displayboe.docx

1、displayboe各类Display特性介绍CRT | 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

2、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

3、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

4、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)

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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 自发光，显示清晰 容易实现多色显示 图形设计自由度大 工作电压比较低 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： 汽车VFD面板 家电VFD面板 音响、VTR VFD面板 事务机用VFD面板 计量仪器用VFD面板 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

13、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

14、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

15、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 P

16、DP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

17、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

18、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

19、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

20、，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

21、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

22、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ST

23、N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/ST

24、N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.Ber

25、nanose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

26、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

27、。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

28、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、

29、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

30、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

31、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 Trans