特器與敏感器件顯示技術(shù)

特器與敏感器件顯示技術(shù)第1頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六6.1CRT（陰極射線管）顯示器

一種以電子（陰極）射線管為顯示器件的顯示裝置。按顏色可以分為黑白、單色和彩色三種類型。圖6.1.1第2頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六顯像管組成1、電子槍2、偏轉(zhuǎn)線圈3、蔭罩4、熒光粉層5、玻璃外殼圖6.1.2第3頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六顯像管工作原理圖6.1.3第4頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六蔭罩式和蔭柵式CRT蔭罩式蔭柵式圖6.1.4第5頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六蔭罩式和蔭柵式的差別蔭罩式：1、圖象和文字銳利；2、工藝成熟，成本低；1、透光率低，難以提高亮度和對比度2、發(fā)熱引起的型變嚴重蔭柵式：1、畫面鮮艷，沒有顆粒感；2、透光率高，亮度和色彩飽和度更好；3、型變小1、需要加阻尼線；2、工藝復(fù)雜；第6頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六6.2平板顯示器

2010年十大高分辨率電視(HDTV)趨勢如下：LED背光液晶電視；240Hz畫面更新率；上網(wǎng)功能；2160p分辨率(3840x2160像素)；超薄OLED顯示器將更為普及；更多廠商進入激光電視市場；3D電視機；尺寸更大的等離子電視；HDTV/藍光播放復(fù)合機；更多電視機符合節(jié)能環(huán)保規(guī)范。

第7頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六圖6.2.1第8頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六目前競爭最激烈的平板顯示器有四個品種：1、場致發(fā)射平板顯示器（FED）2、等離子體平板顯示器（PDP）3、電致發(fā)光顯示器（EL）4、薄膜晶體管液晶平板顯示器（TFT-LCD）前景最大的是：LED電視、LD電視、OLED電視第9頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六6.2.1場致發(fā)射平板顯示器（FED）

場發(fā)射平板顯示器原理類似于CRT，CRT只有一支到三支電子槍，最多六支，而場發(fā)射顯示器是采用電子槍陣列（電子發(fā)射微尖陣列，如金剛石膜尖錐），分辨率為VGA（640×480×3）的顯示器需要92.16萬個性能均勻一致的電子發(fā)射微尖，材料工藝都需要突破。目前美國和法國有小批量的小尺寸的顯示屏生產(chǎn)，用于國防軍工，離工業(yè)化、商業(yè)化還很遠。

圖6.2.2圖6.2.3第10頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六6.2.2等離子體平板顯示器（PDP）等離子體發(fā)光顯示是通過微小的真空放電腔內(nèi)的等離子放電激發(fā)腔內(nèi)的發(fā)光材料形成的，發(fā)光效應(yīng)低和功耗大是它的缺點，但在102-152cm對角線的大屏幕顯示領(lǐng)域有很強的競爭優(yōu)勢。圖6.2.4第11頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六（一）氣體放電的物理基礎(chǔ)點火開始在放電單元上施加電壓時，從陰極釋放出來的電子在電場作用下獲得加速，并撞擊封入的氣體分子，激勵和電離氣體分子，產(chǎn)生激勵原子、電子以及陽離子。電離產(chǎn)生的電子向陽極方向運動，而離子向陰極運動，當部分陽離子返回到陰極時，使氣體的絕緣層破壞，也就是點火開始，它是高壓場電離氣體和陽離子轟擊陰極而釋放二次電子兩種效應(yīng)復(fù)合作用的結(jié)果。第12頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六等離子體顯示屏一般工作于正常輝光放電區(qū)，此區(qū)域輝光穩(wěn)定，可以在最低的電壓下獲得最大發(fā)光亮度。當電源電壓增加到Ｖｂ而內(nèi)阻又不大時，氣體將會被擊穿，放電管中產(chǎn)生大量的高能量電子，并碰撞激發(fā)中性氣體原子發(fā)出可見光或紫外光，氣體一旦被擊穿，就能以一較低的電壓Ｖｓ將放電維持在輝光放電區(qū)這一特性對等離子體顯示器件具有重要意義。第13頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六（一）PDP工作原理等離子屏幕是由多個放電小空間所排列而成，每一個放電小空間稱為cell（單元），而每一個cell是負責(zé)紅綠藍（RGB）三色當中的一色，因此我們所看到的多種色調(diào)的顏色，是由三個cell混合不同比例的原色而混成的，而這個混色的方式，跟液晶屏幕所用到的混色方式其實是相近的。圖6.2.5第14頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六顯示原理：

它采用了等離子管（每個等離子管為一個基本像素）作為發(fā)光元件，屏幕以玻璃作為基板，基板間隔一定距離（點距），四周經(jīng)氣密性封接形成一個個放電空間。當向電極上加入電壓，放電空間內(nèi)的氖氙混合氣體便出現(xiàn)等離子體放電現(xiàn)象，氣體放電產(chǎn)生紫外線，紫外線照射熒光粉，熒光粉獲得能量激發(fā)出可見光，顯現(xiàn)出圖像。圖6.2.6第15頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六（C）ＰＤＰ分為直流（ＤＣ）驅(qū)動型和交流（ＡＣ）驅(qū)動型兩種不同方式。直流型電極與放電氣體直接接觸，紫外線的產(chǎn)生效率高，但顯示屏的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在目前商用彩色ＰＤＰ中已很少用。交流型的電極表面涂敷一層介質(zhì)層，使其結(jié)構(gòu)類似于一個電容器。交流型ＰＤＰ又分對向放電和表面放電兩種，對向放電型ＰＤＰ的結(jié)構(gòu)類似于圖a，兩電極分別制作在前后玻板上，等離子體放電在整個放電室中進行，優(yōu)點是放電空間利用充分且比三電極表面放電型ＰＤＰ減少１／３電極；缺點是熒光粉直接暴露在放電等離子體中，容易退化，須采用特別的保護措施。目前的主流彩色ＰＤＰ為三電極表面交流放電型。對向放電型彩色AC-PDP工作特點：極間電容小，對電極間絕緣性能要求低，易于提高分辨率，但由于其熒光粉處于離子轟擊區(qū)，熒光粉容易劣化，因此AC-PDP壽命相對較短。C圖是主流技術(shù)后面介紹。（三）PDP分類圖6.2.6第16頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六（四）表面放電型彩色AC-PDP工作原理圖6.2.7(a)(b)(c)(d)第17頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六結(jié)構(gòu)說明：前玻板：用透明導(dǎo)電層制作一組平行并由X和Y組成一對的顯示電極，為降低透明電極的電阻，在其上再制作一層金屬電極（如Cr-Cu-Cr），又稱匯流電極，電極上覆蓋透明介質(zhì)層和MgO保護層。后玻板：先制作一組平行的選址電極，其上覆蓋一層白色介質(zhì)層，作反射之用。在白色介質(zhì)層上再制作一組與選址電極相平行的條狀障壁，其高度約100μm、寬度約為50μm。條狀障壁既作兩玻板之間的隔子，又作防止光串和電串之用，在障壁的兩邊和白色介質(zhì)層上分別依次覆蓋紅、綠、藍三基色熒光粉。圖6.2.8第18頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六兩玻板以兩組電極正交相對而置，四周用低熔點玻璃封接，排氣后充入Nc+Xc等混合氣體即成顯示器件。選址電極與掃描Y電極相正交即為一個放電顯示單元，每三個連續(xù)排列的紅、綠、藍三色顯示單元組成一個彩色顯示像素。顯示單元的維持放電是在其對應(yīng)且為同一前板上維持電極X和掃描電極Y間進行的，故稱表面放電式，后基板的選址電極作顯示單元的選址之用。該結(jié)構(gòu)的主要特點是顯示發(fā)光為反射式，可大大提高像素的亮度；氣體放電為單基板表面方式而遠離熒光粉，降低了放電離子對熒光粉的轟擊，提高了工作壽命。第19頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六工作過程1）單元由熄火轉(zhuǎn)入點亮狀態(tài)說明：使尋址電極A和掃描電極Y發(fā)生放電，積累維持放電所需的壁電荷，使單元處于點亮狀態(tài)。(a)第20頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六2）點亮單元維持說明：維持電極X施加維持電壓Vs，尋址電極歸零，此時維持電極X和掃描電極Y，在壁電荷的幫助下，使單元保持點亮狀態(tài)。(b)第21頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六3）單元由點亮轉(zhuǎn)為熄火狀態(tài)（一）說明：利用A電極和X電極放電，單元積累壁電荷，然后A電極和Y電極放電，單元內(nèi)積累額外的壁電荷，使壁電荷的電壓超過點火電壓，引起單元內(nèi)放電，在放電時外電路不提供電流，則壁電荷因放電而中和，放電終止。(c)第22頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六3）單元由點亮轉(zhuǎn)為熄火狀態(tài)（二）說明：利用窄脈沖（脈沖寬度約1μs左右），引起單元一次微弱的放電，造成此前的壁電荷中和，由于脈沖作用時間非常短，新的壁電荷還來不及建立，因此熄火。(d)第23頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六（五）放電氣體的混合配比：由于純氣的點火電壓太高，必須采用混合氣體，因此放電氣體的混合配比對AC-PDP的性能有著重要影響，特別是混合氣體中的含量。（一般來說）隨著含量的增加，AC-PDP的亮度和光效提高，氣體放電發(fā)出的可見光得到抑制，彩色AC-PDP的色純得以改善，但同時會引起單元點火電壓的提高，造成驅(qū)動困難，因此彩色AC-PDP必須合理選擇氣體配比。充氣壓強的高低也是影響彩色AC-PDP性能的一個重要因素。里面有氣體，新問題來了第24頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六（六）PDP的制程前板制程（FrontProcess）后板制程（RearProcess）圖6.2.9第25頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六由于控制電路必須要夾在前板制程與后板制程當中，因此在面板的組合過程當中，需要將前后板準確對齊，并且與控制電路作好搭配。

單只有面板還不夠，因為還要有高壓驅(qū)動電路，在搭配上功能不同的控制電路，才能夠達到屏幕的基本需求。圖6.2.10第26頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六（七）必須明確的幾個問題

1、AC-PDP單元具有存儲性，這主要是因為放電過程中在介質(zhì)表面形成壁電荷，產(chǎn)生了壁電壓的緣故。

2、AC-PDP是斷續(xù)發(fā)光，在維持脈沖周期內(nèi)兩次放電發(fā)光，通常維持脈沖的頻率在10KHZ以上，所以AC-PDP1秒至少發(fā)光20萬次，這大大超過人眼可以覺察到的極限頻率（50HZ），因此從根本上消除了圖像的閃爍感。

3、多級灰度顯示問題：利用調(diào)節(jié)維持脈沖個數(shù)的方法來實現(xiàn)對級灰度顯示。第27頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六（八）PDP的優(yōu)點

(1)亮度、高對比度。(2)純平面圖像無扭曲。(3)超薄設(shè)計、超寬視角。(4)具有齊全的輸入接口，可接駁市面上幾乎所有的信號源。(5)具有良好的防電磁干擾功能。(6)環(huán)保無輻射。缺點呢？第28頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六第29頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六

（一）LED顯示技術(shù)：半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）的顯示方案由于GaN藍色發(fā)光二極管的研制成功，從而一舉獲得了超大屏幕視頻顯示器市場的絕對控制權(quán)，但是這種顯示器只適合做戶外大型顯示，在中小屏幕的視頻顯示器也沒有它的市場。顯示器產(chǎn)業(yè)的專家一直期望有機薄膜電致發(fā)光(OEL)材料能提供真正的象紙一樣薄的顯示器。有機薄膜電致發(fā)光是真正的又輕又薄，低功耗廣視角，高響應(yīng)速度（亞微妙）的固體平板顯示器。大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的成本很低，使用壽命目前只有幾千小時。OLED在可以預(yù)見的將來將首先應(yīng)用作為TFT-LCD的主要競爭對手，但目前還處于研究試制階段。6.2.3電致發(fā)光顯示器EL（直接光源顯示）

第30頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六（二）激光顯示技術(shù)激光電視（LASERTV）是利用激光工作物質(zhì)，產(chǎn)生紅、綠、藍三種波長的連續(xù)激光作為彩色激光電視的光源，通過電視信號控制三基色激光掃描圖像。用彩色激光電視顯示器代替彩色顯像管的電視稱激光電視。激光顯示器主要由激光器、光偏轉(zhuǎn)器和屏幕組成。圖6.2.11第31頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六1、激光電視機色彩鮮明、亮度高、屏幕尺寸靈活，并且鮮艷的圖像可以投射到各種材料表面，甚至是彎曲表面。這種系統(tǒng)還可適應(yīng)目前使用的所有電視標準，即PAL制、NC制、SECAM制VGA或高清晰度電視。2、

它比等離子體電視機工藝簡單，色彩鮮艷；激光電視機的亮度比大屏幕液晶電視機亮，且不受視角的方向性影響。3、

激光是100％單色光，激光電視紅、綠、藍三色光分別調(diào)制，彩色效果非常理想。色域覆蓋率理論上可以高達人眼色域范圍的90%以上。遠高于目前LED電視最高的62%色域覆蓋率提高。由于激光具有極好的單色性和方向性，所以用激光顯示，不僅能保證重現(xiàn)圖像的顏色，而且對自然界中難以看到高飽和度也能顯示出來。它的室溫壽命一般可達10萬小時，長壽命高可靠性的產(chǎn)品。4、在激光電視中，一個光點以每秒５５英里的速度穿過屏幕，產(chǎn)生一個點點對應(yīng)的圖像，視覺差錯使得觀眾看到的是一幅高質(zhì)量的圖像。5、將電源和無線接收單元外置的情況下,主機可以制成象香煙盒大小的尺寸。6、安全性。電視機中的紅綠藍三色可見光激光光束是經(jīng)過專門的擴束整形設(shè)備后再投射到屏幕上的，即便是屏幕破裂，激光不慎從屏幕中射出，也不會對人體產(chǎn)生任何的不良作用。7、前蘇聯(lián)科學(xué)院研制成功的激光電視，不僅色彩鮮艷逼真，而且可以收看全息圖像和立體畫面的電視節(jié)目第32頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六國際2005年，索尼斥資在愛知世博會上建起一個有500平方米巨幕的巨大激光影院，2006年三菱推出40英寸激光電視樣機，2007年索尼再次高調(diào)推出60英寸激光電視樣機，2007年美國國際消費電子展上，索尼和三菱分別展出了55英寸、40英寸的激光電視樣機。目前，國際上有德國LDT公司、日本索尼公司、日本三菱公司、松下、日立、東芝、愛普生、韓國三星公司等企業(yè)也都傳出積極研究激光電視、激光投影產(chǎn)品的消息。2009年72寸激光電視進入賣場，售價6999美元。國內(nèi)北京中視中科光電技術(shù)有限公司是國內(nèi)唯一致力于激光顯示產(chǎn)業(yè)化的公司。上世紀80年代末，激光全色顯示技術(shù)就已進入中國863計劃。2002年中國在該技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破，推出全固態(tài)激光顯示原理樣機，2003年研制出60英寸背投激光顯示機，2005年推出84英寸背投激光顯示機，最近又研制成功140英寸大屏幕激光顯示樣機。

第33頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六（三）有機薄膜電致發(fā)光（OEL）圖6.2.12第34頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六有機發(fā)光二極管最簡單的形式是由一個發(fā)光材料層（鋁氧化物）組成，嵌在兩個電極之間。輸入電壓時載流子運動，穿過有機層，直至電子空穴并重新結(jié)合，將過量的能量以光脈沖形式釋放。這時其中一個電極是透明的，可以看到發(fā)出的光。通常由銦錫氧化物（ITO）組成OEL工作原理圖6.2.13第35頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六OEL的優(yōu)勢1、高亮度：100，000cd/m22、高效率：30lm/W3、發(fā)光點尺寸可控：從微米到厘米4、可實現(xiàn)多色：RGB5、低壓工作：3－10V6、低材料和襯底成本7、寬視角：>160deg8、壽命長：1，000，000hrs第36頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六OEL的發(fā)展圖6.2.14第37頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六6.2.4液晶平板顯示器（LCD）液晶電視原理：利用液狀晶體在電壓的作用下發(fā)光成像的原理。組成屏幕的液狀晶體有三種：紅、綠、藍，叫做三基色，它們按照一定的順序排列，通過電壓來刺激這些液狀晶體，就可以呈現(xiàn)出不同的顏色，不同比例的搭配可以呈現(xiàn)出千變?nèi)f化的色彩。圖6.2.15第3