显示技术论文

显示技术论文（共8篇）

显示技术论文 篇1

纳米元件与纳米显示技术

所谓纳米技术,就是研究纳米尺度——0.1~100纳米这种微观范围内物质所具有的特异现象和特异功能,并且在这个基础上制造新材料,研究新工艺,生产新器件的方法和手段。纳米技术作为一门新兴的综合性边缘学科,将为21世纪的信息科学,生命科学,分子生物学,生态科学和材料科学的发展提供一个全新的技术界面。市场调查公司Dataquest 在一份新发布的预测报告中指出,未来世界科技发展的九大关键技术之一就是纳米技术。纳米技术的发展将引发一场产业革命,其深远意义堪与18世纪的工业革命相媲美。欧盟委员会新发布的一份报告指出,到2005年,纳米技术产业将成为仅次于芯片制造的世界第二大制造业,到2010年,世界纳米技术市场规模将达到500亿美元.一、纳米字母和元件微乎其微

纳米技术最早引起人们关注的是纳米技术的杰作--纳米字母。1989年,IBM公司的研究人员利用隧道扫描显微镜的探针移动氙原子,成功地将氙原子拼成了该公司的字母商标——“IBM”,紧接着,又成功地移动48个铁原子,排列组成了两个汉字--“原子”,1996年,IBM公司设在瑞士的苏黎世研究所又研制成功世界上最小的纳米算盘,它的算子仅有百万分之一毫米大小,是由碳原子连接成的球状分子碳60,他们发明的这种移动单个原子或者分子技术,为新一代电子元器件的研制开辟了无限美好的前景。

美国普林斯顿NEC研究所和赖斯大学的科学家成功地研制出纳米管,这是一种把碳气化之后用钴和镍进行处理而获得的长分子串,有很强的导电性,其强度比铜高100多倍,重量仅是铜的1/6。这种纳米管非常微小,5万个纳米管排列起来,也只有一根头发丝那么粗,纳米管是一种很理想的导体,是制造纳米元件、超微导线和超微开关的首选材料。采用体积缩小了几百倍的纳米管元件代替硅芯片,将引发计算机领域的革命。美国国家航天和宇航局艾姆斯研究中心的迪帕克·斯里瓦斯塔瓦正在研制一种连接纳米管的方法。用这种方法连接的纳米管可以用作芯片元件,发挥电子开关、放大和晶体管的功能。

斯里瓦斯塔瓦博士指出：“我们利用一种超级计算机模拟技术复制这些碳丝元件。实验表明,我们有望制造出这种全新的纳米元件。我们曾经使用量子分子力学方法,也就是使用一种全程跟踪变化的计算机模拟技术,成功地预测了分子结构。因此,纳米元件的制造成功是大有希望的。”

目前,尽管斯里瓦斯塔瓦博士提出的解决方案可能只存在于超级计算机模拟实验中,但是不能排除的可能性是,在传统的计算机中运行的芯片尺寸,被纳米元件取代后将会变得像头发丝那样细小

二、纳米涂层显现管大显身手

在普通显现管或者显示管上涂一层纳米材料,可以有效地防止电视机和显示器的静电,眩光和辐射。我国以前使用的这种纳米涂层材料全部依赖进口,山东烟台佳隆实业有限公司研制了一种新型纳米材料,打破了国外在该领域的垄断。国产纳米涂层材料将会大大降低彩电显现管的生产成本,增强国际市场竞争力,近年来,在国际市场上新兴的绿色环保型纯平彩管,促进了防静电,防眩光和防辐射的纳米涂层材料的研制。我国目前已建和正在兴建的彩管生产线,对纳米涂层材料的年需求量近千吨,市场价值超过2亿元。

三、纳米级新型电路设计 在现代电子设计中,由于电子电路变得越来越紧凑,许多导线紧密地缠绕在一起,彼此之间的信号相互干扰,导致整个电路的运行速度减慢,严重时甚至会发生短路。为了解决这个问题,美国珀杜大学电气与计算机工程系副教授考希克·罗发明了一种新颖的纳米级电路,能够显著减少导线之间的干扰,大大提高电路运行效率,并且降低电路制作成本。

与传统的电路设计不同的是这种新的设计巧妙地避免了产生干扰的两种主要因素：一种是纤细的金属导线经常重叠；另一种是两根紧紧相邻的平行导线内的电流方向相反。正是这两种因素使得线间电容量,也就是存储在导线绝缘材料之间的无用电量增加了,从而影响了整个电路的运行,降低电路的运行速度,甚至会在某个条件下导致电路故障。在新一代电路设计中,电容问题已经成为瓶颈之一,因为这些电路的功率比常规电路更低,为此,设计中采用了轻型电池,一次充电可以运行较长时间,由于导线之间的互相干扰而引发的故障率比常规电路更高。

考希克·罗在设计电路时,将线圈的紧密度降低,并且将平行导线内的电流运动方向改为同一方向,从而使导线之间的电容量大为降低。考希克·罗将这种技术用来设计纳米级电路,大获成功。他还设计出一种计算机模块来预测电路设计效果,引起了同行们的瞩目,认为这种纳米级新型电路设计是一种极具应用前景的新设计方法。

四、DNA连接纳米电子器件

在实验室制造纳米电子器件时,遇到最困难的问题是如何制造细小的纳米金属导线,以便用这种极其细小的金属导线把纳米元件连接起来。

在制造纳米金属导线时遇到困难之后,科学家们另辟蹊径,找到了用DNA分子连接纳米电子器件的新方法。

以色列技术研究所的科学家们最近发现,DNA链可用作生长微型电线的模板,科学家们使用一个DNA分子就能够成功地将一根银导线吊装在两个金电极之间的微小间隙上,这种新技术可用于生产纳米级电子器件。

DNA模板可解决生产纳米电子器件中最大的难题,这是因为纳米电子器件的一个重要特性是能够实现自装配,即这种DNA桥可以自动粘附到电极的粘端。特定的粘端可用于在特定电极间吊装导线,使纳米工程师可完全控制元件的连线,正确连线往往是工程师们遇到的最棘手问题之一。

目前科学家们面临的挑战是如何采用最有效,最廉价的方法制造出纳米器件。科学家们认为最好的方法设备对原子逐个进行排列,以使它们形成这种结构,从而达到“讨好而又不费力”的效果。

DNA金属来导电,但银导线的导电性能尚不能尽如人意,可能是由于沉淀颗粒太大的缘故。这个研究小组的科学家们正在实验用各种不同的金属,不同的生长条件和各种后生长处理来改善金属的导电性,以便能够顺利地制造出更多的纳米电子器件。

五、纳米技术芯片控制元件

德国埃森大学两名科学家通过控制金原子团的二维有序结构,日前研制成功一款世界上最小的微电子芯片控制元件,这项成果可以大大提高芯片的集成度,降低芯片能耗,这是纳米技术在微电子应用领域的重大突破。

微电子技术发展至今,其芯片控制元件最小的尺寸是180纳米,是目前微电子材料技术工艺可以达到的极限。为了研制出未来结构所需要的更小的控制元件,科学家们开始将注意力转移到金属原子团所呈现的量子效应的电子特性,制造出更小的纳米级控制元件。用金属原子团制成的一个晶体管元件仅有10纳米大小,在它里面的金原子团微乎其微,只有1.4纳米大小。目前市场上计算机芯片最小的晶体管尺寸是180纳米,每个元件控制过程通过的电子数量约为10万个以上,而现在采用金属原子团制造的晶体管元件,其控制过程仅通过1个电子,因而能够极大地降低能耗,具有广阔的应用前景。

六、纳米粒子显示器呼之欲出

高清晰度平面屏彩电拥有极佳的图像质量,但是其高昂的价格却令人望而却步。不过这种情况很快就会改观,这是因为基于纳米粒子（粒径50nm）的几款新型纳米显示器即将走向成熟。纳米粒子显示器不仅价格低廉,而且显示屏很薄,所现实的图像比现有的PDF,LCD的清晰度和亮度更高。

美国正在开发的纳米粒子显示器,采用氧化钆或氧化钇制成栅网屏,这些氧化物中所含的稀土元素在电场作用下会发出亮光,如果含铕会发出红光,含铽会发出绿光,含铥会发出蓝光。另一种显示技术则是用纳米粒子制成发光二极管薄模显示器,拟用于军用飞机。在这种情况下,研究人员发现,纳米粒子的长度尺寸则可影响发光的颜色,由鎘和碲组成的2nm粒子会发出绿光,而其5nm的粒子则会发出红光。

为了使纳米粒子显示器实用化,可以一种尺寸比头发丝的十万分之一还要细小的纳米管来传送电子,以取代传统平板显示器中所用的笨重的电子枪。密执根州立大学的科学家在每个像素上装上了大量的纳米管,每个纳米管都可以向该像素发射一个电子。

无论采用哪一种方法,纳米粒子发光体都可以收到节能的效果。纳米粒子发光体的能量利用率高达90%,而传统的平板显示器仅为17%。DVD机如果采用纳米粒子显示器,由于节能效果很高,它每充电一次就可连续放映两三部电影。

七、纳米电脑不是梦

据美国迈特公司（Mitre）的纳米技术权威詹姆斯·埃伦博根最近所作的预测语惊四座：“在不久的将来,可以通过重新排列磁盘上的分子制造出分子芯片,并且在这个基础上进一步研制出体积只有针头大小的纳米计算机,这种纳米计算机的各个部件比我们现今用于在磁盘驱动器上装载信息的物理结构小得多。因此,在不久的某一天,我们将能够像今天下载软件一样从网络上下载硬件。”

纳米技术的一个分支是分子电子学。由洛杉矶加利福尼亚大学和惠普实验室组成的研究小组找到了一种自行组装的所谓的逻辑门。惠普实验室研究人员菲利普·库克斯说,“这个研究小组下一步的目标是缩小芯片上的线路。旨在生产出“单边为100纳米的芯片”。他还说：“目前的生产成本之所以非常昂贵,是因为生产机械需要有极高的精确度。但是采用化学方法制造,我们可以生产出长卷,然后只需切成小块就行了”。

迈特公司埃伦博根领导的研究人员在8月中旬取得的最新成果是设计出一种用于组装纳米制造系统的微型机器人。其长度约为5毫米,但是,假设能利用纳米制造技术使这种机器人的体积不断缩小,它最终的体积可能不会超过灰尘的微粒。

体积如此微小的机器人可以用于操纵单个原子,并启发人们作出如下的种种假设：成群的肉眼看不见的微型机器人在地毯上或书架上爬行,把灰尘分解成原子,使原子复原成餐巾,肥皂或纳米计算机等诸如此类的东西。

按照科学家们目前掌握的技术来看,虽然用原子制造计算机仍然是一个相当遥远的梦想,但是埃伦博根认为很快就能取得一定的进展,在几年内会获得重大突破。那么,是否埃伦博根所言不虚,人们将拭目以待。

显示技术论文 篇2

一、电视扫描技术原理

电视机屏幕显示的图像是由摄像机将光信号转换成电信号再通过同轴电缆传输到电视接收机, 或者由电视信号发射塔将信号发送到空间, 由电视接收机将其转换成图像信号。在电视信号发送端是将代表图像的像素按预定顺序一个一个地传送, 由于人眼存在视觉惰性, 即只要信息传送的速度足够快, 人眼就会感觉不出像素的传输过程, 而是以为图像是完整的在同时发亮。在电视技术中, 将这种传送图像显示信号的方式称为扫描。

图像扫描方式分逐行扫描和隔行扫描两种。像素以电子束的形式从左至右、从上而下逐行依次扫描的方式称为逐行扫描。逐行扫描形成的光栅示意图如图1所示。

电子束沿水平方向的扫描称为行扫描。其中从左至右的扫描称为行扫描正程, 简称行正扫, 如图1中的实线所示。从右至左的扫描称为行扫描逆程, 简称行回扫。如图1中的虚线所示。对于每一幅图像来说, 扫描行数越多, 对图像的分解力越高, 图像越细腻;但同时电视信号的带宽也就越宽。电子束沿垂直方向的扫描称为帧扫描。其中从上至下的扫描称为帧扫描正程, 简称帧正扫, 从下至上的扫描称为帧扫描逆程, 简称帧回扫。图1同时也表示为帧扫描正程的扫描轨迹, 图2为帧扫描逆程的回扫轨迹。实际上, 行扫描和帧扫描是同步进行的, 即在水平方向扫描的同时又在垂直方向移动, 运动轨迹为水平和垂直两个方向的合运动。由于水平方向的扫描速度远大于垂直方向的速度, 导致在荧光屏上形成了一条条略微斜向下的水平亮线, 几百行密集的扫描亮线构成一个发光面。逐行扫描满一个屏幕即为一帧, 又称为一场。

隔行扫描是将一帧图像分成两场来扫描, 第一场扫奇数行 (如图3的左图) , 第二场再扫偶数行, 二场的图像叠合在一起构成—幅完整的图像, 如图3所示。

隔行扫描的光栅示意图见图4所示, 电子束扫完第1行后回到第3行开始的位置接着扫, 如图4 (a) 所示;奇数行扫完后接着扫偶数行 (图4 (b) 所示) , 这样就完成了一帧的扫描 (图5) 。由此可以看到, 隔行扫描的一帧图像由两部分组成:奇数场和偶数场, 两场合起来组成一帧。因此隔行扫描形式显示的一幅图像实际上是扫描两遍完成一幅完整的图像。

隔行扫描为了使传送的活动图像有连续感而不产生闪烁, 需每秒扫描50场, 即场频为50Hz。而两场为一帧, 则每秒扫描25帧画面, 即帧频为25Hz, 因此采用隔行扫描的方式可以降低帧频, 因此压缩了图像信号频带宽度。

二、高清 (HD) 视频

人们常讲的高清显示, 英文为“High Definition”, 即“高分辨率”, 它包含:高清电视、高清设备、高清格式和高清电影四个方面。高清电视, 又叫“HDTV”, 是美国电影电视工程师协会 (SMPTE) 确定的高清晰度电视标准格式。电视的清晰度, 是以水平扫描线数来表征的, 常见的电视扫描格式有:

(1) 480i格式, 525条水平扫描线, 480条垂直扫描线, 屏幕比例4:3或16:9, 隔行扫描, 帧频60Hz, 行频15.25kHz, 清晰度和NTSC制的模拟电视相同。

(2) 480P格式, 525条水平扫描线, 480条垂直扫描线, 屏幕比例4:3或16:9, 分辨率为640×480, 逐行扫描, 帧频60Hz, 行频31.5kHz。清晰度和逐行扫描的DVD相同 (简称标清格式) 。

(3) 1080i格式, 1125条水平扫描线, 1080条垂直扫描线, 屏幕比例16:9, 分辨率为1920×1080, 隔行扫描, 帧频60Hz, 行频33.75k Hz。标准数字电视显示格式 (简称高清格式) 。

(4) 720P格式, 750条水平扫描线, 720条垂直扫描线, 屏幕比例16:9, 分辨率为1280×720, 逐行扫描, 帧频60Hz, 行频为45kHz。标准数字电视显示格式 (简称高清格式) 。

(5) 1080P格式, 1125条水平扫描线, 1080条垂直扫描线, 屏幕比例16:9, 分辨率为1920×1080, 逐行扫描, 是标准数字电视的专业显示格式 (简称全高清格式) 。

目前商场出售的平板大屏幕电视包括液晶和等离子电视, 一般均能支持上述高清电视信号播放, 但实际显示的图像是否能达到分辨率1920×1080, 则取决于屏的性能, 为此有些电视机标出“全高清” (Full HD) 以示区别, 表示能实现支持物理分辨率为1920×1080的全高清标准图像。

三、高清电视的现状与发展

高清电视 (HDTV) 在20世纪90年代问世以来, 以其高分辨率、环绕立体声和影院效果的享受成为电视技术发展的热点, 并已经在部分发达国家开始普及。比如美国75%以上的家庭通过有线电视收看高清频道, 90%的电视台播出节目中55%是高清节目, 黄金时段高清节目占85%;欧洲国家也已经从2004年开播高清节目;日本和韩国在高清电视方面也已经进入普及阶段。全球高清电视用户数到2012年达到1.8亿户 (见表1所示) , 与此相配套的高清电视机产量在近年来也有较大的增长, 2007年全球生产1.96亿台电视机, 其中8300万台是高清, 占42%, 到2012年全球高清电视的产量预计将达到2.4亿台。

我国也是从20世纪90年代开始关注“HDTV”的发展, 在2001年试播数字高清电视节目, 2008年我国开播地面高清电视节目, 根据广播影视科技“十一五”规划的要求, 2010年我国达到10套以上高清节目制作能力, 2015年将停止模拟电视播出, 实现数字广播电视的全国覆盖, 具体发展进程见表2所示。

高清电视得以发展的基础是数字电视, 就全国来说, 数字电视的市场还有待培育和开发, 而且我国各地区的经济发展水平、地域情况差别较大, 数字高清电视的发展策略也不同, 表3是针对我国不同地区的数字高清电视的发展的市场情况和发展策略。

四、观看高清视频节目途径

观看数字高清节目的途径或方法有很多, 除了通过数字高清视频广播、宽带网络电视 (IPTV) 外, 还可以采用蓝光DVD以及高清硬盘播放器等。下面对此作一简单介绍。

(1) 蓝光DVD播放器用于播放高清视频节目 (图6) , 蓝光DVD光盘尺寸与普通DVD相同,

但存储容量是普通DVD的5倍, 它支持1920×1080 Full HD画面以及7.1声道的HD环绕声, 一张蓝光DVD光盘可以让您欣赏2个小时的高清视频或11个小时的标清视频, 也能播放CD和DVD。蓝光DVD碟片的价格目前基本在80～100元/片。

(2) 硬盘高清播放器用于播放高清视频节目, 高清播放器采用专用的信号处理芯片, 可以支持多种高清音视频格式的高清节目, 目前比较常见的高档硬盘高清播放器有TVX HD M-6600N (处理芯片REALTEK RT1283) (图7所示) 、亿格瑞EG-M31 (处理芯片Sigma SMP 8635) 等, 中挡硬盘播放器有天敏DMP550 (处理芯片AML8 626 H) 以及汤姆逊L6 (处理芯片AML7228) (图8所示) 等。

硬盘播放器一般均支持高清视频播放, 常见视频编码有H.264、VC1、WMV、MPEG1/2/4、Divx、Xvid等, 视频文件格式有:MKV、TS、TP、AVI、MPG、M2TS、VOB、MOV、MP4、ASF、DAT等, 支持显示的分辨率为:480i/576i/480P/576P/720P/1080i/1080P, 提供的视频信号输出接口有:HDMI (V1.3) 、色差输出 (Y/Pb/Pr) 和复合视频输出 (Composite) , 提供的视频信号输入接口有:USB2.0、硬盘ESATA端口 (或者可以内置硬盘) 以及10/100M网络接口, 支持局域网络视频共享和从因特网BT下载高清视频片源。由于可以从网络下载高清视频或者拷贝到硬盘, 片源成本相对比较低, 因此是一种比较经济和便捷的观看高清视频的方法。

(3) 带高清视频播放卡的台式电脑 (HTPC) , 利用电脑观看高清视频, 优点是无需另外增添专用播放设备, 但缺点也比较明显:第一, 功耗高, 电脑的功耗绝对高于一般的播放器;第二, 体积大, HTPC的体积跟目前的高清播放机无法相比较;第三, 观看效果差, 目前的高清播放机大多是用平板电视机作为图像显示器, 而HTPC是采用电脑显示器观看高清视频, 因此直接的观看效果还不能与前者相比较, 而且地面数字电视接收之类的功能也是目前的HTPC所不具有的。

(4) 带USB接口的平板电视机播放高清节目 (见图9) , 可以选购带有USB接口的平板电视, 譬如海信V67PK等, 他们支持播放H.264视频, 还支持AVi、RMVB、MPEG2、MPEG4等多种格式的文件播放, 同时还可以直接播放音乐、图片和文本。

更佳显示？HDR显示背后的技术 篇3

HDR（High-Dynamic Range）译为“高动态范围显示技术”，这个名词最初被人提及还是在摄影领域，它是一种能够增强照片动态范围的技术，也就是最亮的白和最暗的黑之间的对比度。比如iPhone手机就支持HDR拍摄，它可以拍摄3张不同曝光度的照片并通过HDR技术合成，从而获得效果更好的照片。可以看到，通过HDR合成后的照片清晰度更高，层次感也更强（图1）。

现在显示设备上的HDR技术与之类似，不同的是它直接通过显示设备处理单元实现HDR效果，而不是通过软件后期合成。打个比方，iPhone这些设备上的HDR效果就像我们平时在PC上使用Photoshop将图片修饰为具有单反效果的照片，HDR电视则相当于单反相机，拍摄出来的直接就是单反效果的照片。采用HDR技术的设备可以让屏幕显示无论是高光还是阴影部分细节都很清晰，可以给我们带来更佳的视觉效果（图2）。

更清晰显示的背后──HDR显示技术探秘

通过上面的介绍我们知道使用HDR技术的显示设备拥有更高清的显示效果。那么HDR这种高清显示背后是什么技术在支撑？

首先支持HDR的显示设备拥有更广的动态范围，这样可以将各种不同的亮度完整地呈现出来。支持HDR的电视比普通电视拥有更高的动态范围，动态范围是指一个图像中能够找到的最高的全面反差。通常我们用一个比值来表示，比如“200∶1”、“400∶1”等等，这个值取决与亮度的全面范围和最小的亮度级。显然动态范围越大，显示对比度和色彩精度就更好，最直观的感觉是看上去图像（或者影像）的显示更清晰，层次感更强，色彩更丰富（图3）。

其次HDR技术可以显示更丰富的信息。对于普通电视，为了符合电视的技术上限，电视图像处理单元会大幅削减图像信息量。在亮度上，普通电视亮度一般在500尼特～1000尼特之间，这样图片高光和暗光部分的细节就无法显示出来。而一台支持HDR的电视可以达到5000尼特，它的亮度要比普通电视高出很多。当然HDR并不是为了简单增加电视的亮度，提高亮度的目的是为了拓宽图像显示范围，以便更好地呈现光影。这样无论是阴影处还是高光处的细节，我们都能看到。比如强光照射下的景象不会那么刺眼，色彩会更饱满和真实，色调的渐变也将更加细腻，而阴影处原来显示模糊的细节则更加清晰，HDR可以呈现出更加自然和真实的图像（图4）。

总之，HDR通过提高显示设备动态范围和亮度等参数，大幅地提升对比度和色彩精度，画面中明亮的部分会变得更加明亮，从而使其看上去更具“深度”，而色彩精度的提升则表现在会让蓝色、绿色、红色以及它们之间的所有颜色都看起来更加明亮和纯粹，而且颜色过渡更为真实、自然。

HDR 给我们带来更好的视觉享受

根据科学家的介绍，我们的人眼其实是一台像素高达5.76亿的“超级相机”，我们在日常生活中看到物体、影像效果比目前顶级的显示设备的效果都要好。随着显示技术的进步，人们对显示质量的要求也越来越高，特别是那些喜欢看电影的朋友。

比如追求画质的朋友喜欢观看蓝光高清电影，现在全新的4K蓝光电影也把HDR列为了标配技术，显然4K和HDR结合意味着超高清、超高动态的图像即将到来，它将比现行的1080P全高清拥有更清晰、更有层次感的显示效果。这样未来4K+HDR显示效果可以让我们在看大片时拥有更贴近真实的视觉效果（图6）。

显示技术论文 篇4

关键词：3D显示;立体视觉;辐辏;调节;视觉疲劳

与传统的2D图像相比，3D图像提供更加丰富的视觉信息，观看者通过屏幕呈现的画面，可以真实的感知到物体的远近、纵深等立体信息，给人身临其境的立体感和沉浸感。基于这些优势，3D显示技术近年来发展非常迅速。3D电影、3D电视、3D手机迅速普及，国内外的电视品牌都已经生产了3D电视，夏普、LG、康佳、索尼、三星、创维、TCL、长虹纷纷召开新闻发布会，力推3D电视;在手机领域，已经有HTC、夏普、LG、卓普等多品牌多款机型支持裸眼3D技术，用户可以随时随地享受3D电影，浏览3D照片，玩3D游戏等;南非世界杯开赛之后，3D广告频繁的出现在中央五套，同时，户外广告也积极地引进3D技术;除了商用，3D显示技术在教育、医疗、工业设计、军事等各种领域也具有广阔的应用前景。

1 研究目的及意义

3D电影、3D电视作为一种新的娱乐手段无疑是激动人心的，但人们也越来越多的开始意识到过度观看3D显示画面对身体存在的危害。20xx年，三星曾经公开发布了警告，称观看3D电视会对身体健康不利，长时间观看有可能导致一系列不健康的症状，包括视力下降、视线模糊、眼睛干涩、眼睛疼痛、头痛、头晕、乏力、恶心、方位感知障碍等。尤其对儿童和青少年比对成年人的危害更大。然而到目前为止，国内外始终没有对3D显示技术的舒适度及其对人体视觉健康的影响做一个系统性的评估研究，目前亟需一个国内外都公认的3D视觉健康标准和评测体系，指导研发、生产等各个环节的质量和安全，保障产业的快速健康发展。因此，不论是从产业化的角度，还是从理论研究价值的角度，对3D显示技术导致的视觉疲劳研究及相关安全标准的探索都很有必要。

2 立体视觉形成机理

立体视觉简称立体视，是指用双眼观察景物时能够分辨物体的远近形态的感觉。人眼立体视觉的建立过程如下：当双眼同时注视目标物体上的某一点时，左右眼的视线交叉于一点，这一点称为注视点。从注视点反射回到左右眼视网膜上的是一对左右对应并稍有差异的光点，这两个光点的信号传入大脑的视中枢，并融合成一幅完整的像，这一过程通常称为双眼单视，使得人们不但看清了物体上的这一点，并且连这一点同周围物体的间距、深度、凹凸等信息都能辨别出来，这样，人们就看到了一幅立体的像，如图1所示。

上述立体视觉的形成，源于人眼对所接收的视觉信息具有相当深度的感知能力，而深度感知能力是在人眼的生理因素及大脑的心理因素双重作用下产生的，其中生理因素包括双目视差、辐辏、焦点调节、运动视差等，心理因素包括遮盖或重叠、透视、阴影、颜色等，相比于生理因素，心理因素的作用要小得多。下面对本实验涉及的辐辏和调节机制加以介绍。

2.1 辐 辏

辐辏指双眼视轴的辐辏。当眼睛在休息状态或者注视远处的物体时，左右眼的视轴是平行的，而当我们注视近处的物体时，眼部肌肉不仅要调节晶状体使聚焦到近处，同时两眼的视轴也要向内侧旋转，使左右眼的视轴相交于被注视的物体。这种作用就叫辐辏。当被注视的物体向人慢慢靠近时，双眼的辐辏程度也随之慢慢增加，这种改变主要由眼部肌肉完成，并通过将这种改变信号传输给大脑，从而形成一种对深度信息的感知。

2.2 调 节

人眼为了把不同远近距离的物像成像在视网膜上，会通过眼部肌肉作用调节晶状体的屈光能力，看远处物体时晶状体比较扁平，看近处物体时比较凸起，使不同距离外的景象清晰成像在视网膜上。这种对于注视不同距离的物体时眼睛晶状体的屈光能力随之改变的现象，称为调节。调节过程通过眼睛晶状体的可塑性和睫状肌的收缩来完成，通过眼睛的这种适应调节状态，大脑可以估计出所看物体的远近距离。

为了保证双眼能看清不同远近距离处的物体，既要能时刻保持双眼单视，又要不停的进行距离判断进行调节，所以双眼的辐辏与调节是互相协同联合运动的。

辐辏与调节之间的关系如图2所示。A图表示当眼睛观看生活中的实际物体时，辐辏距离与调节距离总是保持一致的，B图表示在观看平面3D显示的立体图像时，辐辏距离与调节距离不一致。正是由于观看3D显示时辐辏与调节的不一致，导致了视觉疲劳。

3 实验及结果分析

目前的主流立体显示技术主要有眼镜式和裸眼式两种，眼镜式的主要有色分式、光分式、时分式等，裸眼的目前应用较多的是视差屏障式和柱状透镜式。它们各自有自己的优缺点，同时都不可避免地存在着导致视觉疲劳的因素。例如色分式的颜色丢失严重，而且由于眼镜镜片颜色纯度不够导致滤光不完全，造成重影;偏振式的同样由于偏振眼镜也无法将左右眼图像完美分离;时分式的亮度下降，且容易产生闪烁感;视差屏障式和柱状透镜式显示都易降低画面质量。

本文选取了眼动仪记录的8名被试者分别在观看2D、3D和实物图像时眼睛运动的情况，以期找出导致观看3D图像比2D图像和实物更疲劳的原因。实验所用的是加拿大SRResearch公司生产的EyelinkⅡ眼动仪，该眼动仪可以记录被试者在实验中眼睛运动的各个参数，包括注视点位置、注视次数、注视时间、瞳孔大小、眨眼、眼动轨迹图等。

在实验中，每名被试分别观看了6组图片，每组图片包含2D、3D图片各一张以及在相同背景下出屏的实物一张。6组图片的背景均相同，每组图片的视差大小不相同，即被试看到的物体出屏距离不相同。

一组实验用图片如图3所示，(a)为没有出屏感的2D图片，(b)为出屏约6cm的3D图片，相同的背景图片图未示。

不同被试在观看2D、3D图片以及实物时双眼间距的变化曲线如图4所示(a)～(h)所示，横坐标为视差(即不同的出屏距离)/parallax，纵坐标为双眼间距dx/pixel。其中黑色方点的曲线对应观看2D图片时双眼间距的变化情况，红色圆点的曲线对应3D，蓝色三角形点的曲线对应实物。

综合以上各图可以看出，比较而言，被试观看2D图片时双眼间距的变化不太大，而观看3D图片和实物时，随着视差和出屏距离的增大，双眼间距有明显减小的趋势。这就说明观看时随着3D图片视差的增大，和实物的出屏距离增加效果一样，被试的双眼出现了会聚眼动，即通常所称的辐辏反射。

显示技术论文 篇5

用单胚构建的mRNA差异显示技术,对体外培养的山羊早期2、4、8～16细胞期胚胎的基因表达进行研究,并选择1条在2细胞期胚胎特异表达的`条带进行分析.结果表明: 该片段与人类肽基精氨酸脱亚胺酶基因具有83%的同源性.该基因通过对组蛋白和细胞骨架蛋白翻译后的修饰作用,对早期胚胎发育过程中基因转录和表达的调控起着重要作用,是羊早期胚胎发育过程中的重要影响因子.

作 者：李拥军 敖红 孙桂金 LI Yong-jun AO Hong SUN Gui-jin 作者单位：李拥军,LI Yong-jun(扬州大学,动物科学与技术学院,江苏,扬州,225009;中国农业科学院,畜牧研究所,北京,100094)

敖红,AO Hong(中国农业科学院,畜牧研究所,北京,100094)

孙桂金,SUN Gui-jin(中国农业科学院,畜牧研究所,北京,100094;山东农业大学,动物科学与技术学院,山东,泰安,271018)

显示技术论文 篇6

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深度技术win7系统下如何解决开机没有显示输入法工具栏

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柔性显示实现的关键技术 篇7

柔性显示技术主要应用柔性电子技术,将柔性显示介质电子元件与材料安装在有柔性或可弯曲的基板上,使得显示器具有能够弯曲或卷曲成任意形状的特性,有轻、薄且方便携带等特点。按照使用的情况,柔性显示器可以分为平坦式、微弯曲式、弯曲式与可卷式类型[1]。柔性显示的市场前景已被很多研究机构以及公司看好。据Nano Markets调查公司最新报告预测,到2011年,OLED显示器和纸状显示器的销售总额将达到102亿美元,到2013年将达147亿美元。i Suppli公司预测,2013年总体柔性显示器市场将达到28亿美元,是2007年约8 000万美元的35倍。当前的显示技术里,能够应用在柔性显示器上的技术主要有液晶显示(Liquid Crystal Display,LCD)、有机电致发光器件显示(Organic Light Emitting Display,OLED)、电泳显示(Electrophoretic Display,EPD)等相关技术[2]。这里将分别简介其技术原理与研究进展。

2 柔性显示实现的关键技术

2.1 OLED技术

OLED具有自发光、低功耗、响应速度快、视角宽、分辨力高、宽温度特性、高亮度、高对比度、抗振性能好、耗等性能,并且抗弯曲能力强,非常适合作柔性显示器件。OLED适用于对显示效果要求高的便携产品及军事等特殊领域。

2.1.1 技术原理

OLED是基于有机材料的一种电流型半导体发光器件,由铟锡氧化物半导体薄膜(Indium Tin Oxides,ITO)透明电极、空穴传输层、有机发光层、电子传输层、电极层组成。原理是用ITO和金属电极分别作为器件的阳极和阴极,在一定电压驱动下,电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子和空穴传输层,电子和空穴分别经过电子和空穴传输层迁移到发光层,并在发光层中相遇,形成激子使发光分子激发,经过辐射发出可见光。OLED用红、蓝、绿像素并置法、转换法(Color Conversion Method,CCM)、白光加彩色滤光片法、微共振腔调色法和多层堆叠法来实现彩色化。

OLED显示屏驱动方式依驱动方式可分为被动式(Passive Matrix OLED,PMOLED)与主动式(Active Matrix OLED,AMOLED)。PMOLED是属于电流驱动,结构简单,驱动电流决定灰阶,应用在小尺寸产品上。AMOLED在每一个OLED单元(即像素)后面都有一组薄膜晶体管和电容器,形成一个薄膜场效应晶体管(Thin Film Transistor,TFT)驱动网络,每一个像素都可以在控制芯片的操作下驱动TFT的激发像素点,这种方式能获得极速的响应时间而且省电,显示效果好,适合大屏幕全彩色OLED的需要[3]。OLED按所使用的载流子传输层和发光层有机薄膜材料的不同,分为两种不同的技术类型:一种是以有机染料和颜料为发光材料的小分子聚合物OLED,另一种是以共轭高分子为发光材料的PLED(高分子聚合物OLED)。目前研究表明,PLED十分适合用于柔性显示,采用Int-Jet(喷墨)印刷,涂布有机材料物质,不需薄膜制程、真空装置,元件构成只有2层,投资成本低,但是其喷墨技术的墨滴均一化及RGB三基色定位精度不易控制,影响全彩化产品进程,寿命与产品良率也有待提高。

2.1.2 研发进展

1987年由柯达公司科学家邓青云博士发表以真空蒸镀法制成多层式结构的OLED器件后,其低工作电压与高亮度的商业应用潜力吸引了全世界的目光,美国、日本、韩国等国的大公司纷纷投资加入OLED的研究行列。

1989年剑桥大学Cavendish实验室发现了在某些聚合物中通过电流会激发出光,这就是高分子OLED的工作原理(如图1所示)。1992年,剑桥显示技术公司(Cambridge Display Technology,CDT)成立,开始研究这项发现,并获得了基础知识产权。CDT在PLED研究中取得的另一个重要的革新是采用喷墨印刷(Ink-Jet Print)的方式,将发射出光的聚合物印刷在玻璃或塑料上来制成PLED显示器。这一革新提供了一种低成本的彩色显示器制作方法,不但为PLED的产业化提供了可能,还使它可以以柔软的塑料作为基底层,甚至可以是在一个不平整的表面上。目前从事PLED研究的公司有:Philips、Toshiba-Matsushita显示器、Du Pont、Microemissive显示器、Samsung SDI和Seiko-Epson等。国内从事高分子OLED研究的单位还比较少,中国科学院化学研究所、复旦大学、华南理工大学已取得了这方面研究的一些专利。高分子OLED技术领导商CDT采取较开放的专利授权态度,降低投入厂商门槛和成本。

2008年5月“SID”展会上,索尼称已经开发出首款基于柔性塑料基底的、全彩色的有源矩阵OLED显示器。索尼采用了C22H14并五苯材料来制造迁移率为0.1 cm2/Vs的有机晶体管。其原型为120×160像素、8位灰阶的2.5 in显示器,可以显示全部的1 680万色,电极装在有机TFT层前面,不会损坏半导体层[4]。Universal Display公司声明他所开发的业界最薄柔性的活动矩阵式OLED(AMOLED)显示屏原型机面世将指日可待。从Universal Display公司和Kyung Hee大学金江教授的合作结果来看,该公司的研究演示了其意义深远的柔性度提高,以及当内置超薄金属铂片基底后AMOLED的韧性。

2008年12月台湾工业技术研究院展示厚度仅为0.2 cm、弯曲半径<1.5 cm、亮度达100 cd/m2、分辨力为320×240柔性主动式OLED面板,在任意卷曲弯折过程中,动画仍能持续播映;三星展示了2.2 in AMOLED显示屏,厚度0.52 mm、分辨力320×240、色彩262K、对比度10 000∶1,在200 cd/m2的亮度下可以使用长达50 000 h。

2.1.3 下一步研究方向

尽管柔性OLED器件自身具备很多优势,而且柔性OLED器件在材料寿命、驱动、亮度、彩色化和柔性等方面均有较大的进展,但其产业化进程低,其原因主要是寿命问题和高效率问题还未彻底解决。而要解决这些问题,还需靠在器件结构的设计与材料合成、实验条件设计与加工、驱动与封装技术等多方面的共同努力。对于OLED的基础研究主要集中在提高器件的效率和寿命等性能以及寻找新的、改进的材料上。

2.2 液晶技术

液晶是介于固体和液体之间状态的某些有机化合物,具有各向异性的光学特性,对外界的电场、磁场和温度感觉灵敏。液晶显示器采用液晶作显示材料,通过阵列的液晶光闸控制光线来显示文字、图形和图像。目前,已开发出的液晶显示器有胆甾型液晶显示(Cholesteric Liquid Crystal Display,Ch LCD)、顶点双稳显示(Zenithal Bistable Display,ZBD)、铁电液晶显示(Surface Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal Display,SSFLCD)、聚合物分散液晶显示(Polymer Dispersed Liquid Crystal Display,PDLCD)、向列相液晶显示(Nematic Liquid Crystal Display,NCLD)等。

2.2.1 技术原理

胆甾型液晶显示由旋光分子组成,液晶分子的排列具有周期性螺旋结构(如图2所示)。在没有外加电场的状况时,存在平面状态与焦点圆锥状态两个稳定态;在平面状态时,胆甾型液晶的周期性排列如同晶体的规则晶格排列,入射光中满足布拉格反射条件的光波长将会形成建设性干涉,而将该波长的入射光反射回来,此时为亮状态,由此可改变胆甾型液晶的周期改变反射颜色。在焦点圆锥状态时,由于胆甾型液晶将呈现不规则排列,因此会散射入射光,下面贴上吸收层则为暗态。该技术可以通过添加不同旋转螺距的旋光剂,调配出红、绿、蓝等颜色,以满足彩色化显示的需求。这种显示方式的优点:受到上下板间距的影响较小、不需要偏振片及彩色滤光片、可以被动矩阵式驱动。而胆甾型液晶达到双稳态效应的方式有两种,一种是表面安定型,另一种则是高分子安定型,这两项技术都是近年来相当热门的胆甾型液晶显示技术。

顶点双稳态型液晶显示器拥有与内部面板垂直或平行的液晶分子。这些液晶分子处于黑或白两个稳定的方向之一,通过极化的电压脉冲可以实现两个状态之间的转换。这种双稳状态不受热量或压力的影响,而且一旦确定,状态就将保持下去,即使电源关掉也不受影响。

铁电型液晶分子的排列是呈螺旋的层状排列,当其中任两层的液晶分子呈现相同的倾斜排列方式时,它们之间的距离称为一个螺距。铁电型液晶夹在两片间隙小于一个螺距的透明导电体之间时,边界和液晶分子间的交互作用力使得分子的排列受到限制而无法形成螺旋的层状排列,边界的作用使每一层的液晶分子方向一致,液晶分子的长轴和层结构的法线方向夹角,在能量分布对称下,液晶分子有两种稳定状态的选择方式,至于液晶分子选择哪种状态存在,受外加电场的控制[2]。

聚合物分散型液晶工作在光散射模式与透明模式之间的切换:无电场时,液晶微滴在聚合物中随机分布,几乎所有液晶微滴与聚合物之间都出现折射率失配,入射光被散射,液晶膜呈现为混浊不透明状,称为关态;当在聚合物分散型液晶膜上施加电场时,液晶分子的指向是沿电场方向分布,此时液晶分子的折射率与聚合物的折射率相等,液晶膜表现为透明状,即开态。

向列型液晶的分子呈棒状形刚性部分平行排列,该种液晶分子运动自由度大,是流动性最好的液晶,此类型液晶的粘度小,应答速度快,是最早被应用的液晶,普遍地应用于液晶电视、笔记本电脑以及各类型显示元件上。

2.2.2 研发进展

胆甾型液晶属于反射式显示器,利用外界环境光源来显示影像,无需背光源,同时具有双稳态特性,所以胆甾型液晶显示技术同样非常省电。富士通采用PM反射式胆甾型液晶显示器,开发出全球首款具图像记忆功能的可弯曲彩色显示器,但目前只能少量供应[4]。

双稳态液晶显示技术特点是两个光性状态在无外电场作用时都能够稳定存在一段时间,在外电场作用下,两个光性状态可以相互转换。由于显示所用的两个光性状态在无外场的情况下是稳定的,所以不需要长时间加外场来维持显示状态,就有了比较省电的特点。这类显示技术在静态显示方面能够表现出省电这一优势。液晶在柔性显示方面的研究较为成熟,研发机构包括柯达、富士通、富士施乐公司以及台湾工业技术研究院等。柔性液晶显示器可以延续许多传统的制造技术,比较容易切入产品市场。

2.2.3 下一步研究方向

液晶显示器在工艺、设备的开发及基础研究相当完整,且玻璃基板已属于相当成熟的产业,加上部分产品应用在硬质塑胶基板上,现阶段要将液晶的显示模式套用在柔性塑胶基板时所需的资源相对较少。

液晶显示机制上存在以下难点:胆甾型液晶显示和聚合物分散型液晶显示存在响应速度较慢、驱动电压较高、对比度偏低等突出的问题;顶点双稳态液晶柔性显示存在难于实现全彩显示、可视角度较窄等问题;铁电液晶显示响应速度快,可以实现高质量动画显示效果,由于铁电液晶分子成近晶型排列,织构很容易受外界的压力或震动破坏。由于向列相液晶图像取决于聚合物之间的单元间隙,面板的弯曲会造成间隙改变,进而影响图像质量,背光模块的设计难度会大幅增加,保证屏幕亮度均匀性就显得尤为困难。进一步研究方向是开发新液晶材料,改进驱动技术,提高柔性液晶显示器的性能。

2.3 电泳技术

电泳显示是利用带荷电的胶体颗粒可在电场中移动的原理,通过电极间带电物质在电场作用下的运动实现色彩交替显示的一种显示技术,以这样一个电泳单元为一个像素,将电泳单元进行二维矩阵式排列构成显示平面,根据要求像素可显示不同的颜色,其组合就能得到平面图像。电泳显示器主要有扭转球型电泳显示(Twisting Ball Display,TBD)技术、微胶囊化电泳显示(Microencapsulated Electrophoretic Display,MED)技术、微杯型(Microcup)电泳显示技术,逆乳胶电泳显示(Reverse Emulsion Electrophoretic Display,REED)技术等。

2.3.1 技术原理

扭转球型电泳显示,是在透明塑料的密封腔体中,充满油性液体,液体中分散着黑白双色球微粒,白色半球反射光,黑色半球则吸收入射光。通过氧化铟锡电极和驱动电路控制加载电场,在脉冲电压的作用下,由于偶极子的扭矩力,小球就在液体中发生转动实现显示,并通过驱动电压调整球体的旋转角度和排列的有序度,控制图像灰度(如图3所示)。通过改进制造设备和工艺,可以改变球的构成,使得黑白两色球微粒成为有色透明的多色球微粒。也可以制造全透明球微粒,并在半球体切面上植入一个半透明的滤色片。这样,当滤色片处于与显示屏平面垂直状态时,球是看不到的,在滤色片与显示屏平面平行时,就会出现滤色片颜色,就可能获得彩色显示[5]。

微胶囊型电泳显示是先将电泳粒子和绝缘悬浮液包封于微胶囊内,再将微胶囊置于电极间。一个微胶囊内分散有许多带正电的白色粒子和带负电的黑色粒子,正、负电微粒子都分布在微胶囊内透明的液体也就是分散介质当中。当从非显示面加正电场时,微胶囊内带正电的白色粒子移动并聚集在显示面,这时显示为灰色;反之,当从非显示面加负电场时,带负电的黑色粒子移动并聚集在显示面,这时看起来就是黑色。这些粒子由电场定位控制,即该在什么位置显示颜色是由一个电场控制的,控制电场由带有高分辨力显示阵列的底板产生。通过加铺彩色滤光膜、控制电泳速度和增加子像素等方法,来实现彩色电泳显示。

微杯型电泳显示器发出的一种电泳显示技术,其原理是将带电微粒分散在染色的绝缘溶剂中构成胶体电泳液,将其封装在特制的微杯中,对该分散体系施加电场,带电粒子在库仑力作用下发生电泳。通过改变电场方向,使某一颜色的带电颗粒定向泳动,并透过透明电极板而显示。

逆乳胶电泳显示器是Zikon公司所研发的新型显示模式,主要是利用逆乳胶的电泳特性达到显示的目的。逆乳胶电泳显示器的构造是由两片镀上ITO电极的玻璃基板,中间注人逆乳胶溶液,选择极性染料使极性相(也就是微胞内部)呈现色彩。在适当的电场强度及频率下,控制微胞均匀分布在较宽的电极上或均匀分布在溶液中,可使显示器呈现微胞内染料的色彩,也可以利用电场的强度与频率,控制微胞聚集在较窄的电极使显示器面版呈现透明状态。

2.3.2 研发进展

电泳显示器具有易读性、柔软性、双稳态特性和低功耗等优点,成为人们广泛关注的焦点。E-Ink,Lucent、飞利浦、三星、柯达、施乐、IBM、索尼、东芝、佳能、爱普生、摩托罗拉等多家国际知名公司都在涉足电泳类显示器件的研发,且已经有电泳柔性显示器件产品问世。1975年,施乐的PARC研究员Nick Sheridon率先提出电子纸和电子墨的概念。2007年E-Ink与Seiko合作推出了可弯曲的手表外,E-Ink与索尼、金科、e READ等公司合作推出了电子书;诺基亚发布了概念手机Nokia888;三星与LPL则在电泳显示介质上加装彩色滤光片,形成彩色化。台湾元太的电子纸显示器技术在已成功量产,包括Amazon、索尼等国际大厂所推出的电子书产品,其所使用的面板皆由元太提供。2008年8月爱普生宣布成功开发出13.4 in电子纸,分辨力达到3 104×4 128,精度达高达400 DPI(每英寸点数),上面的文字和图像看起来就像在真纸上一样的清晰。汉王科技推出国内首款使用电子纸为显示屏的电纸书,采用5 in的EPD电子纸,分辨力800×600 DPI(见图4)。

2.3.3 下一步研究方向

目前,几乎所有的电泳显示技术都不成熟。改善和解决以下问题是今后柔板显示技术的发展方向:响应速度比较慢,无法表达足够连贯的视频画面,因为电泳技术依赖于粒子的运动,用于显示的开关时间非常长,长达几百毫秒,这个速度对视频应用是不够的,应开发用于电泳显示的使开关时间达到几十毫秒甚至更快的电泳技术;全彩色显示技术等还有待于进一步改进;制造工艺复杂,对材料要求高,成本较高。

电泳显示技术现在还处于研究阶段,开发应用刚刚起步,还有许多科学与技术问题需要解决。应该抓住机遇,在该领域跟踪国际最新的研发趋势,抓住课题的核心科学问题,结合材料功能化问题选择合适的材料或合成新的先进材料,为高性能电泳显示材料的设计提供理论基础。同时解决产业化中每一步的技术问题,最终研发具有自主知识产权的电子纸张并能产业化。

2.4 其他相关技术

柔性显示技术发展呈现百花齐放态势。可以实现柔性显示的技术还有:电润湿显示(Electro Wetting Display,EWD),等离子管状排列(Plasma Tube Array,PTA),电致变色显示(Electro Chromism Display,ECD),电子粉流体显示(Quick-Response Liquid Power Display,QR-LPD)等。

2.4.1 电润湿技术

电润湿显示技术由Liquavista公司研制出来,并将该技术成功应用于新型显示器产品的开发。原理是利用控制电压来控制被包围的液体的表层,从而导致像素的变化。当没有施加电压时,有颜色的液体与不透水且绝缘的电极外层间,形成一层扁平薄膜,就是一个有色的像素点。当在电极与液体之间施加电压时,液体与电极外层接触面的张力会产生改变,结果是其原来的静止况态不再稳定,令液体移至旁边,造成一个部份透明的像素点,同时油被染上一种颜色,从而显示出图像,获得各种显示效果。具有功耗低、亮度高、显示速度快以及受外界环境、温度影响不大等优点[6]。

2.4.2 等离子管状排列技术

等离子管状排列技术发光原理与PDP相同,但在基本构造和制造方法上却有着很多不同。是一根根长1 m、厚约1 mm、内部涂布R,G,B磷光材料的玻璃管,将许许多多的玻璃管并排,前后用两张电极胶卷包覆组合起来,就成了点阵发光的显示器。PTA可以说是新型态的等离子显示器,跟传统的等离子显示相比,PTA的重量仅有十分之一、厚度仅约1 mm、耗电量只有二分之一,可以弯曲,能直接沿用等离子显示器的驱动电路基本结构与电极、驱动IC等关键性周边组件[7]。

2.4.3 电致变色技术

电致变色指在外加电场和电流的作用下材料的光学特性产生可逆变化的现象,在外观上表现为从着色态到透明态或者从一种颜色到另外一种或几种颜色的可逆变化。电致变色最新的发展技术是使用改良的多孔纳米薄膜构造的电极,这是由NTERA公司首先提出的,优点有:在光照条件下有良好的对比度、快的转换速度、长时间显示内容时的极小功耗,还是一个兼容低成本、使用加色打印工艺制造和宽光谱范围反射式结构器件[8]。

2.4.4 电子粉流体

电子粉流体显示技术由普利司通公司开发,工作原理是在前面板和背面板之间封入不会凝集和可控制带电量的电子粉流体,并使其移动。使黑色电子粉流体带正电荷,白色电子粉流体带负电荷,当改变电压极性后,白色电子粉流体移到前面板,而黑色电子粉流体移到后面板,从而实现切换显示白色和黑色的目的。由于电子粉流体是在空气中移动,驱动速度较快,且可在低温下进行驱动。目前工作电压80 V,降低工作电压是今后有待解决的课题。

3 柔性显示的研究方向

柔性显示技术研发重点为:1)显示元器件技术的开发;2)驱动元件技术开发;3)基板技术的开发;4)封装技术开发。柔性显示技术涉及光学、色彩学、材料化学、电子学等,属于多学科综合类技术,所以柔性显示技术具备前沿性、综合性,有相当的技术难度,需要跨学科的研发与合作。

柔性显示技术产业的创新,从材料、设备、制程到应用,都带来新的挑战与机会。我国企业进入LCD、PDP平板显示产业的时间均落后国外同行,导致缺乏产业核心技术。但在OLED这个新兴的、更有市场前景和商机的平板显示技术上,我国的研究与世界基本同步。我国应加强基础研究,在国家支持下,以技术开发为核心,大力开发培育新型柔性显示产品,建立柔性显示产业链,利用各种资源,发挥协同增效技术优势,在关键技术开发、产业化目标实现、知识产权共享方面开展积极有效的合作,促进柔性显示产业的发展。

参考文献

[1]陈金鑫,黄孝文.OLED有机电致发光材料与器件[M].北京:清华大学出版社,2007.

[2]刘国柱,夏都灵,杨文君,等.柔性显示的研究进展[J].材料导报,2008(6):111-115.

[3]李雄杰.OLED电视产业化的技术问题探讨[J].电视技术,2007(12):40-42.

[4]童林夙.SID'08国际会议概况[J].现代显示,2008(8):5-15.

[5]刘会刚,朱勇,商光辉,等.电泳显示器的研究及进展[J].现代显示,2006(2):64-68.

[6]孙志文,谢二庆,韩卫华,等.电润湿的研究进展[J].液晶与显示,2008(3):387-392.

[7]钱志远.能弯曲的平板显示器PTA[J].电子世界,2008(6):42-43.

LED微显示技术 篇8

关键词： 微显示器； LED阵列； 硅基CMOS； 彩色化显示

中图分类号： TN873 文献标志码： A doi： 10.3969/j.issn.1005-5630.2015.04.003

Abstract： The micro-size LED display is made of two-dimensional arrays of high-density light-emitting diodes. It is an all-solid active light-emitting device and has many advantages， including simple system design， high luminous efficiency， fast response and the wide range of operating temperature. In this paper， the design and fabrication of the micro-LED display devices will be reviewed and linked to their applications.

Keywords： micro-display； LEDs arrays； CMOS on silicon； colorization display

引 言

近几年，随着LED芯片工艺技术的日益进步，使得Micro-LED作为像素的LED微显示技术成为可能[1-3]。2012年Day等[4]成功制作了分辨率为640×480、像素直径为12 μm的InGaN/GaN量子阱结构LED微显示阵列，显现出LED微显示技术巨大的应用前景。随着移动互联网和智能设备的普及，人们对信息呈现方式的多样化需求也逐渐强烈。如何在小尺寸设备中实现更好的显示，成为众多应用领域亟待解决的问题。LED微显示技术正是这样一种合时宜的技术。相比目前市场上存在的其它几种微显示技术（如LCD技术、OLED技术、硅基液晶技术和DLP技术），LED微显示技术这种自发光微显示技术以其体积小、亮度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点[5-6]而极具市场潜力。

1 LED微显示实现方式

1.1 像素的结构

LED微显示的像素单元采用成熟的多量子阱LED芯片技术[7]，最大限度地体现LED器件作为显示器的优势。如图1所示，以Choi等制作的InGaN基LED芯片为例[8]：像素结构从下往上依次为蓝宝石衬底层，一层25 nm的GaN缓冲层，一层3 μm的N型GaN层（n=3×1018cm-3），一层包含5个周期的多量子阱（MQW）有源层（其中蓝光芯片的MQW有源层包含5个周期的2.5 nm势阱层/7.5 nm GaN势垒层），一层0.25 μm的P型GaN接触层（n=3×1017cm-3），电流扩展层和P型电极。像素单元一般通过四个步骤制作：第一步，通过ICP刻蚀工艺[9]，刻蚀沟槽至蓝宝石层，在外延片上隔离出分离的长条形GaN平台；第二步，在GaN平台上，通过ICP刻蚀，确立每个特定尺寸的像素单元；第三步，通过剥离工艺在P型GaN接触层上制作Ni/Au电流扩展层；第四步，通过热沉积在N型GaN层和P型GaN接触层上制作Ti/Au欧姆接触电极，每一列像素的阴极通过N型GaN层共阴极连接，每一行像素的阳极根据驱动方式的不同选择不同的方式连接。

1.2 像素阵列的驱动

1.2.1 驱动方式

LED微显示阵列可以通过两种方式实现驱动，根据结构的不同，有被动矩阵驱动方式和主动矩阵驱动方式。

如图2所示，被动矩阵驱动方式中，将像素的电极做成矩阵型结构，即水平一组像素的同一性质电极共用，垂直一组像素的相同性质的另一电极共用。两层电极之间通过沉积SiO2层进行电学隔离。其中阳极之间通过喷溅工艺，形成Ti/Au金属连接，阴极之间通过共用N型GaN层形成连接。在实际电路驱动的过程中，采用逐行扫描的方式显示。此种方式制作成本及技术门槛较低，但受制于驱动方式，无法很好地实现高分辨率显示[8，10]。

如图3所示，主动矩阵驱动方式中，所有像素阴极之间通过共用N型GaN层形成连接，每个像素的阳极与硅基CMOS驱动背板进行金属键合，整体采用背发光方式[11-15]。这种驱动方式反应速度较快，不受扫描电极数的限制，每个像素单元可以单独实现寻址，独立控制，适合多数应用场合。

1.2.2 芯片和硅基CMOS驱动背板的键合

如图4所示，在Liu等的研究中，采用了Au-In-Au金属键合工艺，实现了LED阵列与硅基CMOS驱动背板的电学与物理连接[16-17]。制作过程中，首先在CMOS驱动背板中，通过喷溅工艺在接触电极区域沉积一层100 nm的Ni/Au层作为黏附层和In扩散阻挡层。然后通过热沉积和剥离工艺在Ni/Au层上沉积一层6 μm的In层。在回流炉中进行退火处理后，原先沉积的In层回流，形成一个球形的金属球。最后通过倒装焊设备即可实现LED微显示阵列与驱动背板的对接。

2 LED微显示的研究进展

随着研究的不断推进，LED微显示的显示性能不断提高。2004年Choi等[8]采用被动方式驱动LED微显示阵列，成功制作了尺寸为3 mm×2 mm，分辨率为128×96，像素尺寸为22 μm的蓝色（468 nm）、绿色（508 nm）显示芯片，在总注入电流为60 mA时亮度可达30 000 cd/m2。

2007年Gong等[18]采用被动方式驱动制作了分辨率为64×64，像素直径16 μm，像素间距34 μm的蓝色（470 nm）、绿色（510 nm）和紫外（370 nm）的LED微显示阵列。Griffin等[17]采用硅基CMOS背板驱动的主动驱动方式，成功制作了分辨率为16×16、像素直径为72 μm、像素间距28 μm的蓝色和紫外LED微显示阵列。

2012年Day等[4]采用硅基CMOS背板驱动的主动驱动方式，成功制作了芯片尺寸为3 mm×2 mm、分辨率为640×480、像素直径为12 μm、像素间距为6 μm的绿色和蓝色InGaN/GaN量子阱结构LED微显示阵列，单个像素在1 μm的电流驱动下，亮度可达4×106cd/m2。单个像素的电流密度只有0.7A/cm2，是传统的300 μm×300 μm LED指示灯芯片（22A/cm2）的1/30，更低的工作电流保证了LED微显示芯片有着比传统LED芯片更加优秀的寿命表现。

2013年Chong等[19]采用硅基CMOS背板驱动的主动驱动方式，制作了芯片尺寸为4.5 mm×4.5 mm，分辨率为60×60，像素尺寸为50 μm，像素间距20 μm的紫外（380 nm）、红色（630 nm）、绿色（535 nm）、蓝色（445 nm）四种波长的LED微显示阵列，并成功实现彩色投影显示，LED微显示的众多优势逐渐显现。

3 目前存在的问题及解决方法的探索

3.1 像素间电流分布不均

无论采取哪种驱动方式，其中共阴极连接的电极都会存在这样的问题：如图5所示，随着像素距离阴极接触电极长度的增加，其导电通路的等效电阻增大，最终导致流过不同像素的电流分布不均。

Gong等、Liu等分析了问题产生原因[18，20]，并给出改进的电极设计方案。如图6所示，在Gong等的方案中，在传统的共阴极连接的基础上，在GaN层增加一条金属电流传导线，使得像素间等效电阻的差异小于8%。如图7所示，Liu等采用了环绕电极和双电极的方法也极大提高了电流的分布均匀性。

3.2 像素间相互干扰

电流注入有源层后，辐射复合释放出的光子会向各个方向随机出射。为了避免像素间的干扰，在传统的制作LED微显示芯片时，通过ICP刻蚀，将外延层刻蚀至衬底层来实现像素间的电学和光学隔离。包兴臻等[21]提出利用高反射率的均匀掺单晶硅纳米颗粒的聚酰亚胺作为复合材料来填充隔离沟槽，将侧面出射的光反射到上表面，实现了相邻两个发光单元之间的光学和电学隔离，具有一定参考意义。

3.3 外量子效率的提高

LED微显示中，虽然基于载流子的辐射复合的内量子效率很高，但光子从有源层产生，至出射到自由空间的取光效率一直是限制光利用效率提升的一个关键因素。Gong等在制作LED阵列时[22]，使用衬底减薄的方式，减弱衬底的吸收作用，部分的提高了外量子效率。梁静秋等在制作LED微显示阵列时运用分布式布拉格反射光栅的方式来提高单个像素的取光效率[23]。

4 LED微显示的彩色化

4.1 通过三种颜色LED阵列混合显示彩色

当外延片以蓝宝石为衬底，有源区为InGaN/GaN量子阱结构时，通过改变InGaN/GaN中InGaN的相对百分比，调整三元半导体InGaN中In摩尔组份，就可以得到1.95 eV到3.40 eV连续变化的直接带隙半导体，可以制备高效发光的蓝色、绿色、红色LED芯片[24]。通过三种颜色芯片和合色棱镜的作用，即可显示彩色图像。

Liu等采用这种方式成功制作出三色LED微阵列，实现了彩色投影显示[25]。

4.2 通过三色荧光粉实现彩色化

传统LED照明中采用的蓝光或紫外光加荧光粉的方式，LED微显示中也可以用此种方式实现彩色显示。目前Zhang等已经实现了紫外LED阵列微显示的制作。如图8所示，Xu等提出利用掩膜版和含有量子点荧光粉的溶液通过喷雾沉积的方式[26]，在特定区域沉积特定荧光粉的技术来实现LED微阵列的彩色化显示，具有很大的实践意义。

4.3 白光加滤色片实现彩色化

类似于液晶显示的方式，通过蓝光混合黄光荧光粉产生白光。再通过滤色片取色，实现彩色化也是一种可行的方案。但白光通过滤色片提取单色光的效率很低，使用此方式无法实现高亮度显示。

在彩色化现实中，三色LED阵列制作工艺简单，能量利用效率更高，但由于需要合色棱镜，将不利于设备的小型化。三色荧光粉实现彩色化显示时，系统的光学设计更简单，但会在显示分辨率的提高上存在困难。根据应用场景的不同，合理的选择不同方式将会是实现彩色化显示的最佳方案。

5 LED微显示应用前景

目前市场上主要有四种微显示技术[27]：LCD技术、OLED技术、硅基液晶技术（LCOS）[28]和DLP技术。技术之间对比见表1。其中LCD微显示器是目前发展较为成熟的微显示技术，但其需要背光源，且亮度较低，应用场景受到很大限制。OLED型微显示器是一种有机电致发光的全固体显示器件，虽然有许多优点，但由于核心部分为有机材料，目前仍存在着不易实现全彩显示、有机发光层制作困难以及有机物老化导致寿命较短等缺陷。LCOS微显示器虽具有高分辨率、高亮度、轻薄及寿命长等优点，但其显示光学系统过于复杂、制作困难及生产成本较高，使得LCOS应用研究逐渐陷入低谷。DLP技术由于其在微小尺寸显示上并不具有优势，因此市场前景有限。

LED微显示器相对比其他类型的微显示器有其独特的优点，以谷歌眼镜为代表的新一代智能设备正预示着微显示市场的美好未来。LED微显示技术由于先天的优势，将代表着微显示未来的方向，应引起企业和研究机构的重视。

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