中国新型显示技术分析及发展

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LiquidCrystalDisplay液晶显示器，它还可以分TN-LCD、STN-LCD、DSTN-LCD、TFT-LCD等多种。TN-LCD称为扭曲向列型(TwistedNematic)液晶显示器，STN-LCD称为超扭曲向列型(SuperTN)液晶显示器，DSTN-LCD称为双扫描超扭曲向列型(DualScanTwistedNematic))液晶显示器，TFT-LCD称为薄膜晶体管型(ThinFilmTransistor)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1LCD显示的原理2TN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的扭曲角为90°~270°。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，3000-4000cd/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显示器发展的困境PDP是PlasmaDisplayPanel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。PDP显示器简介PDP显示器的工作原理PDP显示器的构造SED（Surface-conductionElectron-emitterDisplay）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显示器简介可见光前玻璃基板支柱后玻璃基板荧光粉发射极（阴极）控制极透明电极（阳极）真空SED显示器的构造DLP（DigtalLightProcession）是一种数字光处理技术，也称数字电子微镜DMD（DigitalMicromirrorDevice），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。DLP背投显示器简介LCOS（LiquidCrystalonSilicon）称硅基液晶，或硅晶光反射式microLCD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-filmDialectricElectroluminescentTechnology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OrganicLightEmittingDisplay（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OrganicLightEmittingDiode（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（10000～40000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（FieldEmissionDisplay）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（ElectronluminescentDisplay）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（LightEmittingDiodeDisplay)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，成本非常高，LEDD显示器多用于户外作为广告显示器。LD（LaserDisplay）激光显示器：这种显示器是把经过调制的激光打到一个旋转的反射镜上进行扫描显示。LD显示器亮度非常高，一般只能作为投影显示，多用于广告牌，很难进入家庭