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1、中国新型显示技术分析及发展,陶显芳 2009.8.20,新型显示器的发展概况 目前在国际上，继CRT显示器之后已经开发成功的新型显示器一共有十多种，其中有：LCD、PDP、DLP、LCOS、OLED、SED、TDEL、FED、ELD、LD 等，这些显示器大多数属于平板数字显示器。现在已经商品化的大约只有5、6种，其中LCD和PDP仍是目前新型数字显示器的主流，LCD和PDP显示器分别约占新显示器市场中的70%和10%，其余20%为其它平板数字显示器。,什么是平板数字显示器,平板数字显示器的扫描方式,LCD显示器简介 LCD显示器的全称为Liquid Crystal Display液晶显示器，它
2、还可以分TN-LCD、STN-LCD、DSTN-LCD、TFT-LCD等多种。TN-LCD称为扭曲向列型(Twisted Nematic)液晶显示器，STN-LCD称为超扭曲向列型(Super TN)液晶显示器，DSTN-LCD称为双扫描超扭曲向列型(Dual Scan Twisted Nematic)液晶显示器，TFT-LCD称为薄膜晶体管型(Thin Film Transistor)液晶显示器。前三种多用于电脑显示器，后一种主要用于大屏幕电视机图像显示器。,液晶的分子排列,LCD显示的原理1,LCD显示的原理2,TN和STN在结构上的主要不同为液晶分子的扭曲角，TN的扭曲角为90，STN的
3、扭曲角为90270。随 着扭曲角及偏光片角度的不同STN可以有黄绿模式、蓝模式、灰模式等。TN有正性和负性等。STN比TN具有更高路数的驱动能力和优异的电光性能。 DSTN在本质上与STN没有区别，只是显示器的扫描方式不同，DSTN显示器把图像分成上下两部份，同时进行扫描。 FSTN在STN的基础上加上补偿膜，可以补偿掉STN的干涉颜色，实现真正的黑白显示。补偿膜角度不同可以有正性（白底黑字）和负性（黑底白字）的显示。,TN与STN、DSTN、FSTN的区别,LCD产品结构示意图,LCD的主要工艺流程,光刻：在ITO表面形成要求形状的电极,LCD生产工艺,LCD生产工艺,定向层涂覆：在玻璃表面
4、均匀涂覆一层定向层,丝印成盒：将上下两片玻璃用丝印胶黏结在一起，形成一个空盒,LCD的生产工艺,各种矩阵LCD的比较,LCD的背光结构,CCFL (冷阴极荧光灯)特性：高亮度，3000 - 4000 cd/m2 ，长寿命 (约 20,000 小时) ，低发热量 ，亮白色光。,CCFL背光结构,LED (发光二极管) 特性： 光亮度均匀，寿命长 (约 100,000 小时) ，低电压 (支流)驱动，不需要逆变器 ，颜色丰富。,LED背光结构,LCD亮度低的原因,LCD显示器已经有30多年的历史，不过它的技术一直在进步，技术性能一直在提高，特别是最近几年，由于TFT-LCD的性能价格比大幅提高，使
5、它在大屏幕电视显示器中的地位快速提升，目前，它在大屏幕电视显示器中已经稳坐第一把交椅。TFT-LCD的性能价格比大幅提高的主要原因，是因为十几年前LCD显示屏的生产技术突然由日本转移到台湾人手中，特别是2000年以后，大陆突然放松对进口电子产品的限制，使大陆对LCD显示屏需求的大幅增加，同时也刺激了台湾LCD产业链的快速建立和生产效率的膨胀，LCD的生产规模，几年来一直沿着每年新增一代生产线的直线速度增长，目前台湾的七家LCD显示屏生产企业（友达光电、奇美电子、中华映管、广辉电子、元太科技、联友光电、康宁）的产量已经占去世界的半边江山。,LCD显示器的现状,前几年中国已经开始大量引进LCD显示
6、屏的生产技术，其中有京东方、上广电，还有深圳聚龙光电等，这些企业投资巨大，但经济效益都不好，并且这些年来一直出现大规模亏损。根据媒体报道，上广电去年亏损18亿人民币，已经接近倒闭的边缘。主要原因是平板显示屏的产量增长太快，市场很容易出现饱和，加上自己没有关键技术，全部靠技术引进，生产成本比别人的高。不过，就全世界的平板显示器生产企业而言，也没有几家赚钱的，因为自2000年以来，全世界在平板显示器生产线方面的投资已经超过3000多亿美金，按目前的需求和价格，就平均而言，世界上没有一家企业是可以赚钱的。例如，今年一季度，台湾TFT-LCD面板主要生产商，友达和奇美各亏损6亿多美元。,LCD显示器发
7、展的困境,PDP是Plasma Display Panel的简写，也称等离子体显示器。PDP显示器的出现要比LCD显示器晚很多，但作为大屏幕显示器PDP却比TFT-LCD大屏幕显示器早好几年，本来PDP显示器也是一种很有发展前途的大屏幕显示器，但由于生产技术大部分垄断在日本人手中，技术扩散比较慢，产业链建立很慢，跟随PDP发展的中国企业很少，所以它一直都发展不起来。 PDP显示器的优点是对比度比LCD高，特别适用于做大屏幕电视。目前世界上生产PDP等离子显示屏的厂家主要在日本和南韩，国内只有长虹一家，因此，PDP显示屏的主要市场基本在国外，国内市场相对来说比较小，远远不如TFT-LCD显示屏。
8、,PDP显示器简介,PDP显示器的工作原理,PDP显示器的构造,SED（Surface-conduction Electron-emitter Display）显示屏是东芝公司的技术，SED显示图像的质量水平，目前大家都公认是最好的。它采用表面传导电子发射显示技术，属于场发射显示，是一种主动发光的显示技术。SED电视前玻璃基板上涂有红、绿、蓝三色荧光粉，并作为阳极相对后玻璃基板加有几千伏的高压。通过丝网印刷法在后玻璃基板上制作对应每个像素的金属电极，并用喷墨印刷的方法在金属电极间制作氧化钯薄膜电子发射阴极。生成了氧化钯膜的金属电极间距只有4-6纳米，当金属电极间加上十几伏的电压后，极间将形成超
9、高电场，氧化钯膜中的电子会被牵引出来，形成电子发射。 SED平板显示的图像质量相对来说比较好，但由于只有东芝一家单独经营现在很难普及。另外，工作电压需要几千伏，故障率相对比较高。,SED显示器简介,SED显示器的构造,DLP（Digital Light Procession）是一种数字光处理技术，也称数字电子微镜DMD（Digital Micromirror Device ），与前面介绍的平板显示器技术不一样，它是把每个像素点都做成一个反光镜，这个反光镜的角度可以通过电场力的作用可调（正负15度），以此来调节光的强度。这种技术主要用于背投电视（或正投电视），是TI公司的独家技术，国内很少人使用
10、。,DLP背投显示器简介,LCOS（Liquid Crystal on Silicon）称硅基液晶，或硅晶光反射式 micro LCD投影技术，它的工作原理与DLP很接近，即：把每个像素点都做成一个反光镜，不过它这个反光镜用来调节光的强度不是靠反射角，而是靠液晶。这种技术主要用于背投电视（或正投电视），现在国内生产背投电视的厂家很少。,LCOS背投显示器简介,TDEL（Thick-film Dialectric Electroluminescent Technology 厚膜电致发光技术）显示器的原理是利用一整片的蓝色磷光为基础，激发其上的红色和绿色颜料，混合成三色的RGB影像。由于不须要像等
11、离子电视一样复杂的组件，也不须要LCD的背光，37“的TDEL电视样品厚仅2cm，重量则甚至不到一公斤。从技术性能以及性能价格比方面进行比较，TDEL显示器要比PDP和LCD显示器好，应该说是一项比较有发展前途的平板显示器。 这项技术是一个加拿大籍中国人发明的，技术由加拿大iFire公司拥有 ，但由于没有人跟风，一直普及不起来。,TDEL显示器简介,TDEL显示器的构造,OLED显示器简介,OLED其实是英文Organic Light Emitting Display（有机发光显示器）的简称，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
12、的有机材料，发出不同颜色的光，来达成全彩显示器的需求。也有人把 OLED拼写为 Organic Light Emitting Diode （有机发光二极管） ，两个种写法意思基本一样。 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。 目前OLED显示屏现在还存在很多技术问题，最大的问题是有机薄膜管芯容易氧化使用寿命短，因为构成PN结的两块不同性质的导电膜是靠机械接触组合在一起的。,OLED显示器的构造,OLED显示器的构造,主动矩阵OLED (AM-OLED),OLED制造方法简介,OLED生产过程中
13、最重要的一环是将有机层敷涂到基层上。完成这一工作，有三种方法： 1、真空沉积或真空热蒸发（VTE）在真空腔体内对有机物进行加热使其蒸发，然后让这些分子以薄膜的形式凝聚在温度较低的基层上。这一方法效率较低，成本很高。 2、有机气相沉积（OVPD）在一个低压热壁反应腔内，载气将蒸发的有机物分子运送到低温基层上，然后有机物分子会凝聚成薄膜状。使用载气能提高效率，并降低OLED的造价。 3、喷墨打印利用喷墨技术可将OLED喷洒到基层上，就像打印时墨水被喷洒到纸张上那样。喷墨技术大大降低了OLED的生产成本，还能将OLED打印到表面积非常大的薄膜上，用以生产大型显示器。,OLED的优势,OLED的发光层
14、比较轻，因此它的基层可使用富于柔韧性的材料，而不会使用刚性材料。OLED基层为塑料材质，而LED和LCD则使用玻璃基层。 OLED比LED更亮。因为，OLED有机层要比LED与之对应的无机晶体层薄很多，因而OLED的导电层和发射层可以采用多层结构。此外，LED和LCD需要用玻璃作为支撑物，而玻璃会吸收一部分光线。 OLED不需背光系统，所以它们的耗电量小于LCD。 OLED制造起来更加容易，还可制成较大的尺寸。OLED为塑胶材质，因此可以将其制作成大面积薄片状。 OLED的视野范围很广，可达170度左右。而LCD工作时要阻挡光线，因而在某些角度上存在天然的观测障碍。OLED自身能够发光，所以视
15、域范围很宽。,OLED的缺点是寿命短尽管红色和绿色的OLED薄膜寿命较长（1000040000小时），但根据目前的技术水准，蓝色有机物的寿命要短很多（仅有约1000小时），因为蓝色有机物发光效率比较低，提高亮度必然会增加损耗。 造成OLED元件寿命衰退的原因，一个是OLED薄膜不容易散热，温度升高很容易使OLED 损坏；另一个是水气和氧气对OLED元件的渗透，会在OLED元件内部引起阴极氧化，脱膜，以及有机层结晶等等效应，致使元件老化，甚至损毁。 存在色彩纯度不够的问题，不容易显示出鲜艳、浓郁的色彩。,OLED的不足,FED和ELD显示器,FED（Field Emission Display）
16、场致发光显示器：场致发光技术是利用介质材料的分子在电场产生极化充、放电而发光或透光率改变的性质来进行图像显示。 ELD（Electron luminescent Display）电致发光显示器：电致发光技术是利用物体在强电场下会进行电子发射，然后电子撞击其它物体而发光的性质来进行图像显示。 严格来说， FED和ELD并没有本质上的区别，都是在电场的作用下，才会产生相应的结果，只不过前者相当于对一个电容充电，后者相当于对一个电阻加电，并且在大多数情况下，两种形式都同时存在。 目前，用于图像显示的FED和ELD显示器在市场上还很少出现，而用于符号显示的FED和ELD显示器比较多，但由于有些FED和ELD显示器工作电压可以很低，功率损耗也非常低，估计将来在电子书方面会大量使用。,LEDD和LD显示器,LEDD（Light Emitting Diode Display)发光二极管显示器：这种显示器一般用3个（红、蓝、绿）或4个（红、红、蓝、绿）分立发光二极管组成一个像素，并配以相应的驱动电路组装而成。这种LEDD显示器，亮度很高，但点阵很粗糙，
