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找专业人才 上一览英才 各類Display特性介紹 CRT 發展歷史 CRT（ Cathode Ray Tube）即陰極射線管，作爲成像器件，它是實現最早、應用最爲廣泛的一種顯示技術。陰極射線管（CRT）是德國物理學家布勞恩（Kari Ferdinand Braun）發明的，1897年被用於一台示波器中首次與世人見面。隨後1907年羅辛在利用陰極射線管（CRT）接收器設計機械式掃描器，1929年俄裔美國科學家佐爾金佐裏金發展電子掃描的映射真空管，再到1949年第 1台蔭罩式彩電問世。一百年來，以CRT爲核心部件的顯示終端在人們的生活中得到廣泛的應用，近幾十年來，隨著電腦技術的發展普及，電腦用的CRT顯示器也象電視一樣步入千家萬戶。而與此同時，隨著大衆對顯示效果、品質、健康、環保及人性化等方面要求的不斷提高，CRT的發展經歷了球面、柱面、平面直角、蔭罩式純平面，直到以索尼平面瓏、三菱鑽石瓏爲代表的蔭柵式純平顯像管的不斷完善。 技術原理 CRT顯示終端主要由電子槍(Electron gun)、偏轉線圈(Deflection coils)、蔭罩(Shadow mask)、熒光粉層(phosphor)和玻璃外殼五部分組成。簡單的理解，CRT顯示終端的工作原理就是當顯像管內部的電子槍陰極發出的電子束，經強度控制、聚焦和加速後變成細小的電子流，再經過偏轉線圈的作用向正確目標偏離，穿越蔭罩的小孔或柵欄，轟擊到熒光屏上的熒光粉。這時熒光粉被啟動，就發出光線來。R、G、B三色熒光點被按不同比例強度的電子流點亮，就會産生各種色彩。電子槍(Electron gun)的工作原理是由燈絲加熱陰極，陰極發射電子，然後在加速極電場的作用下，經聚焦極聚成很細的電子束，在陽極高壓作用下，獲得巨大的能量，以極高的速度去轟擊熒光粉層。這些電子束轟擊的目標就是熒光屏上的三原色。爲此，電子槍發射的電子束不是一束，而是三束，它們分別受電腦顯卡R、 G、 B三個基色視頻信號電壓的控制，去轟擊各自的熒光粉單元。受到高速電子束的激發，這些熒光粉單元分別發出強弱不同的紅、綠、藍三種光。從而混合産生不同色彩的圖元，大量的不同色彩的圖元可以組成一張漂亮的畫面，而不斷變換的畫面就成爲可動的圖像。很顯然，圖元越多，圖像越清晰、細膩，也就更逼真。偏轉線圈(Deflection coils)的作用就是幫助電子槍發射的三支電子束，以非常非常快的速度對所有的圖元進行掃描激發。就可以使顯像管內的電子束以一定的順序，周期性地轟擊每個圖元，使每個圖元都發光；而且只要這個周期足夠短，也就是說對某個圖元而言電子束的轟擊頻率足夠高，我們就會看到一幅完整的圖像。有了掃描，就可以形成畫面。蔭罩(Shadow mask)的作用是保證三支電子束在掃描的過程中，準確擊中每一個圖元。蔭罩是厚度約爲0.15mm的薄金屬障板，它上面有很多小孔或細槽，它們和同一組的熒光粉單元即圖元相對應。三支電子束經過小孔或細槽後只能擊中同一圖元中的對應熒光粉單元，因此能夠保證彩色的純正和正確的會聚，所以我們才可以看到清晰的圖像。最後，場掃描的速度來決定畫面的連續感，場掃描越快，形成的單一圖像越多，畫面就越流暢。而每秒鐘可以進行多少次場掃描通常是衡量畫面質量的標準，我們通常用幀頻或場頻(單位爲Hz，赫茲)來表示，幀頻越大，圖像越有連續感。産品應用 陰極射線管(CRT)已有100多年的發展歷史，是實現最早、應用最爲廣泛的一種顯示技術，具有技術成熟、圖像色彩豐富、還原性好、全彩色、高清晰度、較低成本和豐富的幾何失真調整能力等優點，主要應用於電視、電腦顯示器、工業監視器、投影儀等終端顯示設備。FED 發展歷史 場發射電極理論最早是在1928年由R. H. Fowler與L. W. Nordheim共同提出。不過，真正以半導體技術研發出場發射電極元件，開啓運用場發射電子作爲顯示器主要技術，卻是在1968年由C. A. Spindt提出後，才吸引後續衆多研發者的投入。但是，一直到1991年以前，場發射電極的應用卻一直沒有太大進展。直到法國LETI CENG公司在1991年第四屆國際真空微電子會議上展出了一款運用場發射電極技術製成的顯示器成品後，這種技術才真正被世人注意，並吸引了衆多大公司的投入，也從此讓FED加入平面顯示器的競爭行列，成爲TFT-LCD、PDP等大型化顯示技術的競爭對手。技術原理 場致電子發射又稱爲冷電子發射，只需要在陰極表面加一個強電場，不需要任何附加的能量，就能使陰極內的電子具有足夠的能量從表面逸出。它的一個重要應用就是場致電子發射顯示器即FED（field emission display, FED）。其工作原理是使用電場自發射陰極（cathode emitter）材料的尖端放出電子來轟擊螢幕上的熒光粉，啟動熒光粉而發光，有點類似CRT的工作原理，但不同的是CRT在顯像管內部有三個電子槍，爲了使電子束獲得足夠的偏離還不得不把顯像管做得必須有一段距離長，因此CRT顯示器又大又厚又重。而FED在每一個熒光點後面不到3mm處都放置了成千上萬個極小的電子發射器，同時用場發射技術作爲電子來源以取代傳統CRT顯像管中的熱電子槍，由於不是使用熱能，使得場發射電子束的能量分佈範圍較傳統熱電子束窄而且具有較高亮度，因而可以用於平面顯示器並帶來了很多優秀特色。産品優點 FED顯示技術把CRT陰極射線管的明亮清晰與液晶顯示的輕、薄結合起來，結果是具有液晶顯示器的厚度、CRT顯示器般快速的回應速度和比液晶顯示器大得多的亮度。因此，FED顯示器將在很多方面具有比液晶顯示器更顯著的優點：更高的亮度可以在陽光下輕鬆地閱讀；高速的回應速度使得它能適應諸如遊戲電影等快速更新畫面的場合；內置的千萬冗餘電子發射器讓其表面比液晶顯示器更凹凸不平，視角更寬廣，面板的結構相對簡單，而且發射器的數量大大過剩，使合格率更高。即使十分之一的發射器失效，亮度的損失也可以忽略。産品缺點 這種技術需要的電量很大，很難被應用於攜帶型設備。它們比最初設想的更難製造。 而且它們在尺寸方面有限制：到目前爲止被展示過的最大的顯示器是15寸的。也導致了目前FED尚處於實驗室階段，大規模市場應用尚需時日。VFD 發展歷史 真空熒光顯示幕（Vacuum Fluorescent Display，簡稱VFD）是20世紀60年代發明的一種自發光平板顯示器，由於其特有的高亮度、廣視角、耐環境等優點，在顯示器家族中獨樹一幟，常被用作人機對話的終端顯示器。雖然熒光顯示技術的歷史不長，但發展迅猛。二十世紀七十年代從圓柱單位發展到平板多位元管，八十年代的主流産品是厚膜陣列型産品，到八十年代末九十年代初，主要産品則爲薄膜島柵産品。在薄膜島柵技術的基礎上，各種新型的VFD相繼問世，並由於其優越性、新穎性得到廣泛應用。技術原理 普通的VFD是三極管結構的電子管，至少在一個方向可以看到透明的真空容器內，置有燈絲（直熱式氧化物陰極）、柵極（柵網）以及陽極（塗覆有顯示圖形的熒光粉的導體）等基本電極，還置有各種金屬零部件，及通過厚膜或薄膜技術形成的膜層等。VFD結構圖燈絲是在不妨礙顯示的極細鎢絲蕊線上，塗覆上鋇（Ba）、鍶（Sr）、鈣（Ca）的氧化物（三元碳酸鹽），再以適當的張力安裝在燈絲支架（固定端）與彈簧支架（可動端）之間，在兩端加上規定的燈絲電壓，使陰極溫度達到6000C左右而放射熱電子。柵極也是在不妨礙顯示的原則下，將不銹鋼等的薄板予以光刻蝕（PHOTO-ETHING）後成型的金屬網格（MESH），在其上加上正電壓，可加速並擴散自燈絲所放射出來的電子，將之導向陽極；相反地，如果加上負電壓，則能攔阻遊向陽極的電子，使陽極消光。陽極是指在形成大致顯示圖案的石墨等導體上，依顯示圖案的形狀印刷熒光粉，於其上加上正電壓後，因前述柵極的作用而加速，擴散的電子將會互相衝擊而激發熒光粉，使之發光。VFD工作原理圖技術分類 按VFD的結構、顯示形式、顯示內容、驅動方式來分類，如圖所示，已達到商品化的具體組合的品種有數千種之多。VFD分類圖産品特點 n 自發光，顯示清晰n 容易實現多色顯示n 圖形設計自由度大n 工作電壓比較低n 可靠性高（環境適應性好）應用領域 由於它可以做多色彩顯示，亮度高，又可以用低電壓來驅動，易與積體電路配套，所以被廣泛應用在如下領域：n 汽車VFD面板n 家電VFD面板n 音響、VTR VFD面板n 事務機用VFD面板n 計量儀器用VFD面板n 通信設備用VFD面板PDP 發展歷史 等離子顯示器於1964年由美國的伊利諾斯大學的兩位教授發明，70年代初實現了10英寸512512線單色的批量生産，80年代中期，美國的Photonisc公司研製了60英寸級顯示容量爲20482048線單色PDP。但直到90年代才突破彩色化、亮度和壽命等關鍵技術，進入彩色實用化階段。 1993年日本富士通公司首選進行21英寸640480圖元的彩色平等PDP生産，接著日本的三菱、松下、NEC、先鋒和WHK等公司先後推出了各自研製的彩色PDP，其解析度達到實用化階段。富士通公司開發的55英寸彩色PDP的解析度達到了19201080圖元，完全適合高清晰度電視的顯示要求。近年來，韓國的LG、三星、現代，我國臺灣省的明基、中華映管等公司都已走出了研製開發階段，建立了英寸級的中試生產線，美國的Plasmaco公司、荷蘭的飛利浦公司和法國的湯姆遜公司等都開發了各自的PDP産品。技術原理 PDP(Plasma Display Panel)即等離子體顯示技術，等離子體(Plasma)是指正負電荷共存,處於電中性的放電氣體的狀態。PDP屬於自發光型顯示器。PDP有六大關鍵部件即等離子顯示幕體（PANEL）、驅動電路、遮罩玻璃(EMI filter)、電源(PSU)、介面電路(VSC)和外殼(Cover )組成。 等離子顯示幕一種利用氣體放電激發熒光粉發光的顯示裝置，其工作機理類似普通日光燈，由相距幾百微米的兩塊玻璃板，中間排列大量的等離子管密封組成的。每個等離子管是在兩層間隔爲100200um的玻璃襯板之間隔成的小室，每個小室內都充有氖氙氣體。在等離子管電極間加上高壓後，封在兩層玻璃之間的等離子管小室中的氣體會産生輝光放電，産生紫外光(147nm)，激發平板顯示幕上的紅綠藍三基色磷光體熒光粉出可見光。每個等離子腔體作爲一個圖元。由這些圖元的明暗和顔色變化，合成各種灰度和色彩的電視圖像。 按PDP驅動方式分PDP有交流型(AC)和直流型(DC)兩種類型。其中交流驅動式又分爲存儲效應型和刷新型，直流驅動式又分爲刷新型和自掃描型。但是由於圖像不會産生閃爍、具有由顯示幕確定的存儲特性及較高的亮度三個原因，交流電壓驅動的PDP（ACPDP）處於技術主流地位。技術特點 PDP優點： 1、 純平面顯示、厚度薄、體積小、重量輕 2、 螢幕亮度均勻、不會因地磁影響出現色彩漂移、幾何失真和噪音現象 3、 色彩還原性好，灰度可超過256級，相應速度快、寬視角（可達到160度） 4、 具有記憶特性，高亮度、高解析度、高對比度、大螢幕（可達70吋） 5、 多種音效、畫效，可變色溫，低環境光反射，無X射線輻射PDP缺點： 1、 承壓能力差 2、 功耗大、光效低 3、 成本高、價格昂貴應用領域 PDP工作在全數位元化模式，易於製成大螢幕顯示，是數位電視、高清晰度電視、電腦工作站及多媒體終端理想的顯示器件。尤其是近年來，關鍵技術基本突破，産品性能逐漸提高並已達到實用水平。預期今後在大螢幕壁挂電視、電腦工作站、多媒體顯示等領域將具有巨大的市場前景。 STN 液晶的發展歷史 1888年一位奧地利的植物學家F.Renitzer發現一種螺旋性甲苯酸鹽的化合物具有兩個不同溫度的熔點。而它的狀態介於我們一般所熟知的液態與固態物質之間，在某一溫度範圍內卻具有液體和結晶雙方性質的物質，也由於其獨特的狀態，後來便把它命名爲Liquid Crystal，就是液態結晶物質的意思。1968年美國RCA公司（收音機與電視的發明公司）沙諾夫研發中心的工程師們發現液晶分子會受到電壓的影響，改變其分子的排列狀態，並且可以讓射入的光線産生偏轉的現象。利用這一原理，RCA公司發明瞭世界第一台使用液晶顯示的螢幕。儘管液晶的發現比真空管或是陰極射線管還早，但直到1962年才有第一本由RCA研究小組的化學家喬卡司特雷諾（Joe Castellano）先生所出版的書籍來描述。而與顯像管相同的，這兩項技術雖然都是由美國的RCA公司所發明的，卻分別被日本的Sony與夏普Sharp兩家公司發揚光大。不過，雖然液晶早在1888年就被發現，但是真正被應用到具體的産品中，卻是在80年後的事情了。1973年日本的夏普公司首次將它運用於製作電子計算器的數位顯示。今天，液晶顯示技術作爲人機被廣泛的用在一般的電子産品中，如數碼相機、筆記本電腦、桌面顯示器、電視、手機、工業儀錶等。液晶材料的特性 液晶顯示器是以液晶材料爲基本元件，液晶分子的液體特性使得它具有兩種非常有用的特點：如果你讓電流通過液晶層，這些分子將會以電流的流向方向進行排列，如果沒有電流，它們將會彼此平行排列。如果你提供了帶有細小溝槽的外層，將液晶倒入後，液晶分子會順著槽排列，並且內層與外層以同樣的方式進行排列。液晶的第三個特性是很神奇的，液晶層能夠使光線發生扭轉。液晶層表現的有些類似偏光器，這就意味著它能夠過濾掉除了那些從特殊方向射入之外的所有光線。此外，如果液晶層發生了扭轉，光線將會隨之扭轉，以不同的方向從另外一個面中射出。 液晶的這些特點使得它可以被用來當作一種開關，即可以阻礙光線，也可以允許光線通過。液晶單元的底層是由細小的脊構成的，這些脊的作用是讓分子呈平行排列。上表面也是如此，在這兩側之間的分子平行排列，不過當上下兩個表面之間呈一定的角度時，液晶成了隨著兩個不同方向的表面進行排列，就會發生扭曲。結果便是這個扭曲了的螺旋層使通過的光線也發生扭曲。如果電流通過液晶，所有的分子將會按照電流的方向進行排列，這樣就會消除光線的扭轉。如果將一個偏振濾光器放置在液晶層的上表面，扭轉的光線通過了，而沒有發生扭轉的光線將被阻礙。因此可以通過電流的通斷改變LCD中的液晶排列，使光線在加電時射出，而不加電時被阻斷。也有某些設計了省電的需要，有電流時，光線不能通過，沒有電流時，光線通過。由於STN、TFT兩種液晶顯示技術都以TN技術基礎發展而來的，所以先理解TN液晶技術有利於理解其他兩種技術。 TN技術原理 下圖所表示的是TN型液晶顯示器的簡易示意圖，包括了垂直方向與水平方向的偏光板，具有細紋溝槽的配向膜，液晶材料以及導電的玻璃基板。不加電場的情況下，入射光經過偏光板後通過液晶層，偏光被分子扭轉排列的液晶層旋轉90度，離開液晶層時，其偏光方向恰與另一偏光板的方向一致，因此光線能順利通過，整個電極面呈光亮。當加入電場的情況時，每個液晶分子的光軸轉向與電場方向一致，液晶層因此失去了旋光的能力，結果來自入射偏光片的偏光，其偏光方向與另一偏光片的偏光方向成垂直的關係，並無法通過，電極面因此呈現黑暗的狀態。 其顯像原理是將液晶材料置於兩片貼附光軸垂直偏光板之透明導電玻璃間，液晶分子會依配向膜的細溝槽方向依序旋轉排列，如果電場未形成，光線會順利的從偏光板射入，依液晶分子旋轉其行進方向，然後從另一邊射出。如果在兩片導電玻璃通電之後，兩片玻璃間會造成電場，進而影響其間液晶分子的排列，使其分子棒進行扭轉，光線便無法穿透，進而遮住光源。這樣所得到光暗對比的現象，叫做扭轉式向列場效應，簡稱TNFE（Twisted Nematic Field Effect）。在電子産品中所用的液晶顯示器，幾乎都是用扭轉式向列場效應原理所製成。 STN技術原理 STN型的顯示原理與TN相類似，不同的是TN扭轉式向列場效應的液晶分子是將入射光旋轉90度，而STN超扭轉式向列場效應是將入射光旋轉180270度。 要在這裏說明的是，單純的TN液晶顯示器本身只有明暗兩種情形（或稱黑白），並沒有辦法做到色彩的變化。但如果在傳統單色STN液晶顯示器加上一彩色濾光片（color filter），並將單色顯示矩陣之任一圖元（pixel）分成三個子圖元（sub-pixel），分別通過彩色濾光片顯示紅、綠、藍三原色，再經由三原色比例之調和，也可以顯示出全彩模式的色彩。另外，TN型的液晶顯示器如果顯示幕幕做的越大，其螢幕對比度就會顯得較差，不過藉由STN的改良技術，則可以彌補對比度不足的情況。産品應用 平面顯示技術在近期呈現多元的發展，在LCD産業中，成熟的TN/STN技術面對諸多新興的TFT、LTPS TFT、OLED等的強力競爭，市場佔有率逐漸下滑，雖然TN/STN LCD在色彩表現、反應速度等性能方面不如TFT，但由於TN/STN LCD在低耗電及售價低的優勢下，在結合近期開發的65K色、反應速度小於60ms等新技術後，仍能有效滿足中小尺寸産品在動畫顯示方面的需求。展望未來，雖然在整體産量大幅成長的機會不大，但在中小尺寸顯示設備中仍大有應用空間，如手機、PDA、數位相機、電子錶、計算器等。OLED 發展歷史 OLED (Organic Light Emitting Diode)即有機電致發光，有機電致發光是本世紀五六十年代的産物。1953年A.Bernanose等人在蒽單晶片的兩側加400V的直流電壓時,觀察到了發光現象，這是有機EL的最早報道。到了七十年代,單晶方面的工作積累促進了有機電致發光材料的研究。1970年，D.F.Williams等人在100V驅動電壓下得到了量子效率達5%的有機EL器件。1987年，美國柯達公司的C.W.Tang及其合作者採用新結構和選用新材料，首次將空穴傳輸層引入了有機薄膜發光器件中，製備了具有雙層結構的器件，使有機電致發光的研究開始了一個新的階段。技術原理 OLED基本結構如下圖，利用一個薄而透明具導電性質的銦錫氧化物（ITO）爲正極，與另一金屬陰極以如同三明治般的架構，將有機材料層包夾其中，有機材料層包括電洞傳輸層（HTL）、發光層（EL）、與電子傳輸層（ETL）。當通入適當的電流，此時注入正極的電洞與陰極來的電荷在發光層結合時，即可激發有機材料生成光線，而不同成分的有機材料會發出不同顔色的色光，因此選擇不同的發光材料就可以實現全色的顯示。OLED結構圖有機電致發光可概括爲以下四個步驟：1) 載流子的注入(電子和空穴分別從陰極和陽極注入) 2) 載流子的傳輸( 注入的電子和空穴在有機層內傳輸) 3) 載流子複合與激子的形成 4) 激子衰減而發出光子(在發射層中實現) 技術分類 以OLED使用的有機發光材料來看，一是以染料及顔料爲材料的小分子器件系統，另一則以共軛性高分子爲材料的高分子器件系統。同時由於有機電致發光器件具有發光二極體整流與發光的特性，因此小分子有機電致發光器件亦被稱爲OLED(Organic Light Emitting Diode)，高分子有機電致發光器件則被稱爲PLED (Polymer Light-emitting Diode)。小分子及高分子OLED在材料特性上可說是各有千秋，但以現有技術發展來看，如作爲監視器的信賴性上，及電氣特性、生産安定性上來看，小分子OLED現在是處於領先地位，當前投入量産的OLED元件，全是使用小分子有機發光材料。OLED及PLED比較加工方式專利授權材料廠商優 勢劣 勢適用領域顯示器廠商小分子採用熱蒸鍍方式Kodak對於專利授權較不積極Eastman Kodak、出光興産、東洋INK製造、三菱化學、三井化學、UDC等容易彩色化製造工藝控制較容易且穩定材料的合成與純化較爲容易設備成本較高對於水分的耐受性不佳高單價、高附加價值的産品Pioneer、Sharp、NEC、東芝、日本精機、三洋電機、eMagin等高分子採用旋轉塗布方式CDT對技轉與專利授權較爲積極CDT、Covion、Dow Chemical、住友化學等設備成本較低器件構造較簡單耐熱性較佳蒸鍍率低容易造成材料浪費熱穩定性與機械性質較差驅動電壓較高彩色化較困難研發腳步較慢量大、低單價的産品Seiko Epson、Royal Philips、Electronics、UNIAX、HP、Du Pont資料來源：全球電子報以OLED使用的驅動方式來看，可分爲無源矩陣驅動方式及有源矩陣驅動方式兩大類。目前無源矩陣驅動方式OLED在壽命、發色、耗電量等議題上都獲得了長足進步，當前市面上推出的OLED産品幾乎全爲無源矩陣驅動方式的OLED産品，但其製造技術仍未完全成熟。OLED驅動方式比較優 勢劣 勢顯色能力階段性目標無源驅動方式構造簡單成本低廉（低於LCD）耗電量大、壽命低顯示器件劣化不適於大畫面高解析發展單色或多彩2000年起切入手機、PDA等市場，搶佔小尺寸LCD的市場有源驅動方式低電壓驅動、低耗電適合大畫面高解析發展亮度高回應時間快技術門檻較高(須低溫多晶矽TFT-LCD技術)生産成本高全彩2002年起取代低溫多晶矽TFT-LCD在消費電子市場的地位資料來源：全球電子報産品優缺點 有機電致發光由於其自身的發光特點, 具有如下的優點：1)可以獲得可見光區的任意一種的高亮度發光。2)製備工藝簡單。 3)對比度高,最大亮度大於100,000cd/m24)驅動電壓低, 功耗小, 發光效率高, 可以用電池提供工作電源5)效應速度快, 全固化, 抗震性能好, 工作溫度範圍廣有機發光顯示幕就目前發展來看, 有機電致發光距離大批量産業化, 還存在兩個問題: 一、 選擇合適的材料, 改進藍光的效率和亮度； 二、 器件的壽命還有待於進一步的提高。産品應用 有機電致發光器件的應用十分廣泛, 在小尺寸方面它可用作手機, 掌上電腦的顯示幕, 電梯的指示牌等。在大尺寸方面可用在電腦的顯示器, 電視螢幕, 及作爲商場或火車站的廣告牌。 特別的由於它對於溫度的要求不高, 因此它可以用在比液晶更惡劣的環境中。TFT 發展歷史 液晶顯示器出現，同時TFT-LCD（薄膜電晶體）液晶顯示器技術被研發出來，但液晶技術仍未成熟，難以普及。80年代末90年代初，日本掌握了TFT-LCD生産技術，TFT LCD工業開始高速發展。技術原理 TFT LCD源自TN和STN，但不論是技術原理還是製造工藝卻比TN和STN複雜的多，TFT LCD面板主要是由偏振片、玻璃基板、公共電極、ITO圖元電極、控制IC、彩膜（CF）等構成（見下圖）。圖1 TFT LCD 結構圖1.偏振片 2.玻璃基板 3.公共電極 4.取向層 5.封框膠 6.液晶 7.隔墊物 8.保護層 9.ITO圖元電極 10.柵絕緣層 11.存貯電容底電極 12.OTFT漏電極 13.OTFT柵電極 14.有機半導體有源層 15.OTFT源電極及引線 16.各向異性導電膠（ACF）17.TCP 18.驅動IC 19.印刷電路板（PCB）20.控制IC 21.黑矩陣（BM）22. 彩膜（CF）圖2 TFT-LCD屏剖面圖 TFT就是“Thin Film Transistor”的簡稱，一般代指薄膜液晶顯示器，而實際上指的是薄膜電晶體（矩陣） 可以“主動的”對螢幕上的各個獨立的圖元進行控制，這也就是所謂的主動矩陣TFT（active matrix TFT）的來歷。那麽圖像究竟是怎麽産生的呢？基本原理很簡單：顯示幕由許多可以發出任意顔色的光線的圖元組成，只要控制各個圖元顯示相應的顔色就能達到目的了。在TFT LCD中一般採用背光技術，爲了能精確地控制每一個圖元的顔色和亮度就需要在每一個圖元之後安裝一個類似百葉窗的開關，當“百葉窗”打開時光線可以透過來，而“百葉窗”關上後光線就無法透過來。當然，在技術上實際上實現起來就不像剛才說的那麽簡單， 目前使用的最普遍的是扭曲向列TFT液晶顯示器（Twisted Nematic TFT LCD），我將就圖3、4來講解一下TFT的基本原理。一個成品TFT顯示幕，一般由一個夾層組成，組成這個夾層的每一層大致是偏光板、彩色濾光片組成，這兩層之間就是液晶層。偏光板、彩色濾光片決定了多少光可以通過以及生成何種顔色的光。這個夾層位於兩層玻璃基板之間。在上層玻璃基板上有FED電晶體，而下層是共同電極，他們共同作用可以生成能精確控制的電場，電場決定了液晶的排列方式。 大家知道三原色，所以構成顯示幕上的每個圖元需上面介紹的三個類似的基本元件來構成，分別控制紅、綠、藍三種顔色。 圖3扭曲向列TFT顯示器工作示意圖（關） 在上、下兩層上都有溝槽，其中上層的溝槽是縱向排列，而下層是橫向排列的。而下層是橫向排列的。當不加電壓液晶處於自然狀態，從發光圖3扭曲向列TFT顯示器工作原理圖示意圖層發散過來的光線通過夾層之後，會發生90度的扭曲，從而能在下層順利透過。圖4 扭曲向列TFT顯示器工作示意圖 （開） 當兩層之間加上電壓之後，就會生成一個電場，這時液晶都會垂直排列，所以光線不會發生扭轉結果就是光線無法通過下層（見圖4）。 TFT圖元架構如圖5示，彩色濾光鏡依據顔色分爲紅、綠、藍三種，依次排列在玻璃基板上組成一組（dot pitch）對應一個圖元每一個單色濾光鏡稱之爲子圖元（sub-pixel）。也就是說，如果一個TFT顯示器最大支援12801024解析度的話，那麽至少需要128031024個子圖元和電晶體。對於一個15英寸的TFT顯示器（1024768）那麽一個圖元大約是0.0188英寸（相當於0.30mm），對於18.1英寸的TFT顯示器而言（12801024），就是0.011英寸（相當於0.28mm） 圖5 TFT LCD 圖元示意圖 我們知道，圖元對於顯示器是有決定意義的，每個圖元越小顯示器可能達到的最大解析度就會越大。不過由於電晶體物理特性的限制，目前TFT每個圖元的大小基本就是0.0117英寸（0.297mm），所以對於15英寸的顯示器來說，解析度最大只有12801024。産品應用 TFT LCD由於它的體積小、重量輕、無輻射等優點，在很多領域得到廣泛應用。n 電子儀器、儀錶n 文字處理機n 電子手錶、計算器n 筆記本電腦、平板電腦n 臺式電腦監視器n 工業監視器n 攝像機、數碼相機n 投影顯示n 車載或攜帶型VCD、DVDn 手機屏、PDA 、GPSn 液晶電視、高清晰度數字電視DLP 技術原理 DLP（Digital Light Processor）數碼光輸處理器包括數碼微鏡元件（DMD）、光源、彩色濾波器系統、冷卻系統、照明及投射光學鏡頭。DLP投影機以DMD（Digital Micormirror Device）數位微鏡作爲成像器件. 單片DMD由很多微鏡組成，每個微鏡對應一個圖元點 ,DLP投影機的物理解析度就是由微鏡的數目決定的。其工作過程如下：光源所發白光，經分色輪著色，被分成不同時段的紅綠藍三束色光。三色光經DMD反射成像，最後三色像分時間先後進行疊加，還原出原色投放螢幕。 DMD可形容是一個半導體光開關制。數萬個微小的四方鏡面（1616MM）組合在有鉸式記憶系統（SRAM）上面。每塊鏡能開關一個光的圖元。鉸可讓鏡面呈兩種情況傾斜：開進+10度：關時-10度；當鏡面不工作時停在靜止的0度。根據應用，DLP系統可接受數碼或類比訊號。類比訊號在DLP中或原廠器材前端處理器中轉換成數碼。任何錯雜的影視訊號均會經過處理變成一個完整畫幅的視頻訊號，從這裏，訊號通過DLP影視處理轉變成累進的紅、綠、藍（RGB）資料，然後這些資料形成整個二位元元比特（0和1）資料面。一旦影視和圖解訊號變成數碼形式即傳送到DMD，每個訊息的圖元以1：1比率直接在它自己的鏡面上製圖，以數碼控制極爲準確。技術特點 技術優點： DLP顯示板的優點是它們有極快的回應時間。你可以在顯示一幀圖像時將獨立的圖元開關很多次。它使利用一塊顯示板通過逐場過濾（field-sequential）方式産生真彩圖像。步驟如下：首先，綠光照射到面板上，機械鏡子進行調整來顯示圖像的綠色圖元資料。 然後鏡子再次爲圖像的紅色和藍色的圖元資料進行調整。（一些投影儀通過使用第四種白色區域來增加圖像的亮度並獲得明亮的色調。）所有這些發生得如此之快，以致人的眼睛無法察覺。循序出現的不同顔色的圖像在大腦中重新組合起來形成一個完整的全彩色的圖像。 對高質量的投影系統，可以使用3塊DLP顯示板。每塊板分別被被打上紅色、綠色和藍色，圖像被重組爲一個單一的真彩色的圖像。這種技術已經被用在一些數位電影院中的大型投影設備上。DLP顯示板有高解析度而且非常可靠。 它們的對比度大約是多晶矽LCD投影儀的兩倍，這使它們在明亮的房間中更有效。 技術缺點: DLP本身幾乎沒有什麽問題，但是它們比多晶矽面板更貴。當你仔細觀察螢幕上移動的點的時候，（尤其是在黑色背景上的白點），你會發現採用逐場過濾方式的圖像將會分解爲不同的顔色。使用投影機時，電機帶動色輪旋轉時會發出一定的噪音。現在市面上的一種新的固態濾色系統可以較好的解決這個問題。應用領域 DLP應用的前景非常看好，小型DLP投影機正在進軍家庭娛樂市場。DLP技術在桌面投影顯示器市場也有光明的前景。LCOS 面板結構 LCOS（Liquid Crystal on Silicon）屬於新型反射式微LCD，其結構是在矽片上“生長”液晶，利用積體電路工藝製作驅動面板（又稱CMOS-LCD），經過研磨技術磨平後鍍上鋁當反射鏡，形成CMOS基板，再將CMOS基板與含有透明電極的玻璃（ITO）極板貼合，再注入液晶，進行封裝（見圖 1）。在單晶矽片上集成和存貯電容器的陣列，通過開孔把漏電極和圖元電極連結，圖元電極用鋁做成反射電極。爲防止強光照射溝道，加一層金屬擋光層。另一側基板是ITO電極的玻璃板。液晶層盒厚受圖元尺寸限制，一般盒厚爲幾微米。投影顯示系統技術原理 投影機的基本原理與投影機相似，只是投影機是利用面板來調變由光源發射出來欲投影至螢幕的光信號，當光線照射到LCOS晶片時，其反射光就受到CMOS電極和ITO電極之間電壓的調製，因此LCOS晶片實際上是一種光調製器件。利用這種特性，將圖像或資料資訊轉換爲CMOS電極陣列的電壓，就可以實現反射光的成像。光源的光經過極化和傳輸系統到棱鏡分光爲紅綠蘭三種光並照射到LCOS晶片上被圖像調製，調製後的光線在經光會聚系統合成後進入投影鏡頭並照射到螢幕上成像。 面板是以晶片爲電路基板，因此無法讓光線直接穿過，其分光合光系統設計和投影機有些不同，通常需要在分光合光系統中利用偏極化分光鏡（ ；），將入射面板的光束與反射後的光束分開。 由光源所發出的光經由 （雙色鏡）後分成、三色光，此三色光分別通過各自的後，會反射偏光進入面板，當液晶顯示爲亮態時，偏光將改變成偏光，最後以雙色棱鏡（ ）組合調變過的三道偏極光，投射至螢幕處得到影像。圖2 LCOS成像原理圖應用領域 和透射式LCD技術相比，LCOS可以很容易地實現高解析度和充分的色彩表現，而且可以較大地降低成本。LCOS的用途十分廣泛，大到背投彩電，小至數碼相機都可以使用它作爲顯像器件。雖然LCOS看起來簡單，但要産品化還要有一個過程，並不是像想象的那樣容易形成産業。LCOS技術一經推出便在全世界範圍內造成極大影響，但由於製造工藝等方面原因，目前基於LCOS技術的産品還沒有形成大規模量産，只有少數廠家開發出了應用於投影機的LCOS晶片和應用LCOS技術的投影機及背投電視樣機。LCOS技術在以後大螢幕顯示應用領域裏具有很大優勢，它沒有晶元模式，且具有開放的架構和低成本的潛力。新型顯示器件進展 陰極射線管CRT曾經一枝獨秀，但在新的世紀裏，各類顯示器件將各領風騷，百花齊放。總的發展趨勢將是：CRT會緩慢地減少，平板顯示器件(FPD)將快速地增長。預計20042005年，CRT和FPD二者的産值將相當（見表1）。各種平板顯示器件由於自身的技術原因，發展並不平衡。表1 全球CRT和FPD市場分析年份1998199920002001200220032004CRT230240240250250260260FPD140160170180210230260市場仍在擴大顯示器件的發展方向是高解析度、高清晰度。根據市場調查，人們對顯示器件性能的要求各有不同側重，其中要求高解析度的約占52.7%、高亮度的約占20.1%、寬視角的約占17.8%、彩色飽和的約占9.3%。市場對高解析度、高清晰度顯示器件的需求量越來越大，人們對顯示質量和顯示功能的要求也越來越高，越來越多樣化。由於競爭十分激烈，還要求顯示器件成本低，價格便宜。由表2可以看出，從1999年到2005年，FPD産值將會翻番。預計在2004年，FPD産值將超過CRT産值。顯示器主要用於電視、PC、筆記本電腦和移動通訊産品等四個方面，這四個方面占全部顯示市場的87%，其中移動通訊産品市場最大。電視市場主要由CRT、AMLCD(有源矩陣液晶顯示器)和PDP(等離子體顯示器)瓜分；PC顯示器市場主要由CRT和AMLCD瓜分；筆記本電腦市場主要由AMLCD和PMLCD(無源矩陣液晶顯示器)瓜分；移動通訊手機市場主要由STNLCD(超扭曲向列相液晶顯示器)和OLED(有機發光二極體)瓜分。新近問世的Smart Card將會在小型顯示器市場佔有相當大的份額。顯示技術現狀 目前，主要的顯示器件有CRT、AMLCD、PMLCD、ELD(場致發光顯示器)、FED(場發射顯示器)、VFD(真空熒光顯示器)、OLED和PDP等。除CRT和投影顯示器外，其他顯示器件都屬於平板顯示器件(FPD)。 射線管(CRT) 在諸多顯示器中，CRT發展歷史最久，技術最爲成熟。它的優點包括：具有無可匹敵的性能/價格比(25英寸的製造成本只有25美元)；很容易調整解析度(VGAVXGA和HDTV)；形狀和大小的可能變化範圍很大(0.545英寸)；定址極爲簡單(只有7根導線)；可視性很好(高亮度和高對比度)；具有非常好的發光效率等。因此，到目前爲止CRT仍然是顯示技術的主流。CRT的弱項是：大螢幕産品的體積笨重；屏面內有光散射；圖像有閃爍、抖動和畸變；存在視覺疲勞和電磁輻射；最大直觀顯示尺寸被限於45英寸以下；無數位定址；工作電壓和功耗較高；在某些應用中壽命有問題；在蔭罩彩管內解析度受到限制。液晶顯示(LCD) 液晶顯示器件包括有源矩陣(AM LCD)和無源矩陣(PM LCD)兩種。其中，有源矩陣(AM LCD)的主要特點是：高性能、彩色、高解析度、快速、輕薄、有市場。它主要應用於個人視頻用品(TV等)、筆記本電腦和桌上監視器等。目前，AMLCD在生産規模、工業基礎、投資和産品附加價值等方面均領先於其他絕大多數平板顯示技術，而且是研究與開發之源，是所有平板顯示技術的基礎。就市場而言，在單色筆記本電腦市場，AM LCD的對手是PM LCD、TFEL和PDP；在彩色筆記本電腦市場，AM LCD的對手是PM LCD；在彩色桌上監視器市場，AMLCD的對手只有CRT。AM LCD成功的主要原因有二：其一，它有十分雄厚的投資(超過200億美元)；其二，對生産工藝進行行業協同攻關。儘管AMLCD具有優勢，但是其投資沒有明顯的回報，而且生産設備的光、電系統極其複雜，限制了産品生産效率和成品率的提高。無源矩陣(PM LCD)的價格便宜，性能不錯，有一定的市場，供應商很多。主要應用於消費類電子産品和通訊産品。在低功率、單色、低性能等應用領域佔有優勢。PM LCD的性能雖然不是最好的，但能滿足大規模市場的需求。它能在辦公用品、掌上電腦、通訊等主要市場填補AM LCD和欄位式LCD之間的價格/性能間隙，因此能夠生存並不斷發展。LCD功率低、薄、輕，做成IC驅動器可使平板更薄，可用於攜帶型産品、筆記本電腦、監視器、手機等，市場應用範圍較廣泛。但是，它的製作工藝複雜，需要嚴格控制；主要設備價格昂貴；生産成本比同等尺寸的CRT高310倍；視角窄；製造米級的大螢幕顯示幕很困難，且成本十分昂貴。等離子體顯示(PDP) PDP的主要特點是大螢幕、全彩色和視頻顯示。主要應用領域是公共場所資訊顯示、廣告、電視和HDTV等。PDP的主要競爭對手是擬開發的米級TFTLCD、薄型多陰極CRT，而真正的競爭對手是背投式CRTTV，與上述對手相比，PDP的結構比較簡單。PDP成功的主要原因在於PDP的開發是整個PDP行業協同攻關的結果。目前，在解決存在的問題方面已取得進展，而且最新模型的性能已超過規定，很有發展前途。PDP的強項是：大螢幕顯示(達63英寸)、寬視角、薄、對比度好、亮度高（可達600cd/m2）、回應時間快、有衆多的供應商提供支援、可用於TV。但是，目前PDP的顯示板和電子電路成本仍然很高、功耗大、目前普遍採用的工藝不可能簡化、製造工藝也不成熟、在高圖元密度(高解析度)下發光效率低。場致發光(EL) 場致發光包括薄膜場致發光板(TFEL)和普通場致發光板(EL)兩種。其中，薄膜場致發光板(TFEL)的主要特點是成本低、可靠性高。它主要用於測試設備、醫藥設備、金融、登記等領域，不適用於筆記本電腦。早期的TFEL主要用於長壽命、高對比度圖表顯示板。但是，由於TFEL的驅動電壓較高，因而放棄了早期的應用市場。TFEL的顯示性能不如單色PDP，也不如後來的LCD。目前，TFEL在研究與開發領域內仍然是很活躍的器件，它有自發光顯示、無背光源、視角寬、結構簡單、對比度高、薄、圖元密度高、材料成本低、溫度穩定性好的優點。但是，它的功耗大、壽命不夠長、至今沒有好的藍色熒光粉、效率太低、解析度沒有好、工作電壓高，由於採用能量恢復電路，使成本電子學過高。普通場致發光板(EL)的最大優點是：具有很尖銳的閾值(高資訊容量)和長壽命。由於DC粉末、DC薄膜、AC粉末和混合型EL存在壽命和彩色方面的問題，缺少投資者，已暫停生産。現在，AC薄膜的三基色發光效率約0.851m/W。今後還需要在改進發光性能和獲得彩色大螢幕方面做更多工作。EL的強項是：發展前景好、自發射顯示無背光源、足夠寬的視角、發光效率高、對比度高、薄、工作電壓低、壽命長。EL的弱項是：需要外延生長層（費時和複雜）、工藝複雜、成本太高、功耗大。真空熒光顯示(VFD) VFD的主要特點是成本很低、壽命較長、熱穩定性較好、自發光、堅固、資訊容量有限。主要應用於消費類電子學、儀錶、汽車等領域。VFD在欄位式顯示領域中的主要對手是LCD和LED。幾乎所有的欄位式顯示對於價格都極爲敏感。有機發光二極體(OLED)是VFD的最大競爭對手。由於VFD用於低資訊容量顯示的成本很低，可以大量生産小尺寸VFD，所以能在顯示市場上佔有一席之地。有機發光二極體(OLED) OLED的主要特點是低電壓(520V)、低功耗、自發光、高亮度、高對比度、薄、輕(重量只有LCD的一半)、全彩色顯示、高發光效率、快速回應、寬視角、單片結構、加工不複雜、成本低。主要應用於數位攝像機、PDA、手提式産品等消費類産品，及汽車顯示器、頭盔式顯示、電腦顯示器、視頻顯示等工業類産品。無源矩陣OLED適合於文字顯示，有源矩陣OLED適合於視頻及圖表顯示。OLED的發展很快，每年以200%的速度增加。目前，介入新型OLED研發的公司已超過85家。預計OLED將會在許多應用領域擠佔LCD的市場。OLED的市場將不斷擴大。據資料統計顯示，1999年，OLED的産量僅數十萬台，産值約400萬美元，預計2004年的産量將達到1億台，産值達到約7.14億美元。OLED的強項是：快速回應、寬視角、高解析度(AM)、高對比度、薄、低電壓應用、低成本、柔軟基片(塑膠)、工業界廣泛支援、用於LCD和VFD市場。但是，它的色域不滿足EBU規範、效率太低、壽命不夠長、PMOLED解析度較低、LITPS需要AM技術、做大螢幕顯示成本高。場發射顯示板(FED) FED被認爲是CRT的最好繼承者，它具有CRT的優點，又克服了CRT體積笨重的缺點，而且功耗較低，因此一度被認爲是理想的顯示器。但是由於其結構複雜，封裝困難等原因，壽命問題還未解決，因此一些公司紛紛放棄投資，使FED的研發工作受到影響，目前市場還不成熟。但是日本一些公司仍未放棄努力，一旦壽命和製造問題得到解決，FED將會成爲新一代的顯示器。 FED的機遇：用於TV和監視器；採用CRT/PTV熒光粉；採用現成的隔片和三極管技術；與吸氣劑SAES公司合作；全世界對FED陰極的開發使大面積FED陰極製造有望獲得突破；開發各種陰極結構，如：CNT、PFE、SCE、MIS/MIM、BSD等；比PDP便宜，特別是沒有能量恢復電路。表2 全球各種顯示器件市場分析預測年份LCDPDPother FPDCRT合計1999