新型微显示技术
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2013-11-17 15
FED门 电子发射微锥
场发射显示器（FED）示意图
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。
2013-11-17 7
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。
2013-11-17 24
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。
2013-11-17 22
光栅光阀(GLV)
• GLV
光栅像素
镜面反射 光栅能周期地调配红\绿\蓝 衍射
2013-11-17 23
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。
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。
• 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。
2013-11-17 2
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
2013-11-17 27
8,LED大屏幕显示
• 1964年世界上第一只红色Ⅲ-Ⅴ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 940~540nm范围内发光的全固化，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。
激 光
2013-11-17 32
10，Holoscreen
• 全息背投屏 Holoscreen是一片半 透明的显示屏幕，可让 观众同时看见屏幕上的 画面与屏幕背后的景物
2013-11-17 33
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。
3,等离子显示板
（Plasma Display Panel ，PDP）
前板玻璃 透明电极 介电层 保护层 色彩荧层 间隔肋 玻璃基板 寻址 电极
• 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。
2013-11-17 21
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。
2013-11-17 8
DLP的基础是DMD
• DMD • Digital • MicrroMirror • Device
2013-11-17 9
DLP显示系统
2013-11-17 10
DLP显示系统
2013-11-17 11
DLP/DMD
DMD
电子控制
• DLP
光学元件
光源
色轮
DMD
2013-11-17 12
2013-11-17 28
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。
2013-11-17 29
9，数字打印全息（DPH）
• 数字打印全息
视频全息显示（Holovideo）
3，全息Hale Waihona Puke Baidu印系统
2，绘制全息掩模
Hologram/3D Print sizes
100x140cm
1，创制3D景物
大批复制的打印全息图
2013-11-17 30
视频全息显示（Holovideo）
• Holovideo制作步骤
2013-11-17 31
视频全息（Holovideo）
• 时实动态再现图像
3D景物 离散化 计算机 高速帧缓存 信号处理
2013-11-17 19
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， • 下右边为LCD显示;下左 为OLED.
2013-11-17 20
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。
2013-11-17 40
(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。
2013-11-17 3
几种现代显示技术
• 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）
2013-11-17 25
LCD显示结构
示意图
• LCD工作原理示意图
2013-11-17 26
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 1024×768，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。
全息图横断面
全息图
透明板
2013-11-17 34
全息背投屏
• holo
2013-11-17 35
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” 。
2013-11-17 36
新一代背投显示屏
Next Generation Rear Projection Displays
• H
2013-11-17 37
全息背投屏的特点
耐候性 高透光性
高亮度、高对比度
• holo
可触摸 抗UV 易保养
2013-11-17 38
全息背投屏
• 全息
2013-11-17 39
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
2013-11-17 1
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）。
• 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)
2013-11-17 4
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。
阳极 色彩荧 行电极 列电极
2013-11-17 16
AM-FED
• 活性矩阵场发射显示
2013-11-17 17
微锥场发射FED
• FED
2013-11-17 18
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。
2013-11-17 5
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.
2013-11-17 6
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），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。
2013-11-17 13
PDP的结构示意图
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”)
2013-11-17 14
4,场发射显示 器（FED）
色彩单元
• 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。
FED门 电子发射微锥
场发射显示器（FED）示意图
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。
2013-11-17 7
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。
2013-11-17 24
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。
2013-11-17 22
光栅光阀(GLV)
• GLV
光栅像素
镜面反射 光栅能周期地调配红\绿\蓝 衍射
2013-11-17 23
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。
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。
• 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。
2013-11-17 2
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
2013-11-17 27
8,LED大屏幕显示
• 1964年世界上第一只红色Ⅲ-Ⅴ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 940~540nm范围内发光的全固化，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。
激 光
2013-11-17 32
10，Holoscreen
• 全息背投屏 Holoscreen是一片半 透明的显示屏幕，可让 观众同时看见屏幕上的 画面与屏幕背后的景物
2013-11-17 33
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。
3,等离子显示板
（Plasma Display Panel ，PDP）
前板玻璃 透明电极 介电层 保护层 色彩荧层 间隔肋 玻璃基板 寻址 电极
• 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。
2013-11-17 21
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。
2013-11-17 8
DLP的基础是DMD
• DMD • Digital • MicrroMirror • Device
2013-11-17 9
DLP显示系统
2013-11-17 10
DLP显示系统
2013-11-17 11
DLP/DMD
DMD
电子控制
• DLP
光学元件
光源
色轮
DMD
2013-11-17 12
2013-11-17 28
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。
2013-11-17 29
9，数字打印全息（DPH）
• 数字打印全息
视频全息显示（Holovideo）
3，全息Hale Waihona Puke Baidu印系统
2，绘制全息掩模
Hologram/3D Print sizes
100x140cm
1，创制3D景物
大批复制的打印全息图
2013-11-17 30
视频全息显示（Holovideo）
• Holovideo制作步骤
2013-11-17 31
视频全息（Holovideo）
• 时实动态再现图像
3D景物 离散化 计算机 高速帧缓存 信号处理
2013-11-17 19
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， • 下右边为LCD显示;下左 为OLED.
2013-11-17 20
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。
2013-11-17 40
(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。
2013-11-17 3
几种现代显示技术
• 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）
2013-11-17 25
LCD显示结构
示意图
• LCD工作原理示意图
2013-11-17 26
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 1024×768，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。
全息图横断面
全息图
透明板
2013-11-17 34
全息背投屏
• holo
2013-11-17 35
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” 。
2013-11-17 36
新一代背投显示屏
Next Generation Rear Projection Displays
• H
2013-11-17 37
全息背投屏的特点
耐候性 高透光性
高亮度、高对比度
• holo
可触摸 抗UV 易保养
2013-11-17 38
全息背投屏
• 全息
2013-11-17 39
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
2013-11-17 1
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）。
• 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)
2013-11-17 4
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。
阳极 色彩荧 行电极 列电极
2013-11-17 16
AM-FED
• 活性矩阵场发射显示
2013-11-17 17
微锥场发射FED
• FED
2013-11-17 18
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。
2013-11-17 5
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.
2013-11-17 6
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），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。
2013-11-17 13
PDP的结构示意图
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”)
2013-11-17 14
4,场发射显示 器（FED）
色彩单元
• 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。