转 CRT、LCD、PDP、OLED等显示技术对比

转 CRT、LCD、PDP、OLED 等显示技术对比目前CRT、LCD、PDP、OLED等显示技术对比一、CRT显示器显像管显示器件又称CRT(Cathode-RayTube :阴极射线管)。CRT作为当前 使用最普遍的显示器件在画面清晰度、亮度、显示速度、对比度、彩色还原质 量等方面暂时具有独一无二的优势。CRT发明至今已有1 00多年历史,而彩色 CRT自1 950年问世至今亦有50多年了。到目前为止,CRT已经历球面、平面直 角、柱面、纯平面等几代产品。CRT的基本参数主要是指亮度、分辨率、对比 度及色域。近50年来，平均亮度提高了 50倍，其综合性能是迄今为止任何其他 显示器件所不及的。CRT技术虽然已趋成熟，但仍在继续发展,如屏幕超大尺寸及全平面化，工作 特性向高亮度及对比度综合BCP发展。50英寸的大屏幕CRT点距已达到0.63mm, 以支持1 92 0x 1 080像素的HDTV显示需求。尽管在各种显示器件中,CRT的 性能价格比最好，综合性能也最佳，但是CRT的缺点也是显而易见的。首先CRT 固有的物理结构限制了它向更广的显示领域发展；其次CRT不仅体积和耗电量 大，辐射问题也一直困惑着使用者。为此，生产CRT的公司还在继续完善他们的工艺，如：CRT显示器的厚度 减少，即朝着短项shor t-neck发展，阴极、聚焦栅、透镜、荧光粉、偏转线 圈、网格过滤器以及显示器中其它的组件仍在不断改进，其目的是提供更出色 的显示效果。厂家也一直努力把CRT显示器的调节控制改进得更为简便，更易 于用户理解和操作，CRT显示器技术仍在不断改进，且向绿色环保发展。二、LCD显示器平板显示器虽然种类很多,但是目前占据统治地位的仍是液晶显示器。液晶 显示器(LCD)无论是在技术发展速度方面，还是在市场占有量方面,在平板显示器 中均遥遥领先。液晶显示器(LCD )是目刖唯一在亮度、对比度、色彩、功耗、寿 命、体积、重量等综合性能方面全面赶上和超过CRT的平板显示器件。在今后 若干年内它仍|日是平板显示器的主流。LCD体积小、重量轻、功耗小，加上其制 造技术的自动化程度高，大规模工业化生产特性好，因此其价格相对而言较为便 宜。特别要强调的是：LCD的环保性能好，无辐射、无闪烁，人称绿色显示器。 因此,LCD在各类平板显示器的竞争中具有明显的优势，其应用范围十分广泛。 LCD的主要缺点是它的响应速度慢,其响应时间是ms级，比CRT慢一个数量级 (CRT为us级)。近几年来，世界各大液晶显示器厂家在提高液晶显示器的响应 速度方面下了很大的功夫,并取得了明显的效果,LCD的响应时间已经从前几年 的50ms以上缩短到目前的几个ms。液晶是介于固态和液态之间的物质，是具有规则性分子排列的有机化合物, 不但具有固态晶体光学各向异性，又具有液态流动特性，在外电场作用下，由 于液晶分子排列的变化而引起液晶光学性质改变的现象称为液晶的电光效应， 液晶显示器正是利用液晶的电光效应，实现光被电信号的调制。液晶显示器大多以扭曲向列性(TN)、超扭曲向列性(STN)、薄膜式晶体管 (TFT)三种技术为主轴，其中TN型的液晶显示技术是液晶显示器中最基本的， 其它种类的液晶显示器大多是以TN型加以改良的。2.1扭曲向列性(TN)其工作原理图是在一对平行偏光板之间填充液晶，这一对偏光板的偏光方 向相互垂直，液晶分子在偏光板间排列成多层，在同一层内，液晶分子位置虽 然不规则，但长轴取向平行于偏光板，在不同层间，液晶分子的长轴沿偏光板 平行平面连续扭曲90，当于偏光板的偏振光方向一致的直线偏振光，垂直射 向无外加电场的LCD此时由于液晶的折射的各项异性，入射光将因其偏振方向 随分子轴的扭曲方向旋转射出，若对液晶层施加适当的电场，液晶分子轴将改 变为与电场方向平行，此时液晶不在能旋光，而把光遮挡。外加电压在一定区 域内与液晶的遮光强度成线性关系，从而实现电对光的调制。2.2超扭曲向列性(STN)其结构基本和TN的结构是一样的，只不过液晶分子排列不是沿着90扭 曲排列，而是180360。扭曲排列，他是为克服TN型及其它大部分类型的液 晶显示器件的电光响应曲线都不够陡峭而设计的，STN技术在液晶产业已处于 成熟、完善的阶段，扭曲向列(TN)和超扭曲向列(STN)都是单纯矩阵驱动，目前 的应用多以文书处理器以及消费性产品为主，比如手机屏等。2.3薄膜式晶体管(TFT)属于主动式矩阵驱动，它是为克服扭转式向列型(TN)、超扭曲向列性(STN) 这类单纯矩阵驱动显示器，像素间立体电路效应、交叉效应等，而在每个 像素配置一个开关场效应管，场效应管导通、截止接近理想开关，因此各像素 间的寻址完全独立，从而消除液晶像素间的交叉串扰，大大改善液晶显示图像 的对比度和清晰度。其中TFT-LCD已成为LCD发展的主要方向，它使LCD进入 高画质真彩图像显示的新阶段，多应用于笔记型计算机及动画、影像处理产品, 比如电脑液晶显示，液晶电视等。2.4前景虽然液晶电视在大屏幕方面不及等离子电视，但液晶显示屏具有和等离子 显示器一样的无辐射、图像无闪烁，厚度薄重量轻、色彩鲜艳，图像逼真等特 点，并且液晶电视还有节能和寿命长两大优势。相同屏幕的液晶电视所需电能 还不到等离子电视的一半，液晶电视的寿命为6万小时，比等离子电视的寿命 长一倍，随着LCD新技术的不断采用，LCD将在笔记本电脑、小型便携电视， 高清晰度电视的17英寸以下显示设备中成为主流而得到广泛的应用。三PDP技术等离子体显示器(Plasma Display Panel，简称PDP)的概念最早出现在美 国，1964年，美国伊利诺斯大学成功研制出黑白等离子显示器，在当时可谓是 场巨大的显示技术革命，但是它的制造成本高得惊人，没有制造商愿意将它 推向商业化，等离子技术陷入长时间的沉寂。1993年，日本的富士通率先推出 全球首台21英寸PDP电视，标志着PDP技术商业化进程的开始，不过这台电视 机售价高达115万日元，昂贵的价格使得PDP再次被束之高阁。但在这以后， 平板显示技术日益得到人们的认可并视之为未来主流，在这样的背景之下，对PDP的研究热情逐渐高涨。1996年后，日本的三菱、松下、先锋、索尼、NEC 和韩国LG等企业都投入巨资进行PDP技术开发，到2001年前后成果显著。今 天，大屏幕、超薄的PDP电视已可以在普通电商场中买到，价格虽然不低，但 直呈现快速下滑的趋势。3.1基本原理：等离子管主动发光要了解PDP显示技术的基本原理，我们不妨先来看看日光灯。日光灯管本 质上说就是个密封的气体发光管，管内主要为氩气。氖气等惰性气体和微量的 水银蒸汽，灯管内表面涂满了荧光物质。当我们打开开关的瞬间，日光灯的两 极被施加上高电压，引起灯管内惰性气体发生放电现象并产生大量的等离子体。 所谓等离子体，是指数量、密度都很接近的正、负离子对，它是继物质三态（固 态、液态、气态）后发现的第四态。这些等离子体被电场加速后会与管内的水银 原子发生碰撞，水银原子吸收碰撞的动能并以紫外光的形式将其释放，接着， 这些紫外光被灯管内壁的荧光物质吸收，使得荧光物质对外发射可见光，由此 完成整个发光过程。PDP显示技术的基本原理与之非常相似，它的基本成像单元是体积极微小 的等离子管，等离子管内部充有氖、氙等惰性气体，结构就好比是体积缩小许 多许多倍的日光灯。一旦显示器处于工作状态，这些等离子管会被施加高电压、 管内形成等离子态并激发紫外光，而在显示器玻璃屏幕的内表面，每一个像素 都会被填充上红、绿、蓝三种荧光物质，每种荧光物质都与等离子管一一对应, 通过等离子管的工作状态决定像素的色彩。这里出现一个新问题，等离子管只 有发光和不发光两种状态，要想控制其进行动态的亮度调节是不可能的，那么 等离子体显示器如何实现不同灰度级的显示？LCD显示器也有同样的问题：液晶分子只有透明的液态和不透明的固态两 种状态，为实现不同灰度级显示，LCD不得不以偏光板来调整通过液晶像素的 光强。问题是，LCD是依靠被动发光的显示技术，而PDP显示则是主动发光的 技术，LCD所用的办法根本不可能解决PDP技术遇到的问题。最终，科学家们 以控制发光时间长短巧妙地解决了这个问题：PDP显示器的每个显示周期被分 为八个甚至更多的子场，每个子场又分为启动期、寻址期和维持期，其中各子 场的启动期、寻址期时间长短相同，在此两个期间全屏不发光，只是将等离子 管激活。而维持期内这些等离子管都被点亮，但各维持期的时间长短不同，它 与接收到的脉冲指令成正比；这样，一个像素的灰度就由本显示周期内的维持 脉冲总数来决定。而人的视觉系统并不灵敏，所感觉到的并非是等离子管处于 不断亮暗闪烁状态，而是形成一种不同灰度画面的错觉，由此我们就可以实现 PDP彩色显示。如果将每个周期分为八个子场，每种色彩可实现256个灰度级、 也就是24位真彩色。从上述分析中，我们可明白等离子体显示是一种不折不扣 的数字显示技术。3.2 PDP显示结构对大屏幕显示而言，超过1024x768的分辨率再正常不过，这样的PDP显 示器就需要1024 x 768 x 3=2359296个等离子管。惊人的数量让人感到不可思议, 试想一下，将200万微型日光灯管整齐、无一差错地安置在显示面板上是多么 艰巨的任务?这种担心其实没必要，PDP显示器结构并非如你想像，而前文所说 的等离子管也并非彼此独立的器件，从下面的PDP显示器结构中我们可以清楚 看到这一点。依电流工作方式的不同，PDP显示器可分为直流型(DC)和交流型(AC)两种, 前者虽然效率较高但结构复杂、成本极高，目前已很少采用；我们所见到的产 品多以交流型为主，而在交流型产品中又可根据电极安排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，前者因 使用寿命缺陷也遭淘汰，三电级表面放电结构的交流型PDP显示器将成为今后 主流。顶部对应显示器背面、底部对应显示屏幕，从上到下分别是前玻璃基板、 扫描电极、维持电极、绝缘层1、保护层、等离子层槽、荧光粉、绝缘层2、数 据电极和后玻璃基板。我们可以看到，所谓的等离子管其实是玻璃基板的一个 个凹槽，在制造过程中，前后玻璃基板被压缩密封，凹槽部分就变成一个密闭 的管状，接着管内被抽成真空并填充氖、氩之类的惰性气体，等离子管就这样 成型了。在生产线中，整块显示屏幕是一体的，所有的等离子管都是在同一道 工序中产生，根本不存在放置超过200万个等离子管的做法。这种制造方法 聪明而且可靠，在程序控制下可以保证所有的等离子管都是完好的，不会产生 LCD显示器那样的坏点问题。在等离子管内壁，填充着红、绿、蓝荧光粉，可见光就是从中产生；三个 电极也有各自功用：数据电极负责显示数据的控制，它决定着每个像素应处的 状态；维持电极负责等离子管发光时间的长短，不同灰度级就由它控制；扫描 电极则实现整幅画面的扫描更换，以完成一个个周期的显示；绝缘层和保护层 则起到分割、保护作用。3.3 PDP显示特性PDP显示器最突出的特点就是可以实现大屏幕和超薄，对它来说，40英寸 只能算是起步，达到60英寸以上的超大尺寸并非难事，而此时它的厚度居然不 到10厘米。不过，PDP难以实现小尺寸，目前最小只能达到40英寸，因此无 法作为计算机的显示终端、只能用于数字电视、家庭影院等大屏幕娱乐场合。在显示品质方面，PDP技术无可挑剔：它采用主动发光方式，能够获得鲜 艳、明亮、干净的色彩，加上可实现24位真彩显示，色彩效果足可媲美CRT技 术。相比之下，被动发光的LCD就很难企及，至今它也只能显示18位色、离 PDP和CRT都有不小的距离。此外，PDP可提供足够的亮度，即使在明亮的环境 下也不会有任何问题，而对LCD而言，实现高亮度是困难的，何况亮度太高的 话会令使用寿命大大缩短。再者，PDP显示器的屏幕亮度均匀，不存在亮区、 暗区等不均匀的现象，这一点也比LCD、CRT来得优越。另外，PDP显示器的可 视角度超过160，画面响应速度迅速，这些特性都对大屏幕视频播放极为有 利。PDP同LCD也有一个共同点：两者都具有固定的像素单元，在几何显示方 面非常出色，线条笔直、完全不存在几何失真的问题，都没有CRT显示器中常 见的聚焦不良、散焦、色彩漂移之类的毛病。然而PDP显示器还称不上完美，它存在一些自身无法克服的先天缺陷，例 如，PDP显示器内部的真空结构比较脆弱，加上屏幕尺寸很大，对大气压强耐受力 有限，所以它的背表面无法承受太大压力，一旦不小心遭到重压屏幕就会破裂、 颇为娇贵；其次，主动发光的显示方式也让它耗电量颇高，一般PDP显示器的 功耗都超过300瓦，发热量巨大，为此，多数PDP显示器背后都会安装多组辅 助散热的风扇，而减少功耗也是今后PDP技术努力的方向。此外，PDP显示器 难以实现真正的纯黑显示，只能维持在一定的灰度，对此效果不算理想，幸亏 第二代驱动技术有效缓解了这一问题。由于品质出色，PDP被公认为大屏幕电视的唯一选择，各电视机制造商也 纷纷抢占市场。除日本和韩国制造商外，国内的TCL、创维也积极加入，激烈 竞争令PDP电视价格迅速下滑，目前，国产40英寸PDP电视售价在3万元上下, 比日韩厂商同类产品便宜不少。而国内不少科研院所也加速进行廉价PDP技术 的开发并获突破性进展，相信在未来三年内，PDP电视滑落至1万元以内的价 位是可以预期的，到时候必然会掀起电视机更新换代的热潮。可惜在小屏化方 向PDP却毫无建树，或许是目前已有成熟的LCD技术，PDP小屏化不见得会有 多大市场，更关键的因素是，可取代LCD的OLED显示技术正在开发之中，而对 PDP来说，OLED技术显示更具革命意义！四、有机电致发光OLED显示器0LED（0rganic Ligh t-emi tt ing diode，有机发光二极管）是一种极具发展前 途的新概念显示技术，也是当前显示技术界最为热衷的研究对象。与PDP技术 只能用于大屏幕场合不同，OLED适应性相当强，小到手机、掌上电脑、数码相 机的彩色屏幕，大到计算机显示器、数字电视乃至其他超大屏显示场合，OLED 都可以一屏身手。更富魅力的是，OLED显示器可以做成超薄、半透明甚至卷曲 的形状，完全能带来一场应用上的革命。目前，OLED初步进入商业化阶段，主 要应用于掌上电脑、手机、数码相机等小屏幕场合，但使用寿命方面还存在缺 陷，无法作为商业化的计算机显示器和电视屏幕，不过在业界的积极努力下， 在三年之内有望解决这个问题。4.1基本原理：能级跃迁辐射光波OLED显示技术的概念可以追溯到1979年，柯达公司的邓清云博士 （China WTang，出生于中国香港，康乃尔大学物理化学专业博士）在一次偶然机会中发 现有机蓄电池居然在黑暗中闪闪发光，他对此进行深入的研究，并发现某些小 分子有机材料在电场作用下会出现发光现象，只要施加正确的电路控制，这种 材料就可以被快速点亮和快速熄灭，一秒钟内可反复操作超过60次，而且这种 有机材料的发光亮度很高，所需的驱动电压确相当低，完全能以之为基础发展 出一种新概念的显示技术。1987年，柯达公司成功地将这种想法变成现实，他 们制造出一种低电压、高效率的有机发光器件，为柯达公司制造OLED显示器奠 定了基础。4.2 OLED/PLED显示器结构OLED/PLED显示器都是采用一种类似汉堡包的夹层结构：最外层是玻璃基 板，也就是完美所见的屏幕。它也可以使用其他柔性、钝化层、有机发射层、 电子转移层和金属阴极，而起到最关键作用的则是阴极发射层，它实际上只是 层有机薄膜。OLED也是一种像素固定的显示技术，每一个像素都是由上述结 构组成，并有自己的驱动单元；许许多多这样的独立像素组成一个屏幕。顺便 提一下，OLED/PLED显示器中并不存在所谓的发光二极管(LED)。OLED显示器实现不同灰度级的亮、暗显示，而要进一步实现丰富的色彩显 示，OLED可以通过以下几种方案来实现：第一种方案是采用R、G、B三色滤光片，并选用发出白光的也就薄膜，以 滤光的方式实现彩色显示。这种方法实际上同LCD彩色显示的原理一样，优点 是技术简单、制造成本低，缺陷是显示的颜色数不够多、色彩效果稍差些，但 同LCD比还是要好上一些，目前这种应用方案应用比较广泛。应该说，作为第 代商用化OLED，低成本的滤光方案更具现实意义，何况它的实际效果并不比 以前的LCD和PDP差。第二种方案采用一种复合的也就薄膜。我们知道，不同材料的电子在能级 跃迁时候释放的光的波长并不相同，在可见光波段的具体表现就是会发出不同 颜色的光；利用这个原理，我们就可以选用分别可以发出红、绿、蓝三原色光 的不同有机薄膜并将他们组合在一起构成一个像素、从而实现彩色显示。这种 方案其实同CRT原理有异曲同工之妙，都是由R、G、B三色光共同构成一个彩 色像素，因此具有色彩丰富、画面艳丽等优点，完全可媲美CRT;但缺陷是在 制造上还难教实现、成本会比较高，不过若该技术进入成熟阶段，设计出对应 的高度自动化生产线应该没有太大难度，这种彩色显示方案也是OLED的发展方 向之一。第三种方案是将红、绿、蓝三层有机材料薄膜直接叠加起来，这些薄膜必 须是高度透明、而且可以独立控制，这样，当不同薄膜发射出的色光照射到玻 璃基板上就会形式各种颜色的画面。此种方案亦可获得媲美CRT的效果，制造 难度与第二种方案相当，其实可以将它与第二种方案归为同一类技术。第四种方法是选择一种可以在不同电压下发出色光的特殊有机材料。理论 上说，这种方案最为理想，它的结构相当简单，既不需要滤光片也不需要多种 材料混合，而效果确同复合有机材料方案相当。问题是，迄今为止，业界并没 有找到符合要求的材料，要么显示的颜色数不够多，要么自身不够稳定、使用 寿命短，要不就是材料稀缺、价格极其昂贵，看来这种方案很难进入商业化阶 段，除非今后能找到一种完全符合技术要求又廉价的新型有机材料。第五种方案同PDP有些类似，它选用可释放紫外线的有机材料，然后在玻 璃基板上涂上荧光物质实现彩色显示，由于OLED可以进行精细的光强控制，此 种方案也可获得超越PDP的优异显示效果；而可释放紫外线的有机材料也不会 昂贵，是一种颇具前途的技术。面对如此之多的解决方案，我们就每必要要为 OLED的彩色显示担忧。OLED有被动矩阵和主动矩阵两种驱动方式，前者结构简单，价格便宜，但 它需要较高的瞬间高电流，且随着屏幕增大、对电流要求更加严格，这对于有 机材料的使用寿命极为不利，因此被动矩阵驱动难以实现大屏幕显示，目前主 要用于小屏幕、低信息量（如字符和简单图形显示）的简单应用场合。4.3 OLED显示器的特点作为LCD的替代者，OLED显然有优于LCD的地方。的确如此，单从显示效 果比较，LCD就远非OLED的对手：首先，OLED主动发光，可获得很高的亮度、对比度，其灰度级可通过调节 电压来精确控制，显示的颜色数近乎无限，而LCD必须依靠灯管才能实现画面 显示，亮度、对比度都难以达到很高的水平，而且铺平存在画面亮度不均匀的 缺陷；更要命的是，LCD因先天原理限制只能显示18位色、无法达到24位真 彩色的水准。如果将一台LCD和一台CRT显示器摆在一起，你会发现CRT的图 像明显比LCD来得艳丽，就是这个道理。OLED也没有诸如可视角度、响应时间、 坏点的问题，它的纵横角度大于160度，响应速度比液晶原件快1000倍，整体 效果远优于LCD，这也是OLED被称为LCD替代者的主要原因。其次，OLED具有低功耗、低成本的优点：OLED的驱动电压在210V之间， 功耗之低是其他技术难以比拟的；制造OLED所需的材料少且价廉，工艺较为简 单。目前制造LCD显示器都必须经过200道以上的工序、期间还会因坏点过多 出现不良品，而制造OLED产品只需86道左右工序、也没有所谓不良品的问题, 进入量产状态后，OLED的整体成本将比LCD 低氐20%以上。超薄厚度、适应性广也是OLED的最大优点之一。有机发光薄膜的厚度小于 1毫米，真正做到轻如鸿毛、薄如纸；OLED可以在不同材质的基板上制造，若 选用柔性的材质，我们就可以制造出可像纸张一样卷曲起来的显示屏，如果在 选择完全透明的有机薄膜，那么就可以制造出透明、半透明效果的显示器。或 许有一天，你可以将显示器或电视机直接贴在墙面上，或者做成各类新颖的形 状，想必科幻电影中的描述也不过如此吧？然而，种种美好的描述都只能在未来实现。适应寿命短是OLED的最大缺陷: LCD显示器的寿命普遍在10000小时以上，50000小时以上也不鲜见，而目前 OLED的有效寿命(亮度减半前的工作时间)只有5000小时。4.4 OLED的应用与发展而在那些不需要经常使用的场合，OLED已率先进入实用化阶段，目前采用 OLED显示器的手机、掌上电脑、数码相机等产品都已出现，这类数码产品不需 要经常开启显示屏，即便在该类设备淘汰的时候显示屏都还能保持正常状态， 所谓的使用寿命短其实只是针对大屏幕、长时间使用的产品而言。面对前景广阔的市场，全球90家显示器厂商投身于其中，主导力量是欧美、 日系、韩系的几个重量级企业，我国台湾厂商也积极参与。其中美国的Koda、 UDC(Universal display company)、IBM、惠普、摩托罗拉及日本先锋 (Pioneer)、Idemi tsu Kosan、三洋(Sanyo)、TIK 属于 OLED 阵营；英国的 CDT(Cambrige display technology)、美国的 Uniax、惠普、杜邦(Dupont)、 荷兰飞利浦(Philips)和日本爱普生、东芝属于PLED阵营。在商业化方面， OLED领先一步，抢先在小屏幕市场得到应用，而PLED比较偏重于大屏幕的技 术研究、小屏产品相对较少。进入2003年后，彩屏手机和数码相机的风靡引发 对小屏OLED的庞大需求。顺利的话，完美认为OLED可望在2015年取代目前的 LCD成为主流，届时PDP技术也同样会受到强有力的冲击。特别声明：1 :资料来源于互联网，版权归属原作者2:资料内容属于网络意见，与本账号立场无关3:如有侵权，请告知，立即删除。