浅谈大屏幕显示
阎双耀:浅谈大屏幕显示
文章编号:1006-6268(2009)05-001l—05
浅谈大屏幕显示
阎双耀
(中国电子视像行业协会大屏幕显示设备分会专家委员会。北京100026)
摘要:论述了大屏幕显示技术的发展和各种大屏幕显示器的特点,并从环保和节能的角度分
析了大屏幕显示技术的发展前景。
关键词:液晶;等离子;微显示;投影显示;平板显示
中图分类号:TNl41文献标识码:A
DissertationLargeScreenDisplay
YANShuang-yao
(Chinavideoindustw...
阎双耀:浅谈大屏幕显示
文章编号:1006-6268(2009)05-001l—05
浅谈大屏幕显示
阎双耀
(中国电子视像行业协会大屏幕显示设备分会专家委员会。北京100026)
摘要:论述了大屏幕显示技术的发展和各种大屏幕显示器的特点,并从环保和节能的角度分
析了大屏幕显示技术的发展前景。
关键词:液晶;等离子;微显示;投影显示;平板显示
中图分类号:TNl41文献标识码:A
DissertationLargeScreenDisplay
YANShuang-yao
(Chinavideoindustwassociation,Beijing100026,China)
Abstract:Thisarticledissertationdevelopmendforlargescreendisplaytechnic,
characteristicofallkindsoflargescreendisplay,developmentalforegroundoflargescreen
displaytechnicforsurroundingsandenergysoucesofpointofview.
Keywords:liquidcrystal;plasma;MD;projectiondisplay;flatpaneldisplay
人们获取信息的途径有两个方面:一是通过声
音的传输与收听,二是通过图像的传输与收看。图像
信息包括各种视频图像信号、数据信号、图表、仿真
图形等。随着信息化技术的发展,对信息显示设备的
要求越来越高,要求显示设备显示的图像清晰,希望
显示的图像要足够大。多大的显示图像尺寸是大屏
幕显示昵?还没有一个确切的定义,但是一般认为显
示屏幕大于40in的才能叫大屏幕显示,而小于40in
的称为中小屏幕显示。
1 CRT显示
谈大屏幕显示的发展必须先回顾CRT显示,因
为CRT显示是发展最早、技术非常成熟的~种显示
器件。用彩色CRT显示器件制造的彩色电视机或彩
色监视器到目前为止仍在被人们大量使用着,它的
屏幕尺寸由14in、16in⋯⋯一直到34in,大于34in
的彩色显像管由于制造工艺的困难,很难量产。
彩色显像管的工作原理是用电子枪发出高速运
动的电子束轰击涂在显像管玻壳内面的红、绿、蓝荧
光粉,使其发出红、绿、蓝三基色光,由于电子束是被
视频信号调制的,红、绿、蓝三基色光的强弱随着视
频信号的大小而变化,再通过彩色相加原理形成彩
色图像。由于多年的技术进步,彩色显像管显示的彩
色图像的颜色最接近于自然界的色彩,或者说,彩色
显像管电视机或监示器显示的图像色彩还原能力是
目前各种显示器件中最好的。
收稿日期:2009—03—30 May,2009,总第l帅期 现代显示AdvancedDisplay11
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2 CRT投影大屏幕彩色显示技术的
发展
1990年代中后期,用CRT彩色投影管研制的投
影机问世,并大量用于各种娱乐场所,如卡拉OK歌
厅、电子游戏厅等,由于投影技术实现了大屏幕显示,
图像尺寸可以达到40in~100in。但是由于用彩色CRT
投影管做的前投影机,投射到屏幕上的图像亮度低,对
比度也不大,使用环境不能太亮,而且价格较高,很难
进入家庭。在1990年代末期,国内长虹电器股份有限
公司研制出了用彩色CRT投影管的40in背投影电视
机,并大批量生产投放市场,其他各大电视机厂也相继
推出了40in、42in、48in等屏幕尺寸的CRT彩色背投
影电视机,这可以说是我国大屏幕显示产业起步时期。
其产品除供应国内市场外还远销到美国。
在这一时期,液晶显示技术和等离子显示技术也
很快发展,小尺寸的液晶显示器问世,大尺寸的等离
子显示器也研制成功,并有产品问世,但是价格昂贵,
老百姓买不起;在这一时期作为微显示(MD)的液晶
器件和DLP技术也在快速发展,但是由于技术和价
格等诸多因素还不能形成为老百姓接受的商品,所以
大屏幕CRT彩色投影机有一段产、销的黄金时期。但
是它的一些缺点也开始引起人们的广泛关注:
(1)会聚调整困难,在工厂生产过程中此道工序
用人最多,也最费工时:
(2)图像清晰度差,图像亮度和对比度还不能满
足人们对高质量显示图像的要求:
(3)电路复杂,故障率相对来说较多:
(4)功率消耗大。
CRT彩色背投影电视机从诞生到大批量生产,
再到逐渐退出市场,虽然经过了短短几年的时间,但
是它为我国后来的微显示投影技术的发展起到了培
养和锻炼人才的作用。
3平板显示技术的迅速发展
这里所讲的平板显示技术是指液晶平板显示技
术(LCD)和等离子平板显示技术(PDP),其他平板
显示如发光二极管显示技术(LED)、有机发光二极
管平板显示技术(OLED)等另有叙述。
3.1 液晶显示技术
液晶显示技术发展很快,液晶显示器件多种多
样,但是作为图像信息显示的液晶显示器件
TFT—LCD的发展尤为迅速。TFT—LCD是薄膜晶体
管有源矩阵寻址型液晶显示器件,它是微电子技术
和液晶显示技术相结合的一种高性能的视频显示器
件,近年来得到了快速的发展。从1995年以后其技
术开始快速发展,主要体现在它的显示图像的分辨
力的提高、观看视角的增大、响应时间的缩短、显示
图像的亮度、对比度的提高等方面。同时生产工艺的
进步使液晶显示器件的几何尺寸也快速增大,生产
液晶显示器件的生产线由第1代线、第2代线、第3
代线、第4代线⋯⋯到第10代线,不同代次的生产
线加工的基板尺寸不同。例如,第1代生产线基板尺
寸为300X400mm,适宜加工生产10in以下的液晶
显示器件和10.4in、13.3in的液晶显示器件;而第5
代生产线基板尺寸为1,100X1,250mm,适宜加工
生产15in、17in和18in的液晶显示器件。
由于液晶显示技术的不断进步,液晶显示器件
可以做到47in、52in、55in⋯⋯108in,由于生产工艺
的进一步成熟,液晶显示器件的成品率提裔,使市场
价格大幅度下降,例如创维公司2004年9月43in
平板液晶电视机售价为26.800元(约合1in售价
623元),而2007年12月创维公司的47in平板液
晶电视售价为14,990元,而2008年12月创维公
司的47in液晶电视售价下降到5,990元。液晶电视
的降价速度超过了被誉为IT界第一定律的摩尔定
律,为液晶电视进入家庭创造了价格的优势。
3.2等离子(PDP)显示技术
等离子显示技术是与液晶显示技术差不多在同
一时期发展起来的一种大屏幕显示技术。等离子显
示器是利用气体放电产生的紫外线激发红、绿、蓝三
种荧光粉发光,这一点与彩色显像管有些类似,所以
等离子显示器和等离子电视机的色彩还原较好,而
且等离子电视机从一开始就以40in以上的大屏幕
电视机或显示器问世。PDP产品的优点是主动发光
显示器件,其色彩、视角、对比度、耐恶劣环境等方面
的性能都是不错的,但是由于它的像素点是由一个个
小放电室形成,小放电室中有高压电极和隋性气体,由
高电压引起隋性气体放电产生紫外线来激发小放电室
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中的红、绿、蓝荧光粉发出R、G、B三基色光,小放电室
即它的基本像素点不能太小,因此小屏幕尺寸的PDP
产品的分辨率不可能做得太高,而且PDP屏的结构复
杂,成品率低;屏的驱动电路复杂,因此生产成本高,使
得早期的PDP产品价格高,其产品多用于商务领域。
经过多年的技术和生产工艺的进步,PDP产品的屏幕
小尺寸可以做到32in,像素数为852X480,大尺寸可
以做到65in,像素数为1,920X1,080,可以实现高清
晰度图像的显示。
3.3液晶显示技术和等离子显示技术的比较
等离子(PDP)显示技术与液晶显示(LCD)技术
是平板显示技术中两个重要分支,目前家电市场上主
要是这两种显示技术的产品,这两种显示技术是在发
展中竞争,在竞争中发展。从这十几年来的发展情况
来看,LCD略占上风。据中国电子商会(2008年中国
平板电视消费市场竞争状况及2009年消费需求趋
势预测
》数据显示,2008年国内平板电视需求量
达1,220万台,其中液晶电视1,100万台,占总量的
90%,等离子电视120万台,占总量的10%。为什么
会出现这种局面呢?这是由以下一些情况决定的:
3.3.1 屏幕尺寸
液晶显示技术的液晶屏的尺寸从小到大非常之
多,小到几英寸,大到几十英寸甚至上百英寸的液晶
屏品类繁多,而等离子显示技术由于像素的体积不
能做得太小,所以等离子显示屏不能做的太小,早期
等离子显示屏尺寸最小是42in,经过技术和生产工
艺的改进,现在已有32in的等离子屏。因此等离子
显示技术的应用受到屏尺寸的限制。
3.3.2显示屏的像素数
液晶显示屏的像素小,尺寸很小的屏就可以实
现高清晰度,例如26in的LCD电视机的像素数能
做到1,366X768,而32in的PDP电视机的像素数
仅为852X480。
3.3.3价格
等离子电视机的价格高于液晶电视机。
3.3.4发光效率和亮度
PDP是自发光器件,它的发光效率比较低,目前
为1.8。5.0Im/W,因此PDP电视机的亮度较低:因
为LCD是用外光源,可以用提高外光源的光通量来
提高LCD电视机的亮度,因此PDP电视机的亮度比
LCD电视机低。
3.4液晶显示技术和等离子显示技术面临的
危机
虽然液晶电视机和等离子电视机目前在市场上
占有重要的地位,但是在全世界注重环保和发展循环
经济的今天,由于液晶电视机和等离子电视机的功耗
大,特别是大屏幕的液晶电视机和大屏幕的等离子电
视机功耗尤其大,例如50in的等离子电视机功耗为
56饥Ⅳ,52in液晶电视机的功耗为290W,103in等离
子电视机功耗为1.5kW。这样大的电力消耗,显然对
节能和环保不利,PDP显示技术和LCD平板显示技
术的电视机或显示器屏幕尺寸越大其功耗也越大。最
近IEC制定了音频、视频和相关设备的功耗测量方
法,国外一些大企业已淡出PDP市场,据英国媒体
<英国邮包)2009年1月12日报道,欧盟的一些国家
正在酝酿禁止生产和销售功耗大的PDP电视机,以
遏止全球气候变暖的趋势。这些动向表示在今天全球
都关注环保和节能的情况下,对于大屏幕尺寸的
PDP显示技术和LCD平板显示技术《大屏幕LCD平
板电视的功耗也是很大的)发展前景提出了一个大大
的问号,值得大家很好的思考o
4 MD大屏幕显示技术的崛起
MD是微显示的英文缩写,MD大屏幕显示技
术是近十几年发展起来的一种大屏幕显示技术,它
的基本原理是以尺寸很小的显示器件(一般为
0.5~2.0in)作为成像器件,用光学放大的方式把成像
器件上的图像投射到大屏幕上,在大屏幕上看到的
是把成像器件上的图像放大了几十倍或者上百倍的
图像,这也就是通常所说的投影显示技术。
在MD微显示器件中,目前共有3个品种,即
光反射式的数字微镜装置DMD、光透射式的高温多
晶硅薄膜晶体管有源矩阵驱动液晶显示器件
TFT—LCD和属于光反射式液晶显示器件的硅基液
晶LCoS。从技术原理上看,虽然三种显示器件的工
作原理不同,但是它们构成MD大屏幕投影显示的
原理是相同的。用这三种微显示器件制成的MD微
显示投影机各具特点,并在市场竞争中取得了不断
的技术进步,从而使MD投影机成为50in以上的
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大屏幕显示设备市场中不可或缺的产品,以下从几
个方面概述这三种技术的优缺点:
4.1 开口率
MD器件的开口率定义为显示器件上像素总面
积与芯片总面积(包括吸收光的无效面积)之比。开
口率大表示成像器件透过的或反射的图像光的光通
量大,显示在投影屏幕上的图像亮度高。透射式的
TFT—LCD中的TFT(薄膜晶体管)要占去一个像素的
一部分面积,这部分面积会隔断光路使图像光不能
透过,在两个像素之间还有宽度约1.5mm的信号
线及寻址线也会阻断光路使图像光不能透过,因此
TFT—LCD器件的开口率就会减小:LCoS的有源矩
阵驱动电路置于液晶像素的背面,LCoS的液晶像素
中就没有占去一个像素的一部分面积的TFT,因为
信号线及寻址线置于液晶像素的背面,因此LCoS
的液晶像素之间的绝缘框宽度很小,不大于0.35
mm,它的开口率大:DMD的微镜(像素)之间的间
隔为0.7~1mm,介于LCoS和TFT-LCD之间。
由以上分析可看出三种技术的投影机在同样的
芯片尺寸和同样的器件分辨率条件下,LCoS开口率
最高,TFT—LCD开口率最小。三种技术的投影机的
图像亮度由高到低的顺序为LCoS投影机、DLP
(DMD)投影机、TFT—LCD投影机o
4.2显示图像的像素效应
当近距离观看屏幕上显示的图像时,发现图像
像素间呈现暗格,一般称之为图像的像素效应或窗
纱效应。这是由于像素之间的间隔大引起的,例如
LCD的像素之间的信号线和寻址线使像素之间存在
缝隙,就可以造成显示在屏幕上的图像有这种像素
效应:DMD微镜间隔1mm,小于LCD,窗纱效应不
严重,只有在近距离才能观察到它的每个微镜中心
有固定点黑斑:在LCoS中不反射光线的绝缘框宽
度不大于0.35mm,几乎没有窗纱效应,因此LCoS
芯片显示的画面最细腻。
4.3响应速度
显示器件的响应速度是指其脉冲前沿上升响应
和脉冲后沿的下降响应之滞后时间,反映在显示的图
像上的现象是快速运动的图像有拖尾现象。LCD微显
示器件的响应速度一般可达8ms,对于场频60Hz时
16.66ms或场频50Hz时20ms的场周期而言,应
该是够快了。但实际液晶分子排列变化确实滞后于电
信号,脉冲信号前沿、后沿均以10%和90%为限的测
试方法,所以LCD液晶显示快速运动物体的图像时仍
存在淡淡的拖尾。DMD的响应速度以往达到了
5ms,更新一代的芯片已经达到2ms,毫无疑问是
三种MD投影机显示器件中响应速度最快的,三片
DLP投影机显示的高速运动画面显示质量是无可挑
剔的。至于单片DLP投影机的所谓”彩虹拖尾。是时
间混色法所致,与反应速度无关,不能混为一谈。LCoS
的液晶层很薄,所以响应速度能够加快。目前的产品响
应速度可以达到2ms,虽然慢于DMD,但比LCD有
显著提高,显示快速运动画面效果也很好。
4.4分辨率及芯片尺寸
从产品的像素结构和制造工艺而言,在相同芯片
尺寸的条件下,按目前的技术水平,DMD实现高分辨
率最困难,而LCoS最容易实现高分辨率,同时仍可保
持较高的开口率。目前,逐行全高清FullHD芯片分辨
率及格式为1,920X1,080p,三种MD投影显示的典
型产品中,LCoS芯片尺寸最小(例如,索尼的为0.61in;
JVC的为O.7jn)开口率高达90%一92%:DMD芯片
尺寸最大(例如,DarkChip3尺寸为0.95in)开口率约
为85%:LCD芯片尺寸居中(例如,爱普生的D6级芯
片的尺寸为0.74in)开口率约为70%。值得指出的是,
缩小芯片尺寸有利于减小光学器件尺寸使光引擎体积
小,这对降低整机成本意义重大。
在MD投影机产品发展过程中,3LCD投影机
曾经以其良好的画质及性能价格比优势而占据绝大
部分市场份额。近5年来,采用单片DMD的DLP
投影机整机成本降至接近3LCD机的水平,其图像
质量也随着DMD芯片技术和色轮技术的改进而提
高,逐渐扩大其市场份额,迄今已是。三分天下有其一。
的局面。而今LCoS投影机又以其色彩、清晰度、光效率
俱佳的特点成为投影机市场上引人注目的’黑马。。
MD大屏幕投影显示具有以下一些特点:
(1)它很容易实现大屏幕显示,显示图像的大屏
幕尺寸可以从40in一直到200in甚至更大;
(2)整机电源消耗功耗小,而且随着投影显示的
图像尺寸的增大,功耗增加很少,一般MD投影显示
14现代显示AdvancedDisplay May,2009,总第100期
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的整机功耗在100—300W。一台72in的MD投影显
示器功耗。<270W,而一台65in的LCD电视机功耗为
550w,一台65in的PDP电视机功耗为720W,一台
100in的PDP显示器功耗却有1.5kW:
(3)成本低,价格便宜,这是MD大屏幕进入家
庭的优势:
(4)便于系统集成,可以用MD大屏幕投影显示
器拼接成高清晰超大屏幕显示器,即通常所说的大
屏幕拼接墙,这种系统集成方式广泛用于会议、展
览、各种控制、调度、指挥中心等领域:
(5)电子白板,这是MD投影机的独特功能,用
于教育领域或会议、研讨,可以书写、可以演示:
(6)把MD投影机与计算机进行系统集成,可进
行人机对话,多点人机互动等功能,这就是目前所说
的桌面计算机:
(7)用MD技术开发的手机投影机《也称口袋形
投影机)已经问世,用LCoS显示器件,用LED做为
光源。目前的技术水平:可以投射出50in到70in的
大图像,电池的容量可使用2hr,也就是说可以放映
一部电影,是一个很有前途的产品。
MD投影机由于它所用的投影灯泡使用寿命和
更换灯泡的价格问题,在进入家庭过程中受到了很
大的影响,为此,近年来研发了LED光源和激光光
源并已开始用于MD大屏幕投影机,使MD投影机
的使用寿命大幅度提高,可与平板显示器一比高低。
5各种大屏幕显示器件快速发展
时代在前进,技术在不断进步。显示技术不断发
展,新的显示器件不断出现,例如场致发射显示器件
(FED),电致发光显示器件(ELD),真空荧光显示器
件(VFD),有机发光二极管显示器件(0LED)等等。
其中最有希望成为大屏幕显示器的就是有机发光二
极管显示器件OLEDoOLED是使用有机材料的电
流注入型固态自发光器件来产生彩色图像的新型显
示器件,分为有源矩阵方式的AM—OLED和无源矩
阵方式的PM—OLED。PM—OLED适用于小尺寸的
图像显示,其发展前景不被看好,而AM—OLED适
用于中、大尺寸图像显示特别是大尺寸图像显示,
PM~OLED面板在2006年创下了4.5亿美元的销
售高峰后市场规模就逐渐缩小,预计2009年下半年
AM—OLED面板的销售额将超过PM—OLED面板。
OLED显示器的技术特点是:
(1)是自发光器件,驱动电压低(直流10V以下);
(2)是全固态器件,无真空腔,无液态成分,耐机
械振动性能好;
(3)工作温度范围广,可从一40。C一十70℃;
(4)视角宽,上下左右视角都超过1700;
(5)显示图像的亮度和对比度高,亮度可在达
300cd/m2以上:
(6)分辨率高:
(7)功耗低:
(8)显示图像的响应速度快,为微秒量级。
现在用OLED做的显示器尺寸已有32in,40in
的OLED显示器正在研发。随着技术、工艺的完善,
OLED平板显示器必将成为大屏幕显示器件中有竞
争力的一种显示技术。
6我国大屏幕显示的机遇与挑战
目前在我国市场上显示技术类的产品有34in
以下的CRT彩色电视机和液晶电视机,32—65in的
液晶平板电视机和等离子电视机,有大尺寸的前投
影机和MD背投影机等等。这些产品中有家庭应用
和专业应用两大门类,当然以家庭应用数量巨大,其
中进入家庭的销量最大的是CRT彩色电视机、液晶
平板电视机、等离子电视机:MD前投影机和背投影
机目前以专业应用为主。众所周知,我国在显示技术
上与国外的差距还是较大的,平板显示技术上我们
缺乏核心技术。所以在生产平板显示器满足市场的
需求时,更应该在其它的大屏幕显示技术领域如
MD投影显示技术、OLED大屏幕显示技术等方面
迎头赶上,不能老是跟在别人的后面走。
作者简介:阎双耀]93卜),河北安平人,教授级高级
工程师,1964年毕业于清华大学无线电电子学系,长
期从事工业电视和广播电视彩色电视接收机的设计开
发和生产技术工艺管理,从1996年开始进行CRT彩
色投影电视机、LCD投影电视机和LCoS投影电视机
的设计开发及生产技术工艺管理,现为中国电子视像
行业协会大屏幕显示设备分会专家委员会委员,
E—mail:ysy@newpeony.com.cno
May,2∞9,总第l∞期
幸
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浅谈大屏幕显示
作者: 阎双耀, YAN Shuang-yao
作者单位: 中国电子视像行业协会大屏幕显示设备分会专家委员会,北京,100026
刊名: 现代显示
英文刊名: ADVANCED DISPLAY
年,卷(期): 2009(5)
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xdxs200905002.aspx
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