主動(dòng)發(fā)光顯示技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景

鄧太平

摘要：光電技術(shù)的迅速發(fā)展，使得顯示技術(shù)日新月異，分別介紹了主動(dòng)發(fā)光型顯示技術(shù)的現(xiàn)狀，并對(duì)其前景作了展望。

關(guān)鍵詞：陰極射線管;等離子體顯示器;LED;OLED;FED

中圖分類號(hào)：TB24 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A 文章編號(hào)：1001-828X（2016）027-000-01

近年來(lái)，作為光電子技術(shù)的重要組成部分，光電顯示技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用十分廣泛。在外加電信號(hào)的作用下，器件本身產(chǎn)生光輻射刺激人眼而實(shí)現(xiàn)的顯示，稱為主動(dòng)發(fā)光型顯示技術(shù)，其主要有：陰極射線管（CRT），等離子體顯示器（PDP），半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）有機(jī)發(fā)光二極管（OLED），以及場(chǎng)致發(fā)射顯示器（FED）。

一、當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀

1.陰極射線管（CRT）

CRT自從1897年布勞恩發(fā)明以來(lái)，在上個(gè)世紀(jì)通過(guò)成熟的工藝技術(shù)和較低的價(jià)格也大規(guī)模的應(yīng)用在電視領(lǐng)域，成為了顯示器的主角。CRT顯示器問世后在結(jié)構(gòu)上也采用了很多改進(jìn)的技術(shù)：如采用了陰罩板和桶形磁場(chǎng)，使電子槍的排列由品字形變成了一字形;各顯示器廠都推出了“平面直角”顯像管的顯示器，如麗瓏技術(shù)，鉆石玲瓏技術(shù)等;熒光粉由于材料的進(jìn)步也有了很大的改進(jìn)[1]。

但CRT由于原理上的缺陷，如因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)因素，其體積大，重量大，厚度較大的缺點(diǎn)無(wú)法解決;彩色CRT電子槍發(fā)射的電子加速電壓在10KV以上，會(huì)釋放少量X射線，長(zhǎng)時(shí)間對(duì)人體有一定的影響;CRT成像是電子在磁場(chǎng)中加速后轟擊熒光粉成像，在加速過(guò)程中產(chǎn)生幾何畸變，引起圖像失真及反光現(xiàn)象，以及容易受外界磁場(chǎng)的影響;功率也比較大，目前CRT的最大尺寸也沒超過(guò)36吋，和當(dāng)前流行的50吋以上的液晶電視有著很大的差距。

2.等離子體顯示器（PDP）

它是一種利用氣體放電的顯示技術(shù)，它采用了等離子管作為發(fā)光元件，顯示屏上排列有數(shù)百萬(wàn)個(gè)微小的等離子管（即放電空間），每個(gè)等離子管對(duì)應(yīng)一個(gè)像素。放電空間內(nèi)充入氖、氙等混合惰性氣體作為工作媒質(zhì)。在兩塊玻璃基板的內(nèi)側(cè)面上涂有金屬氧化物導(dǎo)電薄膜作激勵(lì)電極。當(dāng)給電極上加上電壓，放電空間內(nèi)的混合氣體便發(fā)生等離子體放電現(xiàn)象。氣體等離子體放電產(chǎn)生紫外線，這種紫外光碰擊后面玻璃上的紅、綠、藍(lán)三色熒光體，它們?cè)侔l(fā)出我們?cè)陲@示器上所看到的可見光，顯現(xiàn)出圖像。

PDP相對(duì)于CRT，體積更小，重量更輕，無(wú)X射線;不受磁場(chǎng)影響，有更好的環(huán)境適應(yīng)能力;亮度高，色彩還原性好，視野開闊，視角高達(dá)160度;其缺點(diǎn)主要有：功耗大，不便于采用電池電源;彩色發(fā)光效率偏低，驅(qū)動(dòng)電壓較高，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。

目前，PDP在平板顯示器市場(chǎng)中占有一定的份額，和其他顯示產(chǎn)品互相補(bǔ)充，互相競(jìng)爭(zhēng)，共同發(fā)展的局面。PDP技術(shù)的發(fā)展仍有很大的潛力：通過(guò)對(duì)其優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以將功耗由300W降低到200W以下;發(fā)光效率從2lm/w有可能提高到40lm/w以上;通過(guò)對(duì)其生產(chǎn)工藝的一體化設(shè)計(jì)可以大幅度降低成本。

3.半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）

半導(dǎo)體發(fā)光二極管是利用外電源向PN結(jié)注入電子來(lái)發(fā)光的。半導(dǎo)體發(fā)光二極管記作LED，是由P型半導(dǎo)體形成的P層和N型半導(dǎo)體形成的N層，以及中間的由雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)成的有源層組成。有源層是發(fā)光區(qū)，其厚度為0.1～0.2μm左右。

LED顯示屏是通過(guò)一定的控制方式，用于顯示文字，圖像，圖形等各種信息以及電視、錄像信號(hào)，并由LED器件陣列組成的顯示屏幕。

LED具有穩(wěn)定性好，壽命長(zhǎng)，可長(zhǎng)達(dá)10萬(wàn)小時(shí)，采用低壓電源，安全性更好，效能高，綠色照明，無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。

LED目前主要的缺點(diǎn)是價(jià)格較高，單點(diǎn)直徑較大，導(dǎo)致顯示屏的像素較低。目前，其主要用于指示燈，數(shù)字顯示用顯示器，平面顯示器，光源等。特別是作為液晶顯示器的背光源，已經(jīng)全面取代冷陰極熒光燈管而成為主流。

4.有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）

OLED顯示技術(shù)具有自發(fā)光的特性，采用非常薄的有機(jī)材料涂層和玻璃基板，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，這些有機(jī)材料就會(huì)發(fā)光。OLED在發(fā)光過(guò)程中不斷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其發(fā)光強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)衰減，使用壽命較低，生產(chǎn)過(guò)程中合格率不高，造成成本上升[2]。

目前，主要發(fā)展在中小尺寸OLED顯示屏，用于智能手機(jī)和平板電腦中。對(duì)于大尺寸的OLED，技術(shù)路線不十分明確，壽命較低，大尺寸OLED電視價(jià)格過(guò)高于同尺寸的液晶電視，大尺寸OLED面板成本高，成品率低的問題必須解決。

5.場(chǎng)發(fā)射顯示器（FED）

場(chǎng)發(fā)射顯示器發(fā)光原理為：在發(fā)射與接收電極中間的真空帶中導(dǎo)入高電壓以產(chǎn)生電場(chǎng)，使電場(chǎng)刺激電子撞擊接收電極下的熒光粉，而產(chǎn)生發(fā)光效應(yīng)。FED顯示器擁有數(shù)十萬(wàn)個(gè)主動(dòng)冷發(fā)射子，因此在構(gòu)造上FED可以達(dá)到比CRT節(jié)省空間的效果。其次在于電壓部分，CRT大約需要15～30KV左右的工作電壓，而FED的陰極電壓約小于1KV。

FED是平板顯示技術(shù)與真空微電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，被認(rèn)為最終會(huì)取代CRT。但FED加工制造設(shè)備和技術(shù)難度大，成本昂貴。場(chǎng)發(fā)射顯示器的研究進(jìn)展較慢，其產(chǎn)業(yè)化也面臨諸多問題[2]。目前已有13-15cm的產(chǎn)品問世，并實(shí)現(xiàn)了彩色化。FED的核心部件是陰極，陰極材料的研究也有較大的進(jìn)展。

二、前景展望

CRT由于自身的缺點(diǎn)，21世紀(jì)以來(lái)，除了一些特殊要求的設(shè)備外，大部分領(lǐng)域，CRT都已經(jīng)被液晶顯示器取代。

PDP技術(shù)的發(fā)展仍有很大的潛力，通過(guò)技術(shù)的進(jìn)步，向著低功耗，低成本，環(huán)保，高清晰度等方面發(fā)展，仍可與液晶顯示等顯示器件競(jìng)爭(zhēng)。

LED在光源方面由于其長(zhǎng)壽命，低功耗已經(jīng)占有很大的市場(chǎng)。LED微顯示技術(shù)的應(yīng)用，使其在顯示領(lǐng)域極具市場(chǎng)潛力，，以谷歌眼鏡為代表的新一代智能設(shè)備正預(yù)示著微顯示市場(chǎng)的美好未來(lái)。LED微顯示技術(shù)由于先天的優(yōu)勢(shì)，將代表著微顯示未來(lái)的方向[3]。OLED核心部分為有機(jī)材料，還存在各種困難，如不易實(shí)現(xiàn)全彩色，發(fā)光層制作難度大，有機(jī)物容易老化。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，OLED有著很好的發(fā)展前景。

FED被公認(rèn)為CRT的最終發(fā)展方向，但其面臨的問題，使其發(fā)展過(guò)程十分緩慢，產(chǎn)業(yè)化解決的問題困難重重。

新近發(fā)展的激光顯示技術(shù)（LPD）發(fā)展十分迅速，但在其市場(chǎng)化前，還有很多問題尚待解決。

參考文獻(xiàn)：

[1]李文峰，等.光電顯示技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社.

[2]李欣.LED和OLED顯示技術(shù)及其應(yīng)用前景[J].職教與成教，2014（1）：581.

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基金項(xiàng)目：湖南城市學(xué)院科研項(xiàng)目：2015xj11。