书城教材教辅中学理科课程资源-解密物理光学
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第18章 光电信息技术(7)

从表3可以看出,TFT-LCD加上PDP所覆盖的应用领域超过CRT。在21英寸以下的范围内,CRT将受到TFT-LCD的有力竞争;而在30英寸以上的范围内,CRT将受到PDP的严峻挑战。但由于目前PDP、TFT-LCD的生产成本依然昂贵,各项技术有待进一步完善,CRT的优势依然很明显,尤其以价格优势最为突出。现阶段FPD的发展将主要依靠开辟新的应用领域,但预计2000年以后,FPD将逐渐占领显示领域的主导地位。

2.应用发展现状、课题与展望

(1)液晶显示器LCD

现在的液晶显示器可以分为有源矩阵液晶及单纯矩阵液晶两大类,其主要特征如下:

有源矩阵液晶对每个像素均没有开关控制,具体又可分为:①金属一绝缘体一金属(MIM)型:它容易扩大开口率,比TFT亮1.3倍,且功耗小,成本低;②薄膜晶体管(TFT)型:它是平板显示器的主流,在品质、性能(对比度、色彩、分辨率)方面相当于CRT。

单纯矩阵液晶又可以分为:①扭曲向列(TN):一般用于小型仪表、电子表、计算器等,成本低廉,不适合大尺寸;②超扭曲向列(STN):液晶的扭曲为180°~230°,与TFT相比,性能稍劣,但在成本上有优越性,且适合各种尺寸;③其它:铁电液晶(SSFLS)具有存储性,可实现高速响应、高对比度、广视角等,但全色显示性能有待进一步研究;聚合物分散液晶(PDLC)不使用偏振片,透过率高,正在新领域开发应用。

在各类LCD中,TFT和STN占据了最大的市场份额,尤以TFT引人注目,其产值比例已达70%,而STN约占30%。1996~1998年的近三年中,LCD的平均价格下跌了一半,但性能却不断提高,并取得多项技术突破:NEC用“超精细TFT”技术生产出分辨率为1280×1023的产品;夏普的TFT Super-VLCD平板对比度可达300∶1,亮度达250cd/m2,功率却只有10W;日立的13.3英寸LCD视角可达130°;最近夏普又推出创纪录的30英寸彩色TFT-LCD;此外响应速度为50ms的TFT产品也已面市。LCD在一些性能上已能与CRT媲美,体积与重量却远远优胜于CRT。

1998年以前,LCD的最主要用途为笔记本型电脑,12.1英寸SVGA为主流产品。但液晶台式Pc机市场发展极快,其世界市场占有份额在1999年为270万台,2000年达350万台,年增长率为30%。LCD在电视方面的应用将与PDP等离子体显示器进行竞争,首先从高清晰度电视、公共场所显示板等业务用方面开始。在新的世纪中,随着多媒体的成熟,机顶盒用监视器、PC/TV用监视器以及家用新型液晶电视机的需求都将大量增加。今后,信息家电、网络终端、广播、通信等用途的LCD市场也将迅速扩大。LCD发展方向不仅在于大屏幕,而且在中小屏幕方面,例如汽车导航系统、摄像机、数字式照相机、便携式电视、PDA(个人数字助理)、娱乐/游戏机、投影机等,还会有进一步的发展。增长最快的领域包括下一代电视、车载设备、电子图书、液晶监视器等。

随着LCD的进一步研究开发,为扩大其应用领域,提高其市场占有率,目前的主要技术课题包括:扩大视角,提高对比度,增加色纯度,提高响应速度,减小显示板厚度及降低功耗等。在工业化生产方面应采取的措施包括:与高密度电子封装工程紧密配合;制造装置及工业生产设备的改进;提高生产效率及成品率,降低原材料价格及生产费用,进一步降低LCD的价格。

从发展趋势看,下一代LCD将是铁电型及反铁电型LCD、高分子分散型LCD、塑料基板LCD等。LCD的应用开发将进一步多样化。

(2)等离子体显示器PDP

彩色PDP是利用气体放电产生的真空紫外线激发三基色荧光粉发光而实现显示的新型平板显示技术。它的特点是主动发光、视角大、响应快、有存储特性、色彩丰富(与CRT不相上下)、数字化工作模式、易于制作大尺寸。因此它的产业化发展很快。

据预测,1996~2000年为彩色PDP的新生期,主要是商业应用,重点在开拓市场。2001~2005年为成长期,这一阶段PDP性能价格比趋于合理,大屏幕HDTV得到普及,多媒体显示成为主要应用之一。2006年以后为成熟期,PDP成为大众商品,应用于数字电视,并在整个电视机市场中占据主要位置。

从目前的发展趋势看,20~30英寸彩色PDP,如21英寸VGA产品、25英寸XGA产品,将主要进入PC、工作站等市场。价格是进入该市场的最关键因素。30~70英寸产品的最大市场是作为HDTV、家庭影院进入家庭,人们盼望多年的壁挂电视梦将成为现实。由于目前产品的售价问题,彩色PDP产品还没有大量进入这一市场。彩色PDP的另一用途是进入商店、博物馆、图书馆、政府办公室以及批发中心等场所,用于金融、公共交通、商品展示、新闻等的显示。该领域是目前彩色PDP的主要市场。例如纽约股票交易所、东京中心火车站、香港新机场等已使用了彩色PDP产品。

彩色PDP市场潜力巨大,今后几年将快速发展,stanford Resources预测,2003年前它的年增长率为39%;富士通公司估计,2000年,高清晰度电视已占电视市场的30%,PDP产品则占高清晰度电视市场的10%。根据专家的最新预测,2005年彩色PDP将接近500万台,其中家用约100万台,产值约50亿美元。

虽然彩色PDP实现了快速发展,但目前仍存在如下问题:①生产的成品率低,导致产品的价格过高,制约了市场的拓展和进入批量生产的进程。成品率低的主要原因是技术、设备、材料尚不完善,有待改进;②亮度和发光效率有待进一步提高。目前的发光亮度最高约500cd/m2,发光效率在1%~2%,仍未达到CRT水平;③目前彩色PDP的功耗在300~300W,明显过高。彩色PDP今后的发展方向是朝着大型化、高清晰度、高发光效率、低功耗方向发展。同时,必须提高成品率、扩大生产、改进技术和设备等以便大幅度降低成本。

(3)电致发光显示器ELD

对于ELD来说,过去在可靠性及寿命、发光辉度、价格等方面都存在一些问题,因此未达到完全实用的水平。在彩色化方面进展较慢,尤其是使用蓝色材料比较困难,但ELD的分辨率可以做得很高。现在已经把TFT和ELD结合,做成AMELD,分辨率可达80线/mm。也可做成小尺寸全色显示,用作虚拟现实显示等。

现在开发的重点是,为实现高辉度而对材料进行的开发,通过降低驱动电压以降低驱动回路的价格,为实现彩色化而对高辉度三色荧光体进行探索,特别是提高蓝色及红色荧光体的发光效率等。

与无机ELD受阻于彩色化相比较,有机ELD的发展十分迅速。有机电致发光有很丰富的颜色,可覆盖包括蓝光在内的整个可见光波段。同时有可供选择的材料广泛、驱动电压低、制备比较简单等优点,受到平板显示界的密切关注。典型的材料有八羟基喹啉铝(A1q3)等。英国剑桥大学最早报道有机ElD(OELD),但初期的OELD寿命十分短暂。日本先锋公司突破了长寿命的关键技术,已制成95cm,256×63像素蓝色OELD,100cd/m2,功耗仅0.5W,寿命可达数干小时。先锋公司打算首先用OELD代替VFD应用在家用电器上。日本Idemitsu公司也做出了一台12.7cm彩色OELD原理性样机,可显示1670万种颜色,响应时间1μs,工作电压20V,在100cd/m2亮度时寿命可达2×103h。由于OELD主动发光,电压和功耗都低,其发展值得注意。

由于ELD具有全固体化结构及存储功能,而且容易实现薄型、轻量、小型化,因此随着上述课题的开发进展,有可能制备出显示性能与CRT相匹敌的高显示品位ELD。其在民用、产业两大领域的应用将是不可估量的。

(4)真空荧光管显示器VFD

对于VFD来说,为增大其显示容量,迄今为止的开发集中在显示板的大型化和高精细化,以及各色荧光体的高辉度化等方面。今后这将仍然是VFD研究开发的主要课题。

VFD的大型化,以对角线尺寸10英寸为现实技术的上限。在高精细化方面,采用光刻制版法制做的0.2mm左右节距(pitch)的高精细化图形显示VFD已达实用化。而且采用高发光效率的新荧光体与前面发光方式等技术相组合,全色显示VFD的开发也在进行之中。FED(场发射显示器)技术的诞生,预计有可能实现优于CRT的高画质显示。通过在基板内部封装驱动IC的封装(chip in glass,CIG)技术,可使外部电路变得更为简单。毫无疑问,通过上述高精细化、全色化、高画面质量、CIG封装等新技术的组合,VFD的应用范围将从民生领域向情报信息、产业领域进一步扩大。

(5)场致发射阵列平板显示器FED

从原理上讲,FED既具有CRT的显示性能,又具有LCD低功耗的优点,是一种有潜力与TFT-LCD正面较量的平板显示技术。美国曾下了很大的力量进行开发,试图借此来挽回在LCD领域的劣势,但目前尚处在研究开发的阶段。国际上只有法国Pixtech公司有1条小尺寸引导线,生产13cm的1/3VGA产品(135cd/m2),10%点亮时功耗为3W。日本Canon公司1997年曾报道一种25cm样品,亮度为630cd/m2,效率为10Lm/W,性能的高指标引起人们的注意。一般认为,一种FPD技术是否成熟并能推向市场,25cm的生产线能否正常运转是一个重要标志。FED还在向这个方向努力。