梁柱杰

摘要：本文探討了主流平面顯示技術(shù)的分類、工作原理、光譜分布，研究分析了主流平面顯示技術(shù)的使用。

關(guān)鍵詞：平面顯示;PDP;LCD;OLED;FED;調(diào)光;光譜分布

中圖分類號(hào)：TP311??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）29-0130-02

目前平板顯示技術(shù)被廣泛使用到移動(dòng)類電子產(chǎn)品領(lǐng)域，是人們通過電子產(chǎn)品獲取信息的主要手段，平板顯示一直是人們關(guān)注的技術(shù)方向。本文對平板顯示技術(shù)的演進(jìn)進(jìn)展進(jìn)行了綜述，重點(diǎn)總結(jié)和分析了幾種典型的平板顯示技術(shù)，包括對等離子體放電顯示屏PDP、液晶顯示器LCD、有機(jī)電致發(fā)光顯示器 OLED、電場激發(fā)顯示器FED 的技術(shù)特征、發(fā)光原理、工作方式、顯示效果，并在此基礎(chǔ)上討論了平板顯示下一步的研究方向。

1主流平面顯示技術(shù)的分類

平面顯示是指屏幕呈平面的顯示技術(shù)，相對于傳統(tǒng)顯示管龐大的體積做比較而言的一種顯示技術(shù)，主要分為以顯示媒介自身發(fā)光提供可見輻射信號(hào)的主動(dòng)發(fā)光顯示器與利用顯示介質(zhì)被電信號(hào)編碼調(diào)制后根據(jù)其光學(xué)特性發(fā)生改變而發(fā)出可見輻射信號(hào)的被動(dòng)發(fā)光顯示器，其中被動(dòng)發(fā)光顯示器技術(shù)對環(huán)境光和外加電源發(fā)出的光進(jìn)行調(diào)制，在顯示屏上進(jìn)行顯示。目前使用在電子產(chǎn)品中主要包括等離子體放電顯示屏PDP、液晶顯示器 LCD、有機(jī)電致發(fā)光顯示器 OLED 和電場激發(fā)顯示器 FED，其中等離子體放電顯示屏PDP、電場激發(fā)顯示器 FED 由于其制造工藝、發(fā)光效率、功耗等原因市場使用逐漸減少，液晶顯示器LCD是現(xiàn)在技術(shù)最為成熟、使用最廣的被動(dòng)發(fā)光顯示器的代表，有機(jī)電致發(fā)光顯示器OLED則是最近電子設(shè)備中應(yīng)用越來越多的主動(dòng)發(fā)光顯示器。

等離子體放電顯示屏PDP制作復(fù)雜且較為昂貴，是一種利用等離子氣體放電的顯示技術(shù)，采用等離子管作為發(fā)光元件。包括密封有稀有氣體的結(jié)構(gòu)，放電氣體被密封在兩個(gè)基板之間，基板上具有輸入電壓進(jìn)行觸發(fā)的上下電極。其中基板上的每一個(gè)等離子管對應(yīng)一個(gè)像素，單位面積等離子管數(shù)量決定屏幕顯示效果，顯示屏幕以玻璃作為基板，輸入電壓到基板表面間隔形成有進(jìn)行觸發(fā)的電極，通過在電極上加入電壓差，當(dāng)向電極上加入電壓，密封的放電空間內(nèi)放電氣體便發(fā)生等離子體放電現(xiàn)象，經(jīng)氣密性封裝形成一個(gè)個(gè)放電空間，激發(fā)熒光體得到相應(yīng)顏色的光線。氣體等離子體放電產(chǎn)生看不見的紫外線，紫外線激發(fā)熒光屏，熒光屏發(fā)射出可見光，通過多個(gè)像素組合以預(yù)定圖案顯現(xiàn)出圖像。等離子體放電顯示屏PDP屏幕亮度高、大視角、全彩色和高對比度，但其結(jié)構(gòu)較損壞、耗電高。

液晶顯示器LCD 主要為主動(dòng)矩陣式TFT-LCD技術(shù)，包括背光板模組、偏光板、彩色濾光片、導(dǎo)電層、間隙控制材料，通過在兩片玻璃中夾雜液晶，控制電流通過晶體管產(chǎn)生電場變化，控制液晶分子偏轉(zhuǎn)，形成液晶分子的排列狀態(tài)轉(zhuǎn)換，利用電場電壓控制像素的亮度。其中主要使用的光源包括發(fā)光二極管、冷陰極熒光管、電致發(fā)光片、有機(jī)電致發(fā)光片，TFT-LCD是目前主流平面顯示器，其功耗低、成本相對較低、低輻射，光源決定了背光源的亮度、功耗、色彩等參數(shù)。

有機(jī)電致發(fā)光顯示器OLED是指有機(jī)半導(dǎo)體材料和有機(jī)發(fā)光材料在電場的驅(qū)動(dòng)下，通過載流子注入和復(fù)合導(dǎo)致發(fā)光的技術(shù);其基本結(jié)構(gòu)式在銦錫氧化物玻璃上制作一層有機(jī)材料發(fā)光層，在發(fā)光層上覆蓋金屬電極，在外界電壓的驅(qū)動(dòng)下，主要利用傳導(dǎo)帶以及價(jià)電帶之間電子電洞的復(fù)合，將能量以光的形式發(fā)射出去，發(fā)出紅、綠、藍(lán)三基色構(gòu)成基本色彩，使用高分子有機(jī)薄膜，發(fā)光效率更高。有機(jī)電致發(fā)光顯示器OLED相對LCD 不需要背光板和彩色濾光片，結(jié)構(gòu)簡單，有機(jī)電致發(fā)光顯示器 OLED 的技術(shù)特點(diǎn)是自發(fā)光、全彩色顯示、高亮度、高對比度、低電壓、低功耗、輕薄、高發(fā)光效率、快速響應(yīng)、寬視角、單片結(jié)構(gòu)、加工工藝簡單、低成本等。

電場激發(fā)顯示器FED是場致電子發(fā)射顯示的一個(gè)應(yīng)用，其發(fā)光機(jī)制與傳統(tǒng)的CRT顯示器基本相同，使用電場吸引陰極電子源發(fā)射電子束，自發(fā)射陰極材料的尖端放出電子來轟擊屏幕上的熒光粉，在平面上顯示圖像。FED在每一個(gè)熒光點(diǎn)距離不到3mm處均放置了多個(gè)極小的電子發(fā)射器，同時(shí)用場發(fā)射技術(shù)作為電子來源取代傳統(tǒng)CRT顯像管中的熱電子槍，與熱電子槍使用的熱能不同，電場激發(fā)顯示器FED 中的場發(fā)射電子束的能量分布范圍比CRT顯示器的熱電子束窄并且具有更高的發(fā)光亮度，分辨率更高。電場激發(fā)顯示器FED具有LCD顯示器輕薄的優(yōu)勢，通過電子發(fā)射源的控制還具有響應(yīng)速度快、色彩飽和意見亮度更高的優(yōu)點(diǎn)。

2主流平面顯示技術(shù)的工作方式

等離子體放電顯示屏PDP經(jīng)過輸入電力激發(fā)不可見紫外線、紫外線激發(fā)熒光體、熒光體發(fā)出可見光的過程，主要利用 PCM（Pulse Code Modulation）脈沖編碼調(diào)制技術(shù)來控制每一個(gè)區(qū)域內(nèi)的脈沖，改變紫外線強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)畫面的亮度的控制。通過在后半玻璃上涂布紅色、綠色、藍(lán)色的熒光體，在組合之后分別注了氮、氖等氣體。獨(dú)立操控每個(gè)三原色細(xì)胞體實(shí)現(xiàn)色彩調(diào)整，通過將影像的各區(qū)域相對脈沖規(guī)律控制各個(gè)區(qū)域的亮度。

其中液晶顯示器LCD主要采用DC調(diào)光技術(shù)，不管在何種情況下，點(diǎn)亮屏幕時(shí)整個(gè)背光全開，通過偏光板、濾光片結(jié)構(gòu)使畫面進(jìn)行顯示控制，通過提高電路電壓電流增加平面亮度，或降低電路電壓電流來減小屏幕的亮度，調(diào)整電路電壓、電流改變電路功率都均改變屏幕亮度。由于液晶顯示器LCD 的調(diào)光方式，因此液晶顯示器LCD 的頻閃并不突出。有些液晶顯示器 LCD屏幕在亮度低于一預(yù)設(shè)值時(shí)，為了降低功耗會(huì)開啟PWM 調(diào)光模式。

有機(jī)電致發(fā)光顯示器OLED在低電壓下會(huì)出現(xiàn)色彩不均勻的情形，嚴(yán)重影響顯示效果，因此有機(jī)電致發(fā)光顯示器OLED 不能使用控制電壓調(diào)整亮度。有機(jī)電致發(fā)光顯示器 OLED采用PWM脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，根據(jù)在周期時(shí)間內(nèi)亮滅像素的時(shí)間長度控制亮度，對像素點(diǎn)獨(dú)立工作，根據(jù)顯示畫面點(diǎn)亮相應(yīng)的像素點(diǎn)，有需要打開或熄滅相應(yīng)的像素點(diǎn)，PWM調(diào)光的頻率影響屏幕的顯示效果，高速開關(guān)像素點(diǎn)導(dǎo)致屏幕閃爍相應(yīng)突出，成為影響有機(jī)電致發(fā)光顯示器OLED顯示的主要參數(shù)。

電場激發(fā)顯示器FED 中熒光粉受高速電子的轟擊發(fā)光，在陰極電子源材料確定電子運(yùn)動(dòng)速度與不同組合成分的熒光粉確定其發(fā)光效率下，F(xiàn)ED顯示器的發(fā)光亮度主要由陰極發(fā)射的電子數(shù)決定，由此通過控制陰極電子的發(fā)射能力來實(shí)現(xiàn)FED 顯示器的發(fā)光亮度。其中部分三極型電場激發(fā)顯示器FED 中，柵陰極的電壓V產(chǎn)生的電場決定了陰極電子發(fā)射的強(qiáng)弱，控制著發(fā)射電子電路的電流大小，實(shí)現(xiàn)控制顯示器亮度。

3主流平面顯示技術(shù)的光譜分布

等離子體放電顯示屏PDP 中熒光粉的構(gòu)成是決定顯示質(zhì)量的關(guān)鍵因素，通常使用的熒光粉采用147nm或172nm 的真空紫外線激發(fā)，現(xiàn)有的熒光粉發(fā)光材料色純度與紫外線吸收率、能量效率、發(fā)光效率、亮度衰減、余輝時(shí)間、粉體顆粒度是普遍關(guān)注的問題。PDP用熒光粉由紅、綠、藍(lán)三種熒光粉組成，各種熒光粉還存在需要解決的技術(shù)問題，例如紅粉的發(fā)光效率較低、藍(lán)粉的穩(wěn)定性能較差、綠粉的余暉時(shí)間較長等，根據(jù)現(xiàn)有熒光粉可根據(jù)需求選擇合適的熒光粉減少藍(lán)光的產(chǎn)生。

液晶顯示器LCD包括多種背光源的使用，現(xiàn)在主流使用 LED背光源。LED發(fā)光原理是利用半導(dǎo)體中在N 區(qū)的電子與P區(qū)的空穴結(jié)合時(shí)，其能量以光能的形式釋放發(fā)出可見光，不需要熱過程，其發(fā)光波長、發(fā)光效率、發(fā)光亮度會(huì)因所使用的材料而有所不同。其中形成PN結(jié)的材料決定發(fā)出光的波長，即光的顏色。液晶顯示器LCD 主要通過偏光片實(shí)現(xiàn)顯示顏色的控制，現(xiàn)有液晶顯示器LCD所使用的PN結(jié)材料中，LED發(fā)光具有相對綠光、紅光而言高藍(lán)光光譜量更多，通過限制顯示色溫的差異，可以有效減小藍(lán)光的損害。

有機(jī)電致發(fā)光顯示器OLED使用的是有機(jī)物材料，有機(jī)發(fā)光原理和液晶顯示器LCD 中發(fā)光二極管的發(fā)光原理相似，同樣利用半導(dǎo)體材料特性，將電子空穴在發(fā)光層上結(jié)合，電子由激發(fā)態(tài)降回基態(tài)，將多余能量以波的形式釋出，實(shí)現(xiàn)發(fā)光的功能。有機(jī)電致發(fā)光顯示器 OLED 中通過選擇PN結(jié)的材料，發(fā)射出獨(dú)立的紅色、綠色、藍(lán)色可見光，能實(shí)現(xiàn)紅、綠、藍(lán)三基色的平衡，其更能實(shí)現(xiàn)接近太陽光的顯示效果，在相同亮度顯示下 OLED藍(lán)光危害更小。

電場激發(fā)顯示器FED原理和CRT類似，通過電子束轟擊顯示屏上的熒光粉發(fā)光，其中陽極電壓影響熒光粉的發(fā)光顏色色彩度，F(xiàn)ED 的工作電壓相對較低為1kV-5kV。FED用熒光粉由藍(lán)、綠、紅三種熒光粉組成，通過控制工作電壓實(shí)現(xiàn)亮度的調(diào)整。FED具有亮度高、色彩還原性好、色度均勻、響應(yīng)速度快、功耗低、分辨率高、屏幕薄等優(yōu)點(diǎn)，其熒光粉的色純度影響FED 的顯示效果。

4結(jié)語

平面顯示是用戶獲取信息最主要的手段之一，等離子體放電顯示屏 PDP、液晶顯示器 LCD、有機(jī)電致發(fā)光顯示器 OLED、電場激發(fā)顯示器FED具有其各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢。然而，等離子體放電顯示屏PDP、液晶顯示器LCD、有機(jī)電致發(fā)光顯示器OLED、電場激發(fā)顯示器FED 由于其工作原理以及工作方式使得其尚有諸多難題需要解決，平面顯示技術(shù)從其材料、制造工藝、工作方式等方面需要進(jìn)一步的研究。

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【通聯(lián)編輯：梁書】