军用显示器技术与发展概述

军用显示器技术与发展概述
一、概论
显示器是人机交互的重要工具,存储器是保存数据的关键部件。

对现代战争而言,这些军用外设的优劣直接影响各军用系统的效能,并可能关系到战争的胜负，军用显示屏的特点：亮度高、阳光下可视、极佳的视觉效果。

坚固的全铝
质结构，适用范围广。

长寿命、可靠性高。

快速的响应时间，无拖尾，无抖动。

超宽视角，可在任何角度观看清晰画质。

显示设备作为人机交互的直观手段,在战场、海陆空三军的作战指挥、武器控制及信息处理系统中占有十分重要的地位。

军用计算机,从大型主机到笔记本式便携机,都必须配置显示设备。

显示设备(软拷贝)可分为CRT和平板显示两大类。

几年前有人曾预言：CRT作为军用显示器很快会被淘汰。

但国外近年调查
表明,CRT近期仍作为优选技术之一,占据不小的市场份额。

CRT技术已有40多
年的积累,基础雄厚。

它有"三C"优势：①价格(Cost)方面：从投资效率(当年
减上年销售额的余额与上年设备投资的比值)、制造周期、销售比(研究开发和
设备投资的总投入与销售额之比)诸方面看,CRT目前仍占有绝对优势。

②彩色(Color)方面：CRT仍然比包括LCD、PDP在内的平板显示器好。

③构型(Configuration)方面：在响应速度、分辨率及显示亮度方面,CRT都比平板显
示器好。

因此,轻率宣布CRT"死刑"缺乏科学依据,且言过其实。

从技术和市场
发展趋势来看,平板显示器充满活力,具有迅速增长的势头,特别在要求轻、薄和节能的军事应用场合有巨大潜力
由于CRT(阴极射线管)是电真空器件，存在着体积大、较笨重、电压高、
耗能大、图像易扭曲.有X射线等弱点。

液晶LCD监视器的出现，开始动摇CRT
霸主地位，有与CRT抢占市场。

逐渐成为主流产品的趋势。

二、军用显示器应用
据美国Armada International,1995年2月"'眼见为实'现代显示技术"一
文追溯：CRT阴极射线管作为军用显示方法的概念性研究论证始于1906年,到
20世纪30年代后期(二战期间)首次应用于显示雷达信号。

50年代初用于计算
机的输出显示。

60年代制成液晶显示(LCD,Liguid Crystal Display)、等离子
显示(PDP,Plasma Display Panel)、电致发光(EL,Electroluminescent)和发光
二极管(LED)。

1.平板显示器与液晶显示应用平板显示器用于军事系统始于美国1983~1987财政年度投资为美国海军研制的"轻型模块显示系统(LMDS)"。

1985年,美国为海军的F/A-18、F-14D"雄猫"型飞机研制LCD。

科学应用国际公司(SAIT)研制成一种模块化彩色AMLCD显示系统(显示器模块、控制器、处理器及
存储部件),能为不同应用领域提供标准模块。

在空军应用方面,为替代E-3A、
KC-135、F-15等机型的机电式水平态势显示器(HSI),Ovonic图像系统公司(OIS)曾为SAIT公司提供AMLCD显示器。

美国陆军Siko-rsky飞机是由波音公司承担
制造的,其座舱多功能显示器也是OIS提供的AMLCD。

该显示器主要性能指标有：显示幅面15.9×15.9cm2,512×512像素,16级灰度的颜色,1万英尺烛光亮度条
件下其对比度为4：1；视角水平方向观察为±45°,垂直方向为+45°~-25°。

加拿大为贝尔---麦道公司直升机提供过彩色AML-CD；为C-130运输机提供座
舱显示；还为美国的先进技术战斗机(ATF)提供过类似产品。

LCD原理是由美国RCA的Sarnoff研究中心发现的,由于技术性失误,未进行生产技术开发,致使日
本公司控制了世界市场的90%以上。

在大屏幕有源矩阵LCD(AMLCD)方面,日本公
司占有95%以上的市场份额。

又由于美国政府采取保护性政策,向进口的AMLCD
征收62.67%的反倾销税,增加了美国计算机工业及其军品的成本。

因此,美国政
府被迫于1993年6月撤消该税收,这是政策性失误。

1994年7月,先进科研项
目局(ARPA)选择Xerox Palo Alto研究中心,联合AT&T、Standish工业公司重
组集团,利用成熟的技术开发民用制造技术,以满足航空机载及战场所需的平板
显示器。

近期已生产一批13英寸、630万像素的AMLCD样机。

2.等离子显示器
应用等离子显示器方面,SAIT公司的8000系列显示终端既有军用规范(M)型,也
有加固(R)型,已用于"鱼叉"导弹系统和"三叉戟"Ⅱ武器系统。

美国海军1985年
已研制成"海军潜艇用等离子显示器",据称可用于多种核动力潜艇。

大屏幕直视(非投影式)显示系统一直是指控中心急需的关键设备。

光电子系统公司和北美
菲力普电子系统公司联合研制成世界上最大的全密布点阵显示器,由2048×
2048像素矩阵组成1.5m的ACPDP显示屏。

先进科研项目局重组的集团在等离
子显示器方面也有进展,用于AWACS、E-8和P-3飞机。

美国防止再发生战略性
失误。

3.发光二极管显示应用LED主要用于微型平视显示,如飞机座舱、轻便通
讯显示、以及手持轻型数字指挥终端等。

4.电致发光显示应用电致发光显示是
一种全固化、不需充填液晶式气体、适应恶劣环境的显示技术。

80年代中后期,该技术在各国军方先进武器装备中日益获得采用。

5.头带式和头盔式显示器应
用飞机领航员迫切需要的头带式显示器(Headup Dis-play,HUD),要求人的头部
保持特殊方位,以便观察到显示面上的符号信息,并且多为单色显示。

HUD已用
于美国F-15、F-16战机及C-17运输机。

头盔式显示器(Helmet-mounted Display,HMD)原先利用1/2或1英寸的小型CRT实现。

它有三个缺点：第一,多为模拟显示,与数字化战场趋势不符；第二,分辨率有限；第三,高电压环境下工作不安全,笨重、功耗大等。

与HUD相比,HMD的突
出优点是可以自由跟踪人的头部运动,视角大、观察范围宽。

美国航空系统中心正在开发全彩色HMD,利用AML-CD及减色(Subtractive Color)法实现微型HMD。

估计世界上约1万台HMD安装在北大西洋公约组织及以色列的航空器上。

俄罗
斯战机,尤其是米格-29战机全部装备了HMD。

三、不同平板显示器的特点及应用
显示技术是利用电子及光电子技术提供变换视觉信息的一种技术。

显示器
的组成包括显示器件及其控制处理部件。

显示器的功能是按人的心理、生理特点,采用适当的方法改变光的强弱、波长(即颜色)及其特征,组成各种形式(数符、图形、图像)的视觉信息。

据统计,人的感觉器官中,通过视觉摄取的信息占80%
以上。

平板显示技术在本质上是光电技术的一个分支。

现简要叙述它们各自的
特点和局限。

1.液晶显示它通过改变电场中液晶分子的排列来调制外界光显示信息。

扭
曲向列型(TN-LCD)的显示性能、尤其是对比度(Contrast Ratio),随LCD尺寸增大而不断降低。

超扭曲向列型(STN-LCD)向薄型、彩显方向发展。

唯有AMLCD包括二端器件矩阵(MIM)和三端器件矩阵(TFT),在军事应用中有较广泛的发展前景。

LCD的优点是：①低电压(3~5V)、微功耗(工作电流仅为μA/cm2量级)；②易于彩色化,在色谱上可准确复现,彩色失真极小,通过在像素上加彩色滤色片即可实现；③工作时电磁辐射极微弱。

其主要缺点是：①被动型显示,本身不发光,在
黑暗环境下必须配外光源或背景光源；②视角较小；③亮度、响应速度、对比
度较差,有待改进；④多数产品工作温度范围不够宽。

2.等离子显示器它利用气体放电发光来显示图像和信息。

外加电场使气体
离化,在离子和电子复合时发光。

离化状态的气体称作等离子体,故此得名。

PDP 的主要优点是：①视角大,可达120°~160°；②显示面积大,交流PDP(ACPDP)
工作寿命超过5万小时,或连续工作6年,失效率优于10-4。

作为加固或军用产品,其主要缺点是：①工作电压较高,一般为80~150V；②如暴露在低气压环境,
会因为充填气体的"膨胀"而影响性能；③显示亮度不够。

彩色化、提高发光效
率和亮度、简化结构和工艺是其技术发展的方向。

3.电致发光显示它通过交变电场中的荧光粉被激活而发光显示。

因70年代交流薄膜电致发光器件的突破,使它于80年代进入实用化。

它是目前唯一直接
将电能转化为光能的全固体薄膜平板显示器件。

其主要优点是：①高对比度,可在阳光下直接阅读信息；②宽温,器件在-55℃~+125℃的军品级条件下正常工作；
③视角大,120°~160°,可供多人同时观看；④可在高空、低气压环境下工作,
是加固或军用的优选品种之一。

其缺点是：①工作电压较高；②分辨率、显示
亮度及彩色化方面有待改进。

AMEL比AMLCD功耗低(因为无背光源)、操作温度
范围宽。

4.发光二极管显示它通过载流子和空穴复合发光显示信息,发光颜色有红(R)、绿(G)、黄(Y)三种。

其中,红色光亮度最高,蓝色光尚待实用化。

其主要优点是：①工作电压低,1.5~2V直流,一般用于仪表指示。

②宽温,在-30℃~+80℃；
③响应速度快,约10μs；④可靠性较高,寿命长。

其缺点是工作电流较大。

目
前国外军方优选LCD,同时将PDP、EL作为可选器件,针对不同应用环境权衡抉择。

5.铁电液晶显示(FE-LCD)这种新型液晶显示器于1993年由美国HP公司制作,日本佳能公司投资扩产,拟生产38~61cm单色FE-LCD。

早在1993年,佳能已
研制成功21英寸彩色FE-LCD样机。

其军事应用尚待开拓。

6.场致发光显示器(FED)虽然AMLCD是目前功耗最小的器件,但宇航及便携式产品市场迫切需要功
耗更低的器件,这就导致了FED的开发。

FED的高效率应归功于采用阴极发光磷
物质,其90%的功耗用于发光,不发光时功耗极小。

LCD无论显示亮或暗,背景光
源总是处于工作状态,所以功耗仍嫌大。

另外,由于FED没有遮光板,使大多数电流消耗在磷发光方面,因此提高了整体效率。

据MicronDisplay技术公司称：一块10英寸、全彩色FED工作时功耗小于5W。

四、显示器资源线组现状及发展规划
显示器资源线组组基本上可以形成一个显示屏超市，产品种类包含
LCD,OLED,LCOS,EL等。

与欧美及台湾等地区的显示屏厂家有着广泛的合作。

显示器组目前以集中销售OLED微型显示屏为主，同时LCD，EL等产品也在积极的市场的推广中。

显示器资源线组，争取取得显示屏行业内的军工级显示屏在国内的代理资格。

同时在积极开发"高、精、尖"的显示屏资源。

显示器资源线组争取在LCD,OLED,LCOS,EL等显示屏方面，各自有2-3家成熟且科技领先的代理厂家，为销售的推广工作，提供更大的便利和支持。