读出光进行空间及光学的分离，其光隔离特性决定了光阀的放大率。光隔离特性对于高调制度投影仪用的光阀非常重要，一般是在光导电层与介质镜之间设置绝缘性很高的光吸收层以求提高性能。投影仪的光导电层使用硫化福膜、氢化非晶硅(Ca-Si：H)膜或硫族化合物的AsSe膜；在液晶层使用45°TN，VA(垂直取向)及超扭曲向列(SuperTwistedNematic，STN)模式或铁电液晶等双折射效应，或用具有光散射效应的PDLC光阀。上一页下一页返回5.4液晶光阀投影显示技术5.4.3大屏幕投影显示应用系统应用投影仪得到的大屏幕图像的特点有：(1)能得到图像的宽广及深度感，增加画面的立体感。(2)能将显示空间与观看者的空间融合，人会产生被图像的内容“引导、融入”的感觉。所以图像的大屏幕化及宽视野显示是图像传媒不可缺少的条件之一，可作为实现比以往更高的身临其境的人机接口。其应用列举如下。(1)大容量高速网络应用：电子影院、电视会议、虚拟运动场；(2)艺术画廊：美术馆、博物馆、印刷物、美术品等资料档案；上一页下一页返回5.4液晶光阀投影显示技术(3)科学图像仿真：用计算机将不可视信息可视化(海洋水温的分布、地球上的二氧化碳分布、流体解析等物理现象、气象现象、天体现象等的可视化)；(4)教育现场、视听设施、模拟体验教育、训练教育(飞行仿真机，驾驶仿真机)；(5)医疗及诊断手术支援、训练系统；(6)汽车展览会等各种演示、展示；(7)娱乐、剧场。除此以外，还可以用弯曲屏幕、多面墙屏幕、球面或拱形、全景环幕等各种各样的形态实现图像显示，用大屏慕包围体验者更能增强在图像中的投入感。上一页下一页返回5.4液晶光阀投影显示技术要做到实时显示大屏幕宽视野的图像，显示图像的高清晰度及高密度功能不可缺少。这是所有高临场感显示必须具备的基本性能，因为即便实现了大屏幕宽视野显示，如果清晰度低，也不能得到临场感。可以设想需要以下两类技术支持：(1)使用超高清晰光阀的单体投影仪方式；(2)将多台投影仪排列，在屏幕上合成图像的方式。后者可用一块屏幕或多块屏幕构成。用多块屏幕构成的方式叫做多屏幕(或立体)显示，汽车展览会等展示各种事件的大屏幕图像显示系统就可以应用背面投影型液晶投影仪。但是这种方式的缺点是有不显示图像的部分(接缝)，给临场感造成很大的影响，但可以采用图像融合技术消除拼接缝隙。上一页返回5.4液晶光阀投影显示技术5.5.1高现场感显示与空间成像型显示器空间成像型显示器与上述的直观式显示或投影式显示不一样，它是观看在空间形成的立体图像，而后者是观看在显示面板或在投影屏上形成的图像。直观式显示或投影式显示的图像显示尺寸有限，一般为显示面板或屏幕的尺寸所限定，即所谓二维图像显示。而空间成像型，从原理上说，要求图像尺寸与显示器件的大小无关，可以很大，而且能够三维显示。这一特点非常符合于今后发展多媒体显示的重要方向之一—高现场感、高真实感显示的要求。下一页返回5.5立体显示技术亲临现场感的显示需要具备两个条件：一是要有大的视场角(视野)和很高的清晰度；二是要立体显体显示。对于视场角与现场感之间的关系，据定量研究认为，至少要有20°的视场角。在家观看老式电视机时的视场角小于20°，高清晰度电视机规格的目的之二也有加大视场角这一指标。随着视场角的增大，现场感也增大，从80°开始达到饱和，但要获得身临其境的陷入感觉，视场角还要高于100°。一般来说，视场角大的图像其尺寸当然也要大，图像清晰度变得很重要。由于电影胶片的分辨率比电子显示器高得多，因而同时具有大视场角和高清晰度特点，可以得到亲临现场的感觉。最为理想的是显示器的像素节距小于眼睛的分辨能力，达0.5′，换句话说，需要非常大的显示容量。上一页下一页返回5.5立体显示技术图像的纵深可以大大提高真实感和现场感。以前，立体显示器和壁挂电视机被人们称为如梦幻般的显示器。人对纵深的认知机制主要来自两只眼睛的视差和辐凑功能。两眼视差是指相隔6.5cm的两只眼睛视网膜上的成像偏差，这一偏差量因所视景物的远近而有所变化。如图5-14所示，所谓辐凑是看一景物时，左右两眼的视线在该景物处相交叉的功能，将两个视线所形成的角叫做辐凑角，因所视景物的远近而有变化。同时将景物的纵深加在一起进行调焦。当人观看景物时，在脑中综合这些效应，从而感知纵深。然而现在开发或已实用化的几乎所有显示器都是利用双眼的生理视差的，并末对所视立体像进行调焦。如图5-14所示，辐凑点与焦距有偏差而形成不自然的状态。如果这个偏差小，可以容许；如果大到超过某一限度，那么将导致观看者眼睛的疲劳与不适。要实现立体显示器的真正的普及，显示方式的开发应该符合人眼的视觉机制。上一页下一页返回5.5立体显示技术5.5.2空间成像型显示方式的分类与问题空间成像型显示有二维显示和三维显示。二维显示中最有代表性的HMD(头盔显示器)，其结构如图5-15所示。这种方式是将缩得很小的显示器件与光学系统安装于头部，使显示器件的图像成像于眼前数米的位置空间，以观看虚像。所用的显示器件中有CRT，LED，LCD。随着LCD在高清晰度、高性能方面的进展，最近大多采用LCD。使用LCD方式已开发了最大视场角为100°级的器件，但其分辨率却低于30万像素。使用CRT的方式虽有100万像素级的，但其装置的尺寸都很大。上一页下一页返回5.5立体显示技术三维显示通常叫做立体显示或D显示，是可以显示纵深的，它大致分为眼镜方式和无眼镜方式。眼镜方式中又进一步分偏振光眼镜式、快门眼镜式和HMD式。偏振光眼镜式是在显示器件的显示面上，用平直的偏振面的光来独立显示左右视差图像，并用左右平直安装偏振片的眼镜赋子两眼视差，这种方式用于娱乐场所和比赛场地。快门眼镜式是显示器件以高速进行时间分割，交替地显示左右图像，并与这一时分周期同步，控制左右透射光的开和关，以赋子两眼视差，快门主要用液晶。这种方式也用于家用立体电视，在市场上销售。HMD立体方式是在上述的HMD中，给左右眼睛赋子两眼视差图像的方式。这样，眼镜方式在某种程度上有实用化的进展。但是戴眼镜的麻烦与不方便是其最大的缺点。上一页下一页返回5.5立体显示技术无眼镜方式主要有视差屏障式、显示图像双凸透镜式以及电子全息式。这种立体显示方式是在显示器件面上将左右图像以长方形状交替显示，通过置于显示画面前的狭缝，分别使左右眼目视该左右图像如图5-16所示。在显示器件上使用LCD的视差屏障式立体显示器在市场中已有销售产品。双凸透镜式是将视差屏障式的狭缝，用集成微细半圆筒状透镜(双凸透镜)的屏幕来代替，将其设置于显示图像前面。因为光的利用效率比视差屏障式高等原因，所以最近双凸透镜式开发变得更加活跃。但无论是视差屏障式，还是双凸透镜式，从其结构可知，观看者能看见正确的两眼视差图像的视角非常小，稍动头部，立体图像就消失。为了解决这一问题，正在进行着关于视线跟踪方式的技术开发。其特点是用光学或磁学方法检测观看者的位置，以控制显示器件的光轴。但是视场容许改善的限度仅为观看者左右10cm，由于观看者并不限于一人，这两种方式都很难普及。上一页下一页返回5.5立体显示技术上述方式的工作原理都是利用两眼视差及其符合效应的，而且都不具备调焦功能，因此，观看者的疲劳问题需要加以解决。对于人类的视觉功能比较自然的立体显示方式就是电子动画全息技术。以往的照相全息很难实时显示动态图像，因此，需要有可能进行电子驱动的全息元件。全息图记录着被摄物体的干涉条纹，当它被读出光照明时，产生衍射效应，这个衍射光将原物体的图像再现为虚像或实像，并同原像一样的具有立体效果。最旱实现电子动问全息术的是美国的S.Benton等人，所用的全息元件是声光学调制器(AOM)，用AOM调制、衍射的激光进行机械扫描而得全息图的图像通过再现得到立体图像。要得到纯电子方式的动画全息显示，必须有划时代的重要技术成就出现才可能实用化。上一页返回5.5立体显示技术5.6数字式微反射镜显示(DMD)技术5.6.1数字式微反射镜器件美国德克萨斯仪器公司(TI)开发的数字式微反射镜器件(DigitalMicromirrorDeviceTM，DMDTM)，如图5-17所示，是在半导体寻址电路芯片上单片集成化为高速动作的数字光开关的反射型矩阵，它是将电、机械、光学功能集成在一个半导体芯片上的微光学机电系统(Micro-OpticalElectroMechanicalSystem，MOEMS)。DMD是在CMOSSRAM存储器上，以通常的芯片加工为基础，使用微细机加工技术成形，由106、107个机构元件及晶体管构成。在半导体芯片上以17μm的间隔形成几十万个16×16μm的铝膜镜。在对角轴方向形成的薄扭转支链上悬吊着微镜，由于框架与存储单元之间的压电作用实现在两个角位置(±10°或±12°)之间偏转。微镜的旋转角受到像素几何学三维构造精确控制，而且以对角轴为中心旋转，倾斜成±10°，在这两种状态间高速开关。微镜的旋转方向受到从标准5VMOS晶体管发出的寻址电压控制。下一页返回5.6数字式微反射镜显示(DMD)技术5.6.2DMD光开关原理将DMD与适当的光源及投影光学系统组合，各微镜将光对准投影透镜或偏离透镜反射。通常入射光以20°角入射到DMD上，微镜设置在开通状态时，光被反射到投影透镜，像素则显示自色；微镜设置在关断状态时，入射光以-40°角被反射而偏离透镜，像素则显示黑色。即DMD起光开关作用，微镜控制投影在屏幕上的图像是黑还是亮状态的像素，如图5-18所示。光学开关时间定义为从光入射在投影透镜开始，到屏幕上的像素从黑变到100%白所用的时间(2μs)。微镜旋转到达水平位置时，光源发出的光开始进入投影透镜，在旋转位置+10°时像素的亮度达到最大强度。另一方面，机械开关时间则定义为从微镜开始旋转动作、±10°，经过锁存，机械稳定化后到指定下一次像素状态的存储器能开始改写数据所用的时间<15μs。上一页下一页返回5.6数字式微反射镜显示(DMD)技术5.6.3DMD数字化光处理器(DLP)使用以DMD为基础的投影装置，可将数字化的输入数据直接转换成光的数据输出。脉冲宽度调制(PulseWidthModulation，PWM)，即生成高速变化的光脉冲序列(脉冲群)，该脉冲群经D/A转换，最终成为图像被人眼识别。据此，从源到人眼把图像全部以数字形式表现出来的可能性成为现实。人们将这种高度功能定义为数字化光处理(DigitalLightProcessingTM，DLPTM)，如图5-19所示。上一页下一页返回5.6数字式微反射镜显示(DMD)技术5.6.4数字化光处理的技术特征DLP技术可以对微镜产生的单色反射光进行光调制。由于光路中不存在光调制介质的过程，所以不会发生因光吸收、散射、偏光等引起的光谱变化，可以无噪声的实现色再现。DMD像素的光利用效率高，高冷却效率，从而能实现高亮度显示，开口率高，对比度高，而且还能提供像素之间接缝非常小的无缝图像。因为是像素构成元件，因此其极限清晰度相关的调制传递函数(ModulationTransferFunction，MTF)高，可能寻址分辨率与视觉辨认分辨率非常接近。器件的高速响应特性使光的数字化调制成为可能，并且给投影型显示提供了数据的逼真度与稳定性。上一页下一页返回5.6数字式微反射镜显示(DMD)技术现已确认DMD的支链寿命达到10万小时以上，随机缺陷的平均故障间隔MTBF(MeanTimeBetweenFailure)达到100万小时以上，支链的疲劳寿命达到2.7万亿次(11.5万小时)以上，满足了民用高可靠性的要求。在DLP系统中，数字电输入信号转换为数字光输出信号，颜色是由精确计时决定的，不随时间与温度变化而变化。加热、聚焦、色平衡、灰度等调整所需的系统建立，只需要极短时间即可完成，维护也简便。用DLP显示图像，不会发生从数字帧到数字帧的时间交错或渲染，不仅对静止图像，就是对动态图像也能实现高画质显示。从最高亮度的大型系统到质量最轻的小型系统，不论何种系统，都有与之相应的完善性能。上一页下一页返回5.6数字式微反射镜显示(DMD)技术5.6.5数字化光处理系统DLP电子系统能够与各种图像源对应，显示数字化的图像。图像源经压缩图像的解压缩、模数(A/D)转换、存储器芯片、图像处理器、然后再经数字信号处理器，在时间轴上的图像数据就转换为由纯数字位组成的面数据流，即可实现DMD显示。数据输入到DMD，再由各微镜表面反射形成图像。例如SXGADMD芯片有130万个以上的微镜，各自进行每秒数千次以上的开通及关断。利用使其通断脉冲宽度比例发生变化的PWM技术来显示中间色调，并且在光路中配置滤光器使图像彩色化。适合于用单个或三个DMD芯片的各种DLP光学系统。也可选择色分离、色合成处理器。光源发出的光照射到DMD的镜表面，从表面反射出来的数字图像用投影透镜放大投影到屏幕上。上一页下一页返回5.6数字式微反射镜显示(DMD)技术单片DLP光学系统是用被红绿蓝分割的色轮分时驱动颜色而得到影色图像。在色分时驱动方式中，将视线在imp面上移动时往往会感觉到红绿蓝的原色，此现象叫做人为色分离，提高色频可以降低这种现象。根据规格，系统能够用120Hz、220Hz及360Hz的色频显示8位、256级色调的图像。另外，如果在色轮中添加元色，形成红绿蓝白的结构，即克改善对比度，强调自色的亮度。在低亮度用途方面，金属肉化物灯、超高压水银灯可发挥高效率。这些灯的光谱带有黄或黄绿亮线的光束输出，因此有必要考虑与色平衡的折中选择。如图5-20所示，三片DLP光学系统中红绿蓝的各个DMD同时工作，能得到最高的光利用效率与图像质量，各色是10位，可显示1024级色调的影色图像。在高能级的输出方面使用了短弧氙(Xe)灯，氮灯的光谱在可见区平坦、色度范围宽，而且有良好的色平衡，能输出超高亮度光束。上一页返回5.7阴极射线管(CRT)显示技术5.7.1CRT显示原理自布劳恩发明CRT以来已有700年的历史，其对角线尺寸从不足1~40多英寸的均在实用中。图5-21是彩色CRT的基本结构示意图，从阴极发射出来的热电子，在真空中被阳极高压加速、聚焦，最后撞向涂有荧光粉的荧光屏，激发出荧光，通过电子束的扫描实现二维图像显示，它是一种能实现全彩色显示的显示器件。下一页返回5.7阴极射线管(CRT)显示技术通过多年来对荧光粉的改进，CRT显示的彩色图像具有彩色还原性极好、辉度高、清晰度高的优点，但还存在问题是，为了产生高速电子束，必须使用数十千伏高压，这样会导致在增大画面的同时，CRT的体积和重量必然随之急剧增加。随着电视机的发展，CRT大量地应用于电视接收机中，并广泛地应用于计算机的监视器、工业用系统，以及使用高辉度CRT的投影式大画面显示器等领域中，电路的集成化促进了系统的小型化，为了适应小型化的要求，显示器件也正在从CRT向低电压、不占空间的FPD(平板显示器)转移，并将逐渐被FPD取代。上一页下一页返回5.7阴极射线管(CRT)显示技术在CRT长期技术开发历史中，提出了种种方式，迄今为止投入实际应用的彩色CRT有如下三种：①荫罩方式(也包括障栅方式)；②电子注引方式；③平面矩阵驱动方式。另外按使用目的区分，有如下三种：①民用AV的CPT(ColorPictureTube)；②办公用CDT(ColorDisplayTube)；③投影型用投影管(PRT)(ProjectionTube)。上一页下一页返回5.7阴极射线管(CRT)显示技术5.7.2CRT的典型结构与工作原理CRT的结构、工作机制有所示同，如图5-21所示，管里面有电子枪，产生并会聚电子束，在管的颈部有扫描电子束的偏转线圈，在管的显示面内有RGB荧光屏，其后面是进行选色屏蔽的荫罩。使CRT各电子枪发射的电子束以稍微不同的照射角度通过荫罩的小孔，入射到荧光面上的RGB部位。荫罩的电子束通过的小孔形状有圆形(网点形)、长孔形和帘状形的障栅形，它们以不同用途而分别采用。因为障栅型不出现网点形上容易出现的干涉条纹，所以它适合于超过网点型的高分辨率的用途。典型产品是装有单电子枪的单枪三射彩色显像管。电子枪有单电子枪型和串联三电子枪型，一般为使高精细地会聚电子束，好的电子透镜，口径要大。因而开发了一种复式透镜方式，它能够在不加大尺寸前提下，扩大透镜的有效孔径。上一页下一页返回5.7阴极射线管(CRT)显示技术电子束注引方式是不用阴罩而只用一束电子束的简洁结构，也叫“梦幻CRT”。彩色显示的选色按如下方式进行：在条状RGB荧光面上设置的条状荧光体被电子束激发而发射紫外光，用设置于管壁的聚光板和传感器对它进行探测。用此注引信号进行RGB扫描控制。因选色不用屏蔽，所以电子束利用率非常高，是高亮度、低功耗的方式。另外，无会聚，也无磁偏，耐机械振动，而且结构性限制少。充分利用其优点，彩色扁平管的生产，正式投入型并已应用在室外监视器等方面。从原理上说，在荧光面上的电子束径必须小于三基色荧光体宽度，否则很难同时获得亮度和饱和度，而且注引信号处理电路复杂，成本上升。上一页下一页返回因有上述问题存在，所以尚末普及。平面矩阵驱动方式是以CRT的平板化作为目标的方式，此方式是通过安装于内部的X，Y矩阵电极来控制电子束的偏转。图5-22是由松下电器开发的MDS型的结构示意图。在扁平管中装有垂直、水平方向的矩阵偏转电极和信号调制电极。显示范围分为X×Y个单元，在水平方向伸展的Y个灯钟电子源发射的电子束被各单元内的矩阵电极偏转扫描，结合这些辅助领域，而成为整体的一个画面。这种MDS方式扁平CRT以14英寸显示器的形式在销售。但彩色AM-LCD也恰好同时实现了实用化，普及得非常快。因此需要解决降低成本、减少重量、进一步变薄，画面要大等一系列问题的平面矩阵CRT还末达到正式普及的地步。上一页返回5.7阴极射线管(CRT)显示技术5.8.1彩色PIMP结构及工作原理一般实用化的彩色AC-PDP(AC-PlasmaDisplyPanel，交流型PDP)是三电极面放电型，用两片配置了电极的玻璃基板，在其周围采用密封结构。在显示板内充有650MPa左右的氙(Xe)气(利用其147nm的原子发光及180nm附近的分子发光)、氖(Ne)，氦(He)等混合气体，气体在真空中放电形成紫外光发生源。紫外光激励红绿蓝荧光粉，由荧光粉将紫外光变成可见光，以显示所需的图像。PDP显示板由排列成矩阵型的像素构成，如图5-23所示，各像素由红绿蓝三原色的子像素构成。通常各子像素是相互独立的，由相应的代表(x，y)位置的寻址电路单元，进行放电通断控制。下一页返回5.8等离子体显示(PDP)技术在三电极面放电型AC-PDP的单元中，其前面板水平配置了为显示亮度而维持放电的显示电极对；背面板配置了寻址电极。由此寻址电极与单片显示电极(叫扫描电极)之间的放电，对每个单元的维持放电(也叫显示放电)的通断来控制，从而显示图像。在线路板的周围有各电极的引线，接至外围驱动电路。图5-24所示的DC-PDP(直流型PDP)是PDP驱动显示原理示意图。由于等离子体发光具有明显的气体放电开关特性，所以只有当放电管电压高于着火电压时，气体放电发光亮度会陡增；而当低于该着火电压时，不发光。所以PDP不存在发光单元间的交叉效应问题，对比度很高。上一页下一页返回5.8等离子体显示(PDP)技术5.8.2PIMP显示器的应用和前景自1993年53cm彩色PDP开始小批量生产以来，经过多年研究和发展，彩色PDP在显示图像的质量、低成本等方面取得惊人的进步。目前彩色PDP的研发及大规模生产主要集中在韩国和日本。在大尺寸方面，三星公司已成功研制出对角线为259cm(约100英寸)的支持HDTV显示容量的大型彩色PDP。市场上彩色PDP的亮度已超过1000cd/m2，暗室对比度超过3000：1，寿命突破60000h。彩色PDP由于以惰性气体为工作媒质，可以在-55℃~+70℃的宽温范围内稳定工作，因此在武器装备系统中首先获得广泛应用。现代化舰艇的驾驶系统、发动机参数显示系统和火炮控制系统都使用彩色PDP；在指挥部可用做大屏幕战场实时显示等。彩色PDP的使用一改CRT笨重的弱点，使部队和武器装备的机动性增强，可靠性也得到有效的保证。上一页下一页返回5.8等离子体显示(PDP)技术彩色PDP在对角线1~2m的范围里，与其他显示器相比显示了良好的竞争优势。它在民用领域的应用遍及大屏幕信息显示的各个方面，其中多媒体终端显示、工作站显示和壁挂式大屏幕显示是它的主要领域。彩色PDP应用的最高档次是壁挂式HDTV。彩色PDP是20世纪90年代才开始批量生产的一种高新技术产品。从技术发展方面讲，进一步提高PDP发光亮度和发光效率，降低节距和提高开口率，开发并生产符合HDTV要求的低成本显示屏是其不断追求的目标。确定大规模生产技术及降低制作成本，包括降低材料成本、开发新的工艺流程和设备，则是实现上述目标的重要保证。上一页返回5.8等离子体显示(PDP)技术5.9.1OLED结构及工作原理OLED(OrganicLightEmittingDisplay)是一种有机半导体发光二极管阵列显示器。图5-25是OLED器件及其单元结构示意图。其中，有厚度十分薄(小于500nm)的多层有机半导体薄膜(电子注入层、电子传输层、孔穴注入层、空穴传输层和发光层)。在顶部电极和底部电极之间，加有代表图像信号的电压，其发光原理基于多层有机半导体薄膜电流注入、载流子(电子—空穴)复合发光等物理过程。(1)在外加电场的作用下，电子和空穴分别从阴极和阳极向夹在电极之间的有机薄膜层注入，并分别从电子传输层和空穴传输层向发光层迁移；下一页返回5.9有机发光薄膜二极管

显示(OLED)技术(2)电子和空穴在发光层中相遇产生激子，这些激子在有机固体薄膜中不断地作自由扩散运动，并以辐射或无辐射的方式失去自己的能量；(3)当这些激子在交换能量的过程中由激发态以辐射跃迁的方式回到基态时，就可以观察到电致发光现象，发射光的颜色由激发态到基态的能级差所决定。OLED发出光的颜色取决于所用的特殊有机半导体材料，在实现彩色显示方面，有机电致发光显示(OLED)与无机电致发光显示(LED)类似，可以采用三基色光自空间混合、或宽谱“白色”光通过三基色滤色器、或蓝光转换法来实现。上一页下一页返回5.9有机发光薄膜二极管

显示(OLED)技术5.9.2有机发光二极管(OLED)优点这种器件结构比目前流行的TFT-LCD简单，生产成本只有TFT-LCD的三成到四成左右。由于(OLED属自发光技术，使用该系统时无须背照光源。这些特性可得到超薄紧凑的显示器，并且有超宽视角，达到1600，功耗低，只需2~10V电压。与LCD显示技术相比，OLED具有以下优点：①高亮度、高对比度、灰度等级好；②刷新速度快；③质量轻；④高可靠性；⑤更宽的工作温度范围；⑥长寿命；⑦性价比高。OLED显示器件的自发光特性在某些情况下会成为不利因素。因为OLED不会像LLD那样控制反射光，所以在直接的日光照射下会变得更模糊。目前正在应用的全彩色OLED技术可以使它的峰值亮度达到大约150cd/m。上一页下一页返回5.9有机发光薄膜二极管

显示(OLED)技术LCD的响应时间是与温度相关的，当温度降低到0℃以下时，它的响应速度会变得相当慢。而OLED的响应时间几乎不受温度的影响，当温度达到-20℃时，仍然能够具有10ns以下的响应时间。OLED也不会像LCD那样在高温时失去显示能力。一旦LCD达到一定的温度，液晶(LC)的流动性就不再保持高度有序的结构，也就失去了阻光的能力。由于OLED无须背光，所以它比LcD消耗更低的能量，因为LCD中的大部分能量是由背光消耗的。而OLED仅仅点亮需要显示信息的像素，所以OLED消耗的能量直接受屏幕上显示内容的影响。相反，当LCD打开的时候，即使是无须显示的面积，也需要背光持续点亮整个面板。上一页下一页返回5.9有机发光薄膜二极管

显示(OLED)技术5.9.3OLED应用及发展动态1.高性能彩电2007年年度，全日本700家索尼专卖店平均每家只能拿到两三台厚度仅为3mm的新型OLED电视。索尼电子美国总裁StanGlasgow2007年10月底表示，首批量产的XFL-1会在2008年进入美国市场。图5-26是索尼高对比度27"LEDHDTV电视样机。除了索尼公司外，东芝公司也在研发30"OLED