三大显示技术——液晶、等离子、OLED
第一章液晶显示——独霸一方
1、简介
液晶显示器件（LCD）是利用液态晶体的光学各向异性特性，在电场作用下对外照光进行调制而实现显示的。
液晶显示是一种被动的显示，它不能发光，只能使用周围环境的光。它显示图案或字符只需很小能量。正因为低功耗和小型化使LCD成为较佳的显示方式。
液晶显示所用的液晶材料是一种兼有液态和固体双重性质的有机物，它的棒状结构在液晶盒内一般平行排列，但在电场作用下能改变其排列方向。
2、基本知识
液晶的定义
液晶是液态晶体的简称。液晶是指在某一温度范围内，从外观看属于具有流动性的液体，但同时又是具有光学双折射的的晶态。液晶分为两大类：溶致液晶和热致液晶。前者要溶解在水中或有机溶剂中才显示出液晶状态，而后者则要在一定的温度范围内呈现出液晶状态。作为显示技术应用的液晶都是热致液晶。
显示用的液晶都是一些有机化合物，液晶分子的形状呈棒状很像“雪茄烟”。宽约十分之几纳米，长约数纳米，长度约为宽度的４～８倍，液晶分子有较强的电偶极矩和容易极化的化学团，由于液晶分子间作用力比固体弱，液晶分子容易呈现各种状态，微小的外部能量一—电场、磁场、热能等就能实现各分子状态间的转变，从面引起它的光、电、磁的物理性质发生变化，液晶材料用于显示器件就是利用它的光学性质变化，一般情况下单一液晶材料，即单质液晶满足不了实用显示器件的性能要求，显示器件实际使用的液晶材料都是多种单质液晶的混合体。
液晶的分类
热致液晶可分为近晶相、向列相和胆甾相三种类型，如图所示。
近晶相（Smectic Liquid Crystals）液晶分于呈二维有序性，分子排列成层，层内分子长轴相互平行，排列整齐，重心位于同一平面内，其方向可以垂直层面，或与层面成倾斜排列，层的厚度等于分子的长度，各层之间的距离可以变动，分子只能在层内前后、左右滑动，但不能在上下层之间移动。近晶相液晶的粘度与表面张力都比较大，对外界电、磁、温度等的变化不敏感。
向列相（Nematic Liquid Crystals）液晶分子只有一维有序，分子长轴互相平行，但不排列成层，它能上下、左右、前后滑动，只在分子长轴方向上保持相互平行或近于平行，分子间短程相互作用微弱，向列相液晶分子的排列和运动比较自由，对外界电、磁场、温度、应力都比较敏感，目前是显示器件的主要材料。
胆甾相（Cholesteric Liquid Crystals）液晶是由胆甾醇衍生出来的液晶，分子排列成层，层内分子相互平行，分子长轴平行于层平面，不同层的分子的分子长轴方向稍有变化，相邻两层分子，其长轴彼此有一轻微的扭角（约为１５角分），多层扭转成螺旋形，旋转3600的层间距离称螺距，螺距大致与可见光波长相当，胆甾相实际上是向列相的一种畸变状态，一定强度的电场、磁场也可使胆甾相液晶转变为向列相液晶。胆甾相易受外力的影响，特别对温度敏感，温度能引起螺距改变，而它的反射光波长与螺距有关，因此，胆甾相液晶随冷热而改
变颜色。
热致液晶仅在一定的温度范围内才呈现液晶特性，此时为浑浊不透明状态，其稠度随不同的化合物而有所不同，从糊状到自由流动的液体都有，即粘度不同，如图7－15所示，低于温度T1，就变成固体（晶体），称T1为液晶的熔点，高于温度T2就变成清澈诱明各向同性的液态，称T2为液晶的清亮点。LCD能工作的极限温度范围基本上由T1和T2确定。
下图为热致液晶的形成
液晶的光电特性
如果不考虑由干热而引起液晶分子有序排列的起伏，则利用传统的晶体光学理论完全可以描述光在液晶中的传播，在外电场的作用下，液晶的分子排列极易发生变化，液晶显示器件就是利用液晶的这一特性设计的。
（1）电场中液晶分子的取向
液晶分子长轴排列平均取向的单位矢量ｎ称为指向矢量，设ε∥和ε⊥分别为当电场与指向矢平行和垂直时测得的液晶介电常数。定义介电各向异性Δε：Δε＝ε∥－ε⊥，将Δε?０的液晶称为Ｐ型液晶，它具有正的介电各向异性，Δε?０的液晶称为Ｎ型液晶，它具有负的介电各向异性。在外电场作用下，Ｐ型液晶分子长轴方向平行于外电场方向，Ｎ型液晶分子长轴方向垂直于外电场方向。目前的液晶显示器件主要使用Ｐ型液晶。
（2）线偏振光在向列液晶中的传播
沿着Ｐ型向列液晶长轴方向振动的光波有一个最大的折射率n∥，而对于垂直这个方向振动的光波有一个最小的折射率n⊥，按照晶体光学理论，这种液晶
为单轴的，分子的长轴方向就是光轴，寻常光折射率no＝n⊥，非寻常光折射率ne＝n∥，其折射率的各向异性Δn为：
Δn=n∥－n⊥=ne－no
下图为线偏振光在向列液晶中的传播
如图所示，在0≤z≤zo 的区域内，液晶沿着指向矢n的方向排列，偏振光振动方向与n成θ角，入射光在x、y方向上电矢量强度可用下式表示：
两光场位相差记为δ：
则合成光场矢端方程为：
当θ＝0（或π/2时），Ey=0(或Ex=0),即偏振光的振动方向和状态没有改变，仍以线偏振光和原方向前进。当θ＝π/4时
随着光线沿着z方向前进，偏振光相继成为椭圆、圆和线偏振光，同时改变了线偏振方向，最后，这束光将以位相差δ所决定的偏振状态，进入空气中。如图7－17所示，把液晶盒的两个内表面做沿面排列处理并使盒表面上的向列相液晶分子方向互相垂直，液晶分子在两片玻璃之间呈900扭曲，即构成扭曲向列液晶，光波波长λ≤P（螺距）。当线偏振光垂直入射时，若偏振方向与上表面分子取向相同，则线偏振光偏振方向将随着分子轴旋转，并以平行于出口处分子轴的偏振方向射出；若入射偏振光的偏振方向与上表面分子取向垂直，则以垂直于出口处分子轴的偏振方向射出，当以其他方向的线偏振光入射时，则根据平行分量和垂直分量的位相差δ的值，以椭圆、圆或直线等某种偏振光形式射出。下图为线偏振光在扭曲向列液晶中的传播（两图一样）
3、特点
液晶显示器主要有以下特点：
1）低压、微功耗。极低的工作电压（2V~3V）即可工作，而工作电流仅几个微安即每个显示字符只有几个微安。一个小小的钮扣电池也可以用1~2年，这是其他任何显示器件无法比拟的。在工作电压和功耗上液晶显示正好与大规模的集成电路的发展相适应。如电子手表、计算器、便携仪表、手提电脑和GPS电子地图等的实现都成为可能。
2）低压驱动。一般扭曲向列型（TN）器件阀值电压仅1.5~2V，可以直接与大规模集成电路直接相配。
3）平板型结构。液晶显示器件的基本结构是由两片玻璃基板制成的薄形盒。这种结构最利于用作显示窗口，而且它可以在有限的面积上容纳最大量的显示内容，显示内容的利用率最高。此外，这种结构不仅可以做得很小，还可以做得很大。这种结构还便于大批量、自动化生产。
4）被动型显示。①示器件本身不能发光，它靠调制外界光达到显示目的。被动型显示更适合于人眼视觉，不易感到疲劳。这个优点在大信息量，高密度快速变换。②被动型显示不怕光冲刷。所谓光冲刷，就是指当环境光较亮时，被显示的内容信息被光冲淡，从而显示不清晰，而被动型显示，由于它是靠反射外部光达到显示目的，所以外部光越强，反射的光也越强，显示的内容也就越清晰。③液晶显示不仅可以在室外也可以在室内显示，对于在室内黑暗中显示可以配备背光源就可以克服不能看的缺点。
5）显示信息量大。与CRT相比，液晶显示器件没有荫罩限制，像素点可以作得更小，更精细；与等离子显示相比，液晶显示器件像素点处不需要等离子显示那样，像素点间要留有一定的隔离区。因此液晶显示在同样大小的显示窗面积内，可以容纳更多的像素和更多的信息，这对于制作高清晰度电视，笔记本式电脑都非常有利。
6）易于彩色化。液晶本身无颜色，钽是有许多方法可以实现彩色化，如滤色法和干涉法。于滤色法技术比较成熟，使液晶的彩色化更准确更艳丽更没在色失真的彩色化效果。
7）寿命长。液晶材料是有机高分子合成材料，具有极高的纯度，其他材料也都是高纯物质，在极净化的条件下制成，液晶的驱动电压又很低，驱动电流更是很微小，这种器件的劣化几乎没有，寿命很长，从实际应用中考察，除硬性撞、破碎或配套件损坏外，液晶显示器件自身的寿命终结几乎没有。
8）无辐射无污染。液晶显示器件在使用中不会产生软X射线或电磁波辐射，而辐射可以造成环境污染和信息的泄露，而液晶显示器件不会产生此类问题。它是理想的显示器件。
4、缺点
液晶显示器也有一些缺点，主要是：
1）显示反应速度。LCD的响应时间比较长，因此在动态图像方面的表现不理想。2）显示品质。LCD理论上只能显示18位色，但CRT的色深几乎是无穷大。
3）显示屏比较脆弱，容易受到损伤。
4）工艺上较难做大(主要是大屏幕成品率低)。
5、原理
液晶显示是利用给液晶充电会改变它的分子排列，在不同电流电场作用下，液晶分子会做规则旋转90度排列，产生透光度差别的原理。在两片玻璃基板上装有配向膜，所以液晶会沿着沟槽配向，由于玻璃基板配向膜沟槽偏离90度，所以液晶分子成为扭转型，当玻璃基板加入电场时，光线透过偏光板跟着液晶做90度扭转，通过下方偏光板，面板显示液晶白色；当玻璃基板加入电场时。液晶分子产生配列变化，光线通过液晶分子空隙维持原方向，被下方偏光板遮蔽，光线被吸收无法透出，液晶面板显示黑色。液晶分子便是根据此电压的变化使面
板达到显示效果。形象点说，就好比是一个个小窗户，液晶分子就是一扇扇小窗扇，通过窗花的开关或开口的大小显示图像，而光源来自背面的灯管。
下表为几种具有代表性的显示器件结构原理和特点
显示
器件
构造原理性能特点
主动显示电子束管（CRT）
基于电子束在电子透
镜调制下扫描、激发荧
光粉而实现显示
基本参数：1kv~2kv调
制电压，功耗为
10w~100w，亮度约
100L~2000L，工作温度
范围约（-50~80）摄氏
度，响应余辉3us~1s，
寿命10万小时。
特点：真空管三维结
构，模拟电路驱动，亮
度高，灰度级别多，彩
色化容易，寿命长，显
示分辨率高，适合视频
彩色活动画面显示，但
体积大，重量大，功耗
大，不易数字化驱动。
辉光显示基本于冷阴极辉光放
电时，阴析字型周围的
阴极辉区而实现显示
基本参数：驱动为
170V~300V直流或脉
冲：功耗30mw~300mw，
工作温度范围
（-50~75）摄氏度，亮
度为100~300FL，
特点：亮度高，醒目，
驱动简单但电压高，功
耗大，外形呈真空管形
式。
主动显示荧光显示（VFD）
基于阴极电子发射经
栅极加速后激发荧光
粉即现显示
基本参数：驱动为
170V~300V直流或脉
冲：功耗10w~200w，
工作温度范围
（-50~70）摄氏度，响
应速度为7us，亮度为
200FL，显示可彩色
化。
特点：低压、小功耗、
亮度高，显示清晰，真
空管外形，需双电源驱
动。
6、液晶显示方式
1、反射式
2、透射式
3、投影式
7、液晶LCD的连接方式
LCD连接方式结构与PCB连接方
式
PITCH（间距）
斑马条连接导电橡胶和绝
缘橡胶层层相
隔
机械压
力
层与层的最小间距为
0.4mm
管脚连接
金属管脚插
在LCD台阶上
焊接
常用间距
1.5, 1.8,
2.0, 2
.54mm
斑马纸或扁平片连接涂有导电体的
薄膜
热压、粘接或机
械压力
Heat Seal:Min 0.4
Soldering Type:Min 0.8
8、液晶显示器的应用
液晶显示器件的优异特性决定了它在各类显示器件中的地位。只有20余年液晶显示就改变了几百年的钟表计时行业，电子计算器已经人人必备，智能化仪器仪表使用了液晶显示，使它可以成为便携式。各种电脑改变了人类生活方式，甚至改变了战争形式。液晶作为一种特殊的功能材料，具有极其广泛的应用价值。随着以液晶显示器件为主的各类液晶产品的出现和发展，液晶已经深入到各行各业以及社会生活的各个角落。
第二章等离子体显示——分庭抗礼
1、简介
等离子体显示板（Plasma Display Panel）是利用气体放电产生发光现象的平板显示的统称。可以看成是由大量小型日光灯排列构成的。按PDP所施驱动电压的不同，PDP可分为交流等离子体显示板（AC-PDP）与直流等离子体显示扳（DC-PDP）两类。
AC-PDP因其光电和环境性能优异，是PDP技术的主流。
2、原理
等离子体显示的工作原理与日光灯很相似。它采用了等离子管作为发光元件，屏幕上每一个等离子管对应一个像素，屏幕以玻璃为基板，基板间隔一定距离，四周经气密性封接形成一个个放电空间，放电空间内充人氖、氤等混合惰性气体作为工作媒质，在两块玻璃基板的内侧面上涂有金属氧化物导电薄膜作激励电极。当向电极上加入电压，放电空间内的混合气体便发生等离子体放电现象，也称电浆效应。气体等离子体放电产生紫外线，紫外线激发涂有红绿蓝荧光粉的荧光屏，荧光屏发射出可见光，显现出图像。当每一颜色单元实现256级灰度后再进行混色，便实现彩色显示。
3、特点
1）发光效率和亮度高。PDP为自发光型显示。亮度为30卡德拉/平方米~1700
卡德拉/平方米，发光效率为0.1lm/m~0.51lm/m，与其它显示相比虽不算高，但因PDP显示媒介透明，他对环境的反射率低，能得到较高的对比度。
2）显示单元具有很高的非线性。当单元上施加电压低于着火电压时，它基本上不发光，因此，即使每行多达1000个像素，但全选点与半选点仍有较高的亮度比，不会显著降低等离子体显示板的对比度。
3）存储特性。PDP特有的存储特性使得等离子体显示单元可工作在存储方式或刷新方式，而存储工作方式在大屏幕显示时能得到较高的亮度，这使得制造高分辨率的PDP成为可能。
4）合适的阻抗特性。PDP单元电容小，使得它有较小的驱动电流。
5）响应速度快。PDP的响应时间为数毫秒，使显示电视图像时更新信号不成问题。
6）刚性结构，耐震动，机械强度高，寿命长。
4、缺点
1）若是在明亮环境之中观赏时，亮度对比略逊于液晶显示器一筹。
2）在长时间显示静等离子显示屏止画面的情况下，画面切换时易生残影。
3）由于材料与结构性限制，让等离子显示器不能往20吋以下的小尺寸发展。4）驱动电压高。
5、气体放电的基本知识
1.充气二极管的伏安特性
如图所示的电路中，接有一个平板电极的充气二极管，电极所在空间充有惰性气体，实验测得二极管放电的伏安特性如图7－30所示，图中曲线按放电形式不同划分成不同的部分。
曲线AC段属于非自持放电，参加导电的电子主要是由外界催离作用（加宇宙射线、放射线、光、热作用）造成的，当电压增加，电流也随之增加并趋于饱和，C点之前称为暗放电区，放电气体不发光，随着电压增加，到达C点后，放电变为自持放电，气体被击穿，电压迅速下降，变成稳定的自持放电〈图中EF 段），EF段被称为正常辉光放电区，放电在C点开始发光，不稳定的CD段是欠正常的辉光放电区，C点电压Vf，称为击穿电压或着火电压、起辉电压，EF段对应的电压Vs称为放电维持电压。阴极电流密度为常数是正常辉光放电的特点。当放电电流更大时进入异常辉光放电FG段，这时放电单元阻抗变大，当电流进一步增大、放电进入弧光放电后，在H点曲线变得平坦，压降小、电流大是弧光放电的特点。实际的显示器件必须应用在正常或异常辉光放电区，这个区域放电稳定、功耗小。我们还看到，充气二极管的伏安特性有极强的非线性，可以认为充气二极管有开关特性。我们可将静态伏安特性分成三个状态：熄火态、过渡态
和着火态。
1.气体放电机理
气体放电是气体中带电粒子的不断增殖过程：由外界催离作用或上一次放电残存下来的原始电子从外电场得到能量并电离气体粒子，新产生的电子又参加电离过程，使电子、离子不断增加。初始自由电子对引起放电是不可少的，为了产生稳定可靠的放电，在实际器件中常采用附加的稳定辅助放电源。
图7－31为放电单元极间放电时的发光区域和光强度分布图。电极间有两个重要发光区：负辉区和正柱区（又称等离子区）。
负辉区的发光紧靠阴极，它的发光比正柱区强，而气体放电光源常利用正柱区的发光照明。PDP放电单元特别之处在于放电间隙小，因极间间隙小，放电常常不能显现正柱区而只利用了负辉区的发光。维持放电的基本过程都在阴极位降区，电极间压降几乎都集中在这里，控制放电气压、电压和间隙大小可决定是负辉区或正柱区那一种发光为主。负辉区内电场比较弱，自由电子不具备足够的能量使多数气体原子电离，但能使经过该区的多数气体原子的能量从基态跃迁到激发态，这些激发态寿命只有10-8s，当原子恢复到基态时，这些能量的全部或部分便以光子形式释放出来，氖气产生的可见光波长范围在400nm~700nm，其中峰值波长为582nm的光辐射占整个光强的35％～40％，因此氖气发橙红色光。
下图为放电单元的发光区域和光强区域
6、等离子体显示的应用
等离子体显示器件自面世以来，发展迅速，具有很大的市场发展潜力，引起了全球各大厂商的特别关注。SONY、NEC、FUJITSU、PANASONIC等厂商纷纷开发了自己的PDP产品。目前，等离子体显示在计算机终端显示以及家用电视方面取得了很大的进展。
第三章两者对比——互有输赢
液晶显示和等离子体显示作为平板显示技术，都具有厚度薄、重量轻、无闪烁、无辐射、图象逼真、画质细腻、层次丰富、立体感强、高清晰等优点，下面将就屏幕尺寸、分辨率、亮度等性能对二者进行一定的比较。
（一）屏幕尺寸：液晶易小不易大，等离子体易大不易小。就目前而言，将两者放在一起比较，50英寸将形成一道鲜明的分水岭，也就是说选择在客厅使用大尺寸建议等离子，面积较小建议选择液晶。CRT和LCD显示技术相比，等离子的屏幕越大，图像的色深和保真度越高。
（二）分辨率：平分秋色。
（三）亮度：液晶效果稍好。等离子体显示图像清不清晰，和亮度关系非常大，如果亮度不足，很多细节就黑乎乎的一片，什么也看不清了。液晶的图像依靠的是液晶板背面的灯管透过液晶板形成图像，在相同的参数下，液晶的明亮度效果要稍好一些。而等离子体是每个单元主动发光，显示均匀，明暗还原度好。（四）对比度：等离子胜出。衡量显示效果的一个重要指标是对黑色的表现。在对黑色的表现上，等离子体要超过液晶，而黑色好正是对比度高的体现。（五）色彩数：等离子体色彩数更高。由于等离子体是自发，而液晶是透光式，像素自发光的色彩饱和度当然更好，所表现的色彩种类也要更丰富。液晶电视大多数都是1667万种颜色，少数可以达到10.7亿色，但是等离子体最高的已经达到5490亿色。虽然过多的颜色已经超出人眼所能分辨的颜色数量，但是等离子体颜色比液晶丰富则是毫无疑问的。
（六）可视角度：势均力敌，都超过了170度。由于液晶是背发光，光线需要从每个像素的缝隙中透出来，缝隙限制了光线辐射的方向，我们在观看的时候会有角度的限制，就是我们平时所说的可视角。而等离子体是每个像素直接发光，不
存在这个问题。但是随着液晶技术的发展，现在可视角普遍超过170度了，最高达到176度，基本可以全方位观看了，可以说两者打了个平手。
（七）响应速度：等离子略胜。由于液晶显示靠液晶板里的液晶的转动控制光线的通过，而液晶的转动需要一个反应时间，所以画面在表现运动状态的时候有滞后的现象，就是我们说的拖尾。而等离子体是直接发光的，不存在这个问题。因此从目前的技术水平看，等离子显示技术在动态视频显示领域的优势更加明显，更加适合作为家庭影院和显示屏显示终端使用。等离子显示器无扫描线扫描，因此图像清晰稳定无闪烁，不会导致眼睛疲劳。等离子也无X射线辐射。
（八）耗电量：液晶功耗更小。
（九）残影现象：液晶完胜等离子体。等离子体是每个像素直接发光，等离子体的每个像素相当于一个小灯管，我们知道灯管亮时间长了，会发黑的，等离子如果长期播放一个固定的图像，会在屏幕上留下一个浅浅的痕迹，就是残影。而液晶则无此担忧。
（十）使用寿命：不分高低。现在液晶、等离子体的使用寿命都在60000小时以上，有些品牌已经能够达到100000小时。
第四章 OLED——蓄势待发，逐鹿中原
从OLED显示技术角度来分析，超高的相应速度、深邃的原生对比度、120%以上的色域及超薄的机身，甚至可弯曲的特性，都远远要强于平板时代的液晶技术和等离子技术。现在厂商面对的主要问题是OLED的良品率和成本，但是我们回想2002年，一台32英寸的CRT只有2000多元，而一台32英寸液晶电视标价2万元，所以价格并不能成为阻碍OLED显示技术步伐的绊脚石。
▲OLED电视样机展示
当然，液晶电视和等离子电视并行的市场格局，可能还要至少保持3-5年，尤其是在大尺寸显示市场，OLED显示屏幕还没有能够达到量产，但是相信在商业利益的推动下，作为更具竞争力的产品，OLED大屏幕电视机会很快来到。
第五章.市场分析——三国鼎立谁主沉浮
一现状
1、TFT-LCD技术方向
科技部在十一五期间非常重视TFT-LCD技术和产业发展，围绕上游原材料、设备、屏、模组及整机等全产业链进行了开发，到目前为止已比较完整地自主掌握了TFT-LCD生产工艺技术及产品设计技术，通过自主创新和交叉授权等方式，骨干企业掌握了如AFFS等核心专利技术和GOA、ODF、4Mask、120Hz驱动、动态背光等新技术，具备了一定的专利和技术风险防范能力，从产品开发上看已经覆盖了从手机、笔记本电脑、电脑显示器和电视以及特种应用等所有领域。
2、PDP技术方向
在等离子体显示屏制造方面，我国主要采用国际上主流的表面放电障壁式等离子体显示技术，在收购韩国Orion公司的等离子体显示技术和结合国内有关企业近十年的等离子体显示技术研究的基础上，以量产为目标，通过本地化大规模生产降低成本，不断提高显示性能，目前已经基本全面掌握量产技术和模组产品的开发技术，量产良率水平已超过90%，42英寸、50英寸高清晰度系列模组成功实现规模量产，全高清模组完成试制即将量产。目前国内等离子体显示产业上游的材料、器件研究取得了一定进展，大部分已经进入试制验证阶段，尚未实现大规模的产业化应用。
3、OLED技术方向
我国在OLED机理研究、材料开发、器件结构设计等方面，已经积累了丰富的经验，做了大量的研究工作，尤其在材料和工艺技术开发方面取得了较大进展和有价值的研究成果。我国在蓝光配合物材料、有源有机发光显示驱动技术、小分子发光材料、界面材料等方面开展了卓有成效和研究工作，开发了具有自主知识产权的一系列红色荧光材料，寿命超过15000小时（初始亮度1000cd/m2），具有产业化应用前景。我国开发的单层结构器件突破了传统的双层和多层结构，简化了材料、设备和工艺制备过程，大大降低生产成本。在阴极结构上，突破了柯达公司核心专利之一的LiF/Al阴极结构技术壁垒，开发了碱及碱土金属的氮化物和胺化物材料的新型阴极结构。国内的高分子发光材料主要依靠自己研制，虽然国内材料总体性能还低于国外产品，但是发展很快，发光材料的效率得到大
幅度提高，但稳定性还需要大幅度改善。我国在有源有机发光显示用硅基、金属氧化物基的TFT基板技术研发和驱动IC开发方面也取得较大的进展。
二平板显示技术的未来发展趋势
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。
三展望，挑战与机遇并存
挑战：技术方面，高分辨率、低功耗、低成本等新技术开发上上还存在差距；专利方面，由于核心专利壁垒的保护，中国大陆产业的发展受到了很大的制约；环保方面，电子信息类产品正向节能、绿色制造的方向发展，技术要求和门槛更高，所需技术研发和投资更大；人才储备、产业链配套等环节仍是软肋，而物流及劳动力成本的上升也给行业带来了新的不利因素。
机遇：2008年国际金融危机后，由于市场需求萎缩，产能利用率下降，面板生产厂商遭遇严重亏损，新增投资预算收缩和延缓，DisplaySearch预计2011年行业收入增速仅为4%，全球平板显示产业面临重新洗牌。这种情况为受到金融危机影响较小的中国企业获取技术转让、扩大产能、借力进军高端市场等都提供了可能。中国大陆已经成为全球平板显示最大消费市场，随着技术进一步升级，LED背光电视、3D电视、智能手机、平板电脑等电子类产品的消费将推动产业发展。再加上农村消费能力的提升，以及模拟电视向数字电视的过渡都会给市场带来促进作用，未来几年的市场规模仍令人兴奋，近两年全球产业投资基本集中在中国大陆。虽然原材料、基础零部件本土化配套不足，但中国大陆在整机后端配套方面，产业链完整，中国的平板显示生产制造企业有易于融入市场的先天优势。
ICP 等离子发射光谱仪中等离子体焰的形成过程及原理 ICP 英文翻译过来是电感耦合等离子体,顾名思义,在炬管的切向方向引入高速氩气,氩气在炬管的外层形成高速旋流,通过类似真空检漏仪的装置产生的高频电火花使氩气电离出少量电子,形成一个沿炬管切线方向的电流。因为炬管放置在高频线圈内,通过高频发生器产生的高频振荡通过炬管线圈耦合到已被电离出少量电子的氩气上,使氩气中的这部分电子加速运动,撞击其他电子产生电离 , 形成雪崩效应,最终靠高频发生器连续提供能量,即可形成一个稳定的等离子体火焰。 电感耦合高频等离子(ICP光源 等离子体是一种由自由电子、离子、中性原子与分子所组成的在总体上呈中性的气体,利用电感耦合高频等离子体(ICP 作为原子发射光谱的激发光源始于本世纪60年代。 ICP 装置由高频发生器和感应圈、炬管和供气系统、试样引入系统三部分组成。高频发生器的作用是产生高频磁场以供给等离子体能量。应用最广泛的是利用石英晶体压电效应产生高频振荡的他激式高频发生器,其频率和功率输出稳定性高。频率多为 27-50 MHz,最大输出功率通常是 2-4kW 。 感应线圈一般以圆铜管或方铜管绕成的 2-5匝水冷线圈。 等离子炬管由三层同心石英管组成。外管通冷却气 Ar 的目的是使等离子体离开外层石英管内壁,以避免它烧毁石英管。采用切向进气,其目的是利用离心作用在炬管中心产生低气压通道,以利于进样。中层石英管出口做成喇叭形,通入 Ar 气维持等离子体的作用,有时也可以不通 Ar 气。内层石英管内径约为 1-2mm ,载气载带试样气溶胶由内管注入等离子体内。试样气溶胶由气动雾化器或超声雾化器产生。用 Ar 做工作气的优点是, Ar 为单原子惰性气体,不与试样组分形成难解离的稳定化合物,也不会象分子那样因解离而消耗能量,有良好的激发性能,本身的光谱简单。 当有高频电流通过线圈时,产生轴向磁场,这时若用高频点火装置产生火花,形成的载流子(离子与电子在电磁场作用下,与原子碰撞并使之电离,形成更多的载流子,
等离子体化学的基本原理及应用 等离子体化学是20世纪六十年代发展起来的一门新兴交叉科学。经过40多年的研究发展，已经广泛地引用于化工、冶金、机械、纺织、电子、能源、半导体，医药等不同领域。本文对等离子体化学在材料、电子、光学、医药、化学合成、环境保护几个方面的一些应用进行综述。[1-2] 1理论概述[3] 对常温常压条件下的气体通过高温加速电子加速离子给物质以能量，物质被解离成阴、阳离子的状态，由于整个体系阴、阳离子总电荷相等，故称为等离子体。而从通常的能量排布：气体>液体>固体的角度来说，等离子的能量比气体更高，能表现出一般气体所不具有的特性，所以也被称为物质的第四态。 当气体电离生成电子正离子一般在段时间内发生结合，回到中性分子状态，这个过程产生的电子、离子的一部分能量以电磁波等不同形式消耗，在分子离解时常生成自由基，生成的电子结合中性原子，分子形成负离子。因此，整个等离子体是电子正负离子激发态原子，原子以及自由基的混合状态。因为各种化学反应都是在高激发态下进行的，与经典的化学反应完全不同。这样使等离子体的原子或分子的本性通常都发生改变，即使是较稳定的惰性气体也会变得具有很强的化学活泼性。 在放电气体中发生的反应称为等离子体化学反应，用电子温度Te和离子温度Ti作为参数。若Te ≈Ti称为平衡等离子体或高温等离子体。若Te >>Ti称为非平衡等离子体或低温等离子体。这两种不同的情况在不同的领域都有广泛的运用。 2设备与装置[3-4] 可以将等离子的产生理解为：一定的真空度，外加电场/磁场，通电条件下射频放电产生的特殊物质。各国学者一直努力研制一种能得到均匀稳定的等离子的设备。可以通过(1)解光放电、(2)电晕放电、(3)寂静放电、(4)RF放电、(5)微波放电这5种放电方式(基本特征见图1)来得到等离子体，但为了保证反应产物不分解，一般采用辉光放电形式。这类仪器通过外加电场可以有效地把能量直接传递给反应体系中的气体分子，反应腔里将发生气体放电，产生非平衡等离子体，这种能量传递方法不仅经济有效，而且产生的等离子体具有能量高密度大的特点，所以应用较为广泛。根据反应器的结构不同分为内部电极方式的反应器、外部电极方式的反应器、直流放电反映器、采用商业频率的反映器、微波放电反映器（见图2）。而大多数工业活动需在常压或加压(高气体浓度)条件下进行，尤其化学工业、环境工程和材料工业等还不具备在低气压条件下进行化学反应的工艺条件。
等离子体显示技术的基本原理 等离子体显示器又称电浆显示器，是继CRT(阴极射线管）、LCD（液晶显示器）后的最新一代显示器，其特点是厚度极薄，分辨率佳。可以当家中的壁挂电视使用，占用极少的空间，代表了未来显示器的发展趋势（不过对于现在中国大多数的家庭来说，那还是一种奢侈品）。 等离子体显示技术之所以令人激动，主要出于以下两个原因：可以制造出超大尺寸的平面显示器（50英寸甚至更大）；与阴极射线管显示器不同，它没有弯曲的视觉表面，从而使视角扩大到了160度以上。另外，等离子体显示器的分辨率等于甚至超过传统的显示器，所显示图像的色彩也更亮丽，更鲜艳。 等离子体显示技术（Plasma Display)的基本原理是这样的：显示屏上排列有上千个密封的小低压气体室（一般都是氙气和氖气的混合物），电流激发气体，使其发出肉眼看不见的紫外光，这种紫外光碰击后面玻璃上的红、绿、蓝三色荧光体，它们再发出我们在显示器上所看到的可见光。 换句话说，利用惰性气体（Ne、He、Xe等）放电时所产生的紫外光来激发彩色荧光粉发光，然后将这种光转换成人眼可见的光。等离子显示器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个像素，由这些像素的明暗和颜色变化组合使之产生各种灰度和彩色的图像，与显像管发光很相似。 从工作原理上讲，等离子体技术同其它显示方式相比存在明显的差别，在结构和组成方面领先一步。其工作原理类似普通日光灯和电视彩色图像，由各个独立的荧光粉像素发光组合而成，因此图像鲜艳、明亮、干净而清晰。另外，等离子体显示设备最突出的特点是可做到超薄，可轻易做到40英寸以上的完全平面大屏幕，而厚度不到100毫米（实际上这也是它的一个弱点：即不能做得较小。目前成品最小只有42英寸，只能面向大屏幕需求的用户，和家庭影院等方面）。依据电流工作方式的不同，等离子体显示器可以分为直流型（DC）和交流型（AC）两种，而目前研究的多以交流型为主，并可依照电极的安排区分为二电极对向放电（Column Discharge）和三电极表面放电（Surface Discharge）两种结构。 等离子体显示器具有体积小、重量轻、无X射线辐射的特点，由于各个发光单元的结构完全相同，因此不会出现CRT显像管常见的图像几何畸变。等离子体显示器屏幕亮度非常均匀，没有亮区和暗区，不像显像管的亮度——屏幕中心比四周亮度要高一些，而且，等离子体显示器不会受磁场的影响，具有更好的环境适应能力。 等离子体显示器屏幕也不存在聚焦的问题，因此，完全消除了CRT显像管某些区域聚焦不良或使用时间过长开始散焦的毛病；不会产生CRT显像管的色彩漂移现象，而表面平直也使大屏幕边角处的失真和色纯度变化得到彻底改善。同时，其高亮度、大视角、全彩色和高对比度，意味着等离子体显示器图像更加清晰，色彩更加鲜艳，感受更加舒适，效果更加理想，令传统显示设备自愧不如。 与LCD液晶显示器相比，等离子体显示器有亮度高、色彩还原性好、灰度丰富、对快速变化的画面响应速度快等优点。由于屏幕亮度很高,因此可以在明亮的环境下使用。另外，等离子体显示器视野开阔，视角宽广（高达160度），能提供格外亮丽、均匀平滑的画面和前所未有的更大观赏角度。当然，由于等离子体显示器的结构特殊也带来一些弱点。比如由于等离子体显示是平面设计，其显示屏上的玻璃极薄，所以它的表面不能承受太大或太小的大气压力，更不能承受意外的重压。等离子体显示器的每一个像素都是
河北科技大学 课程设计报告 学生姓名：学号：* ** 专业班级：***** * 课程名称：光电子技术课程设计 学年学期：2016 —2017学年第 2 学期指导教师： 2 0 17 年6 月
课程设计成绩评定表 学生姓名学号成绩 专业班级起止时间2017.6.26——2017.6.30 液晶和等离子体显示原理及应用 设计题目 指 导 教 师 评 语 指导教师： 年月日
目录 液晶显示原理及应用 1、液晶的概念（Liquid Crystal） 2、液晶的电光特性 3、液晶显示原理 4、液晶显示器件的采光技术 5、液晶显示应用 等离子体显示原理及应用 1、等离子显示器 2、等离子体显示技术的研究现状 3、等离子体显示技术的发展趋势 总结
一.液晶显示及原理 1、液晶的概念（Liquid Crystal） 液晶显示器是以液晶为基本材料的组件，由于液晶是介于固态和液态之间，不但具有固态晶体光学特性，又具有液态流动特性，所以液晶可以说是处于一个中间相的物质。而要了解液晶的所产生的光电效应，我们必须先来解释液晶的物理特性，包括它的黏性（visco-sity）与弹性（elasticity）和其极化性（polarizalility）。液晶的黏性和弹性从流体力学的观点来看，可说是一个具有排列性质的液体，依照作用力量的不同方向，会有不同的效果。就好像是将一簇细短木棍扔进流动的河水中，短木棍随着河水流着，起初显得凌乱，过了一会儿，所有短木棍的长轴都自然的变成与河水流动的方向一致，达到排列状态，这表示黏性最低的流动方式，也是流动自由能最低的一个物理模型。 此外，液晶除了有黏性的特性反应外，还具有弹性的表现，它们都是对于外加的力，呈现出方向性的特点。也因此光线射入液晶物质中，必然会按照液晶分子的排列方式传播行进，产生了自然的偏转现象。至于液晶分子中的电子结构，都具备着很强的电子共轭运动能力，所以，当液晶分子受到外加电场的作用，便很容易的被极化产生感应偶极性（induced dipolar），这也是液晶分子之间互相作用力量的来源。而一般电子产品中所用的液晶显示器，就是利用液晶的光电效应，藉由外部的电压控制，再通过液晶分子的光折射特性，以及对光线的偏转能力来获得亮暗差别（或者称为可视光学的对比），进而达到显像的目的。 2、液晶的电光特性 液晶同固态晶体一样具有特异的光学各向异性。而且这种光学各向异性伴随分子的排列结构不同将呈现不同的光学形态。例如，选择不同的初期分子取向和液晶材料，将分别得到旋光性、双折射性、吸收二色性、光散射性等各种形态的光学特性。一旦使分子取向发生变化，这些光学特性将随之变化，于是在液晶中传输的光就受到调制。由此可见，变更分子的排列状态即可实行光调制。 由于液晶是液体，分子排列结构不象固态晶体那样牢固。另一方面液晶又具有显著的介电各向异性△ε和自发偶极子P0。一旦给液晶层施加上电压，则在介电各向异性△ε和自发偶极子P0和电场的相互作用下，分子排列状态很容易发生变化。因此利用外加电场即可改变液晶分子取向，产生调制。这种由电场产生的光调制现象叫做液晶的电光效应（electro-optic effect）。它是液晶显示的基础。 这种光学特性可通过表面处理、液晶材料选择、电压及其频率的选择获得。 3、液晶显示原理 （1）液晶的物理特性 液晶的物理特性是：当通电施加上电场时，液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通