显示技术的发展与展望(PDF)

显示技术的发展

与展望

指导教师：乔林

班级:机械62

姓名：陶永康

学号：2006010429

日

4

2

月

2

1

年

7

007年12月24日

显示技术的发展与展望

摘要：

显示技术在当今操作系统技术发展中占据着重要的地位。显示技术的发展速度也是日异月新。当今世界上主流的显示技术有LCD 、PDP 、OLED 、SED 等。本文分别论述了计算机显示技术的发展历史和现状。文章中针对各种显示技术的具体特点和情况分别分析了其未来的发展趋势。 Abstract:

The technology of Display holds an important status in the development of the technology of Operating System. The technology of Display has never end changes and improvements. In the modern times, the most popular technology of Display includes LCD 、PDP 、SED 、OLED and so on. In this passage, I will talk about the history of the development and the current situation of the technology of Display, and I also look forward to the future of the different technology of Display, based on the different features of display.

引言：

五官是人的信息接收端，但据说85%是通过眼睛的图像输入接入信息。统计显示人五官接受信息时的感受细胞数量和处理速度如表1所示。从五官接收信息的细胞数量方面进行比较，视觉最大，触觉、味觉次之；而从处理速度而言，视觉也最快，达3Mbps ，听觉要低2

007年12月24日

个数量级。相比而言，作为人机接口的显示器，其重要性可见一斑。此外，表1[1][2]也告诉我们嗅觉在两方面都处于前列，或许会成为未来重要的人机接口也未可知。

输入 输出 五官感觉 感受细胞数

处理速度（bps ）

口

（语声）

手/其他 （图象）

视觉 410 4310? 听觉 4310? 42510-?

触觉 710 10100- 味觉 710 10

嗅觉

4510?

4210?

显示器件主要包括阴极射线管（ＣＲＴ）、液晶显示器 （ＬＣＤ）、等离子显示器（ＰＤＰ）、有机发光二极管（ＯＬＥＤ）、场致发射显示器（ＦＥＤ ）、发光二极管（ＬＥＤ）等。目前显示器已从ＣＲＴ（阴极射线管）发展到了今天以ＦＰＤ（平板显示器）为主流[1]，应用不断扩大，电视机、监视器、笔记本电脑、移动电话等等，据估计今后还将可能向两个方面发展：一是屏幕将越来越大，不但会有整个墙面式的显示，还会追求理想的半圆形全视角显示器。另一方面是向

柔性显示器、可卷电子纸发展，尽管这方面现在尚处于起步阶段，但各大公司都在积极努力，加紧开发。显示器在电子技术领域已是不可或缺的重要支柱技术，发展迅速，竞争激烈。“CRT 逐渐淡出已是不争的事实，而FPD 显示种类甚多，正各显其能，相互角逐。LCD(液晶显示器)、PDP(等离子显示器)、OLED(有机发光二极管)、SED(表面

007年12月24日

传导电子发射显示器)等FPD ，将集中在功能(尺寸、可靠性等)、性能(清晰度、视角、亮度、响应速度、对比度等)以及价格等方面开展全方位角逐”。展望显示器未来，执着于LCD 的认为，“LCD 以后还是LCD ”[3]，LCD 将像CRT 一样，君临天下50年；比较客观点的则认为，将迎来一个多样化显示器的时代。 正文：

一、各种显示技术的特点及发展历史

下面就先分别分析LCD 、PDP 、OLED 、SED 、电子纸等显示技术的发展历史。

1、L C D [1][3][4]

一般来说，20 世纪90 年代是LCD 功能扩大、竞争加剧的时代，产品应用也日趋普及，面板尺寸不断加大等，21世纪则将转入性能竞争的时代。例如，LCD 的视角和响应速度两大弱点将面临强力挑战。统观LCD 的革新过程大约是10年1个浪潮，上世纪70 年代是TN-LCD ，80 年代是STN-LCD ，90年代以PC 应用为主，进入TFT-LCD ，是LCD 的大发展时代，21世纪将向TFT-图像模式时代前进。为了与PDP 竞争，发展得更快，上世纪90年代LCD 就发展了4代，从第1代进展

到了第4 代；但2000～2010年的10年将继续加速前进，恐怕会有6代的发展，有可能从第5代到第10代。据不完全统计，“以目前批量生产的大尺寸电视屏看，40英寸以下LCD 为主，40 英寸以上则PDP 占优势，但两者并不会停止角逐。玻璃基板的增大，不仅代表着技术的提高，而且也意味着成本的降低，是LCD 取胜的关键因素之一”。

007年12月24日

2001年前后，SEMI(国际半导体设备和材料协会)仿照IC ，拟定了一个未来发展路线图(Roadmap)，但由于基板尺寸发展实在太快，超过了路线图的计划，很快从第5代的1米基板，进到了第7代的2米基板，只用了大约3年时间。例如日本Sharp 公司2005年8代基板投入量产，三星和Sony 于2006年6月签订了共同投产8代基板的意向书。此前于2005年三星电子公司还公布第9 代玻璃基板(2400x2800mm)的方案，还没有实施，2006 年第3季度，第1 0代(2850x3050mm)即超过3米的玻璃基板便有了很多的议论。1代玻璃基板1条生产线，这种快速的发展，技术跟不上去，开销十分巨大，加上今后将从显示屏尺寸竞争进入性能竞争，因而业界有识之士提出，“未来一方面要订好发展路线图，一方面则要大家共同来遵守。”

另外，液晶技术为提高响应速度，在驱动电路上也花了很大的功夫，用了3年时间使响应速度提高了10倍，“从几十ms ，提高到了几ms ”，据悉Sharp 公司已达到了4ms ，使图像清晰度大为改善。

我们知道液晶电视器的颜色，是由红、绿、蓝为基色的彩色过滤器来显现的，但要提高背光的亮度无疑增加消费电力，要提高屏幕亮度，同样要增加消费电力，这便有损于LCD 低功耗的长处。因此，“要

使各种光源滤波器、液晶材料、TFT 阵列构造、背光等做到最佳配合，才能获得最佳的效果。”最近很多公司和研究单位在背光方面加强了研发，如采用LED 以提高色再现性，今后LED 背光将成主流。例如SHARP 公司对传统的冷阴极管的萤光材料做了改进，加上了红、绿、兰的峰值波长光，出现了长波长“深红”光，具有了 4 种混合色的

007年12月24日

白光发光，提高了红色的色再现性，表现出了接近真实的红色，称为“4波长背光”，改善了背光，提高了色再现性。

“至于小尺寸(10英寸以下)LCD 一般使用第3 代和第4 代玻璃基板生产线。”小尺寸LCD 屏主要用于移动电话、PDA 、数码相机以及汽车显示用品，有它自己的发展空间，而且每种应用产品都有其独特的技术要求。

2、P D P [5]

FPD 中LCD 和PDP 是竞争最为激烈的两大技术，在40英寸以上的大尺寸显示屏领域，PDP 以其响应速度快、视角宽和亮度高而占有上风。LCD 自然也有它自己的长处，PDP 是耗电多，全反射差和高精细度不足。PDP 为了提高亮度必须采用高电压，为防止发热则要安装几个风扇以冷却空气，导致耗电进一步增加[6]。对于薄型电视而言，不但要求图像看得清，而且要求图像显示美，对图像的品质要求日高。业界的对策是大量减少驱动电路、电路集成化和调谐信号采用12 位化。经过不断努力，耗电已成功削减30%～40%，发光效率提高了1 倍。

3、O L E D

OLED 显示屏同时具有LCD 和PDP 两者的优点，理论上有可能到代LCD 和PDP 。OLED 不需要背光，制作的显示屏比较薄，通过进一步革新还可制作出随意处置的柔性屏，可像报纸一样卷起来。从纯技术角度，OLED 在许多方面的性能优于LCD ，包括亮度、对比度、功耗等，特别在活动图像方面，响应速度高出几千倍，视角也大。但因

007年12月24日

LCD 技术已比较成熟，生产成本较低，是OLED 很难跨越的门槛。OLED 目前仍只在试验线上进行小规模生产，由于它使用元件少(没有LCD 的背光)，一旦在中小屏领域达到经济规模，就会在成本上胜过LCD 。此外，它使用的先进制造设备，可进一步降低成本。Cambridge Display Technology 等公司于去年6月采用一种新的滚动式印刷技术生产聚合物全彩有源矩阵OLED ，比现用的喷墨印刷技术不仅降低了成本，还提高了一致性和分辨率。DuPont 公司也开发出一种小分子OLED 材料的印刷工艺，在生产大尺寸显示屏方面比汽相淀积技术灵活而且成本下降，成品率也高。与LCD 相比，最终成本可减少30%。三星SDI 公司正在率先建设第4代(730x920mm)的有源矩阵OLED 生产线，预计2007年1月即可投入量产。

4、S E D

SED(Surface-conduction Electron- emitter Display ，表面传导电子发射显示器)是日本东芝和佳能公司共同开发推进的一项新显示技术，作为大尺寸显示屏，它的图像质量比PDP 和LCD 更胜一筹。SED 屏2005 年8 月已经达到投产水平，已展出36英寸屏，但技术上则还有一个亮度不稳的问题。尽管有人认为，未来几十年内作为电视显示

屏将包括LCD 、PDP 、OLED 、SED 4 种技术。可是由于LED 和PDP 近年发展出乎人们预料，SED 价格难敌，生产上市不得不推迟。主打PDP 的松下表示，“对PDP 在性能和价格上超出SED 很有信心”。主营LCD 的SHARP 则预言，“2010年LCD 技术还将出现里程碑式的革新”。东芝公司本身2010 年前生产仍以LCD 为主流，50 英寸以上的SED 难

007年12月24日

有作为。SED 量产化时间已决定从2007年1月推延到7月，但估计会放弃2008年北京奥运会的契机。此外，利用SED 的优良画质，或将首先投入对此有更高要求的单反数码相机和高清电视方面进行发展。

5、电子纸

随着柔性显示器的发展，进入无纸应用世界，对改良环境贡献殊大。近几年来，通过各企业的积极努力，取得不少成绩，在一些展会上已可见到满墙电子纸，Epson 公司展出了厚仅0.096mm ，重0.44g ，21英寸的电子纸，清晰度达到了192dpi ，Phillips 公司也展出了10.1英寸的电子纸，E-ink 公司则展出了全彩电子纸，并已达到生产的水平。但总的说，由于技术和服务的原因，电子书还未见到很大的成功应用。[1][5]

二、各种显示技术的发展现状

我们知道无论什么显示技术，都有一个被认知的过程，只有获得认知才能进一步发展，也只有发展了才能进一步得到认知，这是一个辨证的关系。那么目前上述各种显示技术的发展状况如何呢？

1、CRT ——发展中求生存

CRT 显示技术经过一百多年的发展，现在已经十分成熟，要想有大的技术突破十分困难。近年来，CRT 的生存与发展受到平板显示器（FPD ）的严峻挑战。目前CRT 唯一的价格优势也正在逐渐变的不明显。随着全球一些公司纷纷退出CRT 领域，CRT 技术的发展受到了严重的制约，尽管剩余的CRT 生产企业正在竭尽全力研发新的超薄型

007年12月24日

CRT ，但也难以摆脱持续衰落的困境。

中国是目前全球发展CRT 技术的主要地区之一，但中国目前的CRT 产品品种和品位还处于中档水平，高档彩管的研发刚刚开始，还未大批量生产。目前中国市场上，FPD 电视，尤其是LCD 电视和PDP 电视和CRT 电视几乎平分秋色，甚至FPD 的势头更猛，超越CRT 电视只是时间问题。CRT 显示技术的发展只是为了生存而不是为了兴旺。

数字高清晰电视的发展限制了CRT 技术的应用，因为FPD 比CRT 显示器件容易数字化和高分辨率化，因此数字高清晰电视首选显示器是FPD 而不是CRT 。CRT 产品除用作电视机和显示器之外，很少涉及到其它应用领域，在系列化方面受到一定限制，使用范围局的限性也是制约其发展的因素。

总之，FPD 显示技术的高速发展是对CRT 技术发展的极大挑战。CRT 产业有无必要继续扩大规模？有无必要再进行高档产品的研发投入？值得业界认真思考。2005年，韩国三星和LG －Philips 研发成功并上市了厚度达35cm 的超薄型彩管，其中21英寸和32英寸CRT 厚度都为35cm ，似乎给CRT 产业带来了希望，注入了新的活力。但

看到的画面质量正如韩国媒体报道的那样：画面扭曲,水平线和垂直线弯曲不直，屏幕边缘更差，整体画质不如普通型彩管。如果对超薄型彩管进一步研究与改进，必然增加成本。“超薄型彩管的市场有多大？有没有必要化大力气进行研发，这需要我们深入调研。”

007年12月24日

图FPD 与CRT 的发展走势图[1]

2、LCD ——发展中求兴旺

LCD 的市场已经占到FPD 市场份额的80% 以上，其产品范围覆盖整个应用领域，成为平板显示领域的主流产品。目前第五代以上的生产线已成投资热点。随着生产规模的迅速扩大，液晶电视的成本将会进一步降低。

2004 年，以LCD 为代表的平板电视出货量几乎提升了100% 。需求的增长大大地激发了研发LCD 新产品的热情，新材料、新技术和新产品不断涌现，唯一不足的价格偏高，相信不久就会降低到让大家能够接受的水平。进入2005年，LCD －TV 行业新闻多多。夏普计划销售其系列代号为"Aquos"的65 英寸大屏幕高清晰LCD 电视；韩国三星电子公司发布了82英寸LCD －TV 用液晶面板；明基公司推出了两

款彩色响应时间为4ms 的液晶显示器；京东方公司将开始量产26英寸和32英寸的LCD 面板，并考虑在2007年内建设第6代和第7代液晶生产线；山东东营正在引入总投资约30亿美元的第6 代LCD 生产线,等等一系列消息着实让业界兴奋不已。

根据斯坦福资源公司预测，2007年高端彩电将达到820 万台，

007年12月24日

竞争格局将发生较大变化。LCD 彩电产值的市场预测如下图所示。高速发展的LC D 是目前显示市场上最强力的竞争者，它正在取代C R T 显示器，在发展中求兴旺。

图 LCD 彩电市场的市场预测[2]

3、OLED －发展中求发展

正如LC D 取代C R T 一样，早晚O LED 也必将取代LC D 。目前，小分子O LED 技术由美国柯达公司主导，在小尺寸全彩色领域处于领先地位，被广泛应用于数字随身听、手机和数码相机等产品。共轭性高分子O LED （简称PLED ）技术由英国剑桥显示器技术有限公司主导，在大尺寸、低成本上占有优势，但由于全彩面板寿命较短（约5000 小时），仍局限于单色显示领域应用。

PLED 用于TV ，在前期投资和运作成本上颇具吸引力。PLED 的

驱动电压较低（3V ～4V ），在低功耗节能上占优势，但器件寿命短制约了它的发展，要想取代LC D ，除了自身的技术进步与成熟之外，还需要更多厂商的支持。目前，OLED 的核心技术主要掌握在欧美手中，但产业化进展最快的却是日本、韩国等国家，全球已有100 多家O LED 厂商，10 来条量产线。三星公司正在引进第四代高分子O

007年12月24日

LED 生产线，计划试作40英寸O LED 电视，三星LG 已加大O LED 的投资，计划将O LED 与液晶制程相配合，制作大尺寸面板。斯坦福公司预测，2005 年全球OLED 的产值将增长至7.14 亿美元。Display Search 公司预测，2005年全球无源驱动OLED 的产品产量将增长至1.2 亿片，而有源驱动的OLED 产量将增长至5千万片。综合国外预测结果，全球OLED 预测如下图所示。

在中国大陆，已有30多家高校和研究所正在从事OLED /PLED 的研发工作。北京维信诺科技有限公司具有国内第一条年产30万块OLED 模组的中试线，其产品包括单色手机屏、多色显示屏、无源全彩色显示屏、4.82 英寸

OLED 显示屏、OLED 柔软显示屏等。高速发展的OLED 是一个新兴产业，在发展中求发展是OLED 产业的一大特点。

图 全球OLED 市场预测[2]

4、PDP ——发展中求未来

等离子（PDP ）显示技术现在已比较成熟，其核心技术大多掌握在国外厂商手中。等离子显示技术的优点是响应速度快，接近CRT 。缺点是驱动电压高、发光效率低、象素节距大。目前，市场上可以看到不少品牌的等离子电视，亚洲主要PDP 产商特点的比较如下表所

007年12月24日

列。尽管PDP 是目前正在积极发展的新一代显示技术，近期的市场前景也很看好，但从长远来看，PDP 将是一种过渡技术。因为PDP 只适用于大屏幕和电视接收机，而不适用于电脑等领域，因此，PDP 显示技术只能在未来的发展中进行开拓。

表 亚洲主要PDP 产商特点比较[2]

5、FED ——发展中求出路

FED 与CRT 的原理相似，显示画质优秀，但制作工艺完全不同。FED 的关键技术是发射阴极的制作。近几年来随着纳米技术的突破，FED 的发展有了很大的飞跃。目前全球FED 的研发单位较少，中国的FED 研发团队几乎都集中在高校。随着技术的发展，未来一定会摸索出一套完整的发展思路和方法，指导FED 进一步发展成为主导显示

技术。[7]

目前，显示技术的发展格局正在发生着重大变化，CRT 是否走到了尽头？LCD

能否独立撑起一片天地？OLED 能不能达到人们的期望？PDP 还能走多远？FED 继续研究的必要性有多大？其它显示技术能起到多大的补充作用？等等。这些问题都需要我们认真思考，科学

决策，紧抓机遇，勇于开拓。

参考文献：

1、张戊显.显示技术发展水平及趋势[J].应用光学，1992，第13卷（第

4期）：1-4

2、金中.显示技术在比拼中前进[J]. 电子技术展望.2007，第12卷（第

2期）：44-50

3、姚远.液晶显示技术的新进展[J].新电脑.2007，第2期：46-51

4、吴祖垲,李勇军,段诚.CRT显示技术的最新进展[J].真空电子技

术.2002,第5期：1-7

5、台湾齐美开设高清液晶电视论坛.显示技术撷英[J].现代显示.2006

年第5期：59-63

6、范策, 许宪成主编.计算机操作系统教程——核心与设计原理[M].

北京: 清华大学出版社, 2007

7、Gary Nutt著，孟祥山, 晏益慧译.操作系统——现代观点[M].北京:

机械工业出版社, 2004

8、费民权.浅论显示技术发展格局[J].现代显示.2005, 62-65

日

4

2

月

2

1

年

7