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显示技术现状

2020-02-07 00:00:21

显示技术现状

    目前,主要的显示器件有CRT、AMLCD、PMLCD、ELD(场致发光显示器)、FED(场发射显示器)、VFD(真空荧光显示器)、OLED和PDP等。除CRT和投影显示器外,其它显示器件都属于平板显示器件(FPD)。 

    射线管(CRT) 在诸多显示器中,CRT发展历史最久,技术最为成熟。它的优点包括:具有无可匹敌的性能/价格比(25英寸的制造成本只有25美元);很容易调整分辨率(VGA~VXGA和HDTV);形状和大小的可能变化范围很大(0.5~45英寸);寻址极为简单(只有7根导线);可视性很好(高亮度和高对比度);具有非常好的发光效率等。因此,到目前为止CRT仍然是显示技术的主流。CRT的弱项是:大屏幕产品的体积笨重;屏面内有光散射;图像有闪烁、抖动和畸变;存在视觉疲劳和电磁辐射;最大直观显示尺寸被限于45英寸以下;无数位寻址;工作电压和功耗较高;在某些应用中寿命有问题;在荫罩彩管内分辨率受到限制。

  液晶显示(LCD) 液晶显示器件包括有源矩阵(AM LCD)和无源矩阵(PM LCD)两种。其中,有源矩阵(AM LCD)的主要特点是:高性能、彩色、高分辨率、快速、轻薄、有市场。它主要应用于个人视频用品(TV等)、笔记本计算机和桌上监视器等。目前,AMLCD在生产规模、工业基础、投资和产品附加价值等方面均领先于其它绝大多数平板显示技术,而且是研究与开发之源,是所有平板显示技术的基础。就市场而言,在单色笔记本计算机市场,AM LCD的对手是PM LCD、TFEL和PDP;在彩色笔记本计算机市场,AM LCD的对手是PM LCD;在彩色桌上监视器市场,AMLCD的对手只有CRT。AM LCD成功的主要原因有二:其一,它有十分雄厚的投资(超过200亿美元);其二,对生产工艺进行行业协同攻关。尽管AMLCD具有优势,但是其投资没有明显的回报,而且生产设备的光、电系统极其复杂,限制了产品生产效率和成品率的提高。

  无源矩阵(PM LCD)的价格便宜,性能不错,有一定的市场,供货商很多。主要应用于消费类电子产品和通讯产品。在低功率、单色、低性能等应用领域占有优势。PM LCD的性能虽然不是最好的,但能满足大规模市场的需求。它能在办公用品、掌上计算机、通讯等主要市场填补AM LCD和字段式LCD之间的价格/性能间隙,因此能够生存并不断发展。

  LCD功率低、薄、轻,做成IC驱动器可使平板更薄,可用于携带型产品、笔记本计算机、监视器、手机等,市场应用范围较广泛。但是,它的制作工艺复杂,需要严格控制;主要设备价格昂贵;生产成本比同等尺寸的CRT高3~10倍;视角窄;制造米级的大屏幕显示屏很困难,且成本十分昂贵。

  等离子体显示(PDP) PDP的主要特点是大屏幕、全彩色和视频显示。主要应用领域是公共场所信息显示、广告、电视和HDTV等。PDP的主要竞争对手是拟开发的米级TFTLCD、薄型多阴极CRT,而真正的竞争对手是背投式CRTTV,与上述对手相比,PDP的结构比较简单。PDP成功的主要原因在于PDP的开发是整个PDP行业协同攻关的结果。目前,在解决存在的问题方面已取得进展,而且最新模型的性能已超过规定,很有发展前途。PDP的强项是:大屏幕显示(达63英寸)、宽视角、薄、对比度好、亮度高(可达600cd/m2)、响应时间快、有众多的供货商提供支持、可用于TV。但是,目前PDP的显示板和电子电路成本仍然很高、功耗大、目前普遍采用的工艺不可能简化、制造工艺也不成熟、在高像素密度(高分辨率)下发光效率低。

  场致发光(EL) 场致发光包括薄膜场致发光板(TFEL)和普通场致发光板(EL)两种。其中,薄膜场致发光板(TFEL)的主要特点是成本低、可靠性高。它主要用于测试设备、医药设备、金融、登记等领域,不适用于笔记本计算机。早期的TFEL主要用于长寿命、高对比度图表显示板。但是,由于TFEL的驱动电压较高,因而放弃了早期的应用市场。TFEL的显示性能不如单色PDP,也不如后来的LCD。目前,TFEL在研究与开发领域内仍然是很活跃的器件,它有自发光显示、无背光源、视角宽、结构简单、对比度高、薄、像素密度高、材料成本低、温度稳定性好的优点。但是,它的功耗大、寿命不够长、至今没有好的蓝色荧光粉、效率太低、分辨率没有TFTLCD好、工作电压高,由于采用能量恢复电路,使成本?电子学?过高。

  普通场致发光板(EL)的最大优点是:具有很尖锐的阈值(高信息容量)和长寿命。由于DC粉末、DC薄膜、AC粉末和混合型EL存在寿命和彩色方面的问题,缺少投资者,已暂停生产。现在,AC薄膜的三基色发光效率约0.8~51m/W。今后还需要在改进发光性能和获得彩色大屏幕方面做更多工作。EL的强项是:发展前景好、自发射显示无背光源、足够宽的视角、发光效率高、对比度高、薄、工作电压低、寿命长。EL的弱项是:需要外延生长层(费时和复杂)、工艺复杂、成本太高、功耗大。

  真空荧光显示(VFD) VFD的主要特点是成本很低、寿命较长、热稳定性较好、自发光、坚固、信息容量有限。主要应用于消费类电子学、仪表、汽车等领域。VFD在字段式显示领域中的主要对手是LCD和LED。几乎所有的字段式显示对于价格都极为敏感。有机发光二极管(OLED)是VFD的最大竞争对手。由于VFD用于低信息容量显示的成本很低,可以大量生产小尺寸VFD,所以能在显示市场上占有一席之地。

  有机发光二极管(OLED) OLED的主要特点是低电压(5~20V)、低功耗、自发光、高亮度、高对比度、薄、轻(重量只有LCD的一半)、全彩色显示、高发光效率、快速响应、宽视角、单片结构、加工不复杂、成本低。主要应用于数字摄像机、PDA、手提式产品等消费类产品,及汽车显示器、头盔式显示、计算机显示器、视频显示等工业类产品。

  无源矩阵OLED适合于文字显示,有源矩阵OLED适合于视频及图表显示。OLED的发展很快,每年以200%的速度增加。目前,介入新型OLED研发的公司已超过85家。预计OLED将会在许多应用领域挤占LCD的市场。OLED的市场将不断扩大。据数据统计显示,1999年,OLED的产量仅数十万台,产值约400万美元,预计2004年的产量将达到1亿台,产值达到约7.14亿美元。OLED的强项是:快速响应、宽视角、高分辨率(AM)、高对比度、薄、低电压应用、低成本、柔软基片(塑料)、工业界广泛支持、用于LCD和VFD市场。但是,它的色域不满足EBU规范、效率太低、寿命不够长、PMOLED分辨率较低、LITPS需要AM技术、做大屏幕显示成本高。

  场发射显示板(FED) FED被认为是CRT的最好继承者,它具有CRT的优点,又克服了CRT体积笨重的缺点,而且功耗较低,因此一度被认为是理想的显示器。但是由于其结构复杂,封装困难等原因,寿命问题还未解决,因此一些公司纷纷放弃投资,使FED的研发工作受到影响,目前市场还不成熟。但是日本一些公司仍未放弃努力,一旦寿命和制造问题得到解决,FED将会成为新一代的显示器。

    FED的机遇:用于TV和监视器;采用CRT/PTV荧光粉;采用现成的隔片和三极管技术;与吸气剂SAES公司合作;全世界对FED阴极的开发使大面积FED阴极制造有望获得突破;开发各种阴极结构,如:CNT、PFE、SCE、MIS/MIM、BSD等;比PDP便宜,特别是没有能量恢复电路。

 

表2 全球各种显示器件市场分析预测

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年份

LCD

PDP

other FPD

CRT

合计

1999

151

8

14

235

404

2005

278

58

20

268

617