主動發光顯示技術的發展現狀與前景

鄧太平

摘要：光電技術的迅速發展，使得顯示技術日新月異，分別介紹了主動發光型顯示技術的現狀，并對其前景作了展望。

關鍵詞：陰極射線管;等離子體顯示器;LED;OLED;FED

中圖分類號：TB24 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）027-000-01

近年來，作為光電子技術的重要組成部分，光電顯示技術發展迅速，應用十分廣泛。在外加電信號的作用下，器件本身產生光輻射刺激人眼而實現的顯示，稱為主動發光型顯示技術，其主要有：陰極射線管（CRT），等離子體顯示器（PDP），半導體發光二極管（LED）有機發光二極管（OLED），以及場致發射顯示器（FED）。

一、當前的發展現狀

1.陰極射線管（CRT）

CRT自從1897年布勞恩發明以來，在上個世紀通過成熟的工藝技術和較低的價格也大規模的應用在電視領域，成為了顯示器的主角。CRT顯示器問世后在結構上也采用了很多改進的技術：如采用了陰罩板和桶形磁場，使電子槍的排列由品字形變成了一字形;各顯示器廠都推出了“平面直角”顯像管的顯示器，如麗瓏技術，鉆石玲瓏技術等;熒光粉由于材料的進步也有了很大的改進[1]。

但CRT由于原理上的缺陷，如因為結構因素，其體積大，重量大，厚度較大的缺點無法解決;彩色CRT電子槍發射的電子加速電壓在10KV以上，會釋放少量X射線，長時間對人體有一定的影響;CRT成像是電子在磁場中加速后轟擊熒光粉成像，在加速過程中產生幾何畸變，引起圖像失真及反光現象，以及容易受外界磁場的影響;功率也比較大，目前CRT的最大尺寸也沒超過36吋，和當前流行的50吋以上的液晶電視有著很大的差距。

2.等離子體顯示器（PDP）

它是一種利用氣體放電的顯示技術，它采用了等離子管作為發光元件，顯示屏上排列有數百萬個微小的等離子管（即放電空間），每個等離子管對應一個像素。放電空間內充入氖、氙等混合惰性氣體作為工作媒質。在兩塊玻璃基板的內側面上涂有金屬氧化物導電薄膜作激勵電極。當給電極上加上電壓，放電空間內的混合氣體便發生等離子體放電現象。氣體等離子體放電產生紫外線，這種紫外光碰擊后面玻璃上的紅、綠、藍三色熒光體，它們再發出我們在顯示器上所看到的可見光，顯現出圖像。

PDP相對于CRT，體積更小，重量更輕，無X射線;不受磁場影響，有更好的環境適應能力;亮度高，色彩還原性好，視野開闊，視角高達160度;其缺點主要有：功耗大，不便于采用電池電源;彩色發光效率偏低，驅動電壓較高，驅動電路復雜。

目前，PDP在平板顯示器市場中占有一定的份額，和其他顯示產品互相補充，互相競爭，共同發展的局面。PDP技術的發展仍有很大的潛力：通過對其優化設計，可以將功耗由300W降低到200W以下;發光效率從2lm/w有可能提高到40lm/w以上;通過對其生產工藝的一體化設計可以大幅度降低成本。

3.半導體發光二極管（LED）

半導體發光二極管是利用外電源向PN結注入電子來發光的。半導體發光二極管記作LED，是由P型半導體形成的P層和N型半導體形成的N層，以及中間的由雙異質結構成的有源層組成。有源層是發光區，其厚度為0.1～0.2μm左右。

LED顯示屏是通過一定的控制方式，用于顯示文字，圖像，圖形等各種信息以及電視、錄像信號，并由LED器件陣列組成的顯示屏幕。

LED具有穩定性好，壽命長，可長達10萬小時，采用低壓電源，安全性更好，效能高，綠色照明，無環境污染等優點。

LED目前主要的缺點是價格較高，單點直徑較大，導致顯示屏的像素較低。目前，其主要用于指示燈，數字顯示用顯示器，平面顯示器，光源等。特別是作為液晶顯示器的背光源，已經全面取代冷陰極熒光燈管而成為主流。

4.有機發光二極管（OLED）

OLED顯示技術具有自發光的特性，采用非常薄的有機材料涂層和玻璃基板，當有電流通過時，這些有機材料就會發光。OLED在發光過程中不斷發生化學反應，其發光強度會出現衰減，使用壽命較低，生產過程中合格率不高，造成成本上升[2]。

目前，主要發展在中小尺寸OLED顯示屏，用于智能手機和平板電腦中。對于大尺寸的OLED，技術路線不十分明確，壽命較低，大尺寸OLED電視價格過高于同尺寸的液晶電視，大尺寸OLED面板成本高，成品率低的問題必須解決。

5.場發射顯示器（FED）

場發射顯示器發光原理為：在發射與接收電極中間的真空帶中導入高電壓以產生電場，使電場刺激電子撞擊接收電極下的熒光粉，而產生發光效應。FED顯示器擁有數十萬個主動冷發射子，因此在構造上FED可以達到比CRT節省空間的效果。其次在于電壓部分，CRT大約需要15～30KV左右的工作電壓，而FED的陰極電壓約小于1KV。

FED是平板顯示技術與真空微電子技術相結合的產物，被認為最終會取代CRT。但FED加工制造設備和技術難度大，成本昂貴。場發射顯示器的研究進展較慢，其產業化也面臨諸多問題[2]。目前已有13-15cm的產品問世，并實現了彩色化。FED的核心部件是陰極，陰極材料的研究也有較大的進展。

二、前景展望

CRT由于自身的缺點，21世紀以來，除了一些特殊要求的設備外，大部分領域，CRT都已經被液晶顯示器取代。

PDP技術的發展仍有很大的潛力，通過技術的進步，向著低功耗，低成本，環保，高清晰度等方面發展，仍可與液晶顯示等顯示器件競爭。

LED在光源方面由于其長壽命，低功耗已經占有很大的市場。LED微顯示技術的應用，使其在顯示領域極具市場潛力，，以谷歌眼鏡為代表的新一代智能設備正預示著微顯示市場的美好未來。LED微顯示技術由于先天的優勢，將代表著微顯示未來的方向[3]。OLED核心部分為有機材料，還存在各種困難，如不易實現全彩色，發光層制作難度大，有機物容易老化。長遠來看，OLED有著很好的發展前景。

FED被公認為CRT的最終發展方向，但其面臨的問題，使其發展過程十分緩慢，產業化解決的問題困難重重。

新近發展的激光顯示技術（LPD）發展十分迅速，但在其市場化前，還有很多問題尚待解決。

參考文獻：

[1]李文峰，等.光電顯示技術[M].北京：清華大學出版社.

[2]李欣.LED和OLED顯示技術及其應用前景[J].職教與成教，2014（1）：581.

[3]鄒兵，等.LED微顯示技術[J].光學儀器，2015（8）：293-298.

基金項目：湖南城市學院科研項目：2015xj11。