显示技术综览.docx

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1、半导体光电子学课程论文/Z灯阴布%火孝簿IAncmu糖皿题目：显示技术概述专业：光电信息科学与工程指导老师：周明斌二O一七年六月目录显示技术概述错误!未定义书签。1 .引言错误!未定义书签。2 .显示技术发展历史概述错误!未定义书签。2.1 CRT阴极射线管错误!未定义书签。2.2 1CD液晶显示错误!未定义书签。2.3 PDP等离子显示错误!未定义书签。2.4 FED场发射显示错误!未定义书签。2.5 1ED显示错误!未定义书签。2.6 O1ED电致发光显示错误!未定义书签。2.7 激光显示错误!未定义书签。2.8 量子点技术显示错误!未定义书签。3 .显示技术未来发展方向错误!未定义书签。

2、3.1 4K超高清错误!未定义书签。3.2 裸眼3D错误!未定义书签。3.3 虚拟现实(VR)和增强现实(AR)错误!未定义书签。3.4 全息投影技术错误!未定义书签。4 .结束语错误!未定义书签。参照文献错误!未定义书签。显示技术概述摘要:伴随人们对显示屏的色彩追求和显示实用性的追求，近二十年前基于等离子技术和液晶技术的平板显示屏问世，显示屏市场发生了翻天覆地的变化。本文重要回忆显示技术发展历史(CRT、1CD、PDP、FED、1ED、O1ED、激光显示、量子点显示)，比较各自有关技术特点及优缺陷，并指出未来也许的技术发展方向。关键词：显示技术、激光显示、量子点技术、O1ED。Abstrac

3、t:Withthepursuitofco1orpursuitanddisp1ayofdisp1ay,a1mosttwentyyearsago,basedonp1asmatechno1ogyand1CDtechno1ogyf1atpane1disp1aycameout,thedisp1aymarkethasundergoneenormouschanges.Thispaperreviewsthedeve1opmentofdisp1aytechno1ogy(CRT,1CD,HistoryofPDP,FED,1ED,O1ED,1aserdisp1ay,quantumdotdisp1ay),compar

4、ingtheirrespectivetechnica1characteristicsandadvantagesanddisadvantages,andpointsoutthepossib1efuturedirectionoftechno1ogydeve1opment.Keywords:disp1aytechno1ogy,1aserdisp1ay,quantumdottechno1ogy,O1ED.1 .引言伴随人们对显示屏的色彩追求和显示实用性0追求，近二十年前基于等离子技术和液晶技术的平板显示屏问世，显示屏市场发生了翻天覆地的变化。显示屏件重要包括阴极射线管（CRT）、液晶显示屏（1CD）、

5、等离子显示屏（PDP）.有机发光二极管（O1ED）、场致发射显示屏（FED）、发光二极管（1ED）等。无论什么显示技术，均有一种被认知的过程，只有获得认知才能深入发展，也只有发展了才能深入得到认知，这是一种辨证的关系。2 .显示技术发展历史概述2.1 CRT阴极射线管1897,诺贝尔奖获得者、著名物理学家和发明家Kar1FerdinandBraUn（卡尔布劳恩）发明了第一种CRT（CathodeRayTube,阴极射线管）。其工作原理是：电子枪发射高速电子，通过垂直和水平的偏转线圈控制高速电子的偏转角度，最终高速电子击打屏幕上的磷光物质使其发光，通过电压来调整电子束的功率，就会在屏幕上形成明暗

6、不一样的光点形成多种图案和文字。不过，此时的CRT大部分还是用来验证粒子、电子等现象的设备，似乎同显示亳无关系。布劳恩明搬射线管图2-1布劳恩设计的阴极射线管直到1925年，约翰洛吉贝尔德(John1OgieBaird)在伦敦的一次试验中使用CRT器材“扫描”出木偶的图象成为一种转折点，其被称为电视诞生的标志，而同一时间斯福罗金(VIadimirZWorykin)也发明了自己B电视系统，不过这两个人实现图像传播的模式有些不一样，但都是由CRT设备实现的。其中对未来影响最大的就是斯福罗金的“电视”系统了，这种全电子模式也是未来电视发展的一种起点。随即的几年，电视设备开始进入大发展阶段，并且电视也

7、开始逐渐普及，这其中最有标志性意义的事件就是1936年的柏林夏季奥运会,这是人类历史上第一次实现电视转播，当时大概有16万柏林人通过电视直播观看比赛，而非本来同样必须进入体育场才能观看比赛。图2-2第一台彩色电视机RCACt-IOO此后，业界开始大力研制彩色显像管。1954年，第一台民用支持NTSC原则的彩色电视机RCACT-IOO诞生，这也是彩色电视机普及的开端。随即全世界各国都在开发和生产电视，电视产业成为一种新兴的产业蓬勃兴旺的发展着。2.2 1CD液晶显示液晶显示技术是目前应用最广泛的一种技术，其技术的基础是液态晶体（1iqUidCrysta1）。液晶按形态分类有向列型、层列型和胆固醇

8、型三中，其中向列型液晶H勺介电特性使得它成为液晶显示技术的关键。以TN(TwistedNematic)型液晶面板为例，其基本构造是在两个透明电极间加入液晶分子，两侧电极的内端有以聚酰亚胺制成的配向膜，其作用是使两侧H勺液晶分子顺着配向膜的凹槽方向排列，两侧的配向膜凹槽呈垂直排列，使得液晶层内的液晶分子逐渐转向形成螺旋状排列；电极两侧外端则有透光轴夹角为90。两片线偏振片。当光从一端入射进液晶面板时，首先通过第一片偏振片起偏，然后在螺旋状液晶分子的作用下逐渐变化偏振方向，最终旋转90,于是可以从第二片偏振片射出。当在两电极间加上电压时，液晶分子会从平行于面板的水平螺旋排列转换为垂直于面板排列，此

9、时射入的线偏振光方向不发生变化，从而无法从第二片偏振片射出。通过这种措施可以控制单个像素单元的通光与否，从而实现点阵显示。阳极玻璃基板11微尖型发射极图2-3液晶器件显示原理图根据液晶分子的排布方式可以将液晶面板分为TN(TwistedNematic)VA(Vertica1A1ignment)、IPS(In-P1aneSwitching)三种，TN液晶分子在垂直平行状态间切换，VA将之改良为垂直.双向倾斜的切换方式，IPS技术与上述技术最大的差异就在于，不管在何种状态下液晶分子一直都与屏幕平行，只是在加电常规状态下分子B旋转方向有所不一样。液晶技术重要运用了液晶分子的偏振片性质，光通过物质时，

10、折射率与光偏振方向有关。在大部分向列型液晶中，光偏振方向与分子长轴方向相似时折射率(n7)较大；光偏振方向与分子长轴方向垂直时折射率(n_1)较小，于是线偏振光偏振光通过垂直于其入射方向排列的液晶分子层后其偏振方向会变化。2.3 PDP等离子显示等离子显示屏采用等离子管作为发光元器件，大量的等离子管排列在一起构成屏幕，每个等离子对应的每个小室内都充有筑洞气体。在等离子管电极间加上高压后，封在两层玻璃之间B等离子管小室中的气体会产生紫外光激发平板显示屏上的红、绿、蓝三原色荧光粉发出可见光。每个等离子管作为一种像素，由这些像素的明暗和颜色变化组合使之产生多种灰度和彩色的图像，与显像管发光很相似。从

11、工作原理上讲，等离子体技术同其他显示方式相比存在明显的差异，在构造和构成方面领先一步，其工作原理类似一般日光灯和电视彩色图像。图2-4等离子体显示屏件显示原理图2.4 FED场发射显示场发射显示屏(Fie1dEmiSSionDiSP1ay,FED)发光原理为：在发射与接受电极中间的真空带中导入高电压以产生电场，电子通过隧道效应穿过势垒发射到真空中撞击接受电极下的萤光粉，而产生发光效应。其发光原理与CRT类似，都是在真空中让电子撞击萤光粉发光，不一样之处在CRT由单一的电子枪发射电子束，透过偏向轨来控制电子束发射扫瞄的方向，而FED显示屏拥有数十万个积极冷发射子，因此在构造上FED可以到达比CR

12、T节省空间的效果。另一方面在于电压部分，CRT大概需要1530KV左右的工作电压，而FED的阴极电压约不不小于IKVo虽然FED被视为可取代CRT的技术，不过在发展初期却无法与CRT的成本相比，重要原因是场发射元件的问题。最早被提出的Spindt形式微尺寸阵列虽然是首度实现发射显示的技术，但它的阵列特性却限制显示的尺寸，重要原因是它的构造是在每个阵列单元上包括一种圆孔，圆孔内含一种金属锥，在制作过程中微影与蒸镀技术均会限制尺寸欧I大小。处理之道是采用取代Spindt场发射元件的技术。1991年NEC刊登一篇有关碳纳米管的文章后，研究人员发现以纳米构造合成的石墨，或是碳纳米管作为场发射元件可以得

13、到更好的场发射效率，因此碳纳米管合成技术成为FED研发的新方向。2.5 1ED显示在CRT时代，英国无线电研究员HenryJosephRound率先发现电场发光，奠定了之后1ED技术发展欧J基础。随即区I1961年，德州仪器的RobertBiard和GaryPittman为红外线1ED（首个发光二极管）申请了专利。然而，该产品是人眼不可见的。1962年，NiCkHO1OnyaCk发明了首个人眼可见的1ED灯，并被称为“1ED之父1ED与1CD相比，在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势,可以制造出比1CD更薄、更亮、更清晰的显示屏。目前已经取代1CD的位置，成为市场上的主流。2.6

14、 O1ED电致发光显示电致发光（E1ectro-1uminescent,ED是指电流通过物质时或物质处在强电场下发光的现象，在消费品生产中有时被称为冷光。电致发光物料的例子包括掺杂了铜和银的硫化锌和蓝色钻石。目前电致发光的研究方向重要为有机电致发光显示技术(OrganicE1ectro-IuminescentDisp1ay,OE1D)。金属阴极光线输出图2-6O1ED显示屏构造图20世纪50年代人们就开始用有机材料制作电致发光器件的探索，A.Bernanose等人在懑:单晶片的两侧加上400V的直流电压观测到发光现象，单晶厚Iomm20mm,因此驱动电压较高。1963年M.Pope等人也获得了

15、意单晶的电致发光。70年代宾夕法尼亚大学BHeeger探索了合成金属。1987年Kodak企业B邓青云初次研制出具有实用价值的低驱动电压(1000cdm2)O1ED器件。1990年，Burroughes及其合作者研究成功第一种高分子E1(P1ED),更为有机电致发光显示屏件实用化深入奠定了基础997年单色有机电致发光显示屏件首先在日本产品化，1999年日本先锋企业率先推出了为汽车音视通信设备而设计的多彩有机电致发光显示屏面板，并开始产，同年9月，使用了先锋企业多色有机电致发光显示屏件的摩托罗拉大批量上市。目前E1D显示设备的重要元件是有机发光二极管(OrganiC1ightEmittingDiode,O1ED),由于其发光原理与发光二极管相似。图2-7曲面屏幕的诞生O1ED是基于有机材料的一种电流型半导体发光器件。其经典构造是在ITO玻璃上制作一层几十纳米厚的有机发光材料作发光层，发光层上方有一层低功函数的金属电极。当电极上加有电压时，发光层就产生光辐射。其发光机理是由正极和负极产生的空穴和电子在发光材料中复合成激子，激子的能量转移到发光分子,使发光分子中的电子被激发到激发态，其去激过程产生可见光。为增强电子和空穴0注入和传播能力，一般又在ITO和发光层间增长一层有机空穴传播材料或津I在发光层与金属电极之间增长一层