特器与敏感器件显示技术

特器与敏感器件显示技术第1页，共53页，2023年，2月20日，星期六6.1CRT（阴极射线管）显示器

一种以电子（阴极）射线管为显示器件的显示装置。按颜色可以分为黑白、单色和彩色三种类型。图6.1.1第2页，共53页，2023年，2月20日，星期六显像管组成1、电子枪2、偏转线圈3、荫罩4、荧光粉层5、玻璃外壳图6.1.2第3页，共53页，2023年，2月20日，星期六显像管工作原理图6.1.3第4页，共53页，2023年，2月20日，星期六荫罩式和荫栅式CRT荫罩式荫栅式图6.1.4第5页，共53页，2023年，2月20日，星期六荫罩式和荫栅式的差别荫罩式：1、图象和文字锐利；2、工艺成熟，成本低；1、透光率低，难以提高亮度和对比度2、发热引起的型变严重荫栅式：1、画面鲜艳，没有颗粒感；2、透光率高，亮度和色彩饱和度更好；3、型变小1、需要加阻尼线；2、工艺复杂；第6页，共53页，2023年，2月20日，星期六6.2平板显示器

2010年十大高分辨率电视(HDTV)趋势如下：LED背光液晶电视；240Hz画面更新率；上网功能；2160p分辨率(3840x2160像素)；超薄OLED显示器将更为普及；更多厂商进入激光电视市场；3D电视机；尺寸更大的等离子电视；HDTV/蓝光播放复合机；更多电视机符合节能环保规范。

第7页，共53页，2023年，2月20日，星期六图6.2.1第8页，共53页，2023年，2月20日，星期六目前竞争最激烈的平板显示器有四个品种：1、场致发射平板显示器（FED）2、等离子体平板显示器（PDP）3、电致发光显示器（EL）4、薄膜晶体管液晶平板显示器（TFT-LCD）前景最大的是：LED电视、LD电视、OLED电视第9页，共53页，2023年，2月20日，星期六6.2.1场致发射平板显示器（FED）

场发射平板显示器原理类似于CRT，CRT只有一支到三支电子枪，最多六支，而场发射显示器是采用电子枪阵列（电子发射微尖阵列，如金刚石膜尖锥），分辨率为VGA（640×480×3）的显示器需要92.16万个性能均匀一致的电子发射微尖，材料工艺都需要突破。目前美国和法国有小批量的小尺寸的显示屏生产，用于国防军工，离工业化、商业化还很远。

图6.2.2图6.2.3第10页，共53页，2023年，2月20日，星期六6.2.2等离子体平板显示器（PDP）等离子体发光显示是通过微小的真空放电腔内的等离子放电激发腔内的发光材料形成的，发光效应低和功耗大是它的缺点，但在102-152cm对角线的大屏幕显示领域有很强的竞争优势。图6.2.4第11页，共53页，2023年，2月20日，星期六（一）气体放电的物理基础点火开始在放电单元上施加电压时，从阴极释放出来的电子在电场作用下获得加速，并撞击封入的气体分子，激励和电离气体分子，产生激励原子、电子以及阳离子。电离产生的电子向阳极方向运动，而离子向阴极运动，当部分阳离子返回到阴极时，使气体的绝缘层破坏，也就是点火开始，它是高压场电离气体和阳离子轰击阴极而释放二次电子两种效应复合作用的结果。第12页，共53页，2023年，2月20日，星期六等离子体显示屏一般工作于正常辉光放电区，此区域辉光稳定，可以在最低的电压下获得最大发光亮度。当电源电压增加到Ｖｂ而内阻又不大时，气体将会被击穿，放电管中产生大量的高能量电子，并碰撞激发中性气体原子发出可见光或紫外光，气体一旦被击穿，就能以一较低的电压Ｖｓ将放电维持在辉光放电区这一特性对等离子体显示器件具有重要意义。第13页，共53页，2023年，2月20日，星期六（一）PDP工作原理等离子屏幕是由多个放电小空间所排列而成，每一个放电小空间称为cell（单元），而每一个cell是负责红绿蓝（RGB）三色当中的一色，因此我们所看到的多种色调的颜色，是由三个cell混合不同比例的原色而混成的，而这个混色的方式，跟液晶屏幕所用到的混色方式其实是相近的。图6.2.5第14页，共53页，2023年，2月20日，星期六显示原理：

它采用了等离子管（每个等离子管为一个基本像素）作为发光元件，屏幕以玻璃作为基板，基板间隔一定距离（点距），四周经气密性封接形成一个个放电空间。当向电极上加入电压，放电空间内的氖氙混合气体便出现等离子体放电现象，气体放电产生紫外线，紫外线照射荧光粉，荧光粉获得能量激发出可见光，显现出图像。图6.2.6第15页，共53页，2023年，2月20日，星期六（C）ＰＤＰ分为直流（ＤＣ）驱动型和交流（ＡＣ）驱动型两种不同方式。直流型电极与放电气体直接接触，紫外线的产生效率高，但显示屏的结构比较复杂，在目前商用彩色ＰＤＰ中已很少用。交流型的电极表面涂敷一层介质层，使其结构类似于一个电容器。交流型ＰＤＰ又分对向放电和表面放电两种，对向放电型ＰＤＰ的结构类似于图a，两电极分别制作在前后玻板上，等离子体放电在整个放电室中进行，优点是放电空间利用充分且比三电极表面放电型ＰＤＰ减少１／３电极；缺点是荧光粉直接暴露在放电等离子体中，容易退化，须采用特别的保护措施。目前的主流彩色ＰＤＰ为三电极表面交流放电型。对向放电型彩色AC-PDP工作特点：极间电容小，对电极间绝缘性能要求低，易于提高分辨率，但由于其荧光粉处于离子轰击区，荧光粉容易劣化，因此AC-PDP寿命相对较短。C图是主流技术后面介绍。（三）PDP分类图6.2.6第16页，共53页，2023年，2月20日，星期六（四）表面放电型彩色AC-PDP工作原理图6.2.7(a)(b)(c)(d)第17页，共53页，2023年，2月20日，星期六结构说明：前玻板：用透明导电层制作一组平行并由X和Y组成一对的显示电极，为降低透明电极的电阻，在其上再制作一层金属电极（如Cr-Cu-Cr），又称汇流电极，电极上覆盖透明介质层和MgO保护层。后玻板：先制作一组平行的选址电极，其上覆盖一层白色介质层，作反射之用。在白色介质层上再制作一组与选址电极相平行的条状障壁，其高度约100μm、宽度约为50μm。条状障壁既作两玻板之间的隔子，又作防止光串和电串之用，在障壁的两边和白色介质层上分别依次覆盖红、绿、蓝三基色荧光粉。图6.2.8第18页，共53页，2023年，2月20日，星期六两玻板以两组电极正交相对而置，四周用低熔点玻璃封接，排气后充入Nc+Xc等混合气体即成显示器件。选址电极与扫描Y电极相正交即为一个放电显示单元，每三个连续排列的红、绿、蓝三色显示单元组成一个彩色显示像素。显示单元的维持放电是在其对应且为同一前板上维持电极X和扫描电极Y间进行的，故称表面放电式，后基板的选址电极作显示单元的选址之用。该结构的主要特点是显示发光为反射式，可大大提高像素的亮度；气体放电为单基板表面方式而远离荧光粉，降低了放电离子对荧光粉的轰击，提高了工作寿命。第19页，共53页，2023年，2月20日，星期六工作过程1）单元由熄火转入点亮状态说明：使寻址电极A和扫描电极Y发生放电，积累维持放电所需的壁电荷，使单元处于点亮状态。(a)第20页，共53页，2023年，2月20日，星期六2）点亮单元维持说明：维持电极X施加维持电压Vs，寻址电极归零，此时维持电极X和扫描电极Y，在壁电荷的帮助下，使单元保持点亮状态。(b)第21页，共53页，2023年，2月20日，星期六3）单元由点亮转为熄火状态（一）说明：利用A电极和X电极放电，单元积累壁电荷，然后A电极和Y电极放电，单元内积累额外的壁电荷，使壁电荷的电压超过点火电压，引起单元内放电，在放电时外电路不提供电流，则壁电荷因放电而中和，放电终止。(c)第22页，共53页，2023年，2月20日，星期六3）单元由点亮转为熄火状态（二）说明：利用窄脉冲（脉冲宽度约1μs左右），引起单元一次微弱的放电，造成此前的壁电荷中和，由于脉冲作用时间非常短，新的壁电荷还来不及建立，因此熄火。(d)第23页，共53页，2023年，2月20日，星期六（五）放电气体的混合配比：由于纯气的点火电压太高，必须采用混合气体，因此放电气体的混合配比对AC-PDP的性能有着重要影响，特别是混合气体中的含量。（一般来说）随着含量的增加，AC-PDP的亮度和光效提高，气体放电发出的可见光得到抑制，彩色AC-PDP的色纯得以改善，但同时会引起单元点火电压的提高，造成驱动困难，因此彩色AC-PDP必须合理选择气体配比。充气压强的高低也是影响彩色AC-PDP性能的一个重要因素。里面有气体，新问题来了第24页，共53页，2023年，2月20日，星期六（六）PDP的制程前板制程（FrontProcess）后板制程（RearProcess）图6.2.9第25页，共53页，2023年，2月20日，星期六由于控制电路必须要夹在前板制程与后板制程当中，因此在面板的组合过程当中，需要将前后板准确对齐，并且与控制电路作好搭配。

单只有面板还不够，因为还要有高压驱动电路，在搭配上功能不同的控制电路，才能够达到屏幕的基本需求。图6.2.10第26页，共53页，2023年，2月20日，星期六（七）必须明确的几个问题

1、AC-PDP单元具有存储性，这主要是因为放电过程中在介质表面形成壁电荷，产生了壁电压的缘故。

2、AC-PDP是断续发光，在维持脉冲周期内两次放电发光，通常维持脉冲的频率在10KHZ以上，所以AC-PDP1秒至少发光20万次，这大大超过人眼可以觉察到的极限频率（50HZ），因此从根本上消除了图像的闪烁感。

3、多级灰度显示问题：利用调节维持脉冲个数的方法来实现对级灰度显示。第27页，共53页，2023年，2月20日，星期六（八）PDP的优点

(1)亮度、高对比度。(2)纯平面图像无扭曲。(3)超薄设计、超宽视角。(4)具有齐全的输入接口，可接驳市面上几乎所有的信号源。(5)具有良好的防电磁干扰功能。(6)环保无辐射。缺点呢？第28页，共53页，2023年，2月20日，星期六第29页，共53页，2023年，2月20日，星期六

（一）LED显示技术：半导体发光二极管（LED）的显示方案由于GaN蓝色发光二极管的研制成功，从而一举获得了超大屏幕视频显示器市场的绝对控制权，但是这种显示器只适合做户外大型显示，在中小屏幕的视频显示器也没有它的市场。显示器产业的专家一直期望有机薄膜电致发光(OEL)材料能提供真正的象纸一样薄的显示器。有机薄膜电致发光是真正的又轻又薄，低功耗广视角，高响应速度（亚微妙）的固体平板显示器。大规模工业生产的成本很低，使用寿命目前只有几千小时。OLED在可以预见的将来将首先应用作为TFT-LCD的主要竞争对手，但目前还处于研究试制阶段。6.2.3电致发光显示器EL（直接光源显示）

第30页，共53页，2023年，2月20日，星期六（二）激光显示技术激光电视（LASERTV）是利用激光工作物质，产生红、绿、蓝三种波长的连续激光作为彩色激光电视的光源，通过电视信号控制三基色激光扫描图像。用彩色激光电视显示器代替彩色显像管的电视称激光电视。激光显示器主要由激光器、光偏转器和屏幕组成。图6.2.11第31页，共53页，2023年，2月20日，星期六1、激光电视机色彩鲜明、亮度高、屏幕尺寸灵活，并且鲜艳的图像可以投射到各种材料表面，甚至是弯曲表面。这种系统还可适应目前使用的所有电视标准，即PAL制、NC制、SECAM制VGA或高清晰度电视。2、

它比等离子体电视机工艺简单，色彩鲜艳；激光电视机的亮度比大屏幕液晶电视机亮，且不受视角的方向性影响。3、

激光是100％单色光，激光电视红、绿、蓝三色光分别调制，彩色效果非常理想。色域覆盖率理论上可以高达人眼色域范围的90%以上。远高于目前LED电视最高的62%色域覆盖率提高。由于激光具有极好的单色性和方向性，所以用激光显示，不仅能保证重现图像的颜色，而且对自然界中难以看到高饱和度也能显示出来。它的室温寿命一般可达10万小时，长寿命高可靠性的产品。4、在激光电视中，一个光点以每秒５５英里的速度穿过屏幕，产生一个点点对应的图像，视觉差错使得观众看到的是一幅高质量的图像。5、将电源和无线接收单元外置的情况下,主机可以制成象香烟盒大小的尺寸。6、安全性。电视机中的红绿蓝三色可见光激光光束是经过专门的扩束整形设备后再投射到屏幕上的，即便是屏幕破裂，激光不慎从屏幕中射出，也不会对人体产生任何的不良作用。7、前苏联科学院研制成功的激光电视，不仅色彩鲜艳逼真，而且可以收看全息图像和立体画面的电视节目第32页，共53页，2023年，2月20日，星期六国际2005年，索尼斥资在爱知世博会上建起一个有500平方米巨幕的巨大激光影院，2006年三菱推出40英寸激光电视样机，2007年索尼再次高调推出60英寸激光电视样机，2007年美国国际消费电子展上，索尼和三菱分别展出了55英寸、40英寸的激光电视样机。目前，国际上有德国LDT公司、日本索尼公司、日本三菱公司、松下、日立、东芝、爱普生、韩国三星公司等企业也都传出积极研究激光电视、激光投影产品的消息。2009年72寸激光电视进入卖场，售价6999美元。国内北京中视中科光电技术有限公司是国内唯一致力于激光显示产业化的公司。上世纪80年代末，激光全色显示技术就已进入中国863计划。2002年中国在该技术领域实现重大突破，推出全固态激光显示原理样机，2003年研制出60英寸背投激光显示机，2005年推出84英寸背投激光显示机，最近又研制成功140英寸大屏幕激光显示样机。

第33页，共53页，2023年，2月20日，星期六（三）有机薄膜电致发光（OEL）图6.2.12第34页，共53页，2023年，2月20日，星期六有机发光二极管最简单的形式是由一个发光材料层（铝氧化物）组成，嵌在两个电极之间。输入电压时载流子运动，穿过有机层，直至电子空穴并重新结合，将过量的能量以光脉冲形式释放。这时其中一个电极是透明的，可以看到发出的光。通常由铟锡氧化物（ITO）组成OEL工作原理图6.2.13第35页，共53页，2023年，2月20日，星期六OEL的优势1、高亮度：100，000cd/m22、高效率：30lm/W3、发光点尺寸可控：从微米到厘米4、可实现多色：RGB5、低压工作：3－10V6、低材料和衬底成本7、宽视角：>160deg8、寿命长：1，000，000hrs第36页，共53页，2023年，2月20日，星期六OEL的发展图6.2.14第37页，共53页，2023年，2月20日，星期六6.2.4液晶平板显示器（LCD）液晶电视原理：利用液状晶体在电压的作用下发光成像的原理。组成屏幕的液状晶体有三种：红、绿、蓝，叫做三基色，它们按照一定的顺序排列，通过电压来刺激这些液状晶体，就可以呈现出不同的颜色，不同比例的搭配可以呈现出千变万化的色彩。图6.2.15第3