关于光电显示技术概述.docx
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关于光电显示技术概述
2018年9月20日
光电显示技术
[黄河科技学院]
专业：
光电信息工程
学号：
1101021065
指导教师：
杨玖全
作者:
熊凤华
结课论文
目录
关于显示技术的概述及应用1
引言：
1
一、几种常见的显示器介绍2
1、阴极射线管（CRT）2
1、1简介2
1、2技术原理2
1、3CRT显示器的特点3
2、显示液晶显示（LCD）3
2、1简介3
2、2技术原理3
2、3LCD显示器的特点4
3、发光二极管（LED）显示5
3、1简介5
3、2原理结构5
3、3特点及应用范围5
4、有机发光二极管（OLED）显示6
4、1简介6
4、2结构及其工艺6
4、3市场前景及应用范围7
5、等离子体显示板（PDP）显示8
5、1简介8
5、2工作原理及其结构8
5、3特点9
6、场发射显示（FED）10
6、1简介10
6、2发光原理10
6、3发展状况10
二、对未来显示的展望11
1、柔性OLED（FOLED）11
1、1优势与挑战11
1、2市场前景及应用12
2、基于LED的大屏拼接技术12
2、1简介12
2、2各种拼接技术12
2、3应用及前景13
3、激光全息显示13
3、1简介13
3、2应用及展望14
3、3前景15
结束语16
关于显示技术的概述及应用
摘要：
显示技术应用范围非常广泛,其中广播电视和计算机终端显示是重要的应用领域，近年来，通信技术的迅速发展，要求显示器向多功能和数字化方向发展，即具备电视、计算机、可视电话等为一体的多媒体、数字化等特点。
多媒体终端显示器在显示性能方向应具有大屏幕、高分辨率、高亮度、全色化等高性能。
另一方面信息技术多样化、实时化的特点，导致便携式终端显示技术成为引人注目的发展领域，便携式终端显示器应具有重量轻，厚度薄、能耗小、工作电压等特性。
正因如此各种显示器件相继出现如：
阴极射线管（CRT）、显示液晶显示（LCD）、等离子体显示板（PDP）显示、电致光显示（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）显示，场发射显示（FED）
关键词：
CRTLEDPDP液晶激光全息3D等
引言：
电子显示器件可分为主动发光型和非主动发光型两大类。
前者是利用信息来调制各像素的发光亮度和颜色，进行直接显示；后者本身不发光，而是利用信息调制外光源而使其达到显示目的。
显示器件的分类有各种方式，屏幕大小、显示内容形状……；按显示材料可分固体（晶体和非晶体）、液体、气体、等离子体和液晶体显示器。
但是最常见的是按显示原理分类，其主要有：
阴极射线管（CRT）、显示液晶显示（LCD）、等离子体显示板（PDP）显示、电致光显示（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）显示，场发射显示（FED）。
前七种都为主动发光显示，只有LCD为非主动发光显示，其他还有但市场很小。
在20世纪，图像显示器件中，阴极射线管（CRT）占了绝对统治地位，如电视机显示器等绝大多数都采用CRT。
与此同时平板显示器也在迅速的发展，出现许多平板显示方案，如显示液晶显示（LCD）、等离子体显示板（PDP）显示、电致光显示（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）显示，场发射显示（FED）等。
其中液晶显示器以其大幅度改善的质量、持续下降的价格、低辐射量等优势在中小屏幕显示中代替CRT。
而另一种适合大屏幕的显示器件――等离子显示器（PDP），也逐渐发展并且商品化。
本文将重点介绍当前应用最广泛，已经生产体系的CRT、LCD、OLED等，并简述有发展潜力的PDP、ELD、LED、OLED、VFD、FED等。
一、几种常见的显示器介绍
1、阴极射线管（CRT）
1、1简介
CRT是一种使用阴极射线管（CathodeRayTube）的显示器，阴极射线管主要有五部分组成：
电子枪（ElectronGun），偏转线圈（Deflectioncoils），荫罩（Shadowmask），荧光粉层（Phosphor）及玻璃外壳。
它是应用最广泛的显示器之一，CRT纯平显示器具有可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、可调节的多分辨率模式、响应时间极短等LCD显示器难以超过的优点。
按照不同的标准，CRT显示器可划分为不同的类型。
1、2技术原理
CRT显示终端主要由电子枪（Electrongun）、偏转线圈（Deflectioncoils）、荫罩（Shadowmask）、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（Electrongun）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（Deflectioncoils）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（Shadowmask）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。
1、3CRT显示器的特点
CRT技术展已有100多年的历史，这种技术具有显示品质好、性能稳定可靠、寻址方式简单、制造成本低、价格便宜等特点。
近几年，CRT阴罩板、电子枪、荧光粉等均有很大改进，玻壳扁平化及增强机械强度等方面也有进步，改善了亮度、分辨率、屏幕平面化等问题。
随着微电子技术的发展和集成电路的广泛应用，促使信息产品向小型化、节能化、高密度化方向发展，CRT的不足也逐渐显现出来。
由于CRT是电真空器件，存在着体积大、较笨重、电压高、功耗大、辐射微量X射线等问题。
虽然CRT的分辨率已达到高清晰度电视（HDTV）的要求，但像素密度不高，一般仅为100dpi左右，不能满足印刷字符170dpi以上的要求。
2、显示液晶显示（LCD）
2、1简介
LCD具有低电压、微功耗、平板化等特点，与CMOS集成电路匹配，用电池作为电源，适合应用于便携式显示。
国际上20世纪60年代出现LCD模式，70年代形成TNLCD产业，主要应用于电子手表、仪器仪表、计算器等显示器件。
80年代中期开发生产了STNLCD产品，主要应用于BP机、移动电话、个人数码助理（PDA）、笔记本电脑等。
TNLCD和STNLCD信息容量有限，不能用于视频显示。
人们又开发了TFTLCD技术，这是一种将液晶显示技术与微电�术相结合的，显示功能很强的技术。
在现代显示技术领域里，TFTLCD研究最活跃、论文最多、技术发展最快。
自90年代初形成TFTLCD产业以来，由第一代生产线发展到现在的第四代生产线，基板玻璃尺寸接近1m2，分辨率由CGA（320×320），VGA（640×480），SVGA（800×600），XGA（1024×768），SXGA（1280×1024）发展到UXGA（1600×1200）（括号里的数字表示像素数），像素密度超过200dpi，在12in（英寸）屏幕上就能显示整版的报纸内容。
2、2技术原理
液晶是这样一种有机化合物,在常温条件下，呈现出既有液体的流动性，又有晶体的光学各向异性，因而称为“液晶”.在电场、磁场、温度、应力等外部条件的影响下，其分子容易发生再排列，使液晶的各种光学性质随之发生变化，液晶这种各向异性及其分子排列易受外加电场、磁场的控制.正是利用这一液晶的物理基础,即液晶的“电－光效应”,实现光被电信号调制，从而制成液晶显示器件.在不同电流电场作用下，液晶分子会做规则旋转90度排列，产生透光度的差别，如此在电源ON/OFF下产生明暗的区别，依此原理控制每个像素，便可构成所需图像.
液晶的物理特性是：
当通电时导通，排列变的有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。
让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。
从技术上简单地说，液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材，称为Substrates，中间夹著一层液晶。
当光束通过这层液晶时，液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状，因而阻隔或使光束顺利通过。
大多数液晶都属于有机复合物，由长棒状的分子构成。
在自然状态下，这些棒状分子的长轴大致平行。
将液晶倒入一个经精良加工的开槽平面，液晶分子会顺着槽排列，所以假如那些槽非常平行，则各分子也是完全平行的。
对于笔记本电脑或者桌面型的LCD显示器需要采用的更加复杂的彩色显示器而言，还要具备专门处理彩色显示的色彩过滤层。
通常，在彩色LCD面板中，每一个像素都是由三个液晶单元格构成，其中每一个单元格前面都分别有红色，绿色，或蓝色的过滤器。
这样，通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。
2、3LCD显示器的特点
LCD克服了CRT体积庞大、耗电和闪烁的缺点，但也同时带来了造价过高、视角不广以及彩色显示不理想等问题。
CRT显示可选择一系列分辨率，而且能按屏幕要求加以调整，但LCD屏只含有固定数量的液晶单元，只能在全屏幕使用一种分辨率显示（每个单元就是一个像素）。
液晶在节能方面可谓优势明显，其辐射指标普遍比CRT要低一些，由于其原理问题不会出现任何的几何失真，线性失真，这也是一大优点，液晶显示器可视面积大，较高精细的画质。
当然他也存在一些缺点：
可视偏转角度过小，容易产生影像拖尾现象，液晶显示器的亮度和对比度不是很好，液晶“坏点”问题，寿命有限等。
LCD产品制造涉及光学、半导体、电机、化工、材料等各项领域，上下游所需技术层面极广，所以少有单一厂商能从材料到成品全部都做，因此各领域分工明显，上游材料包括玻璃基板、ITO导电玻璃厂、偏光板、彩色滤光片、光源模块、液晶、半导体制造工序所需光罩，液晶驱动IC、印刷电路板（PCB）等；中游则集合各材料，制造LCD面板，提供给下游应用厂商使用，由于下游应用产品众多，所需面板规格几乎都不相同，需根据产品切割面板尺寸，因此LCD面板较没有规格产品；下游应用产品种类众多，从各式家电、消费性、信息、通信及工业产品，只要是需要显示的器具，都需使用LCD产品。
3、发光二极管（LED）显示
3、1简介
LED显示屏（LEDpanel），是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。
LED的技术进步是扩大市场需求及应用的最大推动力。
最初，LED只是作为微型指示灯，在计算机、音响和录像机[1]等高档设备中应用，随着大规模集成电路和计算机技术的不断进步，LED显示器正在迅速崛起，逐渐扩展到证券行情股票机、数码相机、PDA以及手机领域。
3、2原理结构
通过发光二极管芯片的适当连接（包括串联和并联）和适当的光学结构。
可构成发光显示器的发光段或发光点。
由这些发光段或发光点可以组成数码管、符号管、米字管、矩阵管、电平显示器管等等。
通常把数码管、符号管、米字管共称笔画显示器，而把笔画显示器和矩阵管统称为字符显示器。
其中技术较为成熟的是TFT技术。
笔记本液晶屏常用的是TFT。
TFT屏幕是薄膜晶体管,英文全称（ThinFilmTransistor）,是有源矩阵类型液晶显示器,在其背部设置特殊光管,可以主动对屏幕上的各个独立的像素进行控制,这也是所谓的主动矩阵TFT的来历,这样可以大的提高反应时间,约为80毫秒,而STN的为200毫秒!
也改善了STN闪烁（水波纹）模糊的现象,有效的提高了播放动态画面的能力,和STN相比,TFT有出色的色彩饱和度,还原能力和更高的对比度,太阳下依然看的非常清楚,但是缺点是比较耗电,而且成本也较高。
LED是由发光二极管组成的显示屏。
LED的分辨率一般较低，价格也比较昂贵，因为集成度更高。
3、3特点及应用范围
LED显示器集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体，以其色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、清晰度高、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击、色彩艳丽和工作稳定可靠等优点，成为最具优势的新一代显示媒体，LED显示器已广泛应用于大型广场、商业广告、体育场馆、信息传播、新闻发布、证券交易等，可以满足不同环境的需要。
4、有机发光二极管（OLED）显示
4、1简介
OLED显示技术具有自发光的特性，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光，而且OLED显示屏幕可视角度大，并且能够显著节省电能，从2003年开始这种显示设备在MP3播放器上得到了广泛应用，OLED屏幕具备了许多LED不可比拟的优势，因此它也一直被业内人士所看好。
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（OrganicLightEmittingDiode），高分子有机电致发光器件则被称为PLED（PolymerLight-emittingDiode）。
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。
4、2结构及其工艺
OLED的基本结构是由一薄而透明具半导体特性之铟锡氧化物（ITO），与电力之正极相连，再加上另一个金属阴极，包成如三明治的结构。
整个结构层中包括了：
空穴传输层（HTL）、发光层（EL）与电子传输层（ETL）。
当电力供应至适当电压时，正极空穴与阴极电荷就会在发光层中结合，产生光亮，依其配方不同产生红、绿和蓝RGB三原色，构成基本色彩。
OLED的特性是自己发光，不像TFTLCD需要背光，因此可视度和亮度均高，其次是电压需求低且省电效率高，加上反应快、重量轻、厚度薄，构造简单，成本低等，被视为21世纪最具前途的产品之一。
有机发光二极体的发光原理和无机发光二极体相似。
当元件受到直流电（DirectCurrent；DC）所衍生的顺向偏压时，外加之电压能量将驱动电子（Electron）与空穴（Hole）分别由阴极与阳极注入元件，当两者在传导中相遇、结合，即形成所谓的电子-空穴复合（Electron-HoleCapture）。
而当化学分子受到外来能量激发後，若电子自旋（ElectronSpin）和基态电子成对，则为单重态（Singlet），其所释放的光为所谓的荧光（Fluorescence）；反之，若激发态电子和基态电子自旋不成对且平行，则称为三重态（Triplet），其所释放的光为所谓的磷光（Phosphorescence）。
当电子的状态位置由激态高能阶回到稳态低能阶时，其能量将分别以光子（LightEmission）或热能（HeatDissipation）的方式放出，其中光子的部分可被利用当做显示功能；然有机荧光材料在室温下并无法观测到三重态的磷光，故PM-OLED元件发光效率之理论极限值仅25%。
PM-OLED发光原理是利用材料能阶差，将释放出来的能量转换成光子，所以我们可以选择适当的材料当做发光层或是在发光层中掺杂染料以得到我们所需要的发光颜色。
此外，一般电子与电洞的结合反应均在数十纳秒（ns）内，故PM-OLED的应答速度非常快。
S.：
PM-OLED的典型结构。
典型的PM-OLED由玻璃基板、ITO（indiumtinoxide；铟锡氧化物）阳极（Anode）、有机发光层（EmittingMaterialLayer）与阴极（Cathode）等所组成，其中，薄而透明的ITO阳极与金属阴极如同三明治般地将有机发光层包夹其中，当电压注入阳极的空穴（Hole）与阴极来的电子（Electron）在有机发光层结合时，激发有机材料而发光。
而发光效率较佳、普遍被使用的多层PM-OLED结构，除玻璃基板、阴阳电极与有机发光层外，尚需制作空穴注入层（HoleInjectLayer；HIL）、空穴传输层（HoleTransportLayer；HTL）、电子传输层（ElectronTransportLayer；ETL）与电子注入层（ElectronInjectLayer；EIL）等结构，且各传输层与电极之间需设置绝缘层，因此热蒸镀（Evaporate）加工难度相对提高，制作过程亦变得复杂。
由于有机材料及金属对氧气及水气相当敏感，制作完成後，需经过封装保护处理。
PM-OLED虽需由数层有机薄膜组成，然有机薄膜层厚度约仅1,000～1,500A°（0.10～0.15um），整个显示板（Panel）在封装加干燥剂（Desiccant）後总厚度不及200um（0.2mm），具轻薄之优势。
4、3市场前景及应用范围
据市场研究公司iSuppli最新发表的研究报告称，2013年全球OLED（有机发光二极管）电视机出货量将从2007年的3000台增长到280万台，复合年增长率为212.3%。
从全球销售收入看，2013年全球OLED电视机的销售收入将从2007年的200万美元增长到14亿美元，复合年增长率为206.8%。
有机发光二极管（OLED）技术在提振行业当前的不景气方面迈出了一大步，它正在显示和照明领域开拓出许多高利润的应用。
有迹象表明，有源矩阵（AM）OLED而非无源矩阵（PM）OLED将最终主宰这一应用领域
以视频眼镜和随身影院为重要载体的头戴式显示器得到了越来越广泛的应用和发展。
其在数字士兵、虚拟现实、虚拟现实游戏、3G与视频眼镜融合、超便携多媒体设备与视频眼镜融合方面有卓越的优势。
与LCD和LCOS相比，OLED在头戴显示器的应用有非常大的优势：
清晰鲜亮的全彩显示、超低的功耗等，是头戴式显示器发展的一大推动力。
率先把OLED应用在视频眼镜上的是美国的eMagin.无论是对于民用消费领域还是工业应用乃至军事用途都提供了一个极佳的近眼应用解决途径。
随之，采用欧洲的超微OLED显示屏的视频眼镜被推上市场。
在国内，iTheater（爱视代）凭雄厚的研发实力率先推出世界首款高分子超微OLED显示屏的视频眼镜；凭借其全知识产权的背景顺利打入国内军事领域，为中国数字士兵的建设出一份力。
在中国企业方面，早在2005年，清华大学和维信诺公司决定开始OLED大规模生产线建设，并最终在昆山建设了OLED大规模生产线；广东省也积极上马OLED专案，截至2009年12月，广东已建、在建和筹建的OLED生产线项目有5个，分别是汕尾信利小尺寸OLED生产线、佛山中显科技的低温多晶硅TFT（薄膜场效应晶体管）AMOLED生产线专案、东莞宏威的OLED显示幕示范生产线项目、惠州茂勤光电公司AM（主动式）OLED光电项目、彩虹在佛山建设的OLED生产线项目。
根据调研公司DisplaySearch的报告，全球OLED产业2009年的产值为8.26亿美元，比2008年增长35%。
中国成为全球OLED应用最大的市场，中国的手机、移动显示设备及其他消费电子产品的产量都超过全球产量的一半。
5、等离子体显示板（PDP）显示
5、1简介
等离子体显示器又称电浆显示器，是继CRT（阴极射线管）、LCD（液晶显示器）后的最新一代显示器，其特点是厚度极薄，分辨率佳。
从工作原理上讲，等离子体技术同其它显示方式相比存在明显的差别，在结构和组成方面领先一步。
其工作原理类似普通日光灯和电视彩色图像，由各个独立的荧光粉像素发光组合而成，因此图像鲜艳、明亮、干净而清晰。
另外，等离子体显示设备最突出的特点是可做到超薄，可轻易做到40英寸以上的完全平面大屏幕，而厚度不到100毫米（实际上这也是它的一个弱点：
即不能做得较小。
目前成品最小只有42英寸，只能面向大屏幕需求的用户，和家庭影院等方面）。
等离子显示器（PDP，PlasmaDisplayPanel）从上世纪90年代开始进入商业化生产以来，其性能指标、良品率等不断提高，而价格却不断下降。
特别是2005年以来，其性价比进一步提高，从前期以商用为主转变成以家用为主。
5、2工作原理及其结构
它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。
它以等离子管作为发光元件，大量的等离子管排列在一起构成屏幕，每个等离子对应的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紫外光，并激发平板显示屏上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光。
每个等离子管作为一个像素，由这些像素的明暗和颜色变化组合使之产生各种灰度和色彩的图像，类似显像管发光。
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、视觉感受舒适、节省空间等优点。
对于具有VGA显示水平的等离子显示器，其前玻璃板上分别有480行扫描和维持透明电极，后玻璃板表面里有2556（852×3）行数据电极，这些电极直接与数据驱动电路板相连。
根据显示水平的不同，电极数会有变化。
在后玻璃板上，制作有数据电极，其上覆盖一层电介质。
红、绿、蓝彩色荧光粉分别排列在不同的数据电极上，不同荧光粉之间用障壁相间。
早期等离子显示器器件的三种荧光粉的宽度一致，由于红、绿、蓝三种荧光粉发光效率各不相同，三种色光混色产生的彩色范围及亮度与CRT相比差别比较大。
称为“非对称单元结构”的专利技术根据三种荧光粉的发光效率，将荧光粉制作成非等宽，在彩色还原度和亮度方面比以前的产品有很大提高，屏幕峰值亮度可达到1000cd/m2以上，整机峰值亮度可达到400cd/m2以上（带EMI滤光玻璃），对比度可达到10000:
1（暗室，无外保护屏）。
在前玻璃板上，成对的制作有扫描和维持透明电极，其上覆盖一层电介质，MgO保护层覆盖在电介质上。
前后玻璃板拼装，封口，并充入低压气体，在两玻璃板间放电。
子场驱动系统等离子显示器的亮度控制通过改变等离子放电时间实现，即子场驱动技术。
一个子场包括初始化、写入和维持三个阶段。
5、3特点
等离子显示器具有高亮度
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