平面显示技术的应用探讨

梁柱杰

摘要：本文探讨了主流平面显示技术的分类、工作原理、光谱分布，研究分析了主流平面显示技术的使用。

关键词：平面显示;PDP;LCD;OLED;FED;调光;光谱分布

中图分类号：TP311    文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）29-0130-02

目前平板显示技术被广泛使用到移动类电子产品领域，是人们通过电子产品获取信息的主要手段，平板显示一直是人们关注的技术方向。本文对平板显示技术的演进进展进行了综述，重点总结和分析了几种典型的平板显示技术，包括对等离子体放电显示屏PDP、液晶显示器LCD、有机电致发光显示器 OLED、电场激发显示器FED 的技术特征、发光原理、工作方式、显示效果，并在此基础上讨论了平板显示下一步的研究方向。

1主流平面显示技术的分类

平面显示是指屏幕呈平面的显示技术，相对于传统显示管庞大的体积做比较而言的一种显示技术，主要分为以显示媒介自身发光提供可见辐射信号的主动发光显示器与利用显示介质被电信号编码调制后根据其光学特性发生改变而发出可见辐射信号的被动发光显示器，其中被动发光显示器技术对环境光和外加电源发出的光进行调制，在显示屏上进行显示。目前使用在电子产品中主要包括等离子体放电显示屏PDP、液晶显示器 LCD、有机电致发光显示器 OLED 和电场激发显示器 FED，其中等离子体放电显示屏PDP、电场激发显示器 FED 由于其制造工艺、发光效率、功耗等原因市场使用逐渐减少，液晶显示器LCD是现在技术最为成熟、使用最广的被动发光显示器的代表，有机电致发光显示器OLED则是最近电子设备中应用越来越多的主动发光显示器。

等离子体放电显示屏PDP制作复杂且较为昂贵，是一种利用等离子气体放电的显示技术，采用等离子管作为发光元件。包括密封有稀有气体的结构，放电气体被密封在两个基板之间，基板上具有输入电压进行触发的上下电极。其中基板上的每一个等离子管对应一个像素，单位面积等离子管数量决定屏幕显示效果，显示屏幕以玻璃作为基板，输入电压到基板表面间隔形成有进行触发的电极，通过在电极上加入电压差，当向电极上加入电压，密封的放电空间内放电气体便发生等离子体放电现象，经气密性封装形成一个个放电空间，激发荧光体得到相应颜色的光线。气体等离子体放电产生看不见的紫外线，紫外线激发荧光屏，荧光屏发射出可见光，通过多个像素组合以预定图案显现出图像。等离子体放电显示屏PDP屏幕亮度高、大视角、全彩色和高对比度，但其结构较损坏、耗电高。

液晶显示器LCD 主要为主动矩阵式TFT-LCD技术，包括背光板模组、偏光板、彩色滤光片、导电层、间隙控制材料，通过在两片玻璃中夹杂液晶，控制电流通过晶体管产生电场变化，控制液晶分子偏转，形成液晶分子的排列状态转换，利用电场电压控制像素的亮度。其中主要使用的光源包括发光二极管、冷阴极荧光管、电致发光片、有机电致发光片，TFT-LCD是目前主流平面显示器，其功耗低、成本相对较低、低辐射，光源决定了背光源的亮度、功耗、色彩等参数。

有机电致发光显示器OLED是指有机半导体材料和有机发光材料在电场的驱动下，通过载流子注入和复合导致发光的技术;其基本结构式在铟锡氧化物玻璃上制作一层有机材料发光层，在发光层上覆盖金属电极，在外界电压的驱动下，主要利用传导带以及价电带之间电子电洞的复合，将能量以光的形式发射出去，发出红、绿、蓝三基色构成基本色彩，使用高分子有机薄膜，发光效率更高。有机电致发光显示器OLED相对LCD 不需要背光板和彩色滤光片，结构简单，有机电致发光显示器 OLED 的技术特点是自发光、全彩色显示、高亮度、高对比度、低电压、低功耗、轻薄、高发光效率、快速响应、宽视角、单片结构、加工工艺简单、低成本等。

电场激发显示器FED是场致电子发射显示的一个应用，其发光机制与传统的CRT显示器基本相同，使用电场吸引阴极电子源发射电子束，自发射阴极材料的尖端放出电子来轰击屏幕上的荧光粉，在平面上显示图像。FED在每一个荧光点距离不到3mm处均放置了多个极小的电子发射器，同时用场发射技术作为电子来源取代传统CRT显像管中的热电子枪，与热电子枪使用的热能不同，电场激发显示器FED 中的場发射电子束的能量分布范围比CRT显示器的热电子束窄并且具有更高的发光亮度，分辨率更高。电场激发显示器FED具有LCD显示器轻薄的优势，通过电子发射源的控制还具有响应速度快、色彩饱和意见亮度更高的优点。

2主流平面显示技术的工作方式

等离子体放电显示屏PDP经过输入电力激发不可见紫外线、紫外线激发荧光体、荧光体发出可见光的过程，主要利用 PCM（Pulse Code Modulation）脉冲编码调制技术来控制每一个区域内的脉冲，改变紫外线强度实现画面的亮度的控制。通过在后半玻璃上涂布红色、绿色、蓝色的荧光体，在组合之后分别注了氮、氖等气体。独立操控每个三原色细胞体实现色彩调整，通过将影像的各区域相对脉冲规律控制各个区域的亮度。

其中液晶显示器LCD主要采用DC调光技术，不管在何种情况下，点亮屏幕时整个背光全开，通过偏光板、滤光片结构使画面进行显示控制，通过提高电路电压电流增加平面亮度，或降低电路电压电流来减小屏幕的亮度，调整电路电压、电流改变电路功率都均改变屏幕亮度。由于液晶显示器LCD 的调光方式，因此液晶显示器LCD 的频闪并不突出。有些液晶显示器 LCD屏幕在亮度低于一预设值时，为了降低功耗会开启PWM 调光模式。

有机电致发光显示器OLED在低电压下会出现色彩不均匀的情形，严重影响显示效果，因此有机电致发光显示器OLED 不能使用控制电压调整亮度。有机电致发光显示器 OLED采用PWM脉冲宽度调制技术，根据在周期时间内亮灭像素的时间长度控制亮度，对像素点独立工作，根据显示画面点亮相应的像素点，有需要打开或熄灭相应的像素点，PWM调光的频率影响屏幕的显示效果，高速开关像素点导致屏幕闪烁相应突出，成为影响有机电致发光显示器OLED显示的主要参数。

电场激发显示器FED 中荧光粉受高速电子的轰击发光，在阴极电子源材料确定电子运动速度与不同组合成分的荧光粉确定其发光效率下，FED显示器的发光亮度主要由阴极发射的电子数决定，由此通过控制阴极电子的发射能力来实现FED 显示器的发光亮度。其中部分三极型电场激发显示器FED 中，栅阴极的电压V产生的电场决定了阴极电子发射的强弱，控制着发射电子电路的电流大小，实现控制显示器亮度。

3主流平面显示技术的光谱分布

等离子体放电显示屏PDP 中荧光粉的构成是决定显示质量的关键因素，通常使用的荧光粉采用147nm或172nm 的真空紫外线激发，现有的荧光粉发光材料色纯度与紫外线吸收率、能量效率、发光效率、亮度衰减、余辉时间、粉体颗粒度是普遍关注的问题。PDP用荧光粉由红、绿、蓝三种荧光粉组成，各种荧光粉还存在需要解决的技术问题，例如红粉的发光效率较低、蓝粉的稳定性能较差、绿粉的余晖时间较长等，根据现有荧光粉可根据需求选择合适的荧光粉减少蓝光的产生。

液晶显示器LCD包括多种背光源的使用，现在主流使用 LED背光源。LED发光原理是利用半导体中在N 区的电子与P区的空穴结合时，其能量以光能的形式释放发出可见光，不需要热过程，其发光波长、发光效率、发光亮度会因所使用的材料而有所不同。其中形成PN結的材料决定发出光的波长，即光的颜色。液晶显示器LCD 主要通过偏光片实现显示颜色的控制，现有液晶显示器LCD所使用的PN结材料中，LED发光具有相对绿光、红光而言高蓝光光谱量更多，通过限制显示色温的差异，可以有效减小蓝光的损害。

有机电致发光显示器OLED使用的是有机物材料，有机发光原理和液晶显示器LCD 中发光二极管的发光原理相似，同样利用半导体材料特性，将电子空穴在发光层上结合，电子由激发态降回基态，将多余能量以波的形式释出，实现发光的功能。有机电致发光显示器 OLED 中通过选择PN结的材料，发射出独立的红色、绿色、蓝色可见光，能实现红、绿、蓝三基色的平衡，其更能实现接近太阳光的显示效果，在相同亮度显示下 OLED蓝光危害更小。

电场激发显示器FED原理和CRT类似，通过电子束轰击显示屏上的荧光粉发光，其中阳极电压影响荧光粉的发光颜色色彩度，FED 的工作电压相对较低为1kV-5kV。FED用荧光粉由蓝、绿、红三种荧光粉组成，通过控制工作电压实现亮度的调整。FED具有亮度高、色彩还原性好、色度均匀、响应速度快、功耗低、分辨率高、屏幕薄等优点，其荧光粉的色纯度影响FED 的显示效果。

4结语

平面显示是用户获取信息最主要的手段之一，等离子体放电显示屏 PDP、液晶显示器 LCD、有机电致发光显示器 OLED、电场激发显示器FED具有其各自的特点和优势。然而，等离子体放电显示屏PDP、液晶显示器LCD、有机电致发光显示器OLED、电场激发显示器FED 由于其工作原理以及工作方式使得其尚有诸多难题需要解决，平面显示技术从其材料、制造工艺、工作方式等方面需要进一步的研究。

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【通联编辑：梁书】