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名称：

平板显示技术

目录

1引言1

2平板显示器家族3

2.1液晶显示器（TFT-LCD）3

2.1.1液晶显示器的驱动原理4

2.1.2LCD与CRT显示器的区别6

2.2等离子显示器（PDP）7

2.3电致发光显示器（EL）8

2.4场致发光显示器（FED）8

2.5有机发光显示器（OLED）9

2.6液晶反射式投影显示（LCOS）11

2.7发光二极管（LED）11

2.8真空荧光显示器（VFD）12

2.9高分子分散型液晶显示器（NPD—LCD）13

3液晶显示器的技术发展状况13

3.1超视角技术13

3.2高分辨率技术14

3.3快响应时间技术14

3.4低反射技术14

3.5数字接口技术15

3.6高亮度、高对比度技术15

4世界液晶显示器产业的发展状况15

5平板显示的最新进展17

5.1LCD先声夺人17

5.2PDP异军突起20

5.3OLED自成一格22

结语24

平板显示器的技术发展概况

平板显示将成为21世纪显示技术的主流。

本文扼要介绍了几种主要的平板显示器，并在此基础上重点叙述了液晶显示器的技术发展趋势。

文章的最后介绍了国内外液晶显示器产业的发展概况。

1引言

知识经济时代是以知识的生产、传播和应用为社会发展动力的时代，知识传播速度将成为社会和经济发展的关键因素。

当前知识传播的主要手段是印刷品，尽管近几年印刷技术有很大的发展，但印刷品的信息传播速度仍不能适应知识经济快速发展的节奏。

随着互联网络的广泛普及，信息和知识传播实现了实时化，人们可即时地得到世界各地的信息并进行信息交流。

而这些过程的终端设备与人的对话是靠显示器来完成，因而显示技术越来越受到人们的重视。

近几年显示技术发展迅速，显示产业已成为光电子产业的龙头产业，在信息产业中仅次于微电子产业，成为举足轻重的产业。

图1所示为美国DisplaySearch公司评估的世界平板显示（简称FPD）市场。

2001年FPD产值为300亿美元，到2005年将达到700亿美元。

这表明平板显示的年增长率为20％以上，CRT年增长率为7％，到2004年平板显示产值将超过CRT产值。

液晶显示占FPD的80％～90％市场，尤其TFT-LCD成为主导技术。

日本西村和北原两位液晶专家归纳了TFT-LCD十几年来在玻璃基板尺寸、屏尺寸、分辨率及灰度级等方面的发展速度，得出结果是TFT-LCD增长速度为3年增长4倍，称为西村-北原规则。

西村-北原规则和微电子领域摩尔规则一样，都是预测技术和产业发展速度的。

具体的说，其数值是玻璃基板尺寸增长速度为1.8倍／3年，屏幕尺寸增长速度为1.44倍／3年，分辨率增长速度为2.5倍／3年及灰度增长速度为1.7倍／3年等相乘而得的。

该结果表明TFT-LCD增长速度相当于遵守摩尔规则的微电子发展速度。

这些预测表明TFT-LCD发展速度与集成电路发展速度相同。

图1平板显示世界市场

显示器分为CRT和FPD。

CRT已有一百多年的历史，其技术很成熟，显示品质很好，生产成本很低，价格便宜，有完整的工业生产体系，仍是当前显示器的主流。

但CRT是电真空器件，它具有体积大、笨重、工作电压高、功耗大、辐射微弱X线等不可克服的缺点，不适应于显示技术向高密度、高分辨率、平板化、节能化、数字化、集成化方向发展的要求。

因此，上世纪60年代开始出现各种FPD技术，如液晶显示（LCD）、等离子体显示板（PDP）、电致发光（EL分为有机电致发光和无机电致发光，一般EL指无机电致发光，OLED或OEL均指有机电致发光）、发光二极管（LED）、场发射显示（FED）、真空荧光显示（VFD）等。

当今世界已进入信息化时代，而显示技术在信息技术的发展中占据十分重要的地位。

自上世纪九十年代以来，随着技术的突破和市场需求的急剧增加，以液晶显示器为代表的平板显示器迅速崛起，大有取代CRT之势，将成为21世纪显示技术的主流。

平板显示器具有体积小、重量轻、耗电省、辐射小、电磁兼容性好等一系列优点；而且随着显示工艺技术的发展，平板显示器的亮度、视角、全彩色等性能已经可以和CRT显示器比美，取代CRT已势在必行。

不久前，众多显示器厂家还在津津乐道的“纯平CRT”，“超平CRT”等等，随着平板显示器大量进入市场，已逐渐消声匿迹了。

随着技术的发展和价格不断下降，平板显示器走进千家万户指日可待。

2平板显示器家族

平板显示器种类繁多，总的来说可分为主动发光和被动发光两大类，（详见平板显示器分类图）。

以下介绍平板显示器家族的主要成员。

平板显示器分类图

2.1液晶显示器（TFT-LCD）

平板显示器虽然种类很多，但是目前占据统治地位的仍是液晶显示器。

液晶显示器（LCD）无论是在技术发展速度方面，还是在市场占有量方面，在平板显示器中均遥遥领先。

液晶显示器（LCD）是目前唯一在亮度、对比度、色彩、功耗、寿命、体积、重量等综合性能方面全面赶上和超过CRT的平板显示器件。

在今后若干年内它仍旧是平板显示器的主流，而其它平板显示器则难成气候。

2.1.1液晶显示器的驱动原理

上世纪60年代中期美国首先发现液晶显示原理，1968年公开在刊物上发表向列相液晶动态散射显示原理和显示器样机。

从此世界范围内开展了液晶显示研究，我国也于1969年开始研究液晶显示。

液晶显示具有低电压、低功耗的优点，与CMOS集成电路相匹配，电池作为电源，适合于便携式显示。

利用液晶显示特点，上世纪70年代初开发了液晶显示数字手表、计算器等新产品。

液晶显示还具有易彩色化、非发光式被动显示的特点。

彩色液晶显示是利用液晶的光阀特性和彩色滤光膜及三基色灯来实现的，因为现有技术容易制造彩色滤光膜和三基色灯。

此外，液晶显示靠调制外界光来显示，显示体本身不发光，具有不刺激眼睛，不易疲劳等优点。

利用液晶光阀特性容易实现投影大屏幕显示。

因而，液晶显示的应用几乎覆盖所有显示应用领域。

下面简要介绍简单矩阵液晶显示（PM-LCD）和有源矩阵液晶显示（AM-LCD）。

（1）PM-LCD器件是由带有条状ITO电极的两块玻璃板之间注人液晶而构成的，其结构简单，生产成本低。

但TN和STN的PM-LCD易出现交叉干扰，很难实现高分辨率和高灰度显示。

主要应用于仪器仪表、年历、家电、游戏机、电子记事本、手机、PDA等。

双稳态胆甾相PM-LCD技术，是利用在电场作用下胆甾相液晶的双稳态织构变化而得到反射式存储彩色显示。

该技术利用反射显示和存储特性既可以节能，而且扫描行数不受限制，非常适用于各种便携式显示，尤其是电子书的最佳候选者。

图2表示反射式存储彩色胆甾相液晶显示器，其像素密度为127ppi，分辨率为640×480。

图2中照片是在太阳光下样品放在草坪上拍摄得到的。

图2在太阳光下反射式彩色胆甾相液晶显示

（2）AM-LCD与PM-LCD差别在于前者每个像素均加开关器件，既有利于克服交叉干扰，又不受占空比的限制，可得到高对比度和高分辨率显示。

当前AM-LCD大部分采用a-siTFT开关器件和存储电容方案，以此可得到高的灰度级，因此实现真彩色显示。

图3表示a-SiTFTAM-LCD器件的结构。

上玻璃内侧有彩色滤光膜，下玻璃内侧有TFT器件平面阵列并对应于每个像素，上下玻璃之间有液晶层。

图中给出像素的放大图，每个像素由TFT和存储电容器及ITO像素电极组成。

TFT工作原理与MOS器件工作原理相同。

除ITO像素电极以外，其余部分均不透明。

因此，开口率取决于ITO像素电极面积与不透明部分面积的比例，开口率越大亮度越高。

因而要减小TFT沟道尺寸和存储电容器面积，可将存储电容器做在栅电极下面或做在电极总线下面。

采用提高硅载流子迁移率可以减小TFT沟道尺寸及存储电容器面积，但一般a-si迁移率为0.5～1cm／V·S。

近年发展的多晶硅（p-Si）技术，其迁移率大于a-Si迁移率的两个数量级。

因而p-SiTFT尺寸小，不仅适合于高密度高分辨率显示，也可以将周边驱动电路集成到LCD屏上。

采用高介电常数绝缘材料可使存储电容器面积减小；另外，存储电容器做在栅极总线上也能提高开口率。

P-Si材料分为高温P-Si和低温p-Si，前者用石英衬底，应用于投影显示；后者用玻璃衬底，可应用于各种尺寸显示，是当前研究的热点。

制作低温p-Si主要方法有准分子激光退火法（ELA）和金属诱导横向生长法（MILC）。

图3TFTAM-LCD结构

LCD体积小、重量轻、功耗小，加上其制造技术的自动化程度高，大规模工业化生产特性好，因此其价格相对而言较为便宜。

特别要强调的是：

LCD的环保性能好，无辐射、无闪烁，人称绿色显示器。

因此，LCD在各类平板显示器的竞争中具有明显的优势，其应用范围十分广泛。

LCD的主要缺点是它的响应速度慢，其响应时间是ms级，比CRT慢一个数量级（CRT为μs级）。

近几年来，世界各大液晶显示器厂家在提高液晶显示器的响应速度方面下了很大的功夫，并取得了明显的效果，LCD的响应时间已经从前几年的50ms以上缩短到目前的10ms。

2.1.2LCD与CRT显示器的区别

LCD（LiquidCrystalDisplay）液晶显示器，以这技术所制造的显示器厚度比一般的CRT显示器薄很多，因此在早期主要是用于笔记薄型电脑上，现在市面流行的为TFT-LCD显示器，TFT为薄膜电晶体的意思。

电视机的显像管就是阴极射线管（即CRT），其工作原理是，在真空的显像管中，把在尾端产生的电子照射到前方的磷质显示器。

传统的CRT显示器由于需要内藏真空显像管，因此身形比LCD显示器大很多，此为LCD液晶显示器的其中一个优胜之处，由于体积较小，所以放置时的弹性也较大。

而次要考虑的就是消费者身体健康问题，由于传统的CRT显示器内含的电子光束在运作时会产生很多静电与辐射，因此长期使用，会对眼睛有损害，造成近视等问题。

而LCD液晶显示器，由于运作时无须使用电子光束，因此没有静电与辐射这两种影响视力的问题存在。

传统的CRT显示器一般所标示的尺寸不是荧光幕的可视范围，如以一般的38.10cm（15英寸）显示器为例，虽然标明的尺寸为38.10cm，但其真正的可视范围可能只有35.81cm（14.1英寸）左右。

如43.18cm（17英寸）的显示器可能只余下38.10-40.64cm的可视范围。

但是LCD液晶显示屏所标示的尺寸却是实际的可视范围，如一般的38.35cm（15.1英寸）的LCD液晶显示器的可视范围是完完全全的38.35cm，可方便用家选择。

由于现今的LCD液晶显示器能够以数字形式运作，但是由于要另购有数字插头的显示卡，所以现时的插头还是以传统的D-Sub（即VGA、15针接口）为主。

到底使用数字介面有何好处?

好处就是如果显示器与显示卡双方都使用数字介面的话，在传输的过程中，便不会有信号的流失。

同时，由于数字插头生产时所须使用的元件较少，所以可有助减轻成本。

虽然现今大多数的液晶显示器能兼容现时流行的D-Sub插头，但其余的类比与数字的显示器插头之多却令人眼花缭乱。

传统的类比式的显示器插头，虽然不论用在传统的CRT显示器或是今天的主题LCD显示器，使用数字化接头的画质绝对比传统类比式的接头佳。

但是如要使用新式的数字插头便需要购买设有该插头的显示卡，大大增加了整体的成本，因此厂商依然在设计时保留D-Sub插头，但当使用时可能会受干扰而使影像失真。

注：

DigitalFlatPanelGroup是数家电脑公司所组成，其中包括Compaq及Ati这两家较大的公司。

它是数字介面插头中，最早出现的一种，但是由于其解像度限制于最大只能做到12801024，因此未来所推出的高解像度LCD显示器便不能使用，所以其前景不太明朗。

DVI-DigitalVisualInterface为以Intel为主的DigitalDisplayWorkingGroup（DDWG）研究所发明。

由于此介面支援PanelLink技术，因此它的速度是DFP的两倍，同时也能输出高于12801024的解像度，及能与DFP接头兼容，是现在最流行的数字介面。

2.2等离子显示器（PDP）

等离子显示器（PlasmaDisplayPanel，PDP）是一种利用惰性气体电子放电，产生紫外线激发屏上的红、绿、蓝荧光粉，呈现彩色画面的平板显示技术，PDP的出现，使得中大型尺寸93．98-177．80em（约37-70英寸）显示器的发展应用产生了很大变化，其超薄、重量远轻于大尺寸CRT电视、高解析度、抗磁场影响、视角宽及主动发光等特点，完全符合多媒体产品轻、薄、短、小的需求，被视为未来进入家庭的大尺寸电视的主流。

陕西彩虹集团、南京55所均建成了106.68cm（42英寸）PDP屏的研制线；东南大学荫罩式PDP屏研究开发成功；上海松下公司已建成一条年产24万块PDP屏及模块的生产线；韩国的LG-Philips公司在南京建立了PDP模块生产线；华映光电公司在福州马尾开发区建成PDP屏生产线。

等离子显示器是一种主动发光的平板显示器件，它的特点是：

高亮度、高对比度、广视角、快响应速度，特别适用于大屏幕显示，目前市场上销售的42英寸以上的大屏幕电视机均为等离子电视机。

PDP的屏幕是由若干个密封的小气室组成的，每个小气室内充有惰性气体，经电离后发光。

PDP的这种显示机理形成了它的两大缺点：

一是功耗大，因为它的每个小气室都要发光，而且点火电压高达160V；二是它的显示分辨率难以提高，因为PDP屏幕的每一个象素要由三个单元（R、G、B）组成，而每一个单元又是由一个密封的小气室组成。

如1280768分辨率的PDP屏幕含近一百万个象素，由近三百万个单元也就是三百万个密封的小气室组成，这就需要十分精密的工艺。

日本FUJISH、PIONEER等公司采用喷砂工艺已实现了50英寸的PDP达到1280768的分辨率，但再提高就很困难了。

由于PDP的工艺复杂，故成本较高，价格居高不下，这就限制了它的市场竞争力，与LCD相比明显处于下风。

国外生产LCD的厂家不计其数，而生产PDP的厂家却寥寥无几，原因就在于此。

2.3电致发光显示器（EL）

EL是一种三层薄膜组成自发光器件，由于它是固体显示器件，所以它抗冲击、振动和耐高、低温的性能超群，可在-40℃～+80℃的环境下工作，EL在军事领域中得到广泛应用。

EL的缺点是难以实现全彩色，亮度不足。

近几年来，利用添加Mn的ZnS荧光材料，已经可以得到高亮度红色光和黄色光，但是蓝色的高亮度化仍旧很困难。

2.4场致发光显示器（FED）

场致发光显示器（FED）是一种主动发光型的全固体化的平板显示器。

FED的工作原理和传统的CRT显示器几乎完全相同，因此，它保留了CRT显示器高亮度、高显示质量的优点，故FED也被称为平板CRT。

同时，FED又不同于CRT的热发射阴极，它采用了场致发射冷阴极，使用电场自发射材料的尖端发射的电子束轰击荧光屏而发光。

因此，FED又具有平板显示器共有的体积小、重量轻、厚度薄、功耗低等优点。

然而，与当前十分走红的TFT-LCD相比，FED在响应时间和工作温度范围等方面有非常明显的优势。

FED的响应时间是μs级，而TFT-LCD的响应时间是ms级，比FED慢一个数量级；FED的工作温度范围为-45℃～+85℃，而一般商用TFT-LCD的工作温度范围力0℃～+50℃。

综上所述，FED是一种很有发展前景的平板显示器，很多专家认为，它极有可能取代CRT和TFT-LCD，而成为显示技术舞台上的主角。

其实，FED早在十几年前就是比较热的开发器件，但是由于存在材料（场致发射材料和低压高效荧光粉材料）和工艺方面的问题，还有生产成本过高的问题，时至今日，FED基本上还处于开发阶段，离大规模生产尚有一段距离，尚未形成规模产业。

如果近几年能在场发射电子源的工业化和低电压、高效率的红、绿、蓝荧光材料的技术方面取得进一步突破，则FED的实用化和产业化指日可待。

场致发光显示器（FED）

FED技术发展

FED显示技术还处于研发阶段，新型碳纳米管FED（CNT-FED）取代了传统的微尖阵列FED（spindtTypeFED）成为FED显示技术研发热点。

此外，FED显示技术研发热点和发展趋势还包括：

（1）大尺寸FED阴极制备；

（2）全彩色FED显示屏；

（3）降低FED驱动电压；

（4）降低FED显示屏制造成本；

（5）延长FED寿命；

（6）开发新型FED荧光粉；

（7）提高阴极发射效率和稳定性：

2.5有机发光显示器（OLED）

自1987年美国柯达公司Tang博士研制出高亮度双层结构有机发光器件以来，OLED研究和开发工作越来越热，韩国三星电子和日本SONY分别开发出38cm（15in）和23cm（13in）彩色p-SiTFT-OLED样机。

近几年单色OLED有很大进步，即将应用于手机。

有机发光分为低分子有机发光和高分子有机发光。

从目前有机发光现状看，低分子有机发光的发光颜色、发光亮度、发光效率等方面优于高分子有机发光，但在器件制作方面后者优于前者。

有机发光器件是由空穴传输层、电子传输层、发光层组成的多层结构。

由金属电极注入电子，由ITO电极注入空穴，电子和空穴在传输过程中结合形成激子，激子在发光层中复合发光。

由于电荷注入而发光，类似于LED，被称为OLED。

有机发光是整个平面发光，这一点与EL一样，又称为OEL。

图4表示OLED结构和组成各层的材料。

在图4中增加了一层缓冲层，这有利于延长器件寿命和提高发光效率。

OLED是全固体化的平板显示器，电能直接转换成发光，具有薄而轻、视角大、响应速度快、彩色显示、低温工作、工作电压低、功耗低、制作工序简单等优点，被认为是下一代平板显示器的主体。

尽管低分子OLED制作工艺不成熟和驱动IC特殊要求等不是影响应用的主要障碍，但其寿命和稳定性是影响应用的关键因素。

在强电场和10～100mA／cm2，极微量水气和氧分子对发光材料和金属电极的相互作用，使低分子OLED发光亮度下降，甚至于不发光。

因此，开发新型发光材料是使OLED得以应用的关键。

图4OLED器件结构

有机发光显示器（OrganicLight—EmittingDis-play，OLED）是一种在电场驱动下，通过载流子注入和复合导致有机材料发光的显示器件。

OLED具有高亮度、宽视角、快速响应、易于实现高分辨力全彩色显示、低电压直流驱动、低功耗、宽温等特点。

OLED已成为今后手机用单色、彩色显示器件发展的方向。

目前无源OLED生产工艺正在完善之中，预计今明两年会实现规模化生产，并在手机、PDA、数码相机、DVD、GPRS等领域获得广泛应用。

目前国内开发OLED较好的是清华大学与彩虹集团合作开发的项目（北京维信诺科技有限公司），上海航空航天集团与上海大学合作的项目（上海上大欧德科技有限公司），广东汕尾信利半导体公司，其他如吉林大学、河北大学等也在开展此项目。

OLED（有机发光显示器）又称有机EL，与LCD等技术相比，它是个不折不扣的后来者。

根据美国StanfordResources资料显示，今年全球OLED销售金额仅8400万美元，但预估到2007年时产值将突破16亿美元，年增长率高达63％。

从产品结构上看，目前销售的OLED器件几乎都是无源的小尺寸产品，而预计到2007年，有源的OLED显示屏会占到30％的份额，而且将稳步增加。

多数业内分析人士和专家都认为，未来十年，OLED将是图像领域最热门的创新。

它有潜力改写当前平面显示器的性能和价格记录。

与LCD相比，OLED的优点是：

它是固体的自发光器件，可适应恶劣工作环境；它响应时间短、视角宽、对比度高；它可在5V—10V的低电压下工作，故低功耗；它工艺简单，制造成本低。

OLED的生产更近似于精细化工产品，因此可以在塑料、树脂等不同的材质上生产，不仅可以制造出笔记本电脑、台式机适用的显示器，还有可能创造出墙壁大小的屏幕、可以卷曲折叠的屏幕。

柯达公司负责OLED项目的产品经理ScottShatzel预测有源OLED在投入生产的初期，制造成本可能比同等尺寸的LCD高20％，但随着规模量产的到来，其成本很快会比LCD低20％。