电子电视:1907年,俄国科学家罗申克和英国科学家坎普贝尔·史文顿提出了电子扫描原理,为近代的电视技术提供了理论基础。而享有现代电视之父美誉的是俄裔美国科学家佐尔金。1933年,佐尔金研制成功了可以实用的光电摄像管和电视显像管。就在这一年,美国无线电公司的电视系统将240条扫描线构成的图像,成功地传输到4公里之外,显示在荧光屏上。1935年,英国广播公司用电子扫描电视取代了贝尔德发明的机械扫描电视。这标志着一个新的时代——电视时代的开始。
彩色电视:1936年,匈牙利工程师戈德玛科发明了彩色电视机。1940年,美国古尔马研制出机电式彩色电视系统。
电视墙:
高清晰度电视:
百花争艳:进入二十世纪九十年代,各种型号、各种功能的彩色电视从一条条流水线上源源不断地流入世界各地的工厂、学校、医院和家庭,把人们带进了一个五光十色的奇妙世界。“忽如一夜春风来,千树万树梨花开”,手机、电脑、PDA、银行取款机……,各种应用设备纷纷登场;液晶、等离子、场致发光、电致发光……,各种显示新品层出不穷;显示器的重量越来越轻,清晰度越来越高,色彩越来越亮丽。
虽然目前显示器品种繁多,但基本上可以划分为阴极射线管显示器和平板显示器。平板显示器包括液晶(LCD)、等离子体(PDP)、场发射(FED)、电致发光(ELD)、有机电致发光(OELD)、真空荧光(VFD)、发光二极管(LED)、有机发光二极管显示器(OLED)等。
2 显示技术产业现状
2.1 技术
显示器的优劣是由指标决定的,同一品牌、同一尺寸的显示器,由于指标不同,在价格上也会有不小的差异。那么这些指标是什么意思,究竟怎样才是好的呢?下面来介绍一些显示器常见技术指标的概念。
(1)点距
如果我们仔细观察显示屏,就会发现显示屏其实是由许许多多间隔的"小点"所组成,这些“小点”我们称为荧光点。点距是指屏幕上两个相邻荧光点的距离,点距越小,显示器显示图形越清晰。用显示区域的宽和高分别除以点距,即得到显示器在垂直和水平方向最高可以显示的点数。以14寸,0.28mm点距显示器为例,它在水平方向最多可以显示1024个点,在竖直方向最多可显示768个点,因此极限分辨率为1024*768。
(2)刷新频率
我们在显示器和电视机上看到的动态图像,实际上是由若干张静态图像连续“组成”的,在短短的一秒钟内,显示屏会进行许多次扫描。刷新频率分为垂直刷新率和水平刷新率,垂直刷新率表示屏幕的图像每秒钟重绘多少次,也就是指每秒钟屏幕刷新的次数,我们以Hz(赫兹)为单位。
水平刷新率又称行频,它表示显示器从左到右绘制一条水平线所用的时间,以kHz为单位。
水平和垂直刷新率及分辨率三者是相关的,所以只要知道了显示器及显卡能够提供的最高垂直刷新率,就可以算出水平刷新率的数值。所以一般提到的刷新率通常指垂直刷新率。
刷新率的高低对保护眼睛很重要,当刷新率低于60Hz的时候,屏幕会有明显的抖动,而一般要到72Hz以上才能较好地保护我们的眼睛。值得注意的是,一般厂商在广告中宣称的最高刷新频率指的其实是最低分辨率下的情况。
(3)分辨率
分辨率以乘法形式表现的,比如800*600,其中“800”表示屏幕上水平方向显示的点数,“600”表示垂直方向显示的点数。因此所谓的分辨率就是指画面的解析度,由多少象素构成,显然其数值越大,图像也就越清晰。分辨率不仅与显示尺寸有关,还要受显像管点距、视频带宽等因素的影响。
(4)控制方式
由于显示器在出厂时的设定的各项参数不一定适合我们的要求,所以在实际使用中,我们难免会对显示器作出一定的调整和控制,这就涉及到显示器的控制方式问题。从早期的模拟式调节到现在的数码式调节,可以说是越来越方便,功能也越来越强大了。数码式调节与模拟式调节相比,对图像的控制更加精确,操作更加简便,使用界面也友好得多。另外它可以让我们存储多个应用程序的屏幕参数,这也是十分体贴用户的设计。
介绍了显示器常见的指标后,我们再对各种显示器的技术分别加以叙述:
2.1.1 阴极射线管显示技术
球面显像管:顾名思义就是显像管外观上呈明显的圆弧状球面形,早期的显示器皆是如此。它的弱点就是显示的图像或文字容易失真或变形。而且其球面的管体容易反光,引起眼睛疲劳。除了还在一些低档次的14寸显示器中采用外,它已逐渐被淘汰。
平面直角显像管:相对球面显像管来说,它表面较平,其实也有一定的外弧度。在防止光线的反射和眩光方面也有了不少改进。由于技术成熟价格便宜,使之在15"以上的显示器中得到广泛的运用。
柱面显像管:近年来才发展成熟的一种高档次显像管,在垂直方向是平直的,水平方向有弯曲。垂直方向的直线造型既减少了图像的变形,也避免了上方灯光反射的干扰。
纯平显像管:它水平和垂直两个方向上实现真正的平面,以至于给人一种凹进去了的感觉,色彩的饱和度、对比度都十分出色,代表了CRT显示器技术发展的方向。
2.1.2 液晶显示技术
液晶显示器,在平板显示器市场中占主导地位。其实在平常应用中已经相当普遍。例如掌上游戏机、电子宠物、电子表、手机显示屏幕、计算器、个人电脑,以及部分家电用品的显示装置,都使用了液晶显示器。由于液晶显示器具备轻薄的特性,而且省电、几乎无辐射,因此被普遍用来作为电子产品的显示屏幕。液晶显示器的发展经历了动态散射液晶显示器、扭曲向列液晶显示器、超扭曲向列液晶显示器,到最新的薄膜晶体管液晶显示器。
2.1.3 等离子体显示器
等离子体显示器是一种发光型平板显示器,利用惰性气体放电产生紫外线,紫外线再激励平板内的红、绿、蓝荧光粉发光而产生彩色影像。其工作机理类似普通日光灯,电视彩色图像由各个独立的荧光粉像素发光综合而成,因此图像鲜艳、明亮、干净而清晰。
等离子体显示器是继CRT、LCD后的新一代显示器,其特点是厚度极薄,分辨率极佳。可以用作壁挂电视使用,占用极小的空间,代表了未来显示器的发展趋势。等离子体显示技术之所以令人激动,主要出自于以下两个原因:一是可以制造出超大尺寸的平面显示器(50英寸甚至更大);二是与阴极射线管显示器不同,它没有弯曲的视觉表面,从而使视角扩大到了160度以上。另外,等离子体显示器的分辨率等于甚至超过传统的显示器,所显示图像的色彩也更亮丽,更鲜艳。
2.1.4 投影显示技术
投影显示技术并不是一种独立的技术门类,但随着办公现代化的发展和家庭影院的蓬勃兴起,近年来投影显示技术发展迅速。其产品包括正投影机和背投影机,主要通过三种显示技术实现,即CRT投影技术、LCD投影技术以及DLP投影技术。
2.1.5 有机电致发光显示技术
有机电致发光技术被业界公认为是可能替代液晶的新一代显示技术。与液晶显示器相比,这种发光层由几十个纳米的有机发光薄膜构成的新型显示器不仅很薄,厚度仅为液晶显示器的三分之一,能耗也只有液晶显示器的一半,而且具有高亮度、视角宽、响应快、驱动电压低、在低温也能照常使用等特点。由于其是固态的,因此这种显示器具有很好的抗震性,已被美国军方安装到战斗机和坦克上试用。在未来几年内,这种显示器将主要应用于手机、数码相机、车载显示器、家电显示器、掌上电脑等信息设备上。随着技术的发展,利用这一技术甚至可以生产出大尺寸的壁挂式彩电、可卷曲的彩电以及用于电子书籍和报纸等新型便携式装置上。
2.1.6 场致发光显示技术
场致发光显示器是基于CRT显示技术研制出的新型平板显示器件,由几百万甚至上千万个微小发射尖组成的平面场发射阵列阴极底板及涂有 ITO透明导电膜和低压荧光粉的阳极玻璃板组成。在阴极和阳极电场的作用下,阴极发射的电子会渡越极短的真空间隙打到荧光粉上使之受激发光。为显示图象或活动画面,采用矩阵选址的扫描方式,图像扫描速度比通常的电视图像快3倍。
从原理上讲,场致发光显示器兼备目前应用最普遍的CRT和 LCD两类器件的许多优点。比CRT在厚度、重量、分辨率、功耗、X射线辐射等方面优越许多。比LCD在厚度、亮度、视角、响应时间、功耗及工作温度范围等方面也要优越许多。而且,它具有无需背景光源、画面尺寸大、模拟灰度等级高、转换电压低以及可利用有源矩阵液晶显示屏生产技术等优点。可以说,场致发光显示器是一种有潜力直接向LCD挑战的技术,应用前景十分广阔。
2.1.7 有机发光二极管显示技术
有机发光二极管显示技术,简称为OLED。它的体积非常小,小到可以放置在指甲上。OLED是通过电流驱动有机薄膜来发光的,发的光可为红、绿、蓝等单色,甚至可以达到全彩的效果。它的优点在于制造成本低、可自发光、无视角限制、反应速度快、耗电量低。采用OLED技术制造的大大小小、各种各样的显示器,比玻璃还要透亮,比玻璃还要薄,未来的OLED显示器甚至可以卷起来带着走,还可以根据客户的需求加以设计。
这个显示器的效果非常生动是因为它是在屏幕前聚光(即自发光)而不是从屏幕后面射出光。与液晶显示器相比较,因为液晶显示器本身并不发光,必须加装背光模组,外型厚重,耗电量也较多;而OLED是通电后自发光,自然能够做到超轻超薄了,更重要的是它的显示效果比液晶显示器更清晰、柔和,甚至在日光照射下画面仍然清晰。另外,OLED完全没有视角问题,目前,许多电子消费品制造商,像摩托罗拉、飞利浦、东芝、柯达都开始在他们的产品上尝试使用这种新技术。有关人员预计,在不久的将来,所有的移动电话和掌上电脑都将使用这种新的显示技术。其他的电子产品,包括数码相机、DVD机等也将陆续采用OLED显示技术。
2.2 产品
2.2.1 阴极射线管显示器
国际上具有代表性的纯平显像管产品有: Sony的“Trinitron™平面珑”显像管、三星的“DynaFlat”显像管、三菱的“钻石珑”显像管、LG的“未来窗”显像管等,纯平显示器生产厂家包括: Sony、美格、NEC、三菱、三星、LG、ADI、飞利浦等。
美格显示器是市场口碑比较好的显示器产品,其799FD型显示器采用了Sony的FD Trinitron™ 17英寸平面珑显像管,其特点包括:采用了专门针对视频播放而设计的“黄金眼”技术,具有五中视频增强模式;采用单键飞梭控制按钮,使用方便。主要性能指标如下:
点距 |
0.24mm栅距 |
最高分辨率 |
1600 x 1200 @ 75Hz 1280 x 1024 @ 85Hz |
最高刷新率 |
800 x 600 @ 160Hz |
行频 |
30~96KHz |
场频 |
50~160Hz |
带宽 |
203MHz |
相关辐射认证 |
TCO 99 |
2.2.2 液晶显示器
由于CRT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射线等致命弱点。液晶显示器的出现,开始动摇了CRT老大的地位,有与CRT抢占市场,逐渐成为主流产品的趋势。
2.2.3 等离子体显示器
2.2.4 投影机
2.2.5 最大的显示器
2.2.6 最薄的显示器
由于电子纸可以被成千次地使用,它将可能显著地减少办公室和家庭的纸张浪费。这种电子纸在现代纸张使用的许多领域都很适用,诸如传真封面、电报等临时需要或阅读一到两次就被抛弃的文件都可以用电子纸来生成和重新使用。其它的应用方式还包括电子纸杂志,它能够即时更新信息,并且使用动画的方式带给你相关报道;电子纸课本能够将几种课本合并到一本书上,允许学生浏览课程内容以及和传统图书一样进行批注。
2.2.7 最小的大分辨率显示器
2.2.8 最轻的电视机
2.3 应用
2.3.1 便携装置
便携式信息终端(如个人数字助理PDA)、手持式PC、笔记本PC(普通、小型或超小型)、移动电话、GPS(全球定位系统)汽车导向系统等都是平板显示器的应用对象,其中笔记本PC用LCD占LCD产值最大,达50%左右。今后几年,便携式信息终端市场年增长率可达16%,车载导向系统可增长70%以上,移动电话等通信系统可增长30%以上,普通笔记本PC增长12%以上。
2.3.3 监视器
平板显示器开始动摇CRT监视器的市场霸主地位,尤其是LCD正迅速向大屏幕方向发展,以适应台式计算机大屏幕LCD监视器及独立监视器的增长需求。虽然PC日益向轻薄短小发展,但监视器仍坚持“大即是美”的战略。目前15英寸LCD监视器己进入市场,18英寸产品有望成为未来几年市场的主流,而用于计算机辅助设计(CAD)/计算机辅助制造(CAM)工程工作站的20英寸LCD也开始进入高级监视器领域。
2.3.4 军事上的应用
军事部门对显示器有许多特殊的要求,如要求工作温度范围宽,能承受作战平台的震动和冲击,视角大,能在阳光下读出,像素格式和分辨率能与各种传感器的输出匹配等。因而,军事部门一直采用技术已相当成熟的阴极射线管显示器。但随着平板显示器技术的发展和成熟,其许多性能已与阴极射线管相匹敌,而其体积、重量小和功耗低的特点是阴极射线管无法实现的。因而,军事部门已逐渐接受平板显示器,扩展其应用范围,逐步用其它显示器取代笨重的阴极射线管,用于航空夜视眼镜、激光测距机/指示器、探雷用和通用头部显示器等装置。
场发射显示器以12英寸以下尺寸为主,多用于军事领域,如头盔显示器、武器定位系统、摄录机取景器以及航天器、飞机、坦克、汽车仪表盘、地图显示及电子照相机等方面。随着较大屏幕的场发射显示器上市,它还将用于便携式PC、雷达显示屏、电视机(壁挂式、飞机及汽车椅背式、使携式)、可视电话等领域。
2.4 市场
据日本信息产业专门调查会IDC Japan调查,1999年度全球显示器市场规模达到61,605亿日元,比上年增长了15.2%。
在全球显示器市场中,CRT占的市场比例最大,1999年度达到了38,432亿日元,市场趋于成熟化,价格以低价位运转。
2.4.1 液晶显示器继续支配平板显示器市场
随着电脑显示器液晶化趋势的加快以及手提电脑的普及,近来世界LCD市场发展迅速,其产值占到各类平板显示器的80%以上。由于看好LCD市场前景,许多厂商纷纷投入巨资进军该市场,致使全球LCD产业在90年代初得到迅速发展,到1997年己形成125亿美元的市场规模,据报道,全球显示器市场增长最快的是薄膜晶体管液晶监视器,1997年达30万台,1998年为100万台,1999年达340万台,年均增长率达200%。目前全世界的LCD产业主要集中在日本、韩国、中国台湾和中国大陆。日本是世界上最大的薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)和超扭曲向列液晶显示器(STN-LCD)生产国,市场占有率达85%。中国大陆是世界上最大的扭曲向列液晶显示器(TN-LCD)生产国,产量约占世界扭曲向列液晶显示器产量的一半以上。韩国和中国台湾正大力扩建薄膜晶体管液晶显示器生产线,将在该市场上与日本进行激烈竞争。
2.4.2 彩色等离子体显示器走俏大屏幕市场
对平板显示器家族中迅速崛起的等离子体显示器,人们普遍认为它是数字化大屏幕显示器的最有力竞争者。尤其是大屏幕彩色壁挂式高清晰度电视(HDTV)方面,等离子体显示器已处于技术领先地位。最引人注目的是美国纽约股票交易所1000多台21英寸的彩色等离子体显示器,以及曾在1998年日本长野冬季奥运会出尽风头的40英寸全彩色等离子体显示器。2000~2005年等离子体显示器将进入家庭普及期。
价格是市场发展的关键。目前LCD背投电视的对角线价格为100美元/英寸,CRT背投电视的价格为40美元/英寸,而等离子体显示器电视的价格都高达200美元/英寸以上,因此现行市场目标只能定位在公共场所及商业应用上。
目前彩色等离子体显示器的规模化开发产生主要集中在亚洲,尤以日本技术领先。日本国内直接参与的公司已有20余家,从事理论、材料、设备及制作工艺等基础研究和开发的单位己达70余家。
2.4.3 场致发光显示器技术日趋成熟
在全球平板显示器市场中,场致发光显示器(FED)的发展受人关注,市场占有率逐年增加,从1995年的1.1%增至2000年的1.4%,2002年将升至6.0%以上。
最早进行FED产业化的公司为PixTech,他们于1995年开始供应5英寸FED样机,1996年开始将样品投放市场,目前已有5.2英寸单色、5.6英寸和8.5英寸全彩色FED出售。此外, 美国摩托罗拉、硅视频(Silicon Video)、微显示技术(Micro Display Technology)、白热技术(Candescent Technology)、 FED以及日本佳能、富士通、日立、双叶电子工业、Futoba、韩国三星、SAIT、我国台湾ERSO等公司都在研发和试制FED。
尽管FED市场刚刚启动,但其前景却不容忽视。随着FED技术的成熟,产品的规模生产,FED商品化及实用化将指日可待。
3 产业发展前景
3.1 技术预测
电视机及电脑显示器作为20世纪的新技术产品,经过几十年不断发展,已成为当今世界最有影响的信息传播工具和家电王国中占有最大市场份额的产品。大批新产品“喷薄而出”,成为新一代“宠儿”。在21世纪初,将在以下几个方面发生变化。
l 壁型化:显示器可像装饰品那样挂在墙上,以缓解未来住宅空间紧张的矛盾。
l 便携化:显示器体积越来越小、重量越来越轻,甚至可以卷曲、折叠放入口袋和公文包。
l 投影化:投影显示器是利用光学系统将电视图像放大呈现在屏幕上的一种显示方式,它是目前实现大屏幕显示的主要手段。
l 立体化:这种显示器不是依靠视觉假象,而是让图像随着观察角度的不同而变化,使观众从任何角度看都是立体的。目前研究的热点是不戴立体眼镜即可观看立体节目的“自动立体显示技术”。
l 多功能、组合化:随着技术的发展和人们生活的改善,电视机已不仅仅被当作收看电视节目的工具,承担着越来越多的功能。包含电视、录像、卫星接收于一体的组合式彩电在美国颇受欢迎。另一种集电视、电脑、电话于一体的“网络电视” 则将在今后几年大行其道。
l 高智能化:未来电视智能程度将进一步提高。它将自动显示出一天内的节目,并能对话,使人们的生活方式发生巨大变化,如在家中进行电视购物、听课、听诊等。
l 多节目化:在一只显像管上可显示多套电视节目,即“画中画”电视。如不愿收看主画面节目,戴上耳机就可以听和看副画面的节目,且不会影响收看主画面的节目。
l 高清晰度化:与原有显示器相比,清晰度大大提高,光线柔和,色彩逼真,使人有身临其境的感觉。
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