平面顯示技術的應用探討

梁柱杰

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

關鍵詞：平面顯示;PDP;LCD;OLED;FED;調光;光譜分布

中圖分類號：TP311??? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）29-0130-02

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

1主流平面顯示技術的分類

平面顯示是指屏幕呈平面的顯示技術，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，主要分為以顯示媒介自身發(fā)光提供可見輻射信號的主動發(fā)光顯示器與利用顯示介質被電信號編碼調制后根據(jù)其光學特性發(fā)生改變而發(fā)出可見輻射信號的被動發(fā)光顯示器，其中被動發(fā)光顯示器技術對環(huán)境光和外加電源發(fā)出的光進行調制，在顯示屏上進行顯示。目前使用在電子產品中主要包括等離子體放電顯示屏PDP、液晶顯示器 LCD、有機電致發(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)在技術最為成熟、使用最廣的被動發(fā)光顯示器的代表，有機電致發(fā)光顯示器OLED則是最近電子設備中應用越來越多的主動發(fā)光顯示器。

等離子體放電顯示屏PDP制作復雜且較為昂貴，是一種利用等離子氣體放電的顯示技術，采用等離子管作為發(fā)光元件。包括密封有稀有氣體的結構，放電氣體被密封在兩個基板之間，基板上具有輸入電壓進行觸發(fā)的上下電極。其中基板上的每一個等離子管對應一個像素，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行觸發(fā)的電極，通過在電極上加入電壓差，當向電極上加入電壓，密封的放電空間內放電氣體便發(fā)生等離子體放電現(xiàn)象，經(jīng)氣密性封裝形成一個個放電空間，激發(fā)熒光體得到相應顏色的光線。氣體等離子體放電產生看不見的紫外線，紫外線激發(fā)熒光屏，熒光屏發(fā)射出可見光，通過多個像素組合以預定圖案顯現(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，但其結構較損壞、耗電高。

液晶顯示器LCD 主要為主動矩陣式TFT-LCD技術，包括背光板模組、偏光板、彩色濾光片、導電層、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生電場變化，控制液晶分子偏轉，形成液晶分子的排列狀態(tài)轉換，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)。

有機電致發(fā)光顯示器OLED是指有機半導體材料和有機發(fā)光材料在電場的驅動下，通過載流子注入和復合導致發(fā)光的技術;其基本結構式在銦錫氧化物玻璃上制作一層有機材料發(fā)光層，在發(fā)光層上覆蓋金屬電極，在外界電壓的驅動下，主要利用傳導帶以及價電帶之間電子電洞的復合，將能量以光的形式發(fā)射出去，發(fā)出紅、綠、藍三基色構成基本色彩，使用高分子有機薄膜，發(fā)光效率更高。有機電致發(fā)光顯示器OLED相對LCD 不需要背光板和彩色濾光片，結構簡單，有機電致發(fā)光顯示器 OLED 的技術特點是自發(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、寬視角、單片結構、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)射顯示的一個應用，其發(fā)光機制與傳統(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在每一個熒光點距離不到3mm處均放置了多個極小的電子發(fā)射器，同時用場發(fā)射技術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速度快、色彩飽和意見亮度更高的優(yōu)點。

2主流平面顯示技術的工作方式

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）脈沖編碼調制技術來控制每一個區(qū)域內的脈沖，改變紫外線強度實現(xiàn)畫面的亮度的控制。通過在后半玻璃上涂布紅色、綠色、藍色的熒光體，在組合之后分別注了氮、氖等氣體。獨立操控每個三原色細胞體實現(xiàn)色彩調整，通過將影像的各區(qū)域相對脈沖規(guī)律控制各個區(qū)域的亮度。

其中液晶顯示器LCD主要采用DC調光技術，不管在何種情況下，點亮屏幕時整個背光全開，通過偏光板、濾光片結構使畫面進行顯示控制，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設值時，為了降低功耗會開啟PWM 調光模式。

有機電致發(fā)光顯示器OLED在低電壓下會出現(xiàn)色彩不均勻的情形，嚴重影響顯示效果，因此有機電致發(fā)光顯示器OLED 不能使用控制電壓調整亮度。有機電致發(fā)光顯示器 OLED采用PWM脈沖寬度調制技術，根據(jù)在周期時間內亮滅像素的時間長度控制亮度，對像素點獨立工作，根據(jù)顯示畫面點亮相應的像素點，有需要打開或熄滅相應的像素點，PWM調光的頻率影響屏幕的顯示效果，高速開關像素點導致屏幕閃爍相應突出，成為影響有機電致發(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動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產生的電場決定了陰極電子發(fā)射的強弱，控制著發(fā)射電子電路的電流大小，實現(xiàn)控制顯示器亮度。

3主流平面顯示技術的光譜分布

等離子體放電顯示屏PDP 中熒光粉的構成是決定顯示質量的關鍵因素，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、余輝時間、粉體顆粒度是普遍關注的問題。PDP用熒光粉由紅、綠、藍三種熒光粉組成，各種熒光粉還存在需要解決的技術問題，例如紅粉的發(fā)光效率較低、藍粉的穩(wěn)定性能較差、綠粉的余暉時間較長等，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光的產生。

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)光原理是利用半導體中在N 區(qū)的電子與P區(qū)的空穴結合時，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)光亮度會因所使用的材料而有所不同。其中形成PN結的材料決定發(fā)出光的波長，即光的顏色。液晶顯示器LCD 主要通過偏光片實現(xiàn)顯示顏色的控制，現(xiàn)有液晶顯示器LCD所使用的PN結材料中，LED發(fā)光具有相對綠光、紅光而言高藍光光譜量更多，通過限制顯示色溫的差異，可以有效減小藍光的損害。

有機電致發(fā)光顯示器OLED使用的是有機物材料，有機發(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，同樣利用半導體材料特性，將電子空穴在發(fā)光層上結合，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，實現(xiàn)發(fā)光的功能。有機電致發(fā)光顯示器 OLED 中通過選擇PN結的材料，發(fā)射出獨立的紅色、綠色、藍色可見光，能實現(xiàn)紅、綠、藍三基色的平衡，其更能實現(xiàn)接近太陽光的顯示效果，在相同亮度顯示下 OLED藍光危害更小。

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、綠、紅三種熒光粉組成，通過控制工作電壓實現(xiàn)亮度的調整。FED具有亮度高、色彩還原性好、色度均勻、響應速度快、功耗低、分辨率高、屏幕薄等優(yōu)點，其熒光粉的色純度影響FED 的顯示效果。

4結語

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具有其各自的特點和優(yōu)勢。然而，等離子體放電顯示屏PDP、液晶顯示器LCD、有機電致發(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，平面顯示技術從其材料、制造工藝、工作方式等方面需要進一步的研究。

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【通聯(lián)編輯：梁書】