新型显示器件进展

阴极射线管CRT曾经一枝独秀，但在新的世纪里，各类显示器件将各领风骚，百花齐放。总的发展趋势将是：CRT会缓慢地减少，平板显示器件(FPD)将快速地增长。预计2004～2005年，CRT和FPD二者的产值将相当（见表1）。各种平板显示器件由于自身的技术原因，发展并不平衡。

表1 全球CRT和FPD市场分析

年份	1998	1999	2000	2001	2002	2003	2004
CRT	230	240	240	250	250	260	260
FPD	140	160	170	180	210	230	260

市场仍在扩大

　　显示器件的发展方向是高分辨率、高清晰度。根据市场调查，人们对显示器件性能的要求各有不同侧重，其中要求高分辨率的约占52.7%、高亮度的约占20.1%、宽视角的约占17.8%、彩色饱和的约占9.3%。市场对高分辨率、高清晰度显示器件的需求量越来越大，人们对显示质量和显示功能的要求也越来越高，越来越多样化。由于竞争十分激烈，还要求显示器件成本低，价格便宜。
　　由表2可以看出，从1999年到2005年，FPD产值将会翻番。预计在2004年，FPD产值将超过CRT产值。显示器主要用于电视、PC、笔记本电脑和移动通讯产品等四个方面，这四个方面占全部显示市场的87%，其中移动通讯产品市场最大。电视市场主要由CRT、AMLCD(有源矩阵液晶显示器)和PDP(等离子体显示器)瓜分；PC显示器市场主要由CRT和AMLCD瓜分；笔记本电脑市场主要由AMLCD和PMLCD(无源矩阵液晶显示器)瓜分；移动通讯手机市场主要由STNLCD(超扭曲向列相液晶显示器)和OLED(有机发光二极管)瓜分。新近问世的Smart Card将会在小型显示器市场占有相当大的份额。

显示技术现状

目前，主要的显示器件有CRT、AMLCD、PMLCD、ELD(场致发光显示器)、FED(场发射显示器)、VFD(真空荧光显示器)、OLED和PDP等。除CRT和投影显示器外，其它显示器件都属于平板显示器件(FPD)。　
射线管(CRT) 在诸多显示器中，CRT发展历史最久，技术最为成熟。它的优点包括：具有无可匹敌的性能/价格比(25英寸的制造成本只有25美元)；很容易调整分辨率(VGA～VXGA和HDTV)；形状和大小的可能变化范围很大(0.5～45英寸)；寻址极为简单(只有7根导线)；可视性很好(高亮度和高对比度)；具有非常好的发光效率等。因此，到目前为止CRT仍然是显示技术的主流。CRT的弱项是：大屏幕产品的体积笨重；屏面内有光散射；图像有闪烁、抖动和畸变；存在视觉疲劳和电磁辐射；最大直观显示尺寸被限于45英寸以下；无数字寻址；工作电压和功耗较高；在某些应用中寿命有问题；在荫罩彩管内分辨率受到限制。
　　液晶显示(LCD) 液晶显示器件包括有源矩阵(AM LCD)和无源矩阵(PM LCD)两种。其中，有源矩阵(AM LCD)的主要特点是：高性能、彩色、高分辨率、快速、轻薄、有市场。它主要应用于个人视频用品(TV等)、笔记本电脑和桌上监视器等。目前，AMLCD在生产规模、工业基础、投资和产品附加价值等方面均领先于其他绝大多数平板显示技术，而且是研究与开发之源，是所有平板显示技术的基础。就市场而言，在单色笔记本电脑市场，AM LCD的对手是PM LCD、TFEL和PDP；在彩色笔记本电脑市场，AM LCD的对手是PM LCD；在彩色桌上监视器市场，AMLCD的对手只有CRT。AM LCD成功的主要原因有二：其一，它有十分雄厚的投资(超过200亿美元)；其二，对生产工艺进行行业协同攻关。尽管AMLCD具有优势，但是其投资没有明显的回报，而且生产设备的光、电系统极其复杂，限制了产品生产效率和成品率的提高。
　　无源矩阵(PM LCD)的价格便宜，性能不错，有一定的市场，供应商很多。主要应用于消费类电子产品和通讯产品。在低功率、单色、低性能等应用领域占有优势。PM LCD的性能虽然不是最好的，但能满足大规模市场的需求。它能在办公用品、掌上电脑、通讯等主要市场填补AM LCD和字段式LCD之间的价格/性能间隙，因此能够生存并不断发展。
　　LCD功率低、薄、轻，做成IC驱动器可使平板更薄，可用于便携式产品、笔记本电脑、监视器、手机等，市场应用范围较广泛。但是，它的制作工艺复杂，需要严格控制；主要设备价格昂贵；生产成本比同等尺寸的CRT高3～10倍；视角窄；制造米级的大屏幕显示屏很困难，且成本十分昂贵。
　　等离子体显示(PDP) PDP的主要特点是大屏幕、全彩色和视频显示。主要应用领域是公共场所信息显示、广告、电视和HDTV等。PDP的主要竞争对手是拟开发的米级TFTLCD、薄型多阴极CRT，而真正的竞争对手是背投式CRTTV，与上述对手相比，PDP的结构比较简单。PDP成功的主要原因在于PDP的开发是整个PDP行业协同攻关的结果。目前，在解决存在的问题方面已取得进展，而且最新模型的性能已超过规定，很有发展前途。PDP的强项是：大屏幕显示(达63英寸)、宽视角、薄、对比度好、亮度高（可达600cd/m2）、响应时间快、有众多的供应商提供支持、可用于TV。但是，目前PDP的显示板和电子电路成本仍然很高、功耗大、目前普遍采用的工艺不可能简化、制造工艺也不成熟、在高像素密度(高分辨率)下发光效率低。
　　场致发光(EL) 场致发光包括薄膜场致发光板(TFEL)和普通场致发光板(EL)两种。其中，薄膜场致发光板(TFEL)的主要特点是成本低、可靠性高。它主要用于测试设备、医药设备、金融、登记等领域，不适用于笔记本电脑。早期的TFEL主要用于长寿命、高对比度图表显示板。但是，由于TFEL的驱动电压较高，因而放弃了早期的应用市场。TFEL的显示性能不如单色PDP，也不如后来的LCD。目前，TFEL在研究与开发领域内仍然是很活跃的器件，它有自发光显示、无背光源、视角宽、结构简单、对比度高、薄、像素密度高、材料成本低、温度稳定性好的优点。但是，它的功耗大、寿命不够长、至今没有好的蓝色荧光粉、效率太低、分辨率没有ＴＦＴＬＣＤ好、工作电压高，由于采用能量恢复电路，使成本?电子学?过高。
　　普通场致发光板(EL)的最大优点是：具有很尖锐的阈值(高信息容量)和长寿命。由于DC粉末、DC薄膜、AC粉末和混合型EL存在寿命和彩色方面的问题，缺少投资者，已暂停生产。现在，AC薄膜的三基色发光效率约0.8～51m/W。今后还需要在改进发光性能和获得彩色大屏幕方面做更多工作。EL的强项是：发展前景好、自发射显示无背光源、足够宽的视角、发光效率高、对比度高、薄、工作电压低、寿命长。EL的弱项是：需要外延生长层（费时和复杂）、工艺复杂、成本太高、功耗大。
　　真空荧光显示(VFD) VFD的主要特点是成本很低、寿命较长、热稳定性较好、自发光、坚固、信息容量有限。主要应用于消费类电子学、仪表、汽车等领域。VFD在字段式显示领域中的主要对手是LCD和LED。几乎所有的字段式显示对于价格都极为敏感。有机发光二极管(OLED)是VFD的最大竞争对手。由于VFD用于低信息容量显示的成本很低，可以大量生产小尺寸VFD，所以能在显示市场上占有一席之地。
　　有机发光二极管(OLED) OLED的主要特点是低电压(5～20V)、低功耗、自发光、高亮度、高对比度、薄、轻(重量只有LCD的一半)、全彩色显示、高发光效率、快速响应、宽视角、单片结构、加工不复杂、成本低。主要应用于数字摄像机、PDA、手提式产品等消费类产品，及汽车显示器、头盔式显示、计算机显示器、视频显示等工业类产品。
　　无源矩阵OLED适合于文字显示，有源矩阵OLED适合于视频及图表显示。OLED的发展很快，每年以200%的速度增加。目前，介入新型OLED研发的公司已超过85家。预计OLED将会在许多应用领域挤占LCD的市场。OLED的市场将不断扩大。据资料统计显示，1999年，OLED的产量仅数十万台，产值约400万美元，预计2004年的产量将达到1亿台，产值达到约7.14亿美元。OLED的强项是：快速响应、宽视角、高分辨率(AM)、高对比度、薄、低电压应用、低成本、柔软基片(塑料)、工业界广泛支持、用于LCD和VFD市场。但是，它的色域不满足EBU规范、效率太低、寿命不够长、PMOLED分辨率较低、LITPS需要AM技术、做大屏幕显示成本高。
　　场发射显示板(FED) FED被认为是CRT的最好继承者，它具有CRT的优点，又克服了CRT体积笨重的缺点，而且功耗较低，因此一度被认为是理想的显示器。但是由于其结构复杂，封装困难等原因，寿命问题还未解决，因此一些公司纷纷放弃投资，使FED的研发工作受到影响，目前市场还不成熟。但是日本一些公司仍未放弃努力，一旦寿命和制造问题得到解决，FED将会成为新一代的显示器。
　 FED的机遇：用于TV和监视器；采用CRT/PTV荧光粉；采用现成的隔片和三极管技术；与吸气剂SAES公司合作；全世界对FED阴极的开发使大面积FED阴极制造有望获得突破；开发各种阴极结构，如：CNT、PFE、SCE、MIS/MIM、BSD等；比PDP便宜，特别是没有能量恢复电路。