新型微显示技术

1、2019/4/20,1,一种新的微显示技术,数字硅基反射液晶(LCOS)显示技术的进展,中国科学院广州电子技术研究所 王天及,2019/4/20,2,摘要,介绍几种现代显示技术的发展概况。 1，阴极射线管 （ CRT ）, 2，数字光处理技术（DMD-DLP）, 3，等离子显示板（PDP） , 4，场发射显示器（FED）, 5，有机发光二极管 (OLED), 6,光栅光阀(GLV)投影显示器, 7,液晶显示系统（LCD）, 8,全色发光二极管（LED）, 9,数字打印全息图（DPH）及视频全息（Holovideo）, 10,全息背投屏（Holoscreen）, 11，液晶硅（LCOS）。 对上述几种现代显示技术在结构, 原理和技术特点等方面作了比较。特别是对液晶硅 显示(LCOS)的结构和原理以及发展趋势和市场趋向作较详细地分析。,2019/4/20,3,次目,几种现代显示技术概述 数字硅基反射液晶显示技术 LCOS 微显示器的构成 LCOS 微显示器工作原理 LCOS 微显示器的应用 LCOS的发展趋势及面临的问题 LCOS的应用的市场分析,2019/4/20,4,几种现代显示技术,

2、1，阴极射线管 （ CRT ） 2，数字光处理技术（DLP） 3，等离子显示板（PDP） 4，场发射显示器（FED） 5，有机发光二极管 （OLED） 6，光栅光阀（GLV）投影显示器 7， 液晶显示系统（LCD） 8， LED大屏幕显示（ LED） 9, 数字打印全息图（DPH）、视频全息（Holovideo） 10，全息背投屏（Holoscreen） 11，液晶硅显示 (LCOS),2019/4/20,5,1,阴极射线管CRT,CRT （阴极射线管）技术是应用最普遍的显示技术，第一台电视机的发明采用的就是这种技术。它的优势是图像质量好、成本低、视角大、亮度高、寿命长。 CRT 技术的稳定与成熟长期占领市场,其主要缺点是机器庞大笨重，由此给大屏幕电视 机的生产和维护带来许多不便。,2019/4/20,6,CRT （阴极射线管）,A,阴极; B,导电涂层; C,阳极; D,色屏; E,电子束; F,掩模板.,2019/4/20,7,CRT显示器的厚度减少 “short-neck”,生产CRT的公司还在继续完善他们的工艺。 阴极（Cathodes）、聚焦栅（focusing grids）

3、，透镜（lenses），荧光粉（phosphors），偏转线圈（deflection yokes）,网格过滤器（screen filters）以及显示器中其它的组件仍然在不断进行改进; 目的是提供更出色的显示效果。厂家也一直努力把显示器的调节控制改进的更简便，更易于用户理解和操作，CRT显示器技术仍在不断地改进的。,2019/4/20,8,2,数字光处理技术（DLP ）,数字光处理技术（ Digital Light Processing ,DLP）是 利用微型反光镜对光进行定向 反射。这种技术由 Texas 仪器公司首创。 一块 DLP 集成电路表面可任意集成 800 到一百万块微型反光镜。微型反光镜定位后可倾斜 -10 到 +10 度。,2019/4/20,9,DLP的基础是DMD,DMD Digital MicrroMirror Device,2019/4/20,10,DLP显示系统,2019/4/20,11,DLP显示系统,2019/4/20,12,DLP/DMD,DLP,DMD,DMD,电子控制,光学元件,光源,色轮,2019/4/20,13,3,等离子显示板 （Plasma

4、Display Panel ，PDP）,PDP 显示器成像原理与氖气灯或荧光灯工作原理基本一致，即利用电场激发惰性气体来发光。在 PDP 显示器里，惰性气体被夹在两块带透明电极的玻璃基板之间。 当电压作用于其中一块玻璃基板上的电极时，由表面放电产生的紫外线激发涂在另一块玻璃板内表面的荧光粉发光，光线穿过玻璃板生成图像。由于荧光粉被涂成了红，绿，蓝色，因而生成的图象是彩色的。,PDP的结构示意图,寻址 电极,玻璃基板,间隔肋,色彩荧层,保护层,介电层,前板玻璃,透明电极,2019/4/20,14,PDP等离子电视具有无辐射、图像无闪烁、厚度薄、重量轻、色彩鲜艳、图像逼真等特点，使用寿命可达3万小时以上。而且，等离子电视在屏幕大型化方面相对容易(42”65”),2019/4/20,15,4,场发射显示器（FED）,FED 与传统 CRT 有许多类似的地方。不过与 CRT 不同的是， CRT 仅一把电子枪向屏幕内表面发射电子，而 FED 可多达几 千万个微锥发射电子。 由于 FED 采用了多电子枪技术，显示器物理尺寸可大幅度变小，从而摆脱了传统 CRT 技术对大屏幕电视机重量和屏幕尺寸的限制

5、。,场发射显示器（FED）示意图,色彩单元,电子发射微锥,FED门,2019/4/20,16,金刚石及其相关薄膜冷阴极场发射 的源头创新,采用金刚石及其相关薄膜作为发射体的平面型FED是一个创新。这一源头创新工作是中山大学许宁生教授1993年在英国完成的。他首次在CVD金刚石薄膜上发现了大面积电子发射现象。作为发射体的平板显示器 具有美好的应用前景。 采用碳纳米管冷阴极发光管由于其亮度高、色彩饱和度好、响应快、视角宽等优点，适合高亮度大屏幕显示。,阳极,行电极,色彩荧,列电极,2019/4/20,17,AM-FED,活性矩阵场发射显示,2019/4/20,18,微锥场发射FED,FED,2019/4/20,19,5,有机发光二极管 (OLED),有机发光二极管显示技术的原理是：当用碳、氧、或氢等有机材料制成的薄膜受到电荷的激发时，这些材料会释放出特定颜色的光子。 目前这种显示技术的唯一缺陷是由有机物老化而导致的设备寿命较短。,2019/4/20,20,OLED,右上图拿在手中的为有机发光器件，厚度极薄，却可以显示字画，被形象地成为“电子纸” 。 中图为嵌在衣服上的OLED显示， 下右边

6、为LCD显示;下左为OLED.,2019/4/20,21,光栅光阀 (GLV),Grating Light Valve 即光栅光阀由 David Bloom 在 Stanford 大学研制成功。 该集成电路由集成于硅芯片上的微反射带构成。对硅芯片施加电场会导致硅芯片上面的微反射带发生变形，这就改变了微反射带的反射参数，从而控制光的反射成像。,2019/4/20,22,光栅光阀(GLV)投影显示器,美国斯坦福大学David Bloom研制成的这种称之为光栅光阀投影显示器，每帧图像的像素数可达1920*1080个。该投影机的核心系统是一小型变形光栅，衍射光是以不同的衍射角从变形光栅中射出的，用简单的光学系统加以会聚后就可在屏幕上显示出高对比度的彩色图像。,2019/4/20,23,光栅光阀(GLV),GLV,衍射,镜面反射,光栅像素,光栅能周期地调配红绿蓝,2019/4/20,24,GLV光栅光阀器件,这个光栅光阀器件均由装在硅片上的数千对陶瓷光条组成，陶瓷光条的作用是使激光束形成衍射图样。若在红绿蓝三对陶瓷光条上分别加上相应的色信号电压，则每对陶瓷光条均可发生形变，其每对光条可变的间距均

7、小于该激光束的波长。从各个光阀器件中射出的衍射光加以会聚便可形成一彩色像素。,2019/4/20,25,7,LCD显示系统,20世纪70年代初，世界上出现了第一台液晶显示设备，被称之为TN-LCD（扭曲向列）液晶显示器； 当时是单色显示，被推广到电子表、计算器等领域； 80年代，STN-LCD（超扭曲向列）液晶显示器出现，同时TFT-LCD（薄膜晶体管）液晶显示器技术被研发出来； 80年代末90年代初，STN-LCD及TFT-LCD生产技术成熟，LCD工业开始高速发展。,2019/4/20,26,LCD工作原理示意图,LCD显示结构 示意图,2019/4/20,27,LCD投影机与LCD-TV,LCD液晶屏幕具有高亮度、高对比度 等显著特点，有16.7百万的显示色彩，且色彩绚 丽真实。液晶屏幕的最佳分辨率达 1024768，具有非常高的清晰度，画面无闪烁,无辐射,寿命长,省电等优点。,2019/4/20,28,8,LED大屏幕显示,1964年世界上第一只红色-族GaAsP-LED诞生，预示着固体发光显示时代的来临。不久，橙色、黄色和黄绿色LED也相继问世，实现了在波长940540nm范

8、围内发光的全固化，但实现全色显示的蓝光一直是个障碍。 二十世纪七十年代，LED在大屏幕显示、交通信号灯和仪器仪表指示等领域得到广泛应用，并随着家用电器进入人们的生活。1994年，在日亚化学(Nicchia)的中村秀二(Shuji Nakamura)发明了GaN蓝光LED。,2019/4/20,29,氮化镓基蓝光LED,氮化镓基蓝、绿光AlGaInN-LED的出现是LED发展史上的又一里程碑，使户外全色显示和半导体照明成为可能。,2019/4/20,30,9，数字打印全息（DPH） 视频全息显示（Holovideo）,数字打印全息,1，创制3D景物,Hologram/3D Print sizes 100x140cm,2，绘制全息掩模,3，全息打印系统,大批复制的打印全息图,2019/4/20,31,视频全息显示（Holovideo）,Holovideo制作步骤,2019/4/20,32,视频全息（Holovideo）,时实动态再现图像,计算机,高速帧缓存,信号处理,激光,3D景物 离散化,2019/4/20,33,10，Holoscreen,全息背投屏Holoscreen是一片半透明的显

9、示屏幕，可让观众同时看见屏幕上的画面与屏幕背后的景物,2019/4/20,34,全息背投屏,Holoscreen是在一块光洁透明的有全息图的玻璃板（或丙烯酸透明板）上显示DLP、LOCD或LCD投影机的图像。 用光敏聚合物（Photopolymer）制作的全息图具有棱镜的折射光的能力。 设计投影机以35度角投射至全息屏上，全息图仅响应该角度来的光。,全息图,全息图横断面,透明板,2019/4/20,35,全息背投屏,holo,2019/4/20,36,全息背投屏的特点,具有高透光性、高亮度以及高对比度； 置于室内或外均可呈现极佳的视觉效果 ； 可应用于展示橱窗、展示中心、商店、银行、博物馆； 可悬挂、支架立等灵活方式。 屏幕尺寸从46”到160” 。,2019/4/20,37,新一代背投显示屏,H,Next Generation Rear Projection Displays,2019/4/20,38,全息背投屏的特点,holo,高亮度、高对比度,高透光性,耐候性,抗UV,可触摸,易保养,2019/4/20,39,全息背投屏,全息,2019/4/20,40,11,液晶硅 (LCOS)显示,LCOS 即液晶硅显示,亦称硅晶是一种新型微显示技 术。LCOS是Liquid Crystal On Silicon的缩写。 LCOS是一种全新的数码成像技术，也叫数字硅基反射液晶显示技术，它采用半导体CMOS集成电路芯片作为反射式LCD的基片，CMOS芯片上涂有薄薄的一层液晶硅，控制电路置于显示装置的后面，可以提高透光率，从而实现更大的光输出和更高的分辨率。,2019/4/20,41,(一),数字硅基反射液晶显示技术,普通液晶显示器由于采用透射式工作方式，会造成照明光被吸收从而导致亮度不高，因此液晶显示器的用途受到一定的限制。 而液晶硅显示器由于采用了反射式装置，在功耗相同的情况下光源产生的光将更多地经过光学传输介质从而提高亮度。,2019/4/20,42,最初的LCOS技术,LCOS是由Aurora Systems融合半导体和液晶两项技术的优势在2000年开发出来的分辨率更高、价格却可能更低的新技术。 由于LCOS采用半导体的方式来控制分辨率，而较高的分辨率又导致较小的画面颗粒，所以画

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