CRT、LCD、PDP的结构及工作特点分析

1、CRT、LCD、PDP三种显示器件的工作原理及特点分析摘 要电视显示器件是电视系统的终端器件，完成电光转换并将各像素综合成为图像的作用，最终把接收到的电视信号在荧光屏上重现出来。目前广泛应用的电视显示器件是阴极射线管（CRT）、液晶（LCD）、等离子（PDP）等新型的平板显示器件。本文主要介绍三种显示器件的结构，工作原理以及其特点分析，通过详细的介绍，我们可以知道当今的新型平板显示器件由于体积小、重量轻，与传统的阴极射线管在某些方面有很大的优越性，在许多图像显示领域及彩色电视显示领域获得迅猛的发展。关键词： CRT，LCD，PDP，电光转换，优越性目 录1 绪论12 工作原理12.1 CRT阴

2、极显像管结构及显像原理12.1.1 结构12.1.2显像原理32.2 LCD液晶器件结构与工作原理42.2.1 LCD液晶器件结构42.2.2 LCD工作原理62.3 PDP等离子器件结构与工作原理72.3.1 PDP等离子器件结构72.3.2 PDP 工作原理83 CRT、LCD、PDP三种彩色电视的性能比较11总 结15致 谢16参考文献171 绪论显示器应该是将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射到人眼的一种显示工具。从广义上讲，街头随处可见的大屏幕、电视机、BSV液晶拼接的荧光屏、手机和快译通等的显示屏都算是显示器的范畴，但目前一般指与电脑主机相连的显示设备。CRT是一种

3、使用阴极射线管的显示器,曾是应用最广泛的显示器之一，CRT纯平显示器具有可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、可调节的多分辨率模式、响应时间极短等LCD显示器难以超越的优点，而且现在的CRT显示器价格要比LCD显示器便宜不少。 LCD 液晶显示器是，LCD 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。比CRT要好的多，但是价钱较其贵。现在LCD已经替代CRT成为主流，价格也已经下降了很多，并已充分的普及。PDP等离子显示板，是一种利用气体放电的显示技术，其工作原理与日光灯很相似。它采用

4、等离子管作为发光元件，屏幕上每一个等离子管对应一个像素，屏幕以玻璃作为基板，基板间隔一定距离，四周经气密性封接形成一个个放电空间。放电空间内充入氖、氙等混合惰性气体作为工作媒质。在两块玻璃基板的内侧面上涂有金属氧化物导电薄膜作激励电极。 当向电极上加入电压，放电空间内混合气体便发生等离子体放电现象。气体等离子体放电产生紫外线，紫外线激发荧光屏，荧光屏发射出可见光，显现出图像。2 工作原理2.1 CRT阴极显像管结构及显像原理 结构CRT 的结构原理是由灯丝、阴极、控制栅组成电子枪，通电后灯丝发热，阴极被激发，发射出电子，电子受带高压的内部金属层的加速，并经电子透镜聚焦成极细的电子束，去轰击荧光

5、屏，致使荧光粉发光。此电子束在偏转系统产生的电磁场作用下，可控制其射向荧光屏的指定位置。电子束的通断和强弱可受到显示信号控制，电子束轰击荧光屏形成发光点，各发光点组成了图像。R、G、B 三色荧光点被按不同比例强度的电子流点亮，就会产生各种色彩。显像管由玻璃制成，它由电子枪、玻璃外壳、荧光屏三大部分组成。下面以黑白显像管为例加以分析，其结构如图1所示。a、 电子枪电子枪是用来发射电子束、聚焦电子束、加速电子束和调整电子束的。电子枪由灯丝、阴极、控制栅极、加速极、第二第四阳极和第三阳极组成。（a） 灯丝（F)：通电后加热阴极。（b）阴极（K)：被灯丝加热后发射电子，信号电压一般加在该极上，为负极性

6、信号，称为负极性激励。（c）控制栅极（G):也称调整极，一般加固定负电压或接地电压为0V，以与阴极间的电位差控制电子束的大小。当两者间典韦差负到一定程度是（例如-90-40V）可使电子束截止，称为截止电压。（d）加速极（):也称第一阳极，通常加300450V的电压，既可加速电子束，又与控制栅极和阴极组成电子光学透镜聚焦电子束。（e）第二第四阳极（)：各为一节金属圆管，当中间有第三阳极（聚焦极）时，两者在电气上相连加有同一直流电压。其作用：一是第二阳极与加速极组成一个预聚焦电子光学透镜，二是两极与中间的聚焦极共同组成主聚焦电子光学透镜。（f）第三阳极（）：在第二和第四阳极之间为聚焦极，通常加10

7、0450V的可调电压，起聚焦调节作用。b、玻璃外壳显像管的屏玻璃、锥体和管颈组成，里面抽成真空。锥体部分内、外壁均涂了一层石墨导电层，内壁涂层接阳极，外壁用弹簧接上金属屏蔽导线接显示器地线（底板），两导电层之间构成数百微法拉的大电容，作为阳极高压过滤之用。 c、荧光屏显像管荧光屏玻璃内壁涂一层荧光膜，受电子轰击而发光，发光颜色与荧光粉颜色有关。屏上荧光粉里边有一层很薄的铝膜（十分之几微米），与显像管阳极相连，电子束很容易通过，加大了荧光粉的发射效率和荧光屏的亮度，还可遮挡后面的杂散光，增强了对比度。图1 黑白显像管结构2.1.2显像原理1、显像管工作原理CRT是属于电真空器件，管内真空度为10

8、7Torr，CRT正常工作时的阳极电压为23KV30KV（CRT尺寸越大，所需电压越高），聚焦电压7KV左右（双聚焦是有一个动态聚焦电压，对周边聚焦进行补偿），加速极450600V左右，栅极-20-60V。在阳极高压和加速极的作用下，阴极电压为一定值时候，经灯丝加热，阴极把所加包含图象信息的变化的电压信号，转换为受其控制的电流信号，从而发射电子，通过聚焦电压的聚焦作用和DY的扫描作用，打到荧光品，使荧光粉发光，转换为光信号，从而形成图象。2、显像管种类显像管通常分为点罩式和栅罩式两种。点罩式的荧光粉采用品字形排列，具有对比度高图像色彩锐利鲜艳的特点。栅罩显像管（珑管）采用柱状荧光粉，相应的阴罩

9、板也采用柱状，为了稳定阴罩板，采用横向的阻尼线将其固定。珑管的色彩表现力方面非常出色，适合图像处理，它的成像原理如图2所示。图 2 点罩式成像原理栅罩显像管（珑管）采用柱状荧光粉，相应的阴罩板也采用柱状，为了稳定阴罩板，采用横向的阻尼线将其固定。珑管的色彩表现力方面非常出色，适合图像处理，它的成像原理如图3所示。图3 栅罩式成像原理2.2 LCD液晶器件结构与工作原理2.2.1 LCD液晶器件结构LCD液晶器件的结构如下，其组成结构图如图4所示。a、背光源（或背光模组）由于液晶分子自身是无法发光的，因此若想出现画面，液晶显示器需要专门的发光源来提供光线，然后经过液晶分子的偏转来产生不同的颜色。

10、而背光源起到的就是提供光能的作用。之前液晶显示器采用的都是名叫CCFL的冷阴极射线管，其发光原理与日光灯几乎完全相同，而现在新品液晶显示器都采用了更加节能、长寿面的LED背光源。灯管（或LED）发光后藉由导光板将光线分布到各处，通过背面的反射板将所有的光线的方向集中朝向液晶分子。最后光线通过prism sheet以及扩散板将光线均匀的散发出去，避免出现中央亮度过高四周亮度过低的情况。b、上下层两个偏光片 偏光片的作用是让光线从单方向通过。c、上层和下层两块玻璃基板 玻璃基板不仅仅是两块玻璃那么简单，其内侧具有沟槽结构，并附着配向膜，可以让液晶分子沿着沟槽整齐的排列。在上、下两层玻璃两侧会贴有T

11、FT薄膜晶体管和彩色滤光片。 d、ITO透明导电层 其作用是提供导电通路，分为像素电极（P级）和公共电极（M级）。在下一页中我们为大家讲解液晶面板结构更多的内容。e、薄膜晶体管（就是我们经常所说的TFT） 我们经常说TFT-LCD，其实际上指的就是这个薄膜晶体管，它的作用类似于开关，TFT能够控制IC控制电路上的信号电压，并将其输送到液晶分子中，决定液晶分子偏转的角度大小，因此其是非常重要的一个部件。 f、液晶分子层 这个不用过多解释，其是改变光线偏光状态最重要的元素，通过电力和弹性力共同决定其排列和偏光状态。 g、彩色滤光片 通过液晶分子偏转的光线只能显示不同的灰阶，但是不能提供红、绿、蓝（

12、RGB）三原色，而彩色滤光片则由RGB三种过滤片组成，通过三者混喝调节各个颜色与亮度。液晶面板中每一个像素由红、绿、蓝3个点构成，每种颜色的点各自拥有不同的灰阶变化。图4 液晶面板结构图2.2.2 LCD工作原理LCD技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。这两个平面上的槽互相垂直(相交成90度)。也就是说，若一个平面上的分子南北向排列，则另一平面上的分子东西向排列，而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90度。但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。如图所示5为扭曲向列型液晶

13、盒的组成及其工作原理。图5 TN型电光效应原理 LCD是依赖极化滤光器(片)和光线本身。自然光线是朝四面八方随机发散的。极化滤光器实际是一系列越来越细的平行线。这些线形成一张网，阻断不与这些线平行的所有光线。极化滤光器的线正好与第一个垂直，所以能完全阻断那些已经极化的光线。只有两个滤光器的线完全平行，或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光器相匹配，光线才得以穿透，其动态工作原理如图6所示。图 6 LCD动态工作原理图LCD正是由这样两个相互垂直的极化滤光器构成，所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是，由于两个滤光器之间充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个滤光器后，会被液晶分子扭转90度

14、，最后从第二个滤光器中穿出。另一方面，若为液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光器挡住。总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射出。然而，可以改变LCD中的液晶排列，使光线在加电时射出，而不加电时被阻断。2.3 PDP等离子器件结构与工作原理2.3.1 PDP等离子器件结构等离子体显示器件有很多类型，其结构也不尽相同，但总的来说，等离子体显示器件都是采用等离子管作为发光元件。显示屏被分割成横竖排列单元，也即是构成图像的像素。PDP的单元有如下三个特点：每个单元都分为子单元，分别产生红、绿、蓝三个颜色，并且图上一层适当的颜色的荧光粉，当受到激发时就会发出发

15、出光线。子单元内填充惰性气体，如氖与氙或氦与氙等种类的惰性混合气体。每个子单元上都有一个透明的电极，是的每个子单元都能够被独立寻址，从而可以使其处于开或关的状态。放电型AC-PDP的结构如图7所示。扫描电极Y和维持电极Z位于放电介质的同一侧，使放电在前表面进行，减少了带电粒子对荧光粉的轰击。放电电极与放电介质间由绝缘介质层隔开，使得壁电荷可以在电极表面聚集。壁电荷形成的电场与电极电场反向，随壁电荷的积累空间电场逐步减弱，当空间电场减小到低于维持电压Vs8时，直流放电终止，但该放电单元处于交流放电的激活态，当Z、Y电极的电压反向后，电极电场与壁电荷形成的电场同向，即使所加电压表面不到击穿电压，只

16、要电极电压与壁电荷电压之和大于，就能再次起辉，如此反复，交流放电得以维持。 图7 AC PDP发光结构示意图前后玻板被压紧密封后，抽真空并充以惰性气体(Ne + 或He+或Ne+等)就成了一个复杂的辉光放电器件。若每祯图像由n行，每行m个象素组成，则需n对放电电极，它们水平方向平行、均匀排列，其中n个等电位，故连在一起以一个端子引出，称Z维持电极，另n个分别引出，称(=1，2，n)扫描电极。垂直平行排列的数据电极有m组，每组3个电极，分别对应三基色，用(j=1，2，；k=r，g，b)表示并分别引出。正交布置的维持电极和数据电极构成n×3m个小放电管阵列，每个对应一个基色单元，而每个象

17、素的亮度和色调由n+3m+1个端口信号控制。2.3.2 PDP 工作原理a.等离子体显示器的工作原理在显示平面上安装数以十万计的等离子管作为发光体（象素）。每个发光管有两个玻璃电极、内部充满氦、氖等惰性气体，其中一个玻璃电极上涂有三原色荧光粉。当两个电极间加上高电压时，引发惰性气体放电，产生等离子体。等离子产生的紫外线激发涂有荧光粉的电极而发出不同分量的由三原色混合的可见光。每个等离子体发光管就是我们所说的等离子体显示器的像素，我们看到的画面就是由这些等离子体发光管形成的“光点”汇集而成的。等离子体技术同其它显示方式相比存在明显的差别，在结构和组成方面领先一步。 b.灰度等级的实现 辉光放电的

18、电流(对应于发光强度)不容易控制，PDP利用的是其亮与不亮的两态特性，以改变发光时间的长短来实现灰度等级的控制，所以PDP是一种数字显示器件。PDP发光时间的控制(即灰度)由子场驱动技术实现，如图8所示。每场周期被分为八个子场(或更多)。在常用的寻址-显示分离驱动法中，每个子场又分为启动期、寻址期和维持期。启动期和寻址期在各子场中时间长短相同，期间全屏不发光，只是激活应发光的象元。维持期的长短则各不相同，正比于其中包含的脉冲数(图8所示为采用二进制编码时各子场内放电脉冲的比值)，期间被激活的象元同时点亮。某象元的灰度等级由一帧期间加在其上的总的放电脉冲数决定，当采用8子场驱动时，二进制编码一共

19、可以获得256个灰度等级。 图8 子场的划分c. 驱动 图9和图10所示为寻址-显示分离驱动法中一个子场期间各电极所加电压的波形及所形成的壁电荷示意图。启动期分两步：(1)为启动升压阶段，数据电极X和维持电极Z加0电压，扫描电极Y上的电压逐渐从维持电压(如180V)升到超过击穿电压(如460V)，在扫描电极和维持电极、数据电极间都引起放电，形成如图10所示的壁电荷;(2)为降压阶段，维持电极上加维持电压，扫描电极的电压逐渐降到0，由于壁电荷产生电场的迭加，在扫描电极和维持电极间发生放电，维持电极上的壁电荷被泄放掉，使全部象元处于预激活状态。 址期如图7-图10所示，期间依次给数据电极施加方波寻

20、址电压(例70V)，这个寻址脉冲的作用是列选象元，每一瞬间有n个象元被选中。在扫描数据电极的同时，各扫描电极加有不同的电压，如果与Yi交叉点对应的象元本子场应不亮，寻址到它时，对应的Y电极为70伏，A电极也是70伏，不会点火，壁电荷分布不变，如(1)所示，未激活;对应点亮的象元，寻址到它时扫描电极Yi加0伏，电极电压形成的电场与(2)留下的壁电荷形成的电场正好同向迭加，于是点火，然而位于熄灭电压区，Y与X间的放电很快熄灭。此时X极上加有维持电压Vs(例180V)，点火虽在Y与A间发生，却引发了Z和Y极间的放电，留下如图10的壁电荷，被激活;于是寻址期结束时全屏各象元都根据要求留下了激活(相当于

21、存1)和未激活(相当于存0)的信息。 维持放电期间，各数据电极保持0电压，各扫描电极Y电压波形相同，是Vs与0相间的方波，维持电极电压波形与Y相同，但相位相反，这样凡被激活的象元将维持放电而未被激活的象元则不会放电。在每个子场结束或开始时，还要进行一次擦除放电，维持电极上的电压逐渐从0升到维持电压，另两个电极保持0伏，将所以电极上的壁电荷都全部泄放掉。 AC PDP的特性使得数据电极与放电电极交叉点形成的小放电管不仅是一个可控发光元件，而且是一个可控存储单元，整屏既是发光单元的二维阵列，又是一个矩阵存储器，每个发光元件也只有发光和不发光两个状态。这AC PDP实际上是一个数字器件，可以大量采用

22、数字图像处理技术，且数字图像信号无须经过D/A变换，可直接用于驱动显示屏。 图9 单个子场期间各电极电压波形图10 单个子场期间各电极电压壁电荷示意图3 CRT、LCD、PDP三种彩色电视的性能比较 屏幕面积与体积传统显象管电视由于使用CRT, 必须通过电子枪发射电子束到屏幕，因而显像管的管颈不能做得很短，当屏幕增加时也必然增大挣个显示器的体积。液晶显示器是通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来显示的，即使屏幕加大，它的体积也不会成正比的增加，而且在重量上臂相同显示面积的传统显示器要轻得多，液晶电视的重量大约是显像管电视的1/3.但由于液晶电视里面要灌液晶，随着显示尺寸的增大，灌制的难度和成本会

23、大幅提高。等离子显示器是利用惰性气体放电，产生紫外线激发荧光粉。呈现各种彩色光电的画面。PDP的出现，使得中大型尺寸（约4070寸）显示器的发展应用产生极大变化，其超薄体积与重量远小于传统大尺寸CRT电视。因此行业对等地理和液晶发展方向的判断：液晶电视向中小屏幕发展，等离子电视向大屏幕方向发展。图像质量CRT显示器上显示的图像是由很多荧光点组成，具有高对比度，每个荧光点都在电子束的击打下发光，不过荧光点发光的时间很短，所以要不断地有电子束刷新极大荧光粉使之持续发光，而只有刷新时够快，人眼才能看到持续稳定的画面，才不会感觉到画面的闪烁和抖动，眼睛也就不容易疲劳。所以CRT显示器的刷新率在相关分辨

24、率下不利于85Hz才能人眼看着更舒服。LCD产生图像不是通过电子枪扫描，而是通过控制是否透光来控制亮和安，所以LCD的刷新是对整幅的画面进行刷新，LCD即使在较低的刷新率(如60Hz）下，也不会出现闪烁的现象，图像稳定。与LCD液晶显示屏相比，PDP显示有亮度高、色彩还原性好、灰度丰富、对迅速变化的画面响应速度快等优点。由于屏幕亮度高达150lux，因此可以在明亮的环境之下尽情欣赏大画面的视讯节目。另外，PDP视野开阔，能提供格外亮丽、均匀平滑的画面和前所未有的更大观赏角度。PDP的视角高达160度，普通电视机在大于160度的地方观看时画面已严重失真，至于视角只有40度左右的液晶显示屏则更加望

25、尘莫及。此外，PDP平而薄的外型使其优势更加明显，特别适合公共信息显示、壁挂式大屏幕电视和自动监视系统。 响应时间所谓响应时间是指个像素点对输入信号的反应速度，即屏幕由暗转亮或由亮转暗的速度。在CRT显示器中，只要电子束打击荧光粉立刻就能发光，响应时间仅为13ms。由于LCD利用液晶分子扭转控制光的通断，且液晶分子扭转需要一个过程，所以LCD显示器的响应时间长于CRT，目前LCD响应时间都能做到25ms以内，新型的主流机种多在8ms16ms之间。响应时间越短看动画时拖尾现象越小。等离子PDP比LCD的响应时间要快一些，一班PDP的响应时间是us级别的，而LCD则是ms级别的。LCD的响应时间虽

26、然比PDP慢一些，但是对于观看效果并不会产生实质性的影响。对比度对比度就是其亮部亮度和暗部亮度的比值，也就是显示全白图像时的亮度和显示全黑图像时的亮度的比值。CRT显示器对比度高，画面品质鲜艳，可达到450:1，PDP的对比度要比LCD高得多。等离子的对比度目前多为3000:15000:1，而液晶电视的对比度基本在400:11200:1之间。PDP和LCD标称的对比度都是环境全黑情况下测试出来的对比度，随着环境亮度的增加，PDP和LCD对比度的数值都会有明显的下降，但是PDP降低得更快一下，这就导致在暗环境下PDP的对比度较高，在亮环境下LCD的对比度较高。可视角度可视角的定义是站在屏幕中心线

27、的上下、左右某个位置时仍可清晰看见屏幕图像的角度范围，可视角的大小影响电视可以观看到理想画面的位置，相对于电视机屏幕太靠左右边，太高、太低都可能由于可视角问题影响观看效果，甚至观看不到画面。CRT电视可视角天然的是180度。PDP的可视角度是指亮度较低到垂直观看时亮度的1/3时的角度,而LCD的可视角度是指对比度下降到10:1时观看角度。如果按照对比度降低到10:1的标准衡量PDP的视角，那么，PDP的视角可以达到180度，这也是物理上的最大视角。如果按照亮度降低垂直观看时的1/3的标准来衡量LCD的视角，那么，标称视角170度的LCD的水平视角是122度，垂直方向上的视角是91度。按照两种视

28、角的定义，PDP的视角都比LCD要宽广。亮度亮度是指画面的通亮程度，单位是cd/或称nits，CRT显示器的最大亮度取决于显像管枪的加速电压，亮度过高则加大辐射量并降低激发磷光的生命周期。目前CRT最高亮度能达到300cd/以上。LCD的最大亮度是由背光源决定，目前提高其亮度的方法有两种：一是提高LCD面板的光通过率；另一种是增加背光源的亮度，在较强的环境光线下达到较好的显示效果一般要达到300cd/。PDP等离子屏幕是通过紫外光刺激磷光质发光，因此它跟CRT一样，属于自体发光，PDP的亮度动辄能够超过700cd/以上，而LCD后期产品才能达到500cd/以上的亮度。能耗和环保和传统显像管电视相比，液晶电视和等离子电视具有高清晰度显像、色彩更丰富、使用寿命长、省电低功耗、节省空间和低辐射的优点。目前市场上大部分等离子电视标称功耗都在300W400W，而液晶电视很少有超过200W。显示格式现在人们一般把显示格式为4:3的电视称为标准清晰