光電顯示技術(shù)

緒論：電子顯示的原理和發(fā)展概況發(fā)展趨勢和猜想輕便可折疊低功耗高分辨率、多視角色彩豐富逼真裸眼3D顯示：是指對信息的表示。在信息工程領(lǐng)域，把顯示技術(shù)限定為基于光電子手段產(chǎn)生的視覺效果，即根據(jù)視覺可識別的亮度、顏色，將信息內(nèi)容以光電信號的形式傳達給眼睛產(chǎn)生的視覺效果。光電顯示技術(shù)是將電子設(shè)備輸出的電信號轉(zhuǎn)換成視覺可見的圖像、圖形、數(shù)碼及字符等光信號的一門技術(shù)。緒論：電子顯示的原理和發(fā)展概況電子顯示器件的分類●按發(fā)光類型從顯示原理的本質(zhì)來看，光電顯示技術(shù)利用了發(fā)光和電光效應(yīng)兩種物理現(xiàn)象。所謂電光效應(yīng)是指加上電壓后物質(zhì)的光學性質(zhì)（如反射率、折射率、透射率等）發(fā)生改變的現(xiàn)象。主動發(fā)光型，利用信息來調(diào)制各像素素的發(fā)光亮度和顏色，進行直接顯示。非主動發(fā)光型，本身不發(fā)光，利用信息調(diào)制外光源而使其達到顯示的目的。依靠的是對光不同反射呈現(xiàn)的對比度達到顯示目的。緒論：電子顯示的原理和發(fā)展概況根據(jù)收視信息的狀態(tài)分類直觀性原則上把顯示設(shè)備上出現(xiàn)的視覺信息直接觀看的方式成為直觀型。投影型：前投和背投把由顯示設(shè)備或者光控裝置所產(chǎn)生的比較小的光信號經(jīng)過一定的光學系統(tǒng)放大投射到大屏幕后收看的方式成為投影型?？臻g成像型亮度和輝度亮度是指畫面的明亮程度，單位是堪德拉每平米(cd/m2)或稱nits，也就是每平方米分之燭光。人眼感覺范圍0.03-50,000cd/m2。

輝度用來評價主動發(fā)光型顯示器件的發(fā)光強度，發(fā)生視覺靈敏度大的綠光和黃光顯示器的輝度較高。通常100-1000cd/m2。電影院里電影亮度30-40cd/m2室內(nèi)看電視畫面亮度大于70cd/m2室外觀看應(yīng)達到300cd/m2緒論：電子顯示的原理和發(fā)展概況,顯示器件的主要參量亮度一般用來評價非主動發(fā)光的受光型顯示器件。對于ECD，能有效的利用周圍光的顯示器件，可以用亮度表示。對LCD，伴隨偏振光的吸收，亮度指標比較低。對畫面亮度的要求與環(huán)境光強有關(guān)顯示器件的主要參量對比度C(contrast)，畫面上最大亮度Lmax和最小亮度Lmin之比，C=Lmax/Lmin。好的圖象顯示器要求對比度至少大于30.有的報道，對比度數(shù)百，甚至更高，是指在沒有環(huán)境光，即暗室中測量。在有環(huán)境光的情況下，C=(Lmax+L外)/(Lmin+L外

)緒論：電子顯示的原理和發(fā)展概況,顯示器件的主要參量如L外為環(huán)境光照射到屏幕上產(chǎn)生的亮度。如何降低外光的影響是設(shè)計顯示屏必須考慮的因素之一?；叶?Grayscale)，灰度n是指圖象的黑白亮度層次，色彩的深淺程度，實際上在我們的日常生活中，通過三原色色彩深淺的組合，可以組成各種不同的顏色。產(chǎn)品能夠展現(xiàn)的灰度數(shù)量越多，也就意味著這款產(chǎn)品的色彩表現(xiàn)力更加豐富，能夠?qū)崿F(xiàn)更強的色彩層次。例如三原色16級灰度，能顯示的顏色就是16×16×16=4096色。不過目前的產(chǎn)品256級灰度已經(jīng)非常地普遍了。

式中：δ是人眼對亮度差的分辨率人眼能分辨的亮度層次為：緒論：電子顯示的原理和發(fā)展概況,顯示器件的主要參量有了高的亮度和高的對比度，還不一定能顯示好的圖象。因為一般圖象是有層次的。清晰度，又稱析像度，圖象精細度指能夠分辨出電視圖象的最小細節(jié)的能力，是人眼觀察圖象清晰程度的標志。通常用屏面上能夠分辨出的明暗交替線條的總數(shù)來表示；對于用矩陣顯示的平板顯示器件常用電極線數(shù)目表示其分辨力。緒論：電子顯示的原理和發(fā)展概況,顯示器件的主要參量普通電視：掃描電極數(shù)：600；HDTV，掃描電極數(shù)>=1000.高分辨率，高亮度，高對比度的圖象才是高清晰度的圖象。點距指屏幕上相鄰兩個同色像素單元之間的距離響應(yīng)時間從施加電壓有圖像顯示的時間，又稱上升時間。切斷電源圖像顯示消失的時間，又稱下降時間余輝時間電視小于1/30s,一般主動型發(fā)光器件，響應(yīng)時間小于0.1ms，而非主動型LCD，10-500ms，在顯示快速移動的電視圖象時，由于響應(yīng)時間長，會出現(xiàn)拖尾或余像，使運動圖象模糊。LCD作顯示器，可；但要作為電視接收機，必須提高響應(yīng)時間。緒論：電子顯示的原理和發(fā)展概況,顯示器件的主要參量顯示色發(fā)光型顯示器件發(fā)光的顏色和非發(fā)光型顯示器件透射或反射光的顏色稱為顯示色。顯示色由顯示原理和顯示材料決定，分為黑白，單色，多色。和全色四大類.LCD＋濾光片，形成單色、多色乃至全色顯示。CRT，PDP全色顯示很容易，十分逼真。緒論：電子顯示的原理和發(fā)展概況,顯示器件的主要參量

發(fā)光效率決定了顯示器件工作時所消耗的功率。反射式LCD,功耗很小，占領(lǐng)了中小屏幕市場；PDP，發(fā)光效率低，功耗大，不受歡迎。發(fā)光效率高，降低功耗，減少散熱。發(fā)光效率是發(fā)光型顯示器件所發(fā)出的光通量和器件所消耗功率之比；光通量/功耗，單位：lm/w。

VFD（真空熒光顯示器）的發(fā)光效率最高為10lm/w；LED,材料不同，1--4lm/w，ZnTe0.1Se0.9綠光，可達17lm/w；OLED的發(fā)光效率也很高，達15lm/w；

PDPlm/w；其他activedisplay0.1lm/w量級

緒論：電子顯示的原理和發(fā)展概況,顯示器件的主要參量光通量：在光度學中,明確地定義為能夠被人的視覺系統(tǒng)所感受到的那部分光輻射功率的大小的度量,單位是lm(流明)。（光源單位時間內(nèi)發(fā)出的光量為光通量）

由于驅(qū)動電路集成化，希望顯示器件的工作電壓與IC的工作電壓相適應(yīng)，如LCD的驅(qū)動電壓只有幾V，可與TTL電路相匹配，降低驅(qū)動電路成本。工作電壓不大于45V，可以采用IC驅(qū)動。如LCD,LED,OLED,VFD(0.5----40V)。PDP(200V左右)。需要開發(fā)耐高壓的MOS晶體管IC，增大成本，PDP驅(qū)動成本占整機的2/3。LCD低消耗電流μA/cm2量級,除CRT（μA/cm2量級）外，主動發(fā)光型mA/cm2量級

工作電壓驅(qū)動顯示器件所施加的電壓為工作電壓（V），流過的電流稱為消耗電流(A)，兩者的乘積就是顯示器件的消耗功率。緒論：電子顯示的原理和發(fā)展概況,顯示器件的主要參量消耗電流存儲功能

指斷電后能保持顯示狀態(tài)，存儲功能可減少顯示器件的功耗和有效地簡化驅(qū)動電路，特別在多路驅(qū)動和矩陣選址時，發(fā)揮作用巨大。存儲功能的有無，取決于顯示原理，非主動發(fā)光型的ECD，EPID，某些特殊材料的LCD以及主動發(fā)光的ELD,AC-PDP等。緒論：電子顯示的原理和發(fā)展概況,顯示器件的主要參量工作壽命，本質(zhì)上取決于工作原理。此外，所使用材料的狀態(tài)，化學穩(wěn)定性，耐濕性，耐光性等環(huán)境特性等作為娛樂型大家電顯示器件,壽命都應(yīng)在3萬小時以上。LED,VFD的壽命不成問題PDP的壽命,直至近幾年才解決OLED的壽命正在解決之中ELD的壽命目前已接近解決FED的壽命尚未解決LCD的壽命決定其使用材料的化學穩(wěn)定性、耐濕性和耐光性,一般來講壽命問題已解決。此外，其他參數(shù)還有體積，重量，顯示面積，觀察角度及性能價格比。對高分辨率、高亮度、寬視角需求量越來越大。緒論：電子顯示的原理和發(fā)展概況,顯示器件的主要參量電子顯示技術(shù)第2章布勞恩管顯示器(CRT)光的基本特性人眼視覺特性CRT顯示技術(shù)色彩學基礎(chǔ)彩色是物體反射光作用于人眼的視覺效果。物在光線照射下，反射了可見光中的不同成分而吸收其余部分，從而引起人眼的不同彩色感覺。三基色：RGB紅色+綠色=黃色綠色+藍色=青色紅色+藍色=紫色紅色+綠色+藍色=白色第2章布勞恩管顯示器(CRT)2.1歷史及特征2.2結(jié)構(gòu)及工作原理2.3構(gòu)成要素2.4性能2.5制作工藝2.6各種平板型CRT2.7生理學措施2.8驅(qū)動與控制2.9面向21世紀的CRT發(fā)展趨勢2.1CRT（CathodRayTube)的歷史及特征CRT開發(fā)經(jīng)歷及發(fā)展史

布勞恩管是德國斯特拉斯堡大學的布勞恩(Braun)于1897年發(fā)明的。真空放電時發(fā)現(xiàn)玻璃管壁的發(fā)光現(xiàn)象－陰極射線陰極射線與各種物質(zhì)相互作用，可使其產(chǎn)生熒光，－陰極射線管（CRT）從20世紀20年代以后，人們開始利用CRT進行電視接收裝置的具體實驗研究。

CRT用于計算機大約從1970年開始。第2章布勞恩管顯示器(CRT)CRT的特征優(yōu)點：CRT最大的優(yōu)勢在于，可以在相對低的價格下獲得所必需的各種功能和性能。而且，可進行大畫面高密度顯示，彩色CRT與黑白CRT在裝置的布局上無本質(zhì)變化，可進行無級輝度調(diào)節(jié)的全色顯示等。顯示亮度可任意調(diào)節(jié)。缺點：是其尺寸和重量都難以降低。尋址方式并不是采用矩陣尋址，因而圖像會出現(xiàn)畸變第2章布勞恩管顯示器(CRT)2.2CRT的結(jié)構(gòu)及工藝原理單色顯示用CRT－MonochromaticDisplayTubeMDT彩色顯示用CRT－ColorDisplayTubeCDT第2章布勞恩管顯示器(CRT)2.2.1單色顯示用CRT－MDT

主要由4部分組成：圓錐形玻殼；玻殼正面顯示用的熒光屏；封入玻殼中發(fā)射電子束用的電子槍系統(tǒng)；位于玻殼之外控制電子束偏轉(zhuǎn)掃描的磁軛。第2章布勞恩管顯示器(CRT)燈絲、陰極K、第一控制柵極G1、加速極G2構(gòu)成發(fā)射系統(tǒng)；第二陽極G3、聚焦極G4、高壓陽極G5構(gòu)成聚焦系統(tǒng)；工作時，電子槍中的陰極被燈絲加熱至200K時，陰極大量發(fā)射電子，先被調(diào)制，然后經(jīng)加速和聚焦后，高速轟擊熒光屏上的熒光體，熒光體發(fā)出可見光；電子束的電流是受顯示信號控制的；最后通過偏轉(zhuǎn)磁軛控制電子束，在屏上從上到下，從左到右依次掃描，從而將原圖像和文字完整地顯示在熒光屏上。

熒光體按其用途及用戶的特殊需要采用各種各樣的形態(tài)。熒光面內(nèi)側(cè)有A1膜金屬覆層，通過該Al膜可使陽極電壓施加在熒光面的顯示屏上。A1膜除具有作為陽極的作用之外，還可防止管內(nèi)發(fā)生的陰離子直接碰撞熒光面造成其性能劣化。電子槍一般采用單一電壓型，陽極電壓15～20kV，最大電流100～150μA第2章布勞恩管顯示器(CRT)2.2.2彩色顯示用CRT－CDT最普遍使用的蔭罩型CDT的結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。蔭罩型CDT的特征是，相應(yīng)于紅(R)、綠(G)、藍(B)三原色發(fā)光熒光體，分別設(shè)有一個電子束，為了防止每個電子束碰撞另外兩個顏色的熒光體，在熒光面內(nèi)側(cè)設(shè)有選色電極(蔭罩)第2章布勞恩管顯示器(CRT)

蔭罩有圓孔形、長方孔形、孔柵形等各種形式。一般說來，三角形布置的電子槍采用圓孔形蔭罩，直線形布置的電子槍可采用各種形式的蔭罩。玻殼內(nèi)除設(shè)有蔭罩之外，還設(shè)有屏蔽地磁場用的內(nèi)屏蔽罩，其作用是防止電子束受地磁場的干擾發(fā)生紊亂和偏離，使電子束不會射向其他顏色的熒光體。第2章布勞恩管顯示器(CRT)

在玻殼外側(cè)裝有偏轉(zhuǎn)磁軛和色純度會聚磁鐵(purityconvergencemagnet，PCM)。偏轉(zhuǎn)磁軛除了使電子束偏轉(zhuǎn)掃描之外，通過其磁場分布設(shè)計，一般還具有使三個電子束完全集中(匯聚)于熒光屏畫面的功能。PCM由2極、4極、6極的可動磁極構(gòu)成，4極和6極磁極用來調(diào)整畫面中心3個電子束的會聚狀態(tài)，2極磁極用來調(diào)整畫面中心電子束的光斑。對于CDT來說，通過RGB三原色發(fā)光輝度的匹配可以再現(xiàn)各種各樣的彩色。發(fā)光輝度決定于束流的大小，而每個電子束束流的大小(驅(qū)動量)，可由開始設(shè)定的白色畫面的束流比為基準來確定。第2章布勞恩管顯示器(CRT)2.3CRT的構(gòu)成要素電子槍偏轉(zhuǎn)磁軛陰罩熒光面玻殼第2章布勞恩管顯示器(CRT)2.3.1電子槍

決定CRT圖像分辨率的重要因素之一是電子束的束斑尺寸，而后者主要決定于電子槍的設(shè)計性能。對于設(shè)計來說，需要重點考慮的問題是：

①物點直徑——最小錯亂圓徑的選擇；②透鏡像差因素——發(fā)散角α0匯聚角β的選擇。第2章布勞恩管顯示器(CRT)

從聚焦特性考慮，當然希望上述各量取值越小越好，但由于各種因素之間存在相互制約作用，除聚焦特性之外，在設(shè)計中還要考慮陰極壽命、電極間耐壓等其他因素，以達到所要求的CRT的最佳性能。MDT用電子槍為單電子束形式，一般采用UPF(Unipotentialfocus)型，單電位透鏡聚焦其第一個特點是，聚焦特性與電流的相關(guān)性小。第二個特點是，聚焦電位幾乎與地電位相同，聚焦調(diào)整電路比較容易第2章布勞恩管顯示器(CRT)2.3.2偏轉(zhuǎn)磁軛

偏轉(zhuǎn)磁軛的功能是控制電子束掃描，故對其性能有多種要求。首先，按偏轉(zhuǎn)磁軛的結(jié)構(gòu)有S（Saddle－鞍）S型①、ST（Troidal－環(huán)）型②、TT型②等幾種類型。其中，ST型適用于水平鞍型、垂直環(huán)型線圈，在電視機、低檔次監(jiān)視器等中應(yīng)用最為普遍。其特點是，垂直偏轉(zhuǎn)線圈可直接繞在磁芯上，生產(chǎn)效率高，線圈組裝有一定自由度且比較容易等。SS型的水平、垂直偏轉(zhuǎn)都采用鞍型線圈，適用于高頻偏轉(zhuǎn)監(jiān)視器等。TT型的水平、垂直偏轉(zhuǎn)都采用環(huán)型線圈，繞線的精度好，但裝在CRT上需要固定機構(gòu)，再加上磁場設(shè)計的自由度小等，目前幾乎不再采用。第2章布勞恩管顯示器(CRT)CRT偏轉(zhuǎn)磁軛的基本特性包括：①偏轉(zhuǎn)功率；②圖形失真；③聚焦特性；④發(fā)熱特性等。 對于CDT來說，還有最為重要的收束(convergence)特性等。第2章布勞恩管顯示器(CRT)關(guān)于由偏轉(zhuǎn)磁場造成的聚焦特性，一般說來，采用均勻的磁場分布較好，但是在彩色CRT的場合，磁場分布對收束特性也會產(chǎn)生影響，因此應(yīng)根據(jù)所要達到的目的進行選擇。偏轉(zhuǎn)磁軛的發(fā)熱與水平偏轉(zhuǎn)的周波數(shù)相關(guān)，而該周波數(shù)與顯示監(jiān)視器的圖像分辨率相關(guān)。1)選擇磁芯材料的主要考慮是，減小磁芯的磁滯損耗及渦流損耗。2)作為線圈材料，多采用較細的編織線，由于相對表面積增加，對于抑制發(fā)熱效果很好。第2章布勞恩管顯示器(CRT)2.3.3蔭罩蔭罩位于玻殼和電子槍之間，起分色作用彩色CRT中使用的蔭罩分圓孔型和長方孔型兩大類，可以把孔徑柵格型歸為后一類。對于蔭罩型CDT來說，圖像分辨率決定于蔭罩的孔間距，因此，蔭罩的設(shè)計作為CDT的基本設(shè)計是相當重要的。一般說來，在CDT中，除了特殊的圖像分辨率很低的監(jiān)視器之外，一般采用0.26～0.38mm孔距的圓孔型蔭罩。蔭罩材料使用100～150μm厚的低碳鋼或因瓦(InvarFeNi36)合金。因瓦合金(invar,也稱為殷鋼),是一種鎳鐵合金,其成分為鎳36%,鐵63.8%,碳0.2%,它的熱膨脹系數(shù)極低,能在很寬的溫度范圍內(nèi)保持固定長度。第2章布勞恩管顯示器(CRT)2.3.4熒光面熒光面設(shè)計的主要考慮是，應(yīng)滿足亮度、對比度、熒光體發(fā)光色、殘光特性等方面的要求。在CDT的情況下，玻璃熒光屏內(nèi)面形成黑色基體及R、G、B三色熒光體點，在其背面附加金屬鋁層。黑色基體的面積占有率(即黑色基體所占面積的百分比)及熒光屏的透射率對熒光面反射率及輝度的影響呈相反的關(guān)系，而提高熒光體的發(fā)光效率對上述兩個特性的改善最為有效。熒光體的發(fā)光色決定于熒光體的種類，但發(fā)光顏色不僅隨熒光體母材，而且還隨活性劑及其濃度的變化而變化。色再現(xiàn)區(qū)域的范圍決定于三原色的發(fā)光色度，因此希望R、G、B的發(fā)光色具有盡可能高的色純度。但實際上，還要考慮視感度、再現(xiàn)自畫面所需要的電流比等因素。第2章布勞恩管顯示器(CRT)2.3.5玻殼對CRT用玻殼所要求的主要特性包括耐氣壓強度，較高的X射線吸收率以及光透射率。玻殼內(nèi)部為真空，外部承受一個大氣壓，玻殼中必然會產(chǎn)生應(yīng)力。應(yīng)力中既有壓應(yīng)力又有拉應(yīng)力，其分布及大小取決于玻殼的形狀。在CRT中，蔭罩及玻璃受高壓加速的電子碰撞會產(chǎn)生取決于陽極電壓及電流的X射線。為使X射線被玻璃充分吸收，玻璃材料一般應(yīng)采用含PbO、SrO、ZnO及BaO的鉛玻璃，這樣透過顯示屏的X射線就比規(guī)定值要低得多。第2章布勞恩管顯示器(CRT)2.5CRT的制作工藝蔭罩（光刻法）顯示屏、蔭罩的組裝，蔭罩成型，安裝在支架上，保證間距q值，450℃處理消除殘余應(yīng)力涂黑及涂布熒光體（光刻法）封接、排氣工程陰極老化處理裝附偏轉(zhuǎn)磁軛第2章布勞恩管顯示器(CRT)2.5.1薄型CRT目前，人們正在研究開發(fā)單電子束型FCM—CRT方式，電子源采用線陰極，電子束掃描采用矩陣驅(qū)動的MDS（Matrixdriveanddeflectionsystem)方式的薄型CRT管等。MDS方式薄型CRT，如下圖所示，采用線狀陰極，通過第一柵格電極上的小孔，將電子線分割為一個一個的電子束。

FCM-CRT的特征是，在顯示屏前要配置二次電子倍增通道板。薄型CRT與LCD等其他固體顯示器相比，還不算很薄，只能看作是CRT薄型化的嘗試。第2章布勞恩管顯示器(CRT)2.5.2冷陰極型CRT隨著半導(dǎo)體微細加工技術(shù)的發(fā)展，微細真空器件的開發(fā)不斷由可能變?yōu)楝F(xiàn)實。其中比較典型的是稱為micro-cathode的微小冷陰極。在冷陰極中，有電場發(fā)射型、雪崩型、MIM型等。這些微小冷陰極的超微細器件，有種種應(yīng)用領(lǐng)域，在顯示器方面的應(yīng)用也正在進行各種不同的研究開發(fā)。采用冷陰極的顯示器的厚度可控制在數(shù)毫米，并作為代替固體顯示器的超薄型CRT，對此人們正寄以期望。

Spindt型冷陰極和楔型冷陰極第2章布勞恩管顯示器(CRT)Spindt型冷陰極 采用Spindt型冷陰極的平板型顯示器，是由將電子發(fā)射材料加工成圓錐形的陰極、圍繞該圓錐形陰極的柵極、以及陽極(熒光面)組成，通過在陰極與柵極間施加電壓，在圓錐形陰極頂點由電場取出電場發(fā)射電流進行顯示。楔型冷陰極 在基板的絕緣層之上，形成陰極材料及與其對向布置的柵極，在平面上看，陰極與柵極相隔微小間隙，構(gòu)成對向楔形結(jié)構(gòu)。正是由于陰極這種楔形形狀，當陰極與柵極間施加電壓時，由于楔形陰極端部的電場集中，引起電子的電場發(fā)射。第2章布勞恩管顯示器(CRT)2.7CRT顯示器的生理學措施防眩處理

CRT顯示器中所采用的防眩處理，有利用光干涉的AR多層膜(anti-reflectionbondedpanel)方式，利用凹凸面擴散反射的化學蝕刻方式及有機硅涂層方式等。第2章布勞恩管顯示器(CRT)平面化

在CRT中要實現(xiàn)真正的平面顯示是極為困難的，顯示屏外面的曲率半徑大約為原來2倍的FS管已達到商業(yè)化。采用這種顯像管可減輕不同觀察角度觀察時的圖像畸變，外光射入的范圍也窄，從而可提高圖像的清晰度。第2章布勞恩管顯示器(CRT)防止電磁場的泄漏

泄漏電磁場產(chǎn)生的第一個問題是CRT管面帶電。第二個問題是由偏轉(zhuǎn)磁軛造成的漏磁場。對于泄漏電場，也希望能控制其水平周波數(shù)在0.2V/m以下，垂直周波數(shù)在2.0V/m以下。第2章布勞恩管顯示器(CRT)2.8CRT顯示器的驅(qū)動與控制1、CRT的掃描方式掃描方式：順序（逐行）掃描和飛躍（隔行）掃描兩種第2章布勞恩管顯示器(CRT)NTSC和PAL電視廣播制式2.灰度及顏色

MDT僅需要對輝度進行控制，對CDT來說還需要對顏色進行控制，輝度和顏色都是通過電流量來控制的。電流控制方式中有G1驅(qū)動方式和陰極驅(qū)動方式，一般多采用陰極驅(qū)動方式。

CDT的顏色顯示是通過3個電子束各自的電流(由電壓調(diào)制)來調(diào)制的。由各色信號輸入階數(shù)的乘積，決定顯示的色數(shù)，對于階數(shù)為16的情況，可顯示4096(＝163)種顏色。第2章布勞恩管顯示器(CRT)CRT顯示器驅(qū)控器的電路構(gòu)成

CRT彩色顯示器驅(qū)控器電路構(gòu)成主要包括視頻電路、偏轉(zhuǎn)電路、高壓電路、電源電路等基本電路，以及所選擇的動態(tài)聚焦電路、水平偏轉(zhuǎn)周波數(shù)切換電路等。為提高CRT熒光體的發(fā)光輝度，需要提高陽極電壓。要特別注意的是，由于陽極中流過的是電子束流，對于電流的變化也應(yīng)能確保穩(wěn)定的高壓。偏轉(zhuǎn)電路最終應(yīng)為偏轉(zhuǎn)線圈提供鋸齒波電流，這一點與其他平板顯示器按矩陣坐標順序施加一定電壓的方式是根本不同的。鋸齒波電流的直線性非常重要，若波形產(chǎn)生畸變，則對畫面的線性、圖像的畸變都會產(chǎn)生影響。第2章布勞恩管顯示器(CRT)CRT顯示器驅(qū)控器的電路構(gòu)成2.9CRT的特點價格低亮度、對比度高色域廣分辨率高響應(yīng)速度快視角寬顯示板式可以靈活變化（4:316:9）壽命長2.9CRT顯示器的性能指標像素和分辨率點距和柵距場頻、行頻及視頻寬帶刷新率屏幕尺寸和最大可視面積色溫亮度、對比度灰度、余暉時間控制方式CRT涂層環(huán)保認證CRT技術(shù)的發(fā)展方向

采用平面屏技術(shù)縮短CRT的厚度設(shè)計更先進的電子槍降低CRT的功耗第2章布勞恩管顯示器(CRT)3.1液晶與液晶顯示器（LCD）3.2液晶顯示器件的構(gòu)造和顯示原理3.3液晶顯示器件的構(gòu)成材料3.4液晶顯示器件的顯示方式3.5液晶顯示器件的分類3.6液晶顯示的各種驅(qū)動方式3.7液晶顯示的技術(shù)參數(shù)和特點第三章液晶顯示技術(shù)

3.8液晶顯示的技術(shù)發(fā)展動向3.1.1液晶所謂液晶，字面上可以理解為液態(tài)的晶體，是指在某一溫度范圍內(nèi)，從外觀看屬于具有流動性的液體，但同時又是具有光學雙折射性的晶體。1888年奧地利的植物學家F．Reinitzer(萊尼茨爾)在膽甾醇的苯（甲）酸及醋酸酯化合物中發(fā)現(xiàn)了液晶狀態(tài)。晶體（固態(tài)）各向異性液晶態(tài)有序流體液態(tài)各向同性T1T2熔點清亮點第三章液晶與液晶顯示器

第三章液晶與液晶顯示器

液晶實際上是物質(zhì)的一種形態(tài)，也有人稱其為物質(zhì)的第四態(tài)。物質(zhì)有三態(tài)：固體、液體和氣體。通常固體加熱至溶點就變成透明的液體。然而，有些有機材料不是直接從固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w，而是經(jīng)過中間狀態(tài)，然后才轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w。這種中間狀態(tài)外觀是流動性的混濁液體，同時又有光學各向異性晶體所特有的雙折射特性。處于中間狀態(tài)物質(zhì)，一方面具有象液體一樣的流動性和連續(xù)性，另一方面又具有象晶體一樣的各向異性，象這樣的有序流體就是液晶。

已發(fā)現(xiàn)的液晶材料有5000多種，有數(shù)十種不同的分子結(jié)構(gòu)?？尚纬梢壕У幕衔镏饕侵咀?、芳香族、硬脂酸等有機化合物，分子呈棒狀、盤狀、碗狀或高分子聚合物。 按形成條件分類

熱致液晶(Thermotropic)和溶致液晶(1ylmPic)

熱致液晶:由于加熱破壞結(jié)晶晶格而形成的液晶稱為熱致液晶，這種液晶只能在一定溫度范圍內(nèi)存在。目前在技術(shù)中直接應(yīng)用的多是這種液晶。溶致液晶:由于溶劑破壞結(jié)晶晶格而形成的液晶稱為溶致液晶，常見的溶致液晶有肥皂水、洗衣粉溶液、表面活化劑溶液等。

第三章液晶與液晶顯示器

按晶相分類：液晶相中這些分子的排列狀態(tài)一般取上圖所示的特殊的排列方式，即按圖中所示排列方式的不同，按液晶的晶相可分為層列(smectic)液晶、向列(nematic)液晶、膽甾相(cholesteric)液晶等幾大類。第三章液晶與液晶顯示器

在層列液晶中，棒狀分子排成層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)分子長軸互相平行，每層厚度約2～8埃，與層面近似垂直。因分子排列整齊，其規(guī)整性接近晶體，具有二維有序，這是由于分子側(cè)面之間的作用力大于分子間末端之間的作用力，使液晶分子形成一個側(cè)面緊貼的液晶層，而每層之間會形成一個弱的作用力。這種分子層間的結(jié)合較弱，層與層間易于相互滑動，用手模，有肥皂的滑膩感，因此，層列液晶顯示出二維液體的性質(zhì)。但與通常的液體相比，其粘度要高得多。在光學上具有正性雙折射性。根據(jù)晶形的細微差別，已發(fā)現(xiàn)16種，分別用SA、SB、SC。。。表示。層列(Smectic)液晶（S型近晶液晶）第三章液晶與液晶顯示器

在向列液晶中，棒狀分子都以相同的方式平行排列，每個分子在長軸方向可以比較自由地移動，不存在層狀結(jié)構(gòu)。因此，富于流動性，粘度較小。

可利用外加電場對具有各向異性的向列液晶分子進行控制，改變原有分子的有序狀態(tài)，從而改變液晶的光學性能，實現(xiàn)液晶對外界光的調(diào)制，達到顯示目的。向列(nematic)液晶（N型，絲狀液晶）第三章液晶與液晶顯示器

膽甾相液晶與層列液晶同樣形成層狀結(jié)構(gòu)，分子長軸在層面內(nèi)與向列液晶相似呈平行排列。但是相鄰層面間分子長軸的取向方位多少有些差別，整個液晶形成螺旋結(jié)構(gòu)，螺距約為300nm。膽甾相液晶的各種光學性質(zhì)，例如旋光性、選擇性光散射、圓偏光二色性等都是基于這種螺旋結(jié)構(gòu)。膽甾相(cholesteric)液晶（CH型，螺旋狀液晶）第三章液晶與液晶顯示器

3.1.2液晶與顯示

通過上述討論可以看出，液晶的分子排列結(jié)構(gòu)，并不像晶體結(jié)構(gòu)那樣堅固。因此，在電場、磁場、溫度、應(yīng)力等外部刺激的影響下，其分子容易發(fā)生再排列，由此液晶的各種光學性質(zhì)發(fā)生變化。這種變化的現(xiàn)象成為液晶的液晶的電氣光學效應(yīng)，簡稱電光效應(yīng)。液晶所具有的這種柔軟的分子排列，和其電光效應(yīng)正是其用于顯示器件、光電器件、傳感器等的基礎(chǔ)。

第三章液晶與液晶顯示器

3.1.2液晶與顯示

在用于液晶顯示的情況下，液晶的特定的初始分子排列，在電壓及熱等的作用下，其分子排列發(fā)生有別于其他分子排列的變化。伴隨這種分子排列的變化，液晶盒的雙折射性、旋光性、二色性、光散射性、旋光分散等各種光學性質(zhì)的變化可以轉(zhuǎn)變?yōu)橐曈X變化。也就是說，液晶顯示是利用液晶盒的光變換進行顯示，屬于非主動發(fā)光型(受光型)顯示。第三章液晶與液晶顯示器

液晶的電氣光學效應(yīng)液晶的雙折射效應(yīng)電控雙折射效應(yīng)動態(tài)散射旋光效應(yīng)賓主效應(yīng)

液晶的電氣光學效應(yīng)二色性是由雙折射而產(chǎn)生的。當一束光線通過晶體時，由於雙折射而被分成兩束光線時，這兩者不僅其行進速度不同，且其被吸收的色光頻率程度也會不同，因此，射出晶體外的，會是兩不同顏色的光線。這個特性，就稱為晶體的二向色性。光的雙折射現(xiàn)象：1.一束光入射晶體分成兩束光的現(xiàn)象稱為雙折射。第三章液晶與液晶顯示器

3.晶體的光軸當光在晶體內(nèi)沿某個特殊方向傳播時不發(fā)生雙折射，該方向稱為晶體的光軸。例如，方解石晶體(冰洲石)AB光軸102°

光軸是一特殊的方向,凡平行于此方向的直線均為光軸。單軸晶體：只有一個光軸的晶體雙軸晶體：有兩個光軸的晶體第三章液晶與液晶顯示器

液晶的電氣光學效應(yīng)旋光效應(yīng)在液晶盒中充入向列相液晶，把兩玻璃片繞于他們相互垂直的軸相對扭轉(zhuǎn)90°角度，這樣向列相液晶的內(nèi)部就發(fā)生了扭曲，于是形成一個具有扭曲排列的向列相液晶的液晶盒。這樣的液晶盒前后放置起偏振片和檢偏振片，并使其偏振方向平行。在不加電場時，一束白光射入，液晶盒使入射光的偏振光軸順從液晶分子的扭曲而旋轉(zhuǎn)了90°。因而光進入檢偏振片時，由于偏振光軸相互垂直，光不能通過檢偏片，液晶盒不透明，外視場呈暗態(tài)，增加外電壓，超過某一電壓值時，外視場呈亮態(tài)，由此就可以得到黑底白像若起偏片與檢偏片的偏振方向互相垂直，可得到白底黑像。將兩片已刻好透明導(dǎo)電電極圖案的平板玻璃相對放置在一起，使其間距為6~7um。四周用環(huán)氧樹脂密封，但在一個側(cè)面封接邊上留一個開口，通過抽真空，將液晶注入，然后再將此口封死。再在前后導(dǎo)電玻璃外側(cè)正交地貼上偏振片，構(gòu)成一個完整器件。液晶層夾于兩塊玻璃基板之間構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)。如下圖：第三章液晶與液晶顯示器3.2.1LCD的構(gòu)造3.2液晶顯示器件的構(gòu)造和顯示原理第三章液晶與液晶顯示器典型LCD的結(jié)構(gòu)圖液晶的顯示原理液晶的物理特性是：當通電時導(dǎo)通，排列變的有秩序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過。讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透。從技術(shù)上簡單地說，液晶面板包含了兩片相當精致的無鈉玻璃素材，稱為玻璃基板，中間夾著一層液晶。當光束通過這層液晶時，液晶本身會排排站立或扭轉(zhuǎn)呈不規(guī)則狀，因而阻隔或使光束順利通過。大多數(shù)液晶都屬于有機復(fù)合物，由長棒狀的分子構(gòu)成。在自然狀態(tài)下，這些棒狀分子的長軸大致平行。將液晶倒入一個經(jīng)精良加工的開槽平面，液晶分子會順著槽排列，所以假如那些槽非常平行，則各分子也是完全平行的。

3.2.2單色液晶顯示器的原理

LCD技術(shù)是把液晶灌入兩個列有細槽的平面之間。這兩個平面上的槽互相垂直(相交成90度)。也就是說，若一個平面上的分子南北向排列，則另一平面上的分子東西向排列，而位于兩個平面之間的分子被強迫進入一種90度扭轉(zhuǎn)的狀態(tài)。由于光線順著分子的排列方向傳播，所以光線經(jīng)過液晶時也被扭轉(zhuǎn)90度。但當液晶上加一個電壓時，分子便會重新垂直排列，使光線能直射出去，而不發(fā)生任何扭轉(zhuǎn)。

單色液晶顯示器的原理

LCD是依賴偏振片和光線本身。自然光線是朝四面八方隨機發(fā)散的。經(jīng)過偏振片后，實際是一系列越來越細的平行線，這些線形成一張網(wǎng)，阻斷不與這些線平行的所有光線。偏振片的線正好與第一個垂直，所以能完全阻斷那些已經(jīng)極化的光線。只有兩個偏振片的線完全平行，或者光線本身已扭轉(zhuǎn)到與第二個偏振片相匹配，光線才得以穿透。（如圖）光線穿透示意圖第三章液晶與液晶顯示器

LCD正是由這樣兩個相互垂直的偏振片構(gòu)成，所以在正常情況下應(yīng)該阻斷所有試圖穿透的光線。但是，由于兩個偏振片之間充滿了扭曲液晶，所以在光線穿出第一個偏振片后，會被液晶分子扭轉(zhuǎn)90度，最后從第二個偏振片中穿出。另一方面，若為液晶加一個電壓，分子又會重新排列并完全平行，使光線不再扭轉(zhuǎn)，所以正好被第二個偏振片擋住。總之，加電將光線阻斷，不加電則使光線射出。（如下圖2）光線阻斷示意圖然而，可以改變LCD中的液晶排列，使光線在加電時射出，而不加電時被阻斷。但由于計算機屏幕幾乎總是亮著的，所以只有“加電將光線阻斷”的方案才能達到最省電的目的。第三章液晶與液晶顯示器

第三章液晶與液晶顯示器從液晶顯示器的結(jié)構(gòu)來看，采用的LCD顯示屏都是由不同部分組成的分層結(jié)構(gòu)。LCD由兩塊玻璃板構(gòu)成，厚約1mm，其間由包含有液晶材料的5μm均勻間隔隔開。因為液晶材料本身并不發(fā)光，所以在顯示屏兩邊都設(shè)有作為光源的燈管，而在液晶顯示屏背面有一塊背光板（或稱勻光板）和反光膜，背光板是由熒光物質(zhì)組成的可以發(fā)射光線，其作用主要是提供均勻的背景光源。第三章液晶與液晶顯示器背光板發(fā)出的光線在穿過第一層偏振過濾層之后進入包含成千上萬水晶液滴的液晶層。液晶層中的水晶液滴都被包含在細小的單元格結(jié)構(gòu)中，一個或多個單元格構(gòu)成屏幕上的一個像素。在玻璃板與液晶材料之間是透明的電極，電極分為行和列，在行與列的交叉點上，通過改變電壓而改變液晶的旋光狀態(tài)，液晶材料的作用類似于一個個小的光閥。在液晶材料周邊是控制電路部分和驅(qū)動電路部分。當LCD中的電極產(chǎn)生電場時，液晶分子就會產(chǎn)生扭曲，從而將穿越其中的光線進行有規(guī)則的折射，然后經(jīng)過第二層過濾層的過濾在屏幕上顯示出來。第三章液晶與液晶顯示器3.2.3彩色LCD顯示器的工作原理

對于筆記本電腦或者桌面型的LCD顯示器需要采用的更加復(fù)雜的彩色顯示器而言，還要具備專門處理彩色顯示的色彩過濾層。通常，在彩色LCD面板中，每一個像素都是由三個液晶單元格構(gòu)成，其中每一個單元格前面都分別有紅色，綠色，或藍色的過濾器。這樣，通過不同單元格的光線就可以在屏幕上顯示出不同的顏色。

第三章液晶與液晶顯示器3.2.3彩色LCD顯示器

LCD克服了CRT體積龐大、耗電和閃爍的缺點，但也同時帶來了造價過高、視角不廣以及彩色顯示不理想等問題。CRT顯示可選擇一系列分辨率，而且能按屏幕要求加以調(diào)整，但LCD屏只含有固定數(shù)量的液晶單元，只能在全屏幕使用一種分辨率顯示(每個單元就是一個像素)。

3.3LCD的構(gòu)成材料

透明電極基板可以采用涂覆有氧化銦及氧化錫透明導(dǎo)電膜(ITO膜)的玻璃板、塑料片或塑料膜。一般要求其光透射率在90％以上，表面電阻從10Ω到數(shù)百歐[姆]。而且，顯示圖形電極大多數(shù)由全透明電極基板經(jīng)光刻制成。第三章液晶與液晶顯示器

封接材料一般使用熱硬化性環(huán)氧樹脂封接劑，但對可靠性要求特別高的情況，也有時采用玻璃封接劑等?？刂埔壕Ш虚g隙的隔離子一般采用顆粒狀或纖維狀的玻璃或塑料。

大部分LCD中所必需的偏振片，是用碘及二色性染料染色的延伸聚乙烯醇膜與醋酸纖維素保護膜做成的夾層結(jié)構(gòu)，且多為片狀，其透光率為40％~50％，偏光度一般為98％左右。而且，光反射板與偏振片往往做成一體結(jié)構(gòu)。濾光器有各種不同種類，如防反射用的及隔斷紫外線用的濾光器，以及彩色顯示用的彩色濾光器等。第三章液晶與液晶顯示器LCD與驅(qū)動電子電路的電氣連接方式有承插式連接器、彈性連接器、柔性連接器、各向異性導(dǎo)電膜等。透射型LCD所必需的背照光源有冷陰極型和熱陰極型熒光燈、有機EL、LED、白熾燈等。3.4液晶顯示器件的顯示方式直觀方式：LCD面板本身為顯示面的直觀方式； 按電極形狀分類：分段型和矩陣型投影式：將LCD面板的圖像放大投影到投影屏；第三章液晶與液晶顯示器

第三章液晶與液晶顯示器3.5液晶顯示器件的各種分類方式第三章液晶與液晶顯示器工作模式扭轉(zhuǎn)式向列型（TwistedNematic；TN）超扭轉(zhuǎn)式向列型（SuperTwistedNematic；STN）薄膜式晶體管型（ThinFilmTransistor；TFT）3.5.1扭曲向列型

在透明電極基板間充入10m左右厚的Δε＞0的向列液晶(NP液晶)，構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)，使液晶分子的長軸在基板間發(fā)生90°連續(xù)的扭曲，制成向列(TN)排列的液晶盒。該液晶盒扭曲的螺距與可見光波長相比要大得多，因此，垂直于電極基板入射的直線偏光的偏光方向，在通過液晶盒的過程中，隨液晶分子的扭曲發(fā)生90°旋光。因此，這種TN排列液晶盒具有使平行偏振片間的光遮斷，而使垂直偏振片間的光透過的功能。

第三章液晶與液晶顯示器

3.5.2超扭曲向列型

這種電氣光學效應(yīng)是基于扭曲角從180°到360°的超扭曲向列液晶分子排列的液晶盒的雙折射效應(yīng)，稱為SBE(super-twistedbirefringenceeffect)或STN(super-twistednematic)效應(yīng)。具體說來，SBE/STN型LCD是在2片偏振片間充以超扭曲向列液晶盒構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)，利用由液晶雙折射性而產(chǎn)生的光干涉現(xiàn)象而進行的顯示。

第三章液晶與液晶顯示器

①TN，扭曲角為90°；STN，扭曲角為270°或附近值；②TN液晶盒中，起偏鏡的偏光軸與上基片表面液晶分子長軸平行，檢偏鏡的偏光軸與下基片表面液晶分子長軸平行，即上下偏光軸互相成90°；

STN液晶盒中，上、下偏光軸與上、下基片分子長軸都不互相平行，而是成一個角度，一般為30°。TN液晶盒與STN液晶盒的比較：第三章液晶與液晶顯示器

③TN液晶盒是利用液晶分子旋光特性工作的；

STN液晶盒是利用液晶的雙折射特性，通過液晶盒兩束光產(chǎn)生光程差，在通過檢偏鏡時發(fā)生干涉。④TN液晶盒工作于黑白模式;STN液晶盒一般工作于光程差為0.8um的情況下，干涉色為黃色。也可以進行黑色顯示。第三章液晶與液晶顯示器

第三章液晶與液晶顯示器靜態(tài)動態(tài)：多路或者簡單矩陣有源矩陣光束掃描或者刷新方式和存儲方式3.6LCD的各種驅(qū)動方式3.6.1靜態(tài)驅(qū)動

靜態(tài)驅(qū)動，是指對要顯示的各個段電極分別、且同時驅(qū)動的方法。因此，全體段電極中的每一個都要有各自獨立的驅(qū)動電路元件，在顯示段電極和公共電極上，在顯示期間，都要施加連續(xù)的電壓。

圖3-13靜態(tài)驅(qū)動波形的實例第三章液晶與液晶顯示器

靜態(tài)驅(qū)動器原理

在靜態(tài)驅(qū)動的液晶顯示器件上，各液晶像素的背電極BP是連在一起引出的，各像素的段電極SEG是分立引出的。

若在BP上加入一個正電壓(如5V)，在要顯示段上加入0V電壓，使該段像素電極間電壓為5V，呈顯示態(tài)。第三章液晶與液晶顯示器

而在不顯示段上加入與背電極BP相同的電壓5V，則該段像素電極間電壓為0V，呈非顯示態(tài)。

在實用中是在背電極BP上加入一個正脈沖序列，在顯示段(SEGf)上加入與背電極脈沖相位差為1800的等幅正脈沖序列，在該像素上產(chǎn)生5V(或-5V)的顯示驅(qū)動脈沖序列。第三章液晶與液晶顯示器

在不顯示段(如SEGe)上加入一個與背電極脈沖同相位的等幅正脈沖序列，在該像素電極間產(chǎn)生0V電壓差，從而形成液晶顯示的交流驅(qū)動。第三章液晶與液晶顯示器

3.6.2多路傳輸驅(qū)動

多路傳輸驅(qū)動適合于使用比較多的段電極的情況以及構(gòu)成矩陣電極的情況，為時分割驅(qū)動或動態(tài)驅(qū)動。而且，相對于有源矩陣驅(qū)動來說，也可稱其為單純矩陣驅(qū)動。第三章液晶與液晶顯示器

交叉效應(yīng)的英文是crosstalk，原來是指多路通信中兩條互不相干線路之間的“串音”現(xiàn)象。在液晶顯示器的多路驅(qū)動中也有類似的現(xiàn)象,即當一個像素上施加電壓時，附近未被選中的像素上也會有一定電壓。當所施加的電壓大于Vth較多，而液晶顯示器的電光曲線又不夠陡峭時，附近未被選中的像素也會部分呈現(xiàn)顯示狀態(tài)，這就是液晶顯示器在無源多路驅(qū)動時固有的交叉效應(yīng)。(1)交叉效應(yīng)第三章液晶與液晶顯示器

抑制交叉效應(yīng)的措施:

高檔液晶顯示器件都是矩陣式的多路驅(qū)動，其中無源矩陣都具有交叉效應(yīng)，并且隨著行、列數(shù)的增加，交叉效應(yīng)所造成的不良后果也越嚴重，主要表現(xiàn)在兩方面:第三章液晶與液晶顯示器

①選擇點與半選擇點電壓接近，當外加電壓超過V由后，半選擇點也會逐漸呈顯示狀態(tài)，使對比度下降；②半選擇點與非選擇點上電壓不一樣，如果它們由于交叉效應(yīng)而變明(或變暗)狀態(tài)不一樣，則造成圖面不均勻，這也是不能允許的。第三章液晶與液晶顯示器

平均電壓法:

平均電壓法是抑制交叉效應(yīng)的一種驅(qū)動技巧,其原理是把半選擇點上的電壓和非選擇點上的電壓平均化，使半選擇點電壓與非選擇點電壓相同。這就是在多路驅(qū)動技術(shù)中普遍采用的平均電壓法的實質(zhì)。第三章液晶與液晶顯示器

驅(qū)動電極的結(jié)構(gòu)

7段電極，它由前基板上的7個段電極和后基板上的一個公共電極構(gòu)成。通過在各段上選擇性地施加電壓，可以顯示0～9中的任一個數(shù)字。第三章液晶與液晶顯示器3.6.3簡單矩陣驅(qū)動在顯示模擬圖形時，可將多個段電極并用，排成一列或排成圖形進行顯示。當經(jīng)常顯示某些特定的符號或圖案時，可按其形狀做成固定圖案電極來使用。

LCD電極結(jié)構(gòu)固定圖案電極(符號顯示、圖案顯示)段電極(數(shù)字顯示、模擬圖形顯示)矩陣電極(字符顯示、圖形顯示、電視畫面顯示)第三章液晶與液晶顯示器

3.6.4有源矩陣驅(qū)動

這種驅(qū)動方式是在掃描電極與信號電極矩陣交點處的像素位置，附加、集成開關(guān)元件及電容器元件(必要時)，目的在于提高對比度和響應(yīng)性等顯示性能。各像素的開關(guān)元件及電容器元件分別擔當防止“串像”(Crosstalk)的功能和積蓄電荷的功能。因此它們本質(zhì)上將不受掃描電極數(shù)的約束，從原理上講，可以實現(xiàn)與占空比100％的靜態(tài)驅(qū)動接近的液晶顯示。第三章液晶與液晶顯示器有源矩陣驅(qū)動方式非線性(二端子)元件場效應(yīng)三極管(FET)(三端子)型MOS三極管型TFT(薄膜三極管)型非線性電阻型MIM型二極管型a-Si型p-Si型CdSe型Te型二極管尋址矩陣液晶顯示

普通矩陣液晶顯示屏的掃描行數(shù)存在極限的原因之一在于液晶像素的電容性負載，即具有雙向?qū)ㄐ?。如果在像素上串?lián)一個二極管，使像素具有非線性特性，就可突破上述極限。第三章液晶與液晶顯示器二極管尋址矩陣液晶顯示屏的等效電路和驅(qū)動電壓波形TFT矩陣驅(qū)動LCD

行電極稱為柵極母線（掃描信號）,列電極稱為漏極母線,源極與液晶的象素電極相連,并聯(lián)的電容增加了液晶象素的弛豫時間.工作原理:

當掃描到某一行時，該行上的全部FET導(dǎo)通。同時各列將信號電壓施加到液晶象素上，即對并聯(lián)的電容充電。該行掃描過后，各FET處于開路狀態(tài)，不管以后列上信號如何變化，對未掃描行上的象素都無影響。即信號電壓可以在液晶象素上保持接近一幀時間。第三章液晶與液晶顯示器同步電路掃描電路Y1Y2Y3

…

YmX1X2X3┇Xm漏極母線柵極母線電容器液晶FET信號由于增加了一個TFT開關(guān)元件，使得每個像素在自身選擇時間以外，處于電信號切斷的孤立狀態(tài)，不受其他行選擇信號的影響，解決了行間串擾問題。得以實現(xiàn)高清晰度顯示。同時由于被記錄在像素電容和存儲電容上的電荷不能逃逸，因而具有電壓保持的準靜態(tài)驅(qū)動功能，也可實現(xiàn)高亮度顯示。這種電壓保持性也提高了液晶驅(qū)動電壓的有效值及液晶的響應(yīng)速度，還有由于每個像素顯示驅(qū)動的獨立性，各像素可以獨立設(shè)定信號電壓，使得很容易采用電壓調(diào)節(jié)方式實現(xiàn)灰度顯示。3.6.5光束掃描驅(qū)動

在投影式顯示方式中的光寫入方式、熱（激光）寫入方式就是光束掃描驅(qū)動方式。這種工作方式的特點是，在面板上并沒用被分割的像素電極，光束點相當于一個像素，通過光束的掃描以形成像素。第三章液晶與液晶顯示器3.7.1液晶顯示器的技術(shù)參數(shù)可視面積點距可視角度亮度響應(yīng)時間色彩度對比度分辨率外觀第三章液晶與液晶顯示器3.7.2液晶顯示器的特點低壓微功耗平板型結(jié)構(gòu)被動顯示型顯示信息量大易于彩色化無電磁輻射長壽命

自1968年第一塊液晶顯示器問世以來，LCD技術(shù)經(jīng)歷了五個發(fā)展階段。

第一階段(1968-1972年)1968年美國無線電(RCA)公司研制了動態(tài)散射型(DSM)液晶顯示器，1971-1972年制造出采用DSM液晶的手表，標志著LCD技術(shù)進入實用化階段。第三章液晶與液晶顯示器

3.8LCD的技術(shù)發(fā)展動向

第二階段(1971-1984年)1971年瑞士人發(fā)明了扭曲向列型(TN)液晶顯示器，日本廠家使TN-LCD技術(shù)逐步成熟；又因制造成本和價格低廉，使其在20世紀七八十年代得以大量生產(chǎn)，而成為主流產(chǎn)品。第三章液晶與液晶顯示器

第三章液晶與液晶顯示器

第三階段(1985-1990年)1985年后，由于超扭曲(STN)液晶顯示器的發(fā)明及非晶硅薄膜晶體管(a-SiTFT)液晶顯示技術(shù)的突破，LCD技術(shù)發(fā)展進入了大容量顯示的新階段，使便攜計算機和液晶電視等新產(chǎn)品得以開發(fā)并迅速商品化。

第四階段(1990-1995年)

有源矩陣(AM)液晶顯示器獲得了飛速發(fā)展，它是在每個像素上配置一個半導(dǎo)體開關(guān)或非線性器件來驅(qū)動液晶，目前主要是場效應(yīng)薄膜晶體管(TFT)和金屬-絕緣體-金屬(MIM)等。人們利用這種技術(shù)克服了STN-LCD在響應(yīng)速度、灰度等級和容量上的限制，實現(xiàn)了視頻圖像顯示。從此，LCD技術(shù)的發(fā)展開始進入高畫質(zhì)液晶顯示的新階段。第三章液晶與液晶顯示器

第五階段(1996年以后)LCD除在筆記本電腦中普及應(yīng)用之外，1998年開始，TFT-LCD產(chǎn)品打入監(jiān)視器市場。長期困擾液晶的三大難題：視角、色飽和度和亮度問題已基本得到解決。一些新技術(shù)，如IPS(in-planeswitching)技術(shù)、MVA(multi-domainverticalalignment)技術(shù)、ASM(axiallysymmetricalignedmicro-cell)模式、低溫p-Si技術(shù)、反射式彩色LCD技術(shù)等逐漸得到應(yīng)用與推廣。第二章液晶與液晶顯示器

第4章發(fā)光二極管顯示器(LED)4.1發(fā)光二極管及發(fā)光二極管顯示器(LED)

4.2LED發(fā)光機制及材料組裝技術(shù)

4.3LED的驅(qū)動

4.4

LED主要特點

4.5LED顯示器的用途及發(fā)展前景

4.6LED的掃描驅(qū)動電路

4.7LED顯示器件的技術(shù)指標4.1.1發(fā)光二極管

發(fā)光二極管（lightemittingdiode，LED），顧名思義，是由半導(dǎo)體制作的二極管的一種。眾所周知，二極管具有整流作用，即在其兩極上施加電壓時，僅能單方向通過電流。所謂發(fā)光二極管是指當在其整流方向施加電壓（稱為順方向）時，有電流注入，電子與空穴復(fù)合，其一部分能量變換為光并發(fā)射的二極管。第4章發(fā)光二極管顯示器(LED)4.1.1發(fā)光二極管

這種LED由半導(dǎo)體制成，屬于固體元件，工作狀態(tài)穩(wěn)定、可靠性高，其連續(xù)通電時間（壽命）可達105h以上。LED元件與一般半導(dǎo)體元件一樣，也被稱為芯片，其尺寸通常為數(shù)百微米見方，是很小的。LED的發(fā)光顏色，與白熾燈等發(fā)出的白色光等不同，而是近于單色光，換句話說，其發(fā)光的光譜是很窄的。通過選擇半導(dǎo)體材料，目前生產(chǎn)的發(fā)光二極管可以發(fā)射紅外、紅、橙、黃、綠、藍等范圍相當寬的各種各樣的顏色。第4章發(fā)光二極管顯示器(LED)4.1.2LED的開發(fā)經(jīng)歷及展望

LED的注入型發(fā)光現(xiàn)象是1907年H.J.Round在碳化硅晶體中發(fā)現(xiàn)的。1923年O.W.Lossew在SiC的點接觸部位觀測到發(fā)光，從而使注入型發(fā)光現(xiàn)象得到進一步確認。1952年J.R.Haynes等在鍺，硅的P－N結(jié)，以及1955年G.A.Wolff在GaP中相繼觀測到發(fā)光現(xiàn)象。一般認為，至此為LED的萌芽期。第4章發(fā)光二極管顯示器(LED)4.2.1晶體結(jié)構(gòu)及能帶結(jié)構(gòu)

LED的發(fā)光來源于電子與空穴發(fā)生復(fù)合時放出的能量。作為LED用材料，一是要求電子與空穴的輸運效率要高；二是要求電子與空穴復(fù)合時放出的能量應(yīng)與所需要的發(fā)光波長相對應(yīng)，一般多采用化合物半導(dǎo)體單晶材料。眾所周知，在半導(dǎo)體中，根據(jù)晶體中電子可能存在的能態(tài)有價帶、導(dǎo)帶、禁帶之分。來自半導(dǎo)體單晶的發(fā)光，是穿越這種材料固有禁帶的電子與價帶的空穴復(fù)合時所產(chǎn)生的現(xiàn)象。第4章發(fā)光二極管顯示器(LED)4.2.2發(fā)光機制及發(fā)光波長

LED的發(fā)光源于電子與空穴的復(fù)合，其發(fā)光波長是由復(fù)合前空穴和電子的能量差決定的。對于直接躍遷型材料，晶體發(fā)光的波長決定于禁帶寬度Eg，發(fā)光波長可由關(guān)系式λ=1240/Eg求出。為了得到可見光，Eg必須在1.6eV以上。

第4章發(fā)光二極管顯示器(LED)

紅外LED中一般使用直接遷移型材料，如GaAs、GaAlAs、InGaAsP等。但也有用摻雜Si的GaAs制作的LED，通過在比價帶高的能量位置形成的所謂受主能級與導(dǎo)帶的電子發(fā)生復(fù)合的機制，其發(fā)光波長為940nm，比GaAs禁帶寬度對應(yīng)的發(fā)光波長880nm更長些。第4章發(fā)光二極管顯示器(LED)

紅色LED的中心材料是以Zn-O對作為發(fā)光中心的GaP，Zn-O對在其中起等電子捕集器的作用。GaP為間接躍遷型，在其中導(dǎo)入雜質(zhì)Zn-O對作為發(fā)光中心，已實現(xiàn)較高效率的紅色LED，發(fā)光波長為700nm，晶體不發(fā)生自吸收現(xiàn)象，可以在低電流密度下獲得高輝度。

在橙色、黃色LED中，使用的是以N為等電子捕集器的GaAsP；在綠色LED中，使用的是摻雜有高濃度N的間接遷移型GaP。而且，在純綠色LED中，正在使用不摻入雜質(zhì)的GaP。第4章發(fā)光二極管顯示器(LED)

藍色LED需要采用禁帶寬度大的材料，已經(jīng)在研究開發(fā)的有SiC，GaN，ZnSe，ZnS等。SiC是容易形成P-N結(jié)的材料，屬于間接躍遷型，依靠摻入雜質(zhì)Al和N能級間的躍遷產(chǎn)生發(fā)光。GaN，ZnSe，ZnS為直接躍遷型，可獲得高輝度發(fā)光。這些材料的研究開發(fā)近年來獲得重大突破，高輝度藍色LED正在達到實用化。第4章發(fā)光二極管顯示器(LED)4.2.3電流注入與發(fā)光

實際LED的基本結(jié)構(gòu)要有一個P-N結(jié)。當在P-N結(jié)上施加順向電壓，即P型接正，N型接負的電壓，會使能壘降低，從而使穿越能壘的電子向P型區(qū)擴散，使穿越能壘的空穴向N型區(qū)擴散的量增加。通常稱此為少數(shù)載流子注入，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子發(fā)生復(fù)合從而放出光。隨電壓增加，達到一定值，電流急劇增加，光發(fā)射開始。電流開始增加時對應(yīng)的電壓相應(yīng)于P-N結(jié)勢壘的高度，稱該電壓為起始電壓，起始電壓隨LED材料及元件的結(jié)構(gòu)不同而不同，GaAs為1.0～1.2V，GaAlAs為1.5～1.7V，GaP為1.8V，SiC為2.5V等等。第4章發(fā)光二極管顯示器(LED)4.2.4發(fā)光效率、光輸出及亮度注入LED的載流子變換為光子的比率稱為內(nèi)部量子效率；而射出晶體之外的光子與注入載流子之比稱為外部量子效率。由于在P-N結(jié)附近發(fā)生的光會受到晶體內(nèi)部的吸收以及反射而減少，一般說來，外部量子效率要低于內(nèi)部量子效率。市售LED產(chǎn)品的外部量子效率，紅色的大約為15％，從黃色到綠色的則在0.3％～l％范圍內(nèi)，藍色的大約為3％。第4章發(fā)光二極管顯示器(LED)

LED的發(fā)光效率與其能量收支相關(guān)，其數(shù)值可表示為載流子向P-N結(jié)的注入效率、載流子變?yōu)楣獾淖儞Q效率、產(chǎn)生的光到達晶體外部的光取出效率三者的乘積。為獲得較高的發(fā)光效率，一般要采取各種措施，例如在結(jié)構(gòu)上采取讓光通過一般說來吸收率較小的N型半導(dǎo)體，為防止由于晶體表面反射造成的損失，在晶體表面涂覆高折射率的薄膜等等。第4章發(fā)光二極管顯示器(LED)

對于顯示用可見光LED來說，不僅僅是要求光輸出要大，重要的是與視感度相關(guān)的發(fā)光效率。人眼的視感度對555nm的綠色出現(xiàn)峰值，而后急速下降。光輸出中與視感度相關(guān)的部分稱為光度，光度是顯示用可見光LED的輝度指標。第4章發(fā)光二極管顯示器(LED)4.2.5元件制作及組裝技術(shù)

LED的制作分前道（外延）、中道（芯片）、后道（封裝）技術(shù)。具體說來，包括下述工序：由單晶生長及擴散制作P-N結(jié)形成電極；解理或劃片，將晶片分割成一個個的芯片；包覆保護膜；對芯片檢測分級；將芯片固定于引線框架中；引線鍵合；樹脂封裝；檢查并完成成品。第4章發(fā)光二極管顯示器(LED)發(fā)光二極管的驅(qū)動4.3發(fā)光二極管的驅(qū)動直流驅(qū)動恒流驅(qū)動脈沖驅(qū)動直流驅(qū)動單個LED的驅(qū)動接口LED近似于恒壓的元件，發(fā)光時的正向壓降一般約為1.2—2.4V，反向擊穿電壓一般大于5V。工作電流通常為10~20mA，故電路中需串聯(lián)適當?shù)南蘖麟娮?。發(fā)光強度基本上與正向電流成正比。在適當?shù)尿?qū)動電流作用下，才能得到需要的亮度。

恒流驅(qū)動

恒流值相同，各LED的發(fā)光強度就比較相近。考慮到晶體管的輸出特性具有恒流的性質(zhì)，所以就可以用晶體管來驅(qū)動LED。脈沖驅(qū)動

利用人眼的視覺暫留特性，采用反復(fù)通斷電的方式使LED器件點燃的方法就是脈沖驅(qū)動法。4.4LED的主要特點

目前，以平面顯示器為目標的各種電子顯示器正處于激烈的競爭之中，但說到底還是材料之間的競爭。與其在各類電子顯示器之間分出高低勝負，還不如看看各自的優(yōu)缺點。LED有下面幾個顯著特征：發(fā)光二極管的主要特點

第一，最突出的是LED的高輝度。隨著各種顏色LED輝度的迅速提高，即使在日光之下，由LED發(fā)出的光也能視認。正是基于這一優(yōu)勢，在室外用信息板、廣告牌、道路通行狀況告示板、汽車后尾燈等方面的應(yīng)用正在迅速擴大。全色化所需要的三原色之一的藍色，由于SiC，InGaN等藍色LED材料的發(fā)展，也達到實用化水平。以此為基礎(chǔ)，室內(nèi)乃至室外用的全色LED信息板的應(yīng)用將指日可待。

發(fā)光二極管的主要特點

第二，LED的單元小。在其他顯示材料不能使用的極小的范圍內(nèi)也能發(fā)光，再加上低電壓、低電流驅(qū)動的特點，作為電子儀器設(shè)備、家用電器的指示燈、信號燈的使用范圍還會進一步擴大。

第三，是長壽命，基本上不需要維修?？勺鳛榈匕?、馬路、廣場地面的信號光源，是一個新的應(yīng)用領(lǐng)域。發(fā)光二極管的主要特點2發(fā)光二極管的主要特點3特點總結(jié)：為非相干光，光譜較寬，發(fā)散角大發(fā)光顏色豐富輝度高，即使在日光下，也能辨認單元體積小，重量輕，適用性強穩(wěn)定性好、壽命長，基本不需要維修屬于固體器件，因此機械強度大，耐振動和沖擊使用低壓供電響應(yīng)時間快低溫特性比LCD好，在零下40℃仍能正常顯示。效能高綠色照明，無有害金屬價格較為昂貴4.5LED主要應(yīng)用指示燈數(shù)字顯示器陣列顯示器單片型平面顯示器混合型平面顯示器點矩陣型平面顯示器LED其它應(yīng)用第4章發(fā)光二極管顯示器(LED)4.6LED顯示器件的掃描驅(qū)動電路串行傳輸與并行傳輸動態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存Υ校正技術(shù)輸入接口技術(shù)自動檢測和遠程控制技術(shù)自動檢測和遠程控制技術(shù)單片機控制微機控制主從控制紅外控制通信傳輸和網(wǎng)絡(luò)控制

●單片機控制單片機控制是LED顯示屏控制中的簡單的一種方式。待顯示信息固化在ROM里或來自傳感器等，由單片機讀取并控制LED顯示。多用于簡單固定文字或監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示的條形屏等。這種控制方式簡單，靈活，成本低。但是，內(nèi)容和顯示方式的編輯、更改較麻煩，使用不方便。

微機控制

微機控制LED顯示屏一般都需要專用的接口電路如LED專用顯示卡、LED專用多媒體卡等。此類控制中較多的是VGA同步技術(shù)。LED顯示屏的VGA同步控制技術(shù)是指LED顯示屏能夠?qū)崿F(xiàn)跟蹤微機CRT窗口上的顯示信息，是LED顯示屏成為微機的大型顯示終端。一般是對顯示卡的RGB信號輸出進行采樣，或直接從VGA卡上的特征插座上取得RGB的數(shù)字信號，處理后用于驅(qū)動LED顯示屏電路。這種控制方式充分發(fā)揮了豐富強大的微機軟件功能，而且具有較強的編輯功能，內(nèi)容和顯示方式的更改、增刪簡單方法，便于顯示數(shù)據(jù)的保存、管理和打印輸出；但是成本較高，每個顯示屏都要附帶微機系統(tǒng)，對于一些室外、遠距離、分散的應(yīng)用場合，工程施工和日常維護都有諸多不便。主從控制采用微機（上位機）和單片機（下位機）分布管理和控制LED的顯示。上位機負責顯示數(shù)據(jù)處理與顯示任務(wù)分配，有時還要與其他系統(tǒng)進行通信；下位機作為控制器件，接收并執(zhí)行來自上位機的任務(wù)，指揮控制LED顯示屏上各部件協(xié)調(diào)工作。上位機與下位機一般通過RS232或RS422通信，一臺上位機可以管理、控制多個下位機同時顯示。

紅外遙控在LED顯示屏控制板（一般為單片機系統(tǒng)）前端加入紅外遙控接收器編解碼電路，解碼電路先將紅外接收探頭解調(diào)后分離出的16位PCM串行碼值進行校驗，提取有效的8位數(shù)據(jù)碼值，提供給控制板驅(qū)動LED顯示屏。采用紅外遙控可以實現(xiàn)開關(guān)屏幕及文字編輯，無需專用計算機或其它外設(shè)配置，遙控距離可達十幾米。這種控制方式常與其它方式結(jié)合使用。

通信傳輸和網(wǎng)絡(luò)控制根據(jù)對信息傳輸顯示的實時性，LED顯示屏的傳輸控制有通信傳輸和視頻傳輸。通信傳輸采用標準的RS-232或RS-485計算機數(shù)據(jù)串行通訊方式，通過串口按一定的通訊協(xié)議接收來自計算機串口或其它設(shè)備串口的信號，經(jīng)過處理后按一定的規(guī)律傳送到顯示屏上顯示。這種控制方式的顯示屏的功能比較單一，適用于簡單文字、圖形顯示，主要是單色及雙基色顯示屏控制使用，一般情況下直接傳輸距離可達千米。視頻傳輸方式則是把LED顯示屏與多媒體技術(shù)結(jié)合起來，實現(xiàn)了在LED顯示屏上實時顯示計算機監(jiān)視器上的內(nèi)容，也可播放錄像及電視節(jié)目，一般用于播放實時信息的顯示屏都采用視頻控制方式，具體傳輸是采用成對的專用長線傳輸接口電路。

GPRS/GSM無線控制

利用遍布全國的GPRS/GSM基站，通過GPRS/接收模塊遠程接收信號并通過單片機處理對各類遠端顯示屏實施控制。此類技術(shù)在城市群顯、銀行IC卡收費、系統(tǒng)掛失、卡號廣播、機動車輛防盜定位報警等方便已有應(yīng)用。有機發(fā)光二極管顯示技術(shù)OLED簡介本質(zhì)屬于電致發(fā)光(EL)器件，是在半導(dǎo)體、熒光粉為主體的材料上施加電而發(fā)光的一種現(xiàn)象。有機LED（OLED）是基于有機材料的一種電流型半導(dǎo)體發(fā)光器件，發(fā)展于上世紀中期。其技術(shù)原理是通過正負載流子注入有機半導(dǎo)體薄膜后復(fù)合產(chǎn)生發(fā)光。有機發(fā)光二極管顯示技術(shù)有機LED是基于有機材料的一種電流型半導(dǎo)體發(fā)光器件，發(fā)展于上世紀中期。其技術(shù)原理是通過正負載流子注入有機半導(dǎo)體薄膜后復(fù)合產(chǎn)生發(fā)光。OLED發(fā)光原理發(fā)光過程通常由以下5個階段完成。1．在外加電場的作用下載流子的注入：電子和空穴分別從陰極和陽極向夾在電極之間的有機功能薄膜注入。2．載流子的遷移：注入的電子和空穴分別從電子輸送層和空穴輸送層向發(fā)光層遷移。3．載流子的復(fù)合：電子和空穴復(fù)合產(chǎn)生激子。4．激子的遷移：激子在電場的作用下遷移，能量傳遞給發(fā)光分子，并激發(fā)電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。5．電致發(fā)光：激發(fā)態(tài)能量通過輻射躍遷，產(chǎn)生光子，釋放出能量。OLED與LCD一樣，也有主動式和被動式之分。被動方式下由行列地址選中的單元被點亮。主動方式下，OLED單元后有一個薄膜晶體管（TFT），發(fā)光單元在TFT驅(qū)動下點亮。主動式OLED應(yīng)該比被動式OLED省電，且顯示性能更佳。OLED優(yōu)點與LCD相比，其優(yōu)點：1、厚度可小于1毫米，僅為LCD屏的1/3，并且重量也更輕；2、固態(tài)機構(gòu)，沒有液體物質(zhì)，因此抗震性能更好，不怕摔；3、幾乎沒有可視角度的問題，即使在很大的視角下觀看，畫面仍然不失真；4、響應(yīng)時間是LCD的千分之一，顯示運動畫面絕對不會有拖影的現(xiàn)象；5、低溫特性好，在零下40度時仍能正常顯示，而LCD則無法做到；6、制造工藝簡單，成本更低；7、發(fā)光效率更高，能耗比LCD要低；8、能夠在不同材質(zhì)的基板上制造，可以做成能彎曲的柔軟顯示器。OLED的缺點OLED的缺點：

1、壽命通常只有5000小時，要低于LCD至少1萬小時的壽命；

2、不能實現(xiàn)大尺寸屏幕的量產(chǎn)，因此目前只適用于便攜類的數(shù)碼類產(chǎn)品；

3、存在色彩純度不夠的問題，不容易顯示出鮮艷、濃郁的色彩。有機小分子OLED的原理是：從陰極注入電子，從陽極注入空穴，被注入的電子和空穴在有機層內(nèi)傳輸。第一層的作用是傳輸空穴和阻擋電子，使得沒有與空穴復(fù)合的電子不能進入正電極；第二層是電致發(fā)光層，被注入的電子和空穴在有機層內(nèi)傳輸，并在發(fā)光層內(nèi)復(fù)合，從而激發(fā)發(fā)光層中的分子產(chǎn)生單重態(tài)激子，單重態(tài)激子輻射躍遷而發(fā)光。對于聚合物電致發(fā)光過程則解釋為：在電場的作用下，將空穴和電子分別注入到共軛高分子的最高占有軌道（HOMO）和最低空軌道（LUMO），于是就會產(chǎn)生正、負極子，極子在聚合物鏈段上轉(zhuǎn)移，最后復(fù)合形成單重態(tài)激子，單重態(tài)激子輻射躍遷而發(fā)光。第4章發(fā)光二極管(LED)顯示技術(shù)小分子聚合物OLED器件可以使用真空蒸鍍技術(shù)制造。小的有機分子被裝在ITO玻璃襯底上的若干層內(nèi)。與基于PLED技術(shù)的器件相比，SMOLED不僅制造工藝成本更低，可以提供全部262000種顏色的顯示能力，而且有