【摘要】光电显示技术作为光电技术的重要组成部分，近年来发展迅速，本文简要介绍现代光电显示器技术的技术现状、技术特点及其发展趋势。
【关键字】光电显示 图像 平板显示 发展趋势
【正文】
光电显示技术是将电子设备输出的电信号转换成视觉可见的图像、图形及字符等光信号的一门技术。它已成为现代人类社会生活的一项不可缺少的技术。显示器件作为人机交换的窗口。在信息技术高度发展时期得到了长足的进展。
现代光电显示器的技术现状及技术特点
目前流行的几种显示技术有阴极射线显示( CRT ) 、液晶显示( LCD ) 、等离子显示( PDP) 、场致发射显示( FED) 、发光二极管( LED) 、有机电致发光显示( OLED) 、DLP 投影显示和液晶硅微显示( LCOS) 等。
1、 阴极射线管技术( Cathode raytube, CRT )
CRT 是利用高能量电子束激发荧光屏而发光的器件, 迄今已有一百多年的历史, 是实现最早、应用最为广泛的一种主动式显示技术。其工作原理是高速电子束扫描荧光屏背后所带的红、绿、蓝彩色发光点, 使其发光, 这样就在屏幕上形成所要显示的彩色图像。 CRT 最大的优势在于高的性能价格比及大画面高密度显示, 它成本较低、亮度高、色彩还原度高、色度均匀、分辨率高、全视角且可以长期连续使用， CRT 技术很成熟，生产规模巨大，主要用于彩电显像管和电脑显示器。
2、 液晶显示( Liquid crystal display,LCD)
液晶是一种介于固体和液体之间的物质, 是具有规则性分子排列的有机化合物。 LCD 是利用液晶分子对外照光进行调制而实现显示的一种技术, 它本身器件不发光, 环保性能好, 工作电压低, 功耗小, 最早诞生于1968 年的美国， LCD是目前唯一在亮度、对比度、色彩、功耗、寿命、体积、质量等综合性能方面全面赶上和超过CRT的平板显示器件, LCD 不存在画面闪烁的问题, 操作者眼睛不易感到疲劳，LCD 也不存在辐射,对用户健康产生的危害较小, 同时不会干扰其他电子装置的工作, 被称之为绿色显示器. 因此,LCD 在各类平板显示器的竞争中具有明显的优势, 其应用范围十分广泛。但LCD 也有不足之处,它属于非主动发光型即被动光源, 显示视角小, 对比度和亮度受环境的影响较大, 响应速度较慢且工艺复杂， 而长期困扰LCD 视角、色饱和度、亮度等3 大难题在今天已经获得重大突破,液晶平板显示技术已经步入成熟阶段。
3、等离子显示( Plasma display panel,PDP)
PDP 是伴随惰性气体等离子体放电, 利用行列矩阵电极交点发光的显示器件, 其中等离子体是指正负电荷共存, 处于电中性的放电气体的状态，其特点是高亮度、高对比度、视角广、响应速度快，这种显示采用等离子管作为发光元件,大量的等离子管排列在一起构成屏幕, 每个等离子对应的小室内都充有氖氙气体，在等离子管电极间加上高压后, 封在两层玻璃之间的等离子管小室中的气体会产生紫外光激励平板显示屏上的红绿蓝3 基色荧光粉发出可见光，每个等离子管作为一个像素, 都由少量的等离子或者充电气体照亮, 由这些像素的明暗和颜色变化组合, 使之产生各种灰度和色彩的图像, 这与显像管发光很相似。 等离子体显示的工作机理类似于普通荧光灯， 显示的彩色图像由各个独立的荧光粉像素发光综合而成,，因此图像鲜艳、明亮、干净而清晰. PDP 的体积比CRT 显示器小， 色彩要比LCD 鲜艳明亮，显示的图像不会出现扭曲变形的情况。PDP 既可以用来显示模拟视频信号， 也可以用来显示VGA 数字信号。
4、场致发射显示( Field emission display,FED)
FED 的工作原理类似于阴极射线管( CRT) , 所不同的是, CRT 是采用单一的光栅扫描电子束, 而FED 在每个像素后排有无数个微米级电子冷发射体。 FED 显示技术能把CRT 显示器的明亮清晰与LCD 显示器的轻薄环保等优点结合起来, 因此具有LCD 的轻薄和低功耗及CRT 的自然逼真的彩色、快速的响应速度和宽广的视角, 并且还具有低功耗、低电压、薄型化、平板化以及能在恶劣条件下工作等特点, 其价格较LCD 和PDP 要低, 但也存在工艺复杂及发光效率低等不足。
5、发光二极管( Light emitting diodes,LED)
由于半导体制作和加工工艺的逐步成熟和完善, LED 已日趋在固体显示器中占主导地位。1964 年世界上第一只红色GaAsP- LED 的诞生, 预示着固体发光显示时代的来临, 而后橙色、黄色和黄绿色LED 也相继问世, 实现了在波长940- 540 nm 范围内发光的全固化, 但实现全色显示的蓝光一直是个障碍. 1994 年, 日本的Nakamura 发明了GaN 的蓝光LED、 GaN 基蓝光、绿光AlGaInN- LED 的出现是LED 发展史上的又一个里程碑, 使户外全色显示和半导体照明成为可能。
6、有机电致发光显示( Organic light emittingdisplay, OLED)
有机发光物质种类繁多, 因而在全色显示、大屏幕视频显示方面比无机发光材料有优势,OLED 成为业界公认的可能替代液晶的新一代显示技术, 今天已经在手机、MP3 等小型设备上得到了应用, 它相对于现有的CRT 、LCD 和PDP, 以及无机半导体LED 显示, 具有突出的优势和特点。它是全固化显示器件且显示屏幕可以做得超薄, 厚度可以小于1mm, 质量较轻; 主动发光, 与传统的LCD 显示方式不同, 无需背光灯, 采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板, 当有电流通过时, 这些有机材料就会发光，响应速度快， 响应时间约0. 01 ms, 没有视角效应, 可视角度大于170b; 低压直流电驱动, 能耗小、 发光效率高;、发光颜色丰富、 可以实现彩色发光、 生产工艺相对简单, 材料来源广, 成本低; 可在- 40 e低温下工作, 能满足许多低温条件下的使用;OLED 能够在不同材质的基板上制作, 可做成能弯曲的柔软显示器实现柔性显示, 柔性屏具有质量轻、易携带、可卷曲等特点, 使用起来很方便。
7、数字光处理投影技术( Digital light processing,DLP)
DLP 投影显示技术是美国德州仪器公司发明的一种高亮度高清晰度投影技术, 该技术是投影和显示信息领域中的一个新思路。 DLP 投影机的技术是一种全数字反射式投影技术, 其特点首先是数字优势,数字技术的采用, 使图像灰度等级提高, 图像噪声消失, 画面质量稳定, 数字图像非常精确， 其次是反射优势, DLP 投影机以DMD ( Digital M-i
cromirror Device) 数字微镜发射器作为成像元件, DMD 芯片上是数十万片的小镜片, 每个芯片可作简单角度改变, 影像便是由这些小镜片的不同反射角度下组成, 这样完成了显示数字的最终环节， 反射式DMD 器件的应用, 有更高的反差,同时影像每个像素间的间隙更密, 影像显得更平滑, 使成像器件的总光效率达60% 以上, 对比度和亮度均匀性都非常出色。
8、液晶硅显示( Liquid crystal on silicon,LCOS)
LCOS( Liquid crystal on silicon) 是一种新型的微显示技术, 它是液晶技术和半导体技术相结合的产物, 也是液晶显示的第5 代产品. 传统的LCD 是做在玻璃基片上, 且通常采用透射式投射的方式, 光利用效率只有3% 左右, 分辨率较低，而LCOS 则是做在单晶硅片上( 拥有良好的电子迁移率) , 它采用反射式投射方式, 光利用效率可达40% 以上, 且其最大的优势是可利用最广泛使用、最便宜的CMOS 制作工艺, 毋需额外的投资, 并可随半导体制作工艺快速地微细化,易于提高分辨率. LCOS 是在硅单晶片上生长电晶体, 利用集成电路技术制作驱动面板, 然后在电晶体上通过研磨技术磨平, 并镀上铝当作反射镜, 形成CMOS 基板, 然后将CMOS 基板与含有透明电极之上的玻璃基板贴合, 再抽入液晶, 进行封装测试。
现代光电显示器技术的发展趋势
1、阴极射线管技术( Cathode raytube, CRT )
CRT 是电真空器件，它体积大、电压高、功耗大、辐射强等固有的不可克服的缺点。 在便携式电子产品和大屏幕显示方面的应用受到限制。随着显示尺寸的不断增大，其质量和厚度也随之不断增大。无法满足人们对大屏幕、薄型化日益增长的要求, 这就限制了它向更广的显示领域发展。
2、平板显示技术
1、TFT-LCD技术方向
全球TFT-LCD的发展正由成长期向成熟期转变，稳步扩大产能规模，继续抢占TFT-LCD显示的主流市场（如笔记本电脑显示器面板、台式电脑显示器面板和液晶电视面板）的同时，积极向应用市场靠近,注重向个性化和专用化产品拓展。TFT-LCD实现产业化已近二十年，工艺技术和设计技术构成相对成熟，但在降低成本和提升产品性能方面仍存在科技创新空间。
（1）产品性能提升技术：为了获得高画质（色彩更丰富、亮度更高、对比度更大）、高临场感（尺寸更大；画面更清晰；视角更宽；响应速度更快）以及更节能（更薄、更轻、更省电）产品，目前已将LED背光技术、120Hz驱动技术等新技术导入到大规模量产线上，大尺寸超高分辨技术、240Hz驱动、场序显示等技术也在研发过程中。
（2）低成本技术：通过简化工艺、提高良品率等方式，可以降低生产成本。Mask减少技术、GOA技术等工艺技术的改进，可以简化工艺、达到降低成本的目的，另外，光取向技术也正在逐步进入量产化研究的阶段。
（3）TFT阵列技术：TFT是TFT-LCD屏的核心技术，目前均匀性和迁移率还有待提高。轻薄型TFT-LCD产品通过功能集成增加产品附加值来拓展应用，为实现更高的集成度，高迁移率的TFT技术是业内研究的重点，氧化物TFT、有机TFT等新型结构也在研究中。
2、PDP技术方向
与TFT-LCD技术相比，PDP技术主要问题在高分辨率和高发光效率，特别是在高分辨率上难以和TFT-LCD技术竞争，加上其它因素，目前PDP在50英寸以上领域才有优势。
PDP正在向高亮度、高分辨率（全高清/高清）、高画质、长寿命、低功耗方面发展。高发光效率是目前PDP亟待解决的问题，发光效率的提高可使模组成本和能耗显着下降，据测算，发光效率从2.5（lm/W）提高到5（lm/W）时，模组成本可降低约20%，能耗降低50%；发光效率提升到10（lm/W）时，模组成本可降低约50%，能耗降低75%。目前PDP产品的发光效率在1.5-2lm/W，发光效率的提升还有大空间。四川长虹公司在引进消化吸收基础上自主研发，通过使用低介电常数透明介质技术、高Xe放电气体技术、新型MgO技术以及高光效荧光粉技术，光效可达到2.2（lm/W），该技术将在长虹下一代PDP产品中体现。届时50HD的PDP功耗将降低到200W左右，产品的驱动电压、电流将进一步下降，驱动电路和电源的器件规格可以使用成本更低的器件，产品的可靠性和EMI性能都将得到进一步提升。
通过对气体、开口率、电极结构、障壁结构、驱动线路等进行研究和开发，达到低功耗、高效率显示的目的；通过对新型电极浆料、介质浆料、障壁浆料、荧光粉浆料、高速驱动技术及FHD的单扫技术等的开发，可提高PDP亮度和分辨率；通过器件、结构件一体化设计、新型工艺设备开发，达到简化工艺的目的。通过制造过程良品率的提升，提高PDP产品成本竞争力。
3、OLED技术方向
由于OLED具有自发光和薄膜结构的优点，除了AMOLED和PMOLED器件应用技术的开发之外，柔性显示以及OLED白光照明将是OLED重要的拓展领域。
困扰OLED柔性显示的主要问题是器件的寿命很短、制作过程中基板的形变无法控制，因此解决基板的气密性和封装技术及显示器的制备工艺是OLED柔软显示器的主要课题。
OLED具有可做面光源、节能、低热量、重量轻、薄型化和可实现柔性照明的优点，被认为是下一代的照明技术。目前市场上推出的OLED照明产品的发光效率约为20lm/W，寿命为6000小时，但成品率和照明亮度还不理想。需要解决发光效率、寿命及低成本技术的问题。
在OLED材料方面，OLED发光材料的发展非常迅速，红、绿、蓝三色材料的发光效率和发光寿命均基本满足实用化需求。但色纯度、发光效率、寿命的进一步提高依然是今后一段时间内的主要工作，特别是色纯度好、发光效率高的深蓝色材料仍然是OLED的主要瓶颈之一。此外，适用于AMOLED的有机材料开发仍然有广阔的研究空间。
在OLED器件设计和制备方面，PMOLED技术及其制造工艺已经成熟，并进入了产业化阶段。中小尺寸的AMOLED显示技术也已取得重要突破，进入产业化初夜。大尺寸AMOLED显示技术是当前技术研究的重点方向之一，其核心技术仍是TFT基板的制备技术。
总之，OLED技术已经初步满足实用化的要求，并在材料、彩色化、大尺寸、柔性显示、照明方面都还有很大的发展空间。从长远来看OLED未来将沿着中小尺寸－大尺寸－超大尺寸、无源－有源、硬屏－软屏的方向发展。
4、FED技术方向
除在显示领域的应用外，FED的发展有望拓展至背光源与照明领域，采用二极式碳纳米管FED技术，配合驱动电路，可实现高亮度、低功耗、区域调光。在显示方面，未来的工作朝改进型Spindt技术、微纳冷阴极技术或基于低逸出功材料的印刷技术方向发展，预期2012前完成背光源或照明产品的中试甚至规模量产，2015年开始进行显示产品的中试与量产。
5、电子纸技术方向
浏览“电子出版物已经成为一种时尚的阅读方式而逐渐被人们接受，人们希望研制一种低能耗、高反射、宽视角、超薄轻便的便携式显示器。电子纸显示技术（E-Paper技术）的出现使这一希望变为现实，并使平板显示技术开拓了媒介产品领域的应用空间。
电子纸按种类可分为电泳显示、胆固醇液晶显示技术、双稳态向列项液晶显示和电润湿显示技术等几种。
目前电子纸的主流产品是电泳显示电子纸，主要供应商是台湾元太科技（E-Ink国际控股公司）的子公司E-Ink，由于其市场份额占95%以上，处于垄断地位，掌握了市场定价权。这几年应用电子纸的显示屏价格也有所下降，但幅度不大，而且降价的动力主要是出于做大市场以及与iPad的竞争，而不是同行之间的竞争。
由于纳米电子墨水显示技术还处于彩色显示的商业化初期，目前的主要任务是尽快完善彩色显示技术，开发市场。其技术发展趋势可总结为如下几个方面：
（1）静态显示向动态显示发展。目前开发的电子纸张大多只能显示单色静态图像，开发能够实现彩色显示以及动态图像的产品是电子纸发展的必然趋势。现有产品的响应时间大约为150～200ms，与LCD显示器的5ms相比慢很多。要想提高电子纸的动态显示效果，提高其响应时间是当务之急。
（2）双色显示向彩色显示发展。通过层迭彩色滤色器来实现彩色显示，是电子纸实现彩色化的途径之一。
（3）硬质显示向柔性显示发展。大力开发适合低温工艺的a-SiTFT技术，氧化物半导体TFT和有机TFT是低温工艺TFT的方向，可作为柔性基板电子纸的突破口。
（4）成本偏高向低生产成本发展。低成本制作方面主要是开发和采用卷对卷的工艺技术，这种工艺和传统的平板显示工艺完全不同，工艺简单，效率高，设备也便宜，可以大大降低生产成本，是电子纸生产的最终目标。
【总结】
目前光电显示器技术主要包括：阴极射线管技术( Cathode raytube, CRT )和平板显示技术。平板显示技术主要包括液晶显示（LCD）、等离子显示（PDP）、有机电致发光显示（OLED）、表面传导电子发射显示（SED）等几大技术类型的相关产品。
目前看来，在主流显示技术中，球面CRT 已经是昨夜星辰，平板显示器的亮度、视角、全彩色等性能已经可以和CRT 显示器比美, 在某些领域取代CRT 已势在必行。而平板显示器中的液晶显示器等其它显示器由于各种各样的原因，在一段时间里还无法进入普通消费者的家庭。这就给纯平CRT 显示器留下了相当大的发展空间，两到三年之内，CRT 显示器仍是主流的显示器产品。
【参考文献】
《光电显示技术发展研究》 王 昕 ( 吉林大学文学院, 吉林长春130012)
《液晶与平板显示技术》，高鸿锦、董友梅主编，北京邮电大学出版社，2007年
《平板电视技术》，李雄杰编著，电子工业出版社，2007年
《显示器的发展》 赵俊楠， 沈阳师范大学物理科学与技术学院; 《科技信息》 2011年36期
⑤《平板显示的发展趋势》 作者 乔中莲， 马国恒 ，杨东升，刘飞 《现代显示》 2011年第11期