数位板&平板显示器

数位板&平板显示器 计算机图形学 20672123 陈希 - 1 - 计算机图形学 20672123 陈希 绘图板是数位板的另一种称呼 数位板同键盘、鼠标、手写板一样都是计算机输入设备。如果电 脑没有配置数位扳，那在绘画创作上会很不方便，就像电脑只有键盘， 没有鼠标的感觉。随着科学技术的发展，数位扳作为一种输入工具， 会成为鼠标和键盘等输入工具的有益补充，其应用也会越来越普及。 数位扳通常是由一块板子和一支压感笔组成，就像画家的画板和 画笔，只是他们不是木头做的而是精密的电子产品。 在没有数位扳的时候，我们通常用鼠标来画画，不过鼠标毕竟不 是画家手里的画笔，用它画画，不是很灵活， 不信你尝试用它画个圈圈或者临摹一幅画看看，你就会怀念你拿 铅笔在纸上画画的感觉了。 数位板可以让你找回拿着笔在纸上画画的感觉，不仅如此，它还 能做很多意想不到的事情。它可以模拟各种各样的画家的画笔，例如 模拟最常见的毛笔，当我们用力的时候毛笔能画很粗的线条，当我们 用力很轻的时候，它可以画出很细很淡的线条，它可以模拟喷枪，当 你用力一些的时候它能喷出更多的墨和更大的范围，而且还能根据你 - 2 - 计算机图形学 20672123 陈希 的笔倾斜的角度，喷出扇形等等的效果...除了模拟传统的各种画笔效果外，它还可以利用电脑的优势，作出使用传统工具无法实现的效 果，例如根据压力大小进行图案的贴图绘画，你只需要轻轻几笔就能 很容易绘出一片开满大小形状各异的鲜花的芳草地... 好的硬件需要好的软件的支持，数位板作为一种硬件输入工具， 结合Painter、Photoshop等绘图软件，可以创作出各种风格的作品： 油画、水彩画、素描、聚丙烯... 要知道，用数位扳和压感笔，结合 Painter软件就能模拟400多种笔触，如果你觉得还不够，你还可以 自己定义！ 当然，除了CG绘画之外，它还能做很多事情„„ 数位板的主要参数有感应技术、压感级数、书写方式、个性化造 型以及识别率，其中压感级数是关键参数。比如手写板标称压感级数 512级，也就是说利用手写笔笔尖从接触手写板到下压100克力，在约5mm之间的微细电磁变化中区分512个级数，手写笔将这些信息反 馈给计算机，从而形成粗细不同的笔触效果。 《泰坦尼克号》和《魅影危机》《星球大战前传》等影片中一些 逼真的画面和栩栩如生的人物都是通过数位板一笔一笔画出来的。 常见的数位板术语解析 活动区域——数位板的绘图区域。在该区域中，您的绘图板工具 能被检测到。我们常说的4*5、6*8...就是指活动区域的大小是4英 寸*5英寸、6英寸*8英寸。 - 3 - 计算机图形学 20672123 陈希 纵横比——数位板或显示屏幕的垂直方向尺寸和水平方向尺寸 的比例。绘画板的尺寸比例一般与显示屏相对应，以4：3为主流比例。对应宽屏比例的数位板为16：9或者16：10，尺寸多为11*7、或者11*6；9*6；6*4等等。 点击力度——为了激发单击而必须施加到笔的笔尖的力量大小。 双击辅助——可以使双击变得更加容易的数位板控制面板选项， 它是通过设置双击间距的大小来实现的。 双击速度——两次单击被作为一次双击接受时，两次单击期间所 能间隔的最长时间。 横向——数位板的一个“方向”设置。在横向放置的状态下，数 位板的状态指示灯位于数位板的顶部。直角数位板将会处于水平位 置。 绘图板上的快捷键——对于Windows，快捷键依次为：橡皮擦、 ALT、SHIFT、空格键、触控缩放条。因此，很多习惯用快捷键的人， 可以直接在你的创艺大师绘画板上，进行快捷操作。以橡皮擦为例， 只需左手摁住快捷键，电脑笔就可以当作橡皮擦使用了，非常方便。 对于Macintosh，快捷键包括SHIFT、CONTROL、COMMAND和OPTION。您还可以自定义您的快捷键到任何一个键盘键或者程序。。 笔芯——可替换的笔尖。 汉王全系列数位板都会免费配备5只免费笔芯。 起笔感应压力——握笔用多大的力，能够在电脑上画出线条。没 有“微压精密传感”技术的绘画板，需要用很大的力才能画出线条， - 4 - 计算机图形学 20672123 陈希 这就是大家常说的笔用起来比较硬。起笔压力7克力，即仅笔的自重就能划出线条。 挑选绘图板的几大要素 A．无线无源是首选。 这是从创作的舒适度来考虑的，创作者在工作时，最忌有外物干 扰，如果电脑笔上还连着一根线，时间久了一定会让人非常头疼；此 外如果选择有源笔，频繁的电池更换也会带来额外支出，当电量剩余 不多时还影响绘画效果。象汉王绘画板的所有产品都采用了无线无源 技术，但是其余厂商，类似于台湾等厂商，还是采用了无线有源的技 术。 B．摸清技术参数的秘密。 一般人在挑选绘画板时，十分关注压力级数、读取速度、读取分 辨率等技术参数，其实参数并不能说明全部。例如压感的好坏并不完 全取决于压力级数的大小，起笔压力是否足够小十分关键。汉王绘画 板全系列产品全都采用了微压精密传感技术，这一技术将绘画板的起 笔压力降到了7克力，笔触非常细腻。 以采样速率为例，绘画板在使用时受制于主机系统的显示限制， 真实采样速率会低于标称值，所以当采样速率达到150点/秒以上时， 对使用者来说已经差别不大。 因此，购买绘画板时，一定要根据自身实际情况来辨别选择，不 能一味的迷信技术参数。可以经过试用、比较之后再作决定。 - 5 - 计算机图形学 20672123 陈希 上面是所谓的百度百科，因为使用范围小，所以相关资料并不多，这 个跟手机网络资源是一个极大的反差！反差归反差，不过研究还是要 研究的，毕竟咱不是有钱人，直接大价钱血拼一个昂贵的东西。把它 研究下去！ “外面可以用来画图的数位板（排除那些手写输入的，但说绘画） 主要是三个牌子，WACOM、汉王和友基，WACOM最好也最贵，这是公认的，汉王和友基相对便宜，相比WACOM实在不怎么样。 只是随便玩玩的话买后两个，但是如果你想一直用下去，建议稍微多 花点买WACOM，WACOM质量很好，据说很少有用坏的，只有摔坏的。” 专业绘图板选购技术大看台—无线无源 一切从有线有源谈起 绘图板作为目前电脑绘画的重要工具，已经越来越多地被应 用到各种图形处理行业。加上数位板厂商——汉王科技成功进入这个 市场，打破了无线无源绘图板的垄断状况，使得无线无源绘图板的整 体价格开始下降。因此，可以看到，现在有很多家庭中的发烧友甚至 中生也开始购买并使用这类产品。 目前整个绘图板市场可谓热闹非凡，除了国内的汉王和国外的 Wacom有无线无源绘图板产品外，市面上还存在很多无线有源的绘图 - 6 - 计算机图形学 20672123 陈希 板，而且往往价格更低。那么对于我们这些消费者来说，如何才能选 择适合自己的产品呢？ 一、一切从有线有源谈起 在介绍无线有源和无线无源的区别时，首先给大家定个概念。所 谓“有线与无线”主要表述笔与板之间是否有电源连接线，“有源与 无源”主要表述“笔”里面是否有电池。 我们需要了解这两者的鼻祖——有线有源电磁压感绘画板。其实 从基本原理上讲，电磁感应绘画板类似我们小时玩的磁铁，两个同性 或异性的磁铁即使不互相接触也会相互影响。绘画板在通电后就会发 出一个磁场，而上方的笔产生另外一个磁场，笔产生的磁场影响绘画 板上的磁场，就可以让绘画板发生感应，进而带动鼠标指针的移动。 当进入磁场作用范围时，无需直接接触，由磁场的相互感应来定 位。所以我们的笔在板子上方移动时，即使不接触到板子，鼠标也会 跟着移动。当笔尖接触到绘画板的表面时，从技术原理上来看，进行 了耦合，就会自动进行识别，从而达到绘画输入的效果。 - 7 - 计算机图形学 20672123 陈希 数位板和笔之间磁场的相互感应定位图 能量从何而来？ 大家都知道能量守恒定律，能量不能凭空而来，因此无论是绘画 板还是绘画笔产生磁场，都必须得通过电能转换而来。绘画板可以借 助连接电脑的电缆获得生成磁场的电能，但是绘画笔的能量来源并没 有保证。最初的解决办法自然就是将绘画笔与绘画板使用电缆连接， 由绘画板为绘画笔供电。这也就是最早的有线有源电磁感应绘画板。 这类产品的问题显而易见，绘画笔后边拖着的这个小尾巴永远无法让 用户找到以往使用普通笔的感觉，大大降低了操作的自由度。有线有 源的产品主要应用在早期的写字板上，目前已经较少使用。 用电池代替小尾巴 - 8 - 计算机图形学 20672123 陈希 二、用电池代替小尾巴 摆脱有线笔束缚最简单的方法就是给笔进行独立供电，例如在在 笔中放一个电池进行供电。笔借助这个电池产生磁场，与板子的磁场 相互作用。而使用这种方式的绘画板就是目前的无线有源绘画板，目 前国内的友基绘画板就是采用这种方式。 无线有源绘画板最大的优点是，与无线无源的绘画板相比，这种 设计结构很容易实现。在设计和制作工艺上对绘画板和绘画笔的要求 都更低。由于笔中有电池独立提供供电，在设计上就可以对板的能量 要求较低，笔需要从板上获得磁场的强度也低。反之，无线无源笔的 能量都需要板子通过磁场提供，所以它对板要求的能量大，板的功耗 大，所产生的磁场也大。 但是无线有源产品存在着致命伤，综合起来归结为以下几点： 1、 由于附带了电池，笔的重量一般比较重，很难模仿真实笔的 手感，长时间使用后，会导致绘画者手腕疲劳，注意力分散，不能专 注于创作工作。 2、 时常更换电池为用户带来了不必要的麻烦与额外的费用支 出。虽然现在笔中的电池（通常为7号电池）一般可以使用一年以上，但是这仍旧会增加用户的使用负担。 3、 有源笔的结构和密封性不如无源笔。 - 9 - 计算机图形学 20672123 陈希 4、 无线有源笔还有一个比较严重的缺陷，就是随着电池电量的 消耗，电压的下降，笔的压感特性会发生变化，造成在使用相同的力 时，笔迹出现过浅或过深，甚至会产生类似钢笔“漏水”的情况，即 没使用多大力，绘制的线条也会极粗，非常影响使用感受。 5、 撇开电池所带来的这些问题，从结构方面来看，无线有源是 采用改变电感的方式，来传递压感。因此，在笔中是依靠弹簧装置进 行传导。这一结构造成的结果是：当笔尖接触板子的时候，会有一定 的行程，才能体会到压感。当然，有的人喜欢行程大点的，即摁下去 之后才有压感的感觉，这个和个人习惯有关系。但是，一旦弹簧老化 的时候，行程就非常不稳定，造成手感的不稳定，不容易控制。汉王 无线无源的笔中是靠导电橡胶与线圈之间的接触，通过改变电容的方 式进行，完全模仿传统笔中手感方式。 目前大家比较熟知的三个品牌：汉王、WACOM、友基，只有友基 是无线有源的产品。 最早是WACOM实现了无线无源这一技术。汉王和友基两家公司， 在压感笔的发展上，选择了不同的方向。友基选择了“无线有源”、 汉王选择了“无线无源”。而其余的公司，要么是放弃对无线无源这 一最高技术的研发，转战低端市场，要么是完全放弃了这一绘图板领 域。此间环节就不再赘述。 - 10 - 计算机图形学 20672123 陈希 无线有源技术的笔 - 11 - 计算机图形学 20672123 陈希 无线无源技术的笔 让用笔的感觉更真实 三、让用笔的感觉更真实 为了尽可能地向真实的握笔和书写、绘画感觉靠拢，电磁感应绘 画板技术最终发展到了无线无源的地步。我们上边已经简单提到，无 源的含义就是笔中不再有电池，绘画笔产生磁场的能量完全来自绘画 板。绘画板通过提高磁场的强度，以提供给绘画笔产生磁场的能量。 绘画笔感应到绘画板的磁场后，通过自身的线路产生磁场，在借助两 个磁场的相互影响实现定位。这种绘画板最大的问题在于，设计和制 作的难度比较大，技术门槛较高，对配件（特别是绘画笔中的原件） 的精密度远高于普通的无线有源绘画板，只有具备深厚研发实力的公 司才有能力生产这样的产品。目前，世界上仅有我国的汉王和日本的 Wacom可以设计和生产1024级压感的无线无源绘画板。 无线无源绘画板最大的好处在于，笔可以做得很轻，非常接近现 实中的笔。只有笔做到足够的轻，精密的压力感应才有意义。例如， 汉王绘画板仅需7克力即可产生压力感应，而这仅仅是一支无线无源 绘画笔的重量。无线有源的绘画笔，内置的7号电池就已经达到了十几克的重量，在模拟真实画笔的问题上，存在无法逾越的技术障碍。 - 12 - 计算机图形学 20672123 陈希 全密封结构的笔维护比较容易，只需要定期更换笔尖即可。不过， 无线无源技术在提高定位和压感精度时更为困难，所以利用该技术制 作的高精度绘画板较为困难，成本也较高。 无线无源技术是目前最先进的压感笔技术，克服了无线有源的种 种弊端，无需经常维护，保证了正常使用。有了无线无源技术，人们 进行绘画输入时，不会再顾及自己的笔什么时候会缺电，不会再忍受 又粗又重的笔的折磨，这样才能真正体会到与“自然”的笔写状态相 一致的书写感觉，再加上高质量的压感技术，才能够使得绘画输入得 以迅速地普及。 使用汉王创艺大师+的场景 - 13 - 计算机图形学 20672123 陈希 汉王无线无源绘画笔的外观 同是无源原理不同 四、同是无源原理不同 目前无线无源的绘画板主要就是汉王和Wacom这两个厂商，虽然同是使用无线无源技术，但是在具体的实现方式上还是略有不同的。 众所周知，笔的位置信息可分解为X方向坐标信息和Y方向坐标信息，而绘画板是依赖绘画板中电路板上多组X方向线圈和Y方向线圈来获得X、Y方向坐标信息的。小熊在线www.beareyes.com.cn - 14 - 计算机图形学 20672123 陈希 Wacom的绘画板上每一个X或Y线圈都同时具有发射与接收的功 能，因此所有数据的接收和发射需要交替进行，还需要一个控制电路 进行发射和接收的切换。而汉王的绘画板只使用X线圈进行数据发送，而只使用Y线圈进行数据接收。而且，Wacom的绘画板收发的信号都使用相同的频率，而汉王绘画板信号收发则使用不同的频率。 这些原理的区别，最终产生的结果是，Wacom的产品在收发信号切换时会出现一些时间上的损耗，所以通常其主流绘画板的读写速度 都是200点/秒，而汉王绘画板由于数据收发是同时进行，所以更容 易提高绘画板的读写速度，目前汉王绘画板的新品创艺大师+的读写速度已经可以达到220点/秒。 汉王绘画板的新品创艺大师+1107 - 15 - 计算机图形学 20672123 陈希 目前，无线无源绘画板已经成为了专业绘图人员的首选产品，而 随着汉王等厂商的加入，激烈的竞争也会进一步降低无线无源产品的 价格，普通的电脑绘画爱好者也有能力购买和使用这些产品。因此， 无线无源的绘画板将最终成为这一领域的主流产品。 解析汉王与友基 汉王，从1998年开始主做手写板，OCR输入产品，后来逐渐引进数位板。也就是现在的创艺大师，创艺新人，创艺高手等等。但可 以从汉王的官方网站上可以看到只有手写识别技术和OCR输入技术是经过授权，而绘图板的压感技术，无线无源技术却没有被授权。这 说明它的技术不是很成熟，国家还没有认可它。 友基，从1998年开始致力与数位板的研究与开发，主要产品： 绘影二代，绘影一代。技术跟汉王有明显的不一样，汉王是无线无源， 友基是无线有源，也就是友基的笔需要装电池。 为什么要解析汉王与友基呢？这是因为目前市场上越来越多的商家 拿着这两款产品误导消费者。为什么要误导消费者，第一：牟取高额 利润，第二：诋毁竞争对手。 汉王高举爱国，支持国货的旗帜，友基高举便宜的旗帜。 爱国， 爱国就一定要买国货吗？都买国货了，进口产品去买给谁？进口产品 卖不出去，国家找谁收关税去？损害的是谁的利益？这样就爱国了 吗？爱国，是拿别人的技术发展自己的产业，吸取别人好的经验发展 - 16 - 计算机图形学 20672123 陈希 壮大自己，让别人拿钱来买我们自己的东西，这才是爱国。爱国是学 习好专业知识运用到国家建设当中去，而不是不买进口货就是爱国。 请记住腐朽的清朝为什么会灭亡？闭关自守这样的惨剧难道还要再 上演吗？ 便宜，为什么要便宜卖？难道真的是为消费者着想吗？据了解， 友基的利润是最高的，百分之五十这样的利润，这叫便宜吗？只是消 费者被商家大大的忽悠了一把。大家可以询问身边有用过友基的朋 友，友基到底效果如何？友基绘图板的笔需要装电池是它最大的缺 点，它的经销商却偏偏说这是友基最大的优点，说这是为了增加手感， 这不是欺骗消费者是什么？细心的消费者可以注意观察到，卖友基的 柜台总喜欢在他的柜台里摆上一块或几块国外牌子的绘图板，他为什 么要这样做呢？其实他们是以国外牌子的绘图板吸引客户，然后低价 报国外绘图板的价格来迷惑消费者，然后再转产品型号卖他自己的产 品，以获得高额利润。提醒大家，买友基的时候一定要砍价，别看他 买的价格很低，比其他同类不同牌子的产品要低很多，但他的利润往 往却在百分之五十以上，他真的是很便宜！ 写这些是想大家在买之前一定要了解产品，适用产品，看看到底 是什么好？我不想告诉大家说哪个牌子哪个牌子好，而是希望朋友们 多问多看多想！ 最后祝朋友们能用最大的努力发展我们国家的动漫产业，让全世 界瞩目我们！ - 17 - 计算机图形学 20672123 陈希 上面都是从网络上所搜索到的，有的客观，有的主观，这是在所 难免的事情。也可以说分成了几派。咱们先不从专业角度讨论，单从 “上镜率”来看，还是那三个关注比较多点。 还可以从淘宝上面研究看看受关注程度就知道了，数量上： WACOM (196) 友基/UGEE (74) 汉王/HANWANG (57) 其它 (33) 蒙恬/WeWa!! (4) 大将军 (2) 联想 (2) 清华紫光 (2) 清华同方 (1) 文明/Vinme (1) - 18 - 计算机图形学 20672123 陈希 平板显示器（Flat Panel Display FPD）是具有广阔前景的显示 技术，它是将微电子技术、液晶显示技术等相融合的技术。FPD产业主要包括LCD、LED、PDP、OLED、VFD、LCOS等，主要用于笔记本电 脑、台式计算机和大屏幕彩电、移动通信、数码相机、数码摄像机等 终端产品。 我国FPD产业通过多年以来的技术引进和技术改造，并通过消 化、吸收已初步形成了一定的产业基础。对大生产技术和工艺逐渐掌 握，逐步形成了新的经济增长点，FPD产业的销售额和产值逐年增长。 其中，液晶显示器件（LCD）产量约占世界产量的25%；等离子体显示器件（PDP）研究开发已取得很大进展，中试线研究开发成功，拥 有年生产能力达24万张PDP屏的生产线，带荫罩式的PDP屏已研制成功；发光二极管（LED）红、绿、橙、黄，产量约占世界产量的12%。其他各类显示器件如真空荧光显示（VFD）、场致发光（EL）、有机发光二极管（OLED）、场发射（FED）均有一定的发展，各种各样的显示 器件在显示技术领域中日益显得绚丽多彩。 TFT—LCD：根据TFT—LCD产业发展布局、产业特点、国内外市 场状况、技术和资金实力及投资风险，建设3条—4条第5代生产线，3条—4条3．5代以下二手线，在生产线周边建设配套产业，以15英寸—17英寸监视器、便携式电子产品用中小尺寸LCD显示器、30英寸液晶电视和低温多晶硅为目标，形成年产2000万台监视器及液晶电视，年产500万块中小尺寸TFT—LCD的生产能力，年产值达到 - 19 - 计算机图形学 20672123 陈希 400亿元，性能达国际同类产品水平。 近期应建设配套彩色滤色器生产线2条，国内配套率达到40%。 至2015年，建设5条—6条彩色滤色器和玻璃基板的生产线， 除配套国内需要外还可以出口。其他主要配套全部能配套有余。 配套产业的年产值可达500亿元以上。 PDP：形成2条—3条研究开发42英寸的中试线和生产线，生产 能力达年产100万块。 OLED：达到批量生产能力。 VFD：达生产2亿只以上的能力。 LCOS：在2005年前解决光学引擎、模块、新型光源的批量生产， 背投和正投达到一定批量的生产并进入市场。年产达50万台能力。 平板显示器与传统的CRT（阴极射线管）相比，具有薄、轻、功 耗小、辐射低、没有闪烁、有利于人体健康等优点。目前，在全球销 售方面，它已超过CRT。预计到2010年，二者销售值的比将达到5：1。21世纪，平板显示器将成为显示器中的主流产品。据著名的 Stanford Resources公司预测，全球平板显示器的市场将从2001年的230亿美元增加到2006年的587亿美元，未来4年的年均增长率将达到20%。 平板显示器分为主动发光显示器与被动发光显示器。前者指显示 媒质本身发光而提供可见辐射的显示器件，它包括等离子显示器 （PDP）、真空荧光显示器（VFD）、场发射显示器（FED）、电致发 - 20 - 计算机图形学 20672123 陈希 光显示器（LED）和有机发光二极管显示器（OLED）等。后者指本身 不发光，而是利用显示媒质被电信号调制后，其光学特性发生变化， 对环境光和外加电源（背光源、投影光源）发出的光进行调制，在显 示屏或银幕上进行显示的器件，它包括液晶显示器（LCD）、微机电系统显示器（DMD）和电子油墨（EL）显示器等。 液晶显示器包括无源矩阵液晶显示器（PM-LCD）与有源矩阵液晶显示器（AM-LCD）。STN与TN液晶显示器均同属于无源矩阵液晶显 示器。90 年代，有源矩阵液晶显示器技术获得了飞速发展，特别是 薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）。它作为STN的换代产品具有响 应速度快、不产生闪烁等优点，广泛应用到便携式计算机及工作站、 电视、摄录像机和手持式视频游戏机等产品中。AM-LCD与PM-LCD的差别在于前者每象素加有开关器件，可克服交叉干扰，可得到高对比 度和高分辨率显示。当前AM-LCD采用的是非晶硅（a-Si）TFT开关器件和存储电容方案，可得到高灰度级，实现真彩色显示。然而，高 密度摄象机和投影应用对高分辨率和小象素的需求推动了P-Si（多晶硅）TFT（薄膜晶体管）显示器的发展。P-Si的迁移率比a-Si的迁移率高8到9倍。P-Si TFT的尺寸小，不仅适合用于高密度高分 辨率显示，且周边电路也可以集成到基板上。 总而言之，LCD适合作薄、轻、功耗小的中小型显示器，广泛应 用于笔记本电脑、移动电话等电子设备中。30英寸和40英寸的LCD已研制成功，有的已投入应用。LCD经过规模化生产，成本在不断降 低。目前，已面市500美元的15英寸LCD监视器。它的未来发展方 向是取代PC的阴极显示器并在液晶电视中应用。 - 21 - 计算机图形学 20672123 陈希 等离子体显示是利用气体（如氛气）放电原理实现的一种发光型 显示技术。等离子体显示器具有阴极射线管的优点，但制造在很薄的 结构上。目前，主流产品尺寸为40 42英寸。50 60英寸的产品正在开发中。 真空荧光显示器是一种广泛用作音/视频产品和家用电器的显示器。它是将阴极、栅极和阳极封装在真空管壳内的一种三极电子管式 的真空显示器件。它是阴极发射的电子经栅极和阳极所加的正电压而 加速，并激励涂覆于阳极上的荧光粉而发光的。其栅极采用的是蜂窝 结构。 电致发光显示器采用固态薄膜技术制成。在2个导电板之间放置一个绝缘层，一个薄的电致发光层便沉积而成。该器件采用宽发射频 谱的涂锌板或涂锶板作电致发光部件。其电致发光层为100微米厚， 能达到象有机发光二极管（OLED）显示器一样清晰的显示效果。它的 典型驱动电压为10KHz，200V的交流电压，因而需要较昂贵的驱动器 集成电路。采用有源阵列驱动方案的高分辨率微型显示器已研制成 功。 发光二极管显示器由大量发光二极管构成，可以是单色或多色彩 的。高效率的蓝色发光二极管已面市，使得生产全色大屏幕发光二极 - 22 - 计算机图形学 20672123 陈希 管显示器成为可能。LED显示器具有高亮度、高效率、长寿命的特点， 适合作室外用的大屏幕显示屏。但是，采用这种技术制造不出用于监 视器或PDA（掌上型电脑）的中等显示器。但是，发光二极管单片集 成电路能用作单色的虚拟显示器。 这是一种采用微机电系统技术制造的微型显示器。在这种显示器 中，微型的机械结构是采用标准的半导体工艺加工半导体和其它材料 而制造出来的。在数字微镜器件中，其结构是一种由铰链支持的微镜。 其铰链由连接到下面的一个存储单元的极板上的电荷所激励。每一微 镜的尺寸大约为人头发的直径。该器件主要用于便携式商用投影机和 家庭影院投影机。 场发射显示器的基本原理与阴极射线管相同，即由极板吸引电子 并使其碰撞涂覆在阳极上的荧光体而发光。它的阴极由为数众多的微 细电子源依阵列排列而成，即以一个象素一个阴极的阵列形式排列。 就像离子体显示器一样，场发射显示器需要高压才能工作，其电压范 围为200V～6000V。但是至今，由于其制造设备的生产成本高使之没 有成为主流的平板显示器。 在有机发光二极管显示器（OLED）中，电流通过1层或多层塑料， 就会产生象无机发光二极管发光的那种现象。这意味着OLED器件所 需的是衬底上的固态膜叠层。然而，有机材料对水蒸气和氧非常敏感， - 23 - 计算机图形学 20672123 陈希 因此密封是必不可少的。OLED是主动发光器件，并显示出极好的光 特性和低功耗特性。它们具有在可弯曲的衬底上以一卷接一卷的加工 方式进行批量生产的巨大潜力，因此其制造成本非常低廉。该技术具 有很宽的应用范围，从简单的单色大面积发光到全色视频图形显示 器。 E-ink显示器是在一种双稳态材料上加上电场而进行控制的显示 器。它由大量微型密封的透明球体所构成，每一个球体的直径大约为 100微米，并包含黑色液体染色材料以及数千个白色二氧化钛的微粒。 当在双稳态材料上加上电场时，二氧化钛粒子根据其电荷状态将向其 中一个电极迁移。这样导致象素发光或不发光。由于这种材料是双稳 态的，因此它保存信息的时间可达数个月。由于用电场控制其工作状 态，因此用很小的能量就能改变其显示的内容。 制造平板显示器的每一种技术各有优势与劣势。然而，LCD仍将 主宰未来的平板显示器市场。在未来几年，目前占平板显示器市场 90%的LCD的市场份额将逐渐减少。然而，作为通用显示器，唯它莫 属。此外，LCD和OLED的发展前景也十分看好。这三者将在未来的 平板显示器市场中，占有主导地位。 随着以计算机、通信为核心的信息网络的普及，以及移动信息终 端产品市场的迅速扩大，作为人机视频界面的平板显示器件展现出良 好的市场前景，成为21世纪最令人瞩目的电子产品领域之一。 - 24 - 计算机图形学 20672123 陈希 据美国Stanford Resources的预测，在21世纪的前五年内，世界市场对显示器的需求将有大幅度的增长，到2005年世界显示器市场将达到624亿美元的规模，其中平板显示器为356亿美元，占显示器市场的57%（见表1）。从表1的预测数字可见，到2005年平板显示器的市场占有率将超过CRT显示器。 表1 2005年世界显示技术市场规模（单位：亿美元） 1920增长率产品种类 99年 05年 （%） 1123AM-LCD 110 平板显3 7 示器 PM-LCD 38 41 7.9 PDP 8 58 625 其他（EL、FED、LED、OLED、VFD） 14 20 42.8 2326CRT 14 5 8 4062合计 52.9 8 4 据美国Stanford Resources预测，到2003年世界LCD的市场规模将增长到244亿美元，其产业规模和市场规模将紧逼长期占市场统 治地位的CRT。促使LCD市场大幅度增长的因素主要有以下方面。 （1）液晶显示技术经历了扭曲向列（TN-LCD）、超扭曲向列（STN-LCD）和薄膜晶体管阵列（TFT-LCD）三个重要发展阶段。进入 20世纪90年你后，LCD技术发展开始进入高画质彩色图像显示的新 - 25 - 计算机图形学 20672123 陈希 阶段，有源矩阵（AM-LCD）的TFT液晶显示技术的性能取得了飞速发 展，克服了STN液晶显示器件在响应速度、视角、分辨率、灰度调制 等方面存在的不足，技术性能接近于CRT，适应了信息技术产品对显 示器件的需要，应用面得到了扩大。 据日本电子信息技术产业协会的预测，受笔记本PC和台式PC、手机等电子信息产品，特别是移动信息产品市场的拉动，到2003年世界液晶显示器市场规模将出现大幅度的增长（见表2）。另据日本日经市场调查的预测，到2005年世界液晶显示器市场需求量将达到 4400万台左右，TSR的预测为4700万台左右，与日经的预测大致相 同。 表2 世界液晶市场预测 2000年（实际值） 2003年（预测值） 类型 数量（万增数量（万增 台） 长率 台） 长率 4425液晶监视器 676 2417 % 8% 笔记本PC显34492570 3834 示器 % % 5992便携信息终端 1050 2020 % % 数据显示用显5810103 282 示器 % 3% 由于TFT-LCD的尺寸、视角、分辨率等技术性能取得了突破性进 展，使得TFT-LCD开始步入电视领域，并已出现商品化的液晶电视（见 表3）。最近，IBM公司推出的分辨率高达3840×2400像素（QUXGA级别）的22英寸彩色TFT液晶电视，代表了液晶显示技术的最新成 - 26 - 计算机图形学 20672123 陈希 果。新推出的液晶电视的像素密度为204ppi（pixels per inch）， 2长宽比为16比9，画面亮度为235cd/m，对比度为400比1，响应时间为16.6ms，视角上下左右分别为170度。 表3 商品化的液晶电视主要规格 屏幕尺寸（cm） 24.6×18.4 30.5×22.9 40.1×29.9 60.7×36.4 分辨率（像素） 640×480 640×480 640×480 1280×768 屏幕（高/宽） 4：3 4：3 4：3 15：9 最大亮度450 450 450 450 2）（cd?m H：160 V：H：160 V：H：160 V：H：160 V：?视角（） 160 160 160 160 耗电量（W） 29 33 62 108 显示器重量（kg） 2.2 2.8 9.0 10.3 （2）各厂家积极加大投资，产量扩大，价格开始走低。在良好市 场前景的推动下，TFT-LCD已成为近年来电子企业投资和开发的热点 领域之一。如韩国三星公司在2005年实现TFT液“1英寸=10美元”的成本。该公司为适应液晶电视的需要，计划开发42英寸的TFT显示屏，准备在2002年开始进入批量生产。 不久前，日本精工爱普生公司宣称，到达005年世界手机销售量 将激增至10亿部，一些日本主要电子厂商也看中这一市场，纷纷投 - 27 - 计算机图形学 20672123 陈希 资生产手机液晶显示屏。如Toshiba公司拟投资100亿日元生产彩色LCD显示屏，日立、松下等公司也扩大了LCD的生产规模。由于各主 要生产厂家加紧扩产，导致市场竞争激烈，价格出现下降趋势。据 Display Search的调查报告显示，以15英寸TFT-LCD为例，1999年其价格为1050美元，预计到2002年，其价格将降至575美元以下，到2005年，其价格将进一步降至525美元以下。价格的下降为液晶 显示器的广泛应用和市场的扩大奠定了基础。 PDP作为大屏幕显示屏，在壁挂式电视、大屏幕公共显示屏和视 频会议系统中得到了广泛的应用。目前，Plasmaco公司和韩国的LG公司推出了152.2cm的全色PDP样品，其图像质量相当于CRT投影机。 据Stanford Resources的预测，到2002年以后，世界PDP市场将进入高速增长期，到2005年世界PDP市场将是1999年的7倍（见图1），成为继LCD之后极具市场发展潜力的平板显示产品之一。 目前，PDP显示屏的性能还有待进一步提高。日本专家认为，下 一代PDP显示器要想超过CRT，还需要解决清晰度、大尺寸化、低功 耗、减轻重量以及实现低价格化这五个方面的问题，以42英寸PDP为例，用户希望的是厚度在3cm以下，重量在10kg以下，耗电量在100W左右，价格在20万日元左右的产品。 有机发光二级管（OLED）显示器也是近年来发展较快的平板显示 器之一。目前，全世界大约有85个企业从事OLED的开发，同时还不 - 28 - 计算机图形学 20672123 陈希 断有新的企业加入开发行列。OLED显示器是一种主动发光器，具有 色彩丰富、工作电压低、发光效率高的特点，是极具发展前景的显示 器。它与LCD不同，无需背光源，响应时间比LCD更快。预计，这种显示器件将首先在小尺寸显示领域，诸如家电、手机、PDA等领域获得应用，目前已被公认为在中小尺寸显示器的市场中将取代STN-LCD产品。 据美国Stanford Resources的资料显示，1999年世界OLED市场的销售额仅为300万美元，预计到2002年将可达到2.1亿美元，成长近70倍，到2005年其产值将突破7.15亿美元。由此可见，OLED未来市场的成长相当值得期待。 目前，，在OLED的两大技术体系中，低分子OLED技术为日本所掌握，而高分子的PLED的技术及专利则由英国的科技公司CDT所掌握，我国台湾省的瀚立光电则是首家引进CDT技术的合作企业。因此， 未来台湾省在OLED产业上的发展值得我们密切地留意。 另外，场发射显示器件（FED）在原理上具有很多优点，但在技 术上尚有不少问题需要进一步解决，如均匀性等，同时它还面临着 OLED的竞争，估计FED的商品化还要有一段时间。 近年来，随着我国信息化的进展，电子信息产品市场迅速扩大， 特别是随着便携电子信息产品（如移动通信设备、PDA等）和数字化消费类电子产品市场的扩大，对平板显示器的需求也将有较大增加。 目前，我国平板显示器市场主要呈现以下特征。 - 29 - 计算机图形学 20672123 陈希 随着移动信息终端，特别是手机、PDA等信息产品市场的发展，对小尺寸高端液晶显示屏的需求将进一步扩大。目前，国内液晶企业 只能生产TN-LCD产品，STN-LCD不仅产量少，而且只能生产中低档 产品，我国第一条TFT-LCD生产线还未进入量产阶段。因此，小尺寸 高端液晶显示屏的市场较大，其产品将继续依赖境外进口。 目前，我国台式PC显示器市场仍以CRT为主，台式PC液晶显示器还未形式规模市场。以液晶显示器销售情况最好的明基公司为例， 2000年在国内市场也只销售了约5000台，而TFT-LCD的主要生产商三星公司只销售了几千台。从台式PC的液晶显示器配比率来看，日 本高达57%，而我国的配比还不足1%。我国笔记本PC市场与世界相比仍处于培育期（预计2001年大约为60万台），加之液晶电视也未 正式进入我国市场。因此，我国大屏幕液晶显示屏市场尚处于萌芽期， 影响我国液晶显示器市场的放大主要因素是价格。 在我国，液晶显示器有着极大的潜在客户群，潜在的市场正受到 境外生产厂家的高度重视。据报道，境外厂商为拓展我国市场，2001年将采取积极措施调整经营策略，以扩大液晶产品的市场占有率。其 具体做法是，一是调整产品策略，丰富已有的产品线。随着三星公司 推出填补市场空白的24英寸液晶巨无霸，其他液晶厂商也在加紧行 动。二是调整价格策略，2000年底已开始的全线调价行动，使其价 格逐步接近行业用户的心理价位，扩大了销量。三是加强销售渠道的 建设。 - 30 - 计算机图形学 20672123 陈希 一种据称在结构上比LCD简单、在性能上优于OLED或等离子的新型显示技术，正在逐渐走向商品化。 UniPixel Displays公司开发了一种时序复用光学快门技术，来 满足航空领域的应用需求，特别是驾驶舱内飞行员需要经常低头观看 的仪表盘等配置的要求。这家美国公司已经拥有TMOS的原型，并希望在第四季度能将该技术用在电视上，该公司CFO James Tassone表示。 其它公司正在进行的OLED研发工作也取得了进展，特别是 Universal Display公司(UDC)，已经开始专注于将其磷光OLED技术用于照明应用。UDC认为，目前照明所消耗的电能占全美发电总量的 22%以上，OLED与生俱来的特性使其成为一种具能源效益的解决方案。 Tassone介绍，UniPixel一直与施乐公司的Palo Alto研究中心(PARC)、洛克希德(Lockheed)公司和美国Sandia国家实验室就TMOS项目进行合作。在最近于纽约举行的USDC/Needham显示器大会上，Tassone阐述了该技术。 “通过与PARC的合作，我们在合理的时间段内实现工程原形的能 力得到了极大增强。”UniPixel总裁Reed Killion表示。 UniPixel目前已经得到了Tudor Investment公司1,200万美元的私人融资。“UniPixel独特的TMOS彩色显示技术，既具革命性又颇有 震撼力。”Tudor副总裁Rob Broggi表示。 “的确，许多新型的显示技术现在还无法为潜在顾客和终端用户 带来明显且真正的附加值，但是UniPixel的技术肯定可以。”市场 - 31 - 计算机图形学 20672123 陈希 研究机构Insight Media资深师Ken Werner表示，“从其结构来看，它的成本会比LCD低很多。” 图：不同公司OLED出货量对比。 但是通往商品化的道路可能不会一帆风顺，Werner警告说。“事实上，UniPixel独有的夹层(sandwich)结构可由卷到卷(R2R)工艺来实现，这是它很大的一个优势，但是该技术仍需解决一致性和成本难 题。”他指出，“即使这些难题都被合理解决了，说服系统制造商和 面板生产商冒险采纳新技术通常也需要很长时间。我的‘20年定律’ 告诉我，没有任何一种显示技术能在少于20年的时间内完成从概念 到批量应用的历程。” 另外两种也能带来明显附加值的技术分别是：Clairvoyante公司的PenTile矩阵技术和高通的Iridigm显示技术。但是它们目前还尚未 正式投产，Werner指出。E Ink和SiPix公司的电致变色(Electrochromic)技术，历经多年开发和市场培育，直到去年才找到 规模应用。而且，有源矩阵OLED也才刚刚投入批量使用，他表示。 - 32 - 计算机图形学 20672123 陈希 传统的显示技术利用空间上紧密排布、且亮度不同的红、绿、蓝 三点，生成人眼所看到的单一色点，这在技术称为空间加色(spatial additive color)。与之相反，UniPixel的TMOS方法基于时间加色技术，红、绿、蓝三束短促光从同一点上相继发出，速度快到肉眼仍 将它们看成单一色点。在这种情形下，红、绿、蓝光的不同持续时间 可形成不同的深浅及颜色。 据Killion介绍，UniPixel显示器仅有6层，而等离子和LCD显示器则分别为15和30层； UniPixel显示器只需12个生产步骤，而LCD则为128个。采用一种“受抑全内反射(FTIR)”技术，红、绿、 蓝光从显示器的边缘进入一个光导管，这种构造使显示器在日光下阅 读变得可行。 时间相等的色彩周期快速交替，这些彩色光在另一端的镜子上受 到反射，经分散后均匀分布在显示器上。用于构造光导管的材料可阻 止光逃逸，从而实现完全内反射，UniPixel介绍道。 通过将微透镜和隔离层(standoff)夹在透明导体之间，可以在光 导管上构建一个简单的镜头/快门装置。当在任意指定像素上对这两 个传导层进行反向充电时，它们相互吸引，从而镜头通过隔离层受到 挤压。 当镜头接触到光导管时，像素被激活，光就从该点“逃逸”出去。充 电时间长短控制着“快门”的开/闭。对任意给定像素来说，充电时 间决定了色彩的相对亮度。 UniPixel十分确信，与已经确立市场地位的平板技术相比，TMOS更具优势，该公司希望TMOS能与LCD和等离子竞争，在庞大的显示 - 33 - 计算机图形学 20672123 陈希 器市场夺取一席之地。据业内分析人士预计，到2008年该市场的规模将达到1,074亿美元。 与此同时，美国能源部(DOE)的固态照明(SSL)项目也在积极运作之中，期望能够加速照明技术的发展。不久前，在该项目的计划研讨 会上，与会的250多名专业人士就如何迅速发展SSL市场持提出了各自的观点。 在这场SSL研讨会上，DOE认可了Universal Display公司的Brian D'Andrade以及南加州大学的Mark E. Thompson在利用白光OLED技术进行照明方面所取得的领先地位。 D'Andrade领导的团队在白光OLED领域打破了量子效率记录。 UDC团队演示了一款白光OLED器件，在亮度为850尼特(nit)时，外部量子效率达30%。在DOE授权下，通过采用具有创新性的外部耦合 (outcoupling)装置，该团队提升了光提取效率(Light extraction)，使其达到30流明/瓦，是白炽灯的2倍。该进展意味着向DOE的最终目标又迈进了一步，DOE的SSL长期研究目标是：在具有成本效益、 可市场化的白光OLED产品中，实现160流明/瓦的提取效率。 Universal Display公司的研究伙伴，也就是南加州大学化学系 主任Thompson获得认可的原因在于，其率领的团队通过把红、绿磷 光材料与蓝荧光材料混合，开发出一种新的白光OLED器件。Thompson的白光OLED的效率可达到24流明/瓦，较标准OLED来说有更长的寿命和更好的色彩稳定性。 - 34 - 计算机图形学 20672123 陈希 “虽然投入资金不多，但该项目使UDC在潜力巨大的SSL市场站稳了脚跟。”Insight Media公司的Werner表示。他指出，首款LED(非OLED)汽车前灯已出现在一些展示车上，并可能在一两年内量产。 虽然OLED的出众性能广为人知，但制造工艺却仍然存在障碍。 在德国，Novaled公司是OLED可制造性方面的领头羊。目前，在德 国联邦教育和研究部资助下，该公司正在进行一项名为Rollex的项目，即在柔性基底上利用R2R工艺生产LED，来开发能量产的高效率、 低价格OLED产品。与显示器生产中所用的集从(cluster)或线排(in-line)方式相比，R2R概念有望降低普通照明市场的涂覆成本。 “对基于有机电致发光材料的光源来说，它们有潜力在柔性基板 上以很低的功耗产生很高的光亮度。”该项目主管Karl Leo表示。 市场研究公司Displaybank估计，2006年的OLED市场出货总量多于7,125万件、销售额大于5.3亿美元，其增长速率是23%。 “三星SDI是全球首屈一指的平板显示器厂商，在所有方面都堪 称韩国OLED产业的领头羊。”Displaybank的执行副总裁Kenny Kim指出。去年，三星的出货超过1,570万件，其中OLED面板收入预计为1.2亿美元。 据Kenny Kim介绍，LG电子在2006年取得了最为“疯狂”的增 长，其第二季度的出货量首次使其拔得头筹。但从2006年第二季度以后，LG的增长放缓。 - 35 - 计算机图形学 20672123 陈希 Displaybank发现，日本的两家无源矩阵OLED制造商Pioneer和TDK公司，虽然主要致力于用在汽车音响系统中的OLED面板研制，但也将进入手机辅屏市场。 - 36 -