各种平板显示技术分析比较

各种平板显示技术的分析比较

摘要：目前平板显示技术包括液晶显示器(LCD)、等离子体显示器(PDP)、发光二极管(LED)显示器、有机发光显示器(OLED)、场致发射显示器(FED)、数字微镜显示器(DLP)、电子纸(E—PAPER)等等。该文介绍并比较了各种平板显示技术的原理、特点以及目前平板显示技术的发展状况，总结了各种平板显示器的发展前景。

关键词：平板显示技术：液晶显示；等离子显示；场发射显示

1.引言

我们知道，传统的电视机和电脑其显示部分基本上都采用阴极射线管cRT显示器。但进入2l世纪以来。随着LCD、PDP等平板显示技术的日臻成熟和价格大幅下降，平板显示器大举夺取CRT显示器市场的时刻已经来到。

2.液晶显示技术

液晶是一种介于液体和晶体之间的物质，它可通过电流控制光线的穿透度而显示出阿像。但液晶本身不会发光。因此所有的液晶显示器都需要背光照明，背光的亮度决定了显示器的亮度。

2.1液晶显示器件的显像原理

入射自然光透过上偏光片后成为线偏振光；由于外加电场的作用，Np型液晶分子会偏向电场方向取向，最终平行于电场方向。因此入射的线偏振光在传播过程中不会发生偏转，光线到达下偏光片时，由于两偏振片互相垂直，偏光方向垂直于下偏光片的偏光方向，光线无法透出。

因此当偏光片采取垂直的设置方式时，液晶显示屏可以实现白底黑字的显示。若当偏光片采取平行的设置方式时，液晶显示屏可以实现黑底白字的显示。

2.2液晶显示器件的优异特性和发展前景

综合比较各类显示器件，你会发现，液晶显示器件确实具有很多独到的优异特性，下面作一下简单介绍：

1）低压、微功耗

2）低压驱动

3）平板型结构

4）被动型显示

5）显示信息量大

6）易于彩色化

7）长寿命

8）无辐射无污染

2.3液晶显示器件的缺点

（1）LCD 屏的液晶单元极易出现暇疵。

（2）可视角度小。

（3）响应时间过长。。

（4）亮度和对比度低。

（5）液晶存在“坏点”问题

（6）液晶显示器的色彩调校问题。

3.等离子体显示技术

3.1PDP的定义、分类与机理

等离子体显示技术是一种利用气体放电发光的有源平板型显示技术。显示器一般由两块玻璃基板、导电电极、介质层等构成，玻璃板内充以氖氩等混合气体。当电极

两端电压高于着火电压时，气体被电离并发光，低于熄灭电压时熄灭。等离子体显示有直流型和交流型两种。直流等离子体显示板的电极直接与气体接触，一般由外部电阻限流。交流等离子体显示板的电极与气体之间隔着介电层，并利用由此形成的电容限流，具有存储能力。等离子体显示具有亮度大、对比度高、寿命长、视角大、功耗低等优点，可用于计算机终端显示以及各种图形、符号、数字的显示。还可用于壁挂式彩色电视和大屏幕显示等。

彩色PDP虽然有多种不同的结构，但其放电发光的机理是相同的。彩色PDP的发光显示主要由以下两个基本过程组成：1.气体放电过程，即隋性气体在外加电信号的作用下产生放电，使原子受激而跃迁，发射出真空紫外线(＜200nm)的过程；2.荧光粉发光过程，即气体放电所产生的紫外线，激发光致荧光粉发射可见光的过程。

DP是指所有利用气体放电而发光的平板显示器件的总称。它属于冷阴极放电管，其利用加在阴极和阳极间一定的电压，使气体产生辉光放电。彩色PDP是通过气体放电发射的真空紫外线（VUV）,照射红、绿、蓝三基色荧光粉，使荧光粉发光来实现彩色显示。其放电气体一般选择含氙的稀有混合气体，如氖氙混合气（Ne-Xe）

按工作方式的不同主要，PDP可分为（1）DC-PDP。放电气体与电极直接接触，电极外部串联电阻作限流之用，发光位于阴极表面，且为与电压波形一致的连续发光。（2）AC-PDP。放电气体与电极由透明介质层相隔离，隔离层为串联电容作限流之用，放电因受该电容的隔直通交作用，需用交变脉冲电压驱动，为此无固定的阴极和阳极之分，发光位于两电极表面，且为交替呈脉冲式发光。（3）SM-PDP。以金属荫罩代替传统的绝缘介质障壁。具有制作工艺简单，易于实现大批量生产；放电电压低，亮度高，响应频率快的优点。

3.2 PDP的特点：

1、易于实现薄型大屏幕。厚度一般小于12cm，重量只有几十斤，分别约为CRT的1/1 0和1/6，PDP 的显示面积可以做得很大，不存在原理上的限制，而目前主要受限于制作设备和工艺技术。目前，PDP 屏的尺寸主要集中在对角线37—80英寸的范围。

2、具有高速响应特性。PDP显示器以气体放电为基本物理过程，其“开”“关”速度极高，在微秒量级。因而扫描线数和像素数几乎不受限制，特别适合大屏幕高分辨率显示。

3、可实现全色彩显示。利用稀有混合气体放电产生的紫外线激励红、绿、蓝三基色荧光粉发光，并采用时间调制（脉冲调制）灰度技术，可以达到256级灰度和1677万种颜色，能获得与CRT同样宽的色域，具有良好的色彩还原性。

4、视角宽可达160度。

5、伏安特性非线性强，具有很陡的阀值特性。PDP工作时，非寻址单元几乎不发光，因而对比度可以达到很高。

6、具有存储功能。AC-PDP屏本身具有存储特性，工作在存储方式，从而使扫描线数达到1000线以上时，也不会使显示屏亮度明显下降，容易实现大屏幕和高亮度。

7、无图像畸变，不受磁场干扰。

8、应用环境范围宽。结构整体性好，抗震能力强。可在很宽的温度和湿度范围内及在有电磁干扰、冲击等恶劣环境条件下工作。

9、工作于全数字化模式。

10、具有长寿命。单色PDP的寿命可达10万小时，彩色PDP也可达3—4万小时。

11、因PDP内部气压为0.5个大气压，所以海拔2000m以上不能使用。

4.场发射显示

4.1场发射显示的结构

阳极的玻璃衬底内侧涂上发光粉。阴极玻璃衬底外侧为驱动电极，内侧制成发射尖锥。器件外围进行真空封装，阴极与阳极之间利用隔柱分隔，以承受大气压力。两电极和中间的空隙均在1mm左右。Si电阻层放置在金属导电层之上，其上制成很多个锥形尖端，用于发射电子。尖端左右为门电极。门电极之间间隔约1μm。

FED是利用阴极射线发光来显示信息的，加电压后，发射尖端发射出电子。这些电子透射到发光层中，为初级电子。初级电子具有较高的能量，会在发光层中产生大量的电子空穴对。这些电子空穴对在发光层中扩散，有的复合后激发发光中心实现发光，也有的电子空穴对被猝灭。另有一部分电子空穴对扩散到表面而无辐射复合。每一个像素都是由多个发射尖锥所对应的发光层部分构成的，通过驱动电极对适当的像素寻址，即可实现图像的显示。4.2 FED显示特点

对于FED 而言,它具有CRT 的高图像质量,LCD 的超薄型以及POP 的大面积等特性。在发光效率、亮度、视角、功耗等方面具有和LCD 和PDP相当的优势。其FED 还具有分辨率高、色再现性好、对比度好、响应速度快,耐严酷的高低温、抗振动冲击,电磁辐射极微,生产成本较低,易于实现数字化显示等特点。

4.3 FED存在的问题

（1）场发射阴极的制造

FED采用的场发射阴极都是pindt型阴极，其基本单元由一个微尖锥和一个围绕此尖锥的门电极组成。此类场发射阴极存在一些问题：(1)微尖锥对各种污染十分敏感，在制造过程和工作过程中很容易受污染，严重影响FED的寿命；(2)制造成本过高；(3)大面积阴极的制造，设备投资很大，技术上也有难点；(4)从原理上说，冷阴极不需要加热，效率很高，但实际上，这类阴极有很大的电容，在视频速度工作下，电路功耗很大，这不仅降低了它的效率，也使它的写入速度和图像灰度受到影响。

（2）发光材料

目前试制的FED的工作寿命都较短。其主要原因是发光材料在工作时，受电子束轰击，产生放气、分解、溅射等过程，污染场发射阴极，使其发射效率下降。

（3）极间隔离术

由于FED为真空器件，阴阳极间必须采用某种隔离支撑的措施，以承受大气压。事实上，这是所有真空大屏幕(大于5英寸)显示技术中的关键。它必须有足够的机械强度，且能承受高电压而不被击穿，同时还不能在图像中留下影子而损害图像质量。它还需要易于封装，以降低成本。这项技术目前也制约了FED的进一步发展。

5.有机显示

5.1有机显示的机理

OLED是利用电流驱动有机半导体薄膜发光的显示器件。OLED的结构是典型的三明治结构，有机小分子薄膜或高分子薄膜夹在阳极和阴极之间。阳极是高功函数的氧化铟锡OTO)导电玻璃，阴极是低功函数的金属或合金。在外电场的作用下，电子和空穴首先被注入到有机小分子／高分子层，带相反电荷的载流子在小分子／高分子层内迁移，复合后形成激子，由激子辐射衰减而发光。

一般认为，聚合物和小分子电致发光的发光机理是，在外界电压驱动下，由电极注入的电子与空穴会在有机物中复合而释放出能量，传递给有机发光物质的分子，使其从基态跃迁到激发态。当受激分子从激发态回到基态时，辐射跃迁而产生发光现象。有机电致发光过程通常由以下5个阶段完成。

（1）载流子的注入：在外加电场作用下电子和空穴分别从阴极和阳极注入夹在电极之间的有机功能薄膜层；

（2）载流子的迁移：注入的电子和空穴分别从电子传输层和空穴传输层向发光层迁移；

（3）载流子的复合：电子和空穴结合产生激子；

（4）激子的迁移：激子在电场作用下迁移，将能量传递给发光分子，并激发电子从基态跃迁到激发态；

（5）电致发光：激发态能量通过辐射失活，产生光子，释放出光能。

5.2有机电致发光显示的分类与特点

根据发光材料的不同，OLED可以分成三类，即小分子OLED，聚合物OLED(也被称之为P LED)和镧系有机金属OLED(也叫稀土OLED)。在小分子OLED中，发光体是离散的分子。第二类有机发光材料是共轭聚合物。与小分子不同，聚合物发光材料的成膜可用溶液方法进行处理。通常采用的方法是旋涂法和喷黑打印方法。目前广泛使用的材料除了PPV之外，主要还有MEH—PPV和聚芴类材料。介于小分子和聚合物发光材料之间的另一类重要材料是镧系金属有机化合物，它属于稀土类发光材料。由这类材料构成的器件不妨称之为稀土OLED。在稀土OLED中，发光分子由一个金属核心和外围的有机壳层组成。。其发光机制与前两类OL ED不同，加电之后，首先在外围有机壳层中形成激发态，然后将其能量传递给金属核心，金属核心去激时辐射出颜色比较纯正的光。稀土OLED重要特点之一是单重态和三重态都产生光辐射，因此，它的PL和EL效率都很高，由于是金属核心发光，与小分子和聚合物OLE D相比，稀土OLED的光谱非常窄，半峰宽(FWHW)的典型值只有lOOnm。

与目前主流的电子显示技术(阴极射线管(CRT)、液晶显示屏(LCD)、发光二极管(LED)、无机电致发光器件(无机EL)、等离子体放电显示屏(PDP))相比，OLED的主要特点有：

(1)视角宽大，由于自身就有是发光元器件，因此视角相对较大，而LCD需要外部的光源来进行照明，所以视角比较小，颜色会随着角度的变化而变化；

(2)OLED比较小巧、轻薄，由于OLED的厚度仅为500nm，即使加上封装在内起厚度也不超过2mm，因此这种优势是其它产品很难替代的。；

(3)OLED具有高亮度、高对比度、色彩丰富的特点，与LCD相比，OLED可以真正实现真彩色的显示；

(4)OLED器件不像LED，要在基板上长单晶，所以LED难以实现大面积化。而OLED电极间的有机层是非晶薄膜，很容易实现大面积，超薄型显示。其发光的最小单元可以小至数十纳米；

(5)响应速度快。OLED显示器件单个像素的响应速度在lO微秒左右，这比LCD的20多毫秒要快出许多，因此可以适应各种活动图像的应用

(6)OLED驱动电压低，仅需2V～10V，容易实现低功耗，相比LCD，OLED的功耗只是LC D的几十分之一。

(7)工作温度范围广，OLED的工作温度在一40。C～700C之间，即使是在低温下也能正常工作，而LCD则不行此外，有机化合物种类繁多，结构多种多样，可以通过有机合成手段设计和合成出满足各种色彩和工艺要求的材料。从器件结构、制作工艺、材料开发等多方面来考虑，与现在实际应用及正在开发的各种显示器件相比可以说OLED是最理想的一种显示技术。

然而，就目前发展来看，有机电致发光距离大批量产业化还存在几个问题:(1)选择合适的材料，改进蓝光及红光的效率和亮度；(2)器件的寿命还有于进一步的提高；(3)生产技术还远远没有成熟。

6.结论

20世纪，CRT以其优良的显示品质和低价格优势占据了显示器件的统治地位；2l世纪将是平板显示技术的世纪，多种平板显示技术将以其体小量轻质高的魅力称雄于信息显示领域。展单未来，平板显示器以其日趋成熟的技术、不断降低的价格必将在211世纪迎来自己的黄金时代。平板显示器市场将会更加绚丽多姿．人类的生活也将因此变得更加丰富多彩。

参考文献：

【1】李会录，冯佳宁，马学军；有机电致发光显示技术；现代显示；2003（3）；10-15 【2】郑亮，薛唯，钟升东；有机电致发光显示及其发展；现代显示：2002（4）；17-22 【3】徐征，赵辉，杨盛谊，许秀来；场发射显示技术与研究进展；半导体光电；1999（3）；234-240

【4】朱长纯，史永胜；场致发射显示器的现状与发展；真空电子技术；2002（5）；15-17 【5】丁沭沂，李驰；平板显示技术的现状与展望；电脑知识与技术；2010（34）；9854-9 856