监测监控系统原理20显示屏技术原理课件

1、显示屏技术原理一、液晶显示器(一)发展简史 CRT(阴极射线管)显示器历经多年的发展，无论在技术或是零件供应方面都已经越来越成熟，画面的显示质量也越来越好。但CRT天生固有的物理结构限制了它向更宽广的显示领域发展。此外，由于CRT显示器的重量过重、体积占空间，加上电磁辐射散发量过大，这种种的缺点造成人们开始寻找新的显示器。而在这些原因之下，液晶显示器便应运而生。 大约1971年，液晶显示设备在人类的生活中出现。这就是最初的TN-LCD（扭曲阵列）显示器。尽管当时在色彩的表现方面它还只是单色显示，但在某些领域已开始加以应用（例如医学仪器等）。到八十年代初期，TN-LCD开始被应用到电脑产品上。1

2、984年，欧美国家提出STN-LCD（超扭曲阵列），同时TFT-LCD（薄膜式电晶体）技术也被提出，但技术和制程仍不够成熟。到八十年代末期，由于日本厂商掌握着STN-LCD的主要生产技术，它们开始在生产线上进行大规模的生产，这算得上是LCD将要普及的信号。 直到1993年，日本在掌握TFT LCD的生产技术后，液晶显示器开始向两方面发展：一方面是朝着价格低、成本低的STN-LCD显示器方向发展。随后又推出了DSTN-LCD(双层超扭曲阵列)；而另一方面却朝向高质量的薄膜式电晶体TFT-LCD发展。1997年，日本开发了一批以550 x670mm代表的大基板尺寸第三代TFT-LCD生产线。在此期

3、间，韩国和中国台湾省开始进入液晶显示器生产领域，同时中国企业也在引进生产线生产LCD面板，目前夏普十代线已于2009年10月启动，采用了世界最大尺寸2880mm3130mm的第10代玻璃母板，能从每块玻璃基板上切出6块60寸液晶面板。(二）液晶显示原理 液晶的物理特性是：当通电时导通，排列变的有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。从技术上简单地说，液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材，中间夹著一层液晶。当光束通过这层液晶时，液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状，因而阻隔或使光束顺利通过。 液晶显示器按照控制方式不同可分为被动矩阵式LCD及主

4、动矩阵式LCD两种。 在厚度不到1厘米的TN-LCD液晶显示屏面板中，通常是由两片大玻璃基板，内夹着彩色滤光片、配向膜等制成的夹板外面再包裹着两片偏光板，它们可决定光通量的最大值与颜色的产生。彩色滤光片是由红、绿、蓝三种颜色构成的滤片，有规律地制作在一块大玻璃基板上。每一个像素是由三种颜色的单元(或称为子像素)所组成。假如有一块面板的分辨率为12801024，则它实际拥有38401024个晶体管及子像素。每个子像素的左上角(灰色矩形)为不透光的薄膜晶体管，彩色滤光片能产生RGB三原色。每个夹层都包含电极和配向膜上形成的沟槽，上下夹层中填充了多层液晶分子(液晶空间不到510-6m)。在同一层内，

5、液晶分子的位置虽不规则，但长轴取向都是平行于偏光板的。另一方面，在不同层之间，液晶分子的长轴沿偏光板平行平面连续扭转90度。其中，邻接偏光板的两层液晶分子长轴的取向，与所邻接的偏光板的偏振光方向一致。在接近上部夹层的液晶分子按照上部沟槽的方向来排列，而下部夹层的液晶分子按照下部沟槽的方向排列。最后再封装成一个液晶盒，并与驱动IC、控制IC与印刷电路板相连接。 在正常情况下光线从上向下照射时，通常只有一个角度的光线能够穿透下来，通过上偏光板导入上部夹层的沟槽中，再通过液晶分子扭转排列的通路从下偏光板穿出，形成一个完整的光线穿透途径。而液晶显示器的夹层贴附了两块偏光板，这两块偏光板的排列和透光角度

6、与上下夹层的沟槽排列相同。当液晶层施加某一电压时，由于受到外界电压的影响，液晶会改变它的初始状态，不再按照正常的方式排列，而变成竖立的状态。因此经过液晶的光会被第二层偏光板吸收而整个结构呈现不透光的状态，结果在显示屏上出现黑色。当液晶层不施任何电压时，液晶是在它的初始状态，会把入射光的方向扭转90度，因此让背光源的入射光能够通过整个结构，结果在显示屏上出现白色。 为了达到在面板上的每一个独立像素都能产生你想要的色彩，多个冷阴极灯管必须被使用来当作显示器的背光源。2、TFT-LCD工作原理当前用作电视机显示的液晶面板都为TFT液晶面板。这是由于被动式液晶面板有它无法克服的局限：STN型液晶属于反

7、射式LCD器件，它的好处是功耗小，但由于TN和STN型的液晶的显示原理所限，如果它的显示部份越做越大，那么中心部份的电极反应时间可能就会比较长。这对于手机来讲并不是很大的问题，因为手机显示屏都比较小，液晶反应时间的影响就比较小。但是对于笔记本等需要大屏幕液晶显示器的设备来说，太慢的液晶反应时间就会严重影响显示效果，因此TFT液晶技术引起了厂商的注意。 图7是常见的彩色滤光片的排列方式. 条状排列(stripe)最常使用于OA的产品, 也就是我们常见的笔记型计算机,或是桌上型计算机等等. 为什么这种应用要用条状排列的方式呢? 原因是现在的软件, 多半都是窗口化的接口. 也就是说, 我们所看到的屏

8、幕内容,就是一大堆大小不等的方框所组成的. 而条状排列,恰好可以使这些方框边缘, 看起来更笔直, 而不会有一条直线, 看起来会有毛边或是锯齿状的感觉. 但是如果是应用在AV产品上, 就不一样了. 因为电视信号多半是人物, 人物的线条不是笔直的, 其轮廓大部分是不规则的曲线. 因此一开始, 使用于AV产品都是使用马赛克排列(mosaic,或是称为对角形排列). 不过最近的AV产品, 多已改进到使用三角形排列(triangle,或是称为delta排列). 除了上述的排列方式之外, 还有一种排列,叫做正方形排列. 它跟前面几个不一样的地方在于, 它并不是以三个点来当作一个pixel,而是以四个点来当

9、作一个pixel. 而四个点组合起来刚好形成一个正方形.3、背光板 在一般的CRT屏幕, 是利用高速的电子枪发射出电子, 打击在银光幕上的荧光粉, 藉以产生亮光, 来显示出画面. 然而液晶显示器本身, 仅能控制光线通过的亮度,本身并无发光的功能. 因此,液晶显示器就必须加上一个背光板, 来提供一个高亮度,而且亮度分布均匀的光源. 我们在图3中可以看到, 组成背光板的主要零件有灯管(冷阴极管), 反射板, 导光板, prism sheet, 扩散板等等. 灯管是主要的发光零件, 藉由导光板, 将光线分布到各处. 而反射板则将光线限制住都只往TFT LCD的方向前进. 最后藉由prism shee

10、t及扩散板的帮忙, 将光线均匀的分布到各个区域去,提供给TFT LCD一个明亮的光源. 而TFT LCD则藉由电压控制液晶的转动, 控制通过光线的亮度, 藉以形成不同的灰阶.（四）何谓CCFL、LED 液晶及其特点 目前液晶显示屏的主要的背光方式有CCFL和LED背光，大家在购买液晶显示器前可了解一下这些背光知识，由于背光器件都是在显示器内部，普通消费者无法直接查看到，像White_LED和RGB LED背光TV，商家都说是LED屏，其实是偷换概念，真正的LED屏应该是像大广场上广告牌，那样的设计，目前能把它微型化的厂家全世界没有一个，所以在液晶显示器市场，所谓的LED电视或LED显示器，仅指

11、LED背光源的液晶电视或显示器。真正的LED屏应该是这个样子的：CCFL背光源优点：成本低、制造工艺简单、技术成熟。CCFL背光源缺点：老化后会发黄、发光效率低（与LED相比）、亮度均匀性低、不环保（含汞）、体积大、驱动电压高、不耐冲击（看图中那种细细长长的灯管就知道肯定不耐摔）。2、LED背光源液晶电视的发展史LED背光源液晶电视首款产品亮相最早可以追溯到2004年，索尼在04年11月份亮相了首款40英寸及46英寸电视用LED背光液晶模组，但仅在采用用450颗3原色LED灯之后，耗电量就高达450W以上。2006年9月，三星推出了首款40英寸LED背光液晶电视；此后，也有许多厂商推出了最大7

12、0英寸LED背光源液晶电视，但因为成本等原因，并没有大力推出，还只是LED背光电视消费的起步阶段。 从09年开始，以合资品牌为首纷纷推出多个系列和多个尺寸的LED背光源液晶电视，并且售价方面也开始大幅下调，媒体宣传加大，使其有调查数据显示，准备选择LED背光源电视的消费者目前比例已经高达34%。甚至有业内人士预测，未来三年，LED背光源电视有可能逐渐替代传统液晶，成为消费主流。（五）DID(digital information display)是Digital Information Display的简称。是三星电子于2006年推出的新一代液晶显示技术，广泛应用于各行各业（水电生产调度，军事

13、指挥，城市管理，矿业安全，环境监控，消防气象海事等指挥系统。）的安防监控，（政府企业视频会议，金融证券，机场地铁商场酒店通迅信息等的）信息发布，（剧院体育场馆博览会集会演唱会Party媒体广告等的）展示系统以及显示设备的商业租赁等领域的液晶显示器中。作为其独有的显示技术与普通的液晶显示器的不同在于改善了液晶分子排列结构,可以横向纵向吊顶放置。高亮度，高清晰度（1080P），超长寿命，运行稳定，维护成本低。 目前DID屏幕成为拼接的需要，是由多个专业液晶屏作为显示单元以矩阵排列（例如22，33，44及更大的自由无限拼接）组成一个大屏幕显示屏；每个子屏幕显示大图象的一部分，共同显示一个大的图象，也

14、可分屏显示不同图像。其它公司显示墙多半以模拟信号输入，无法接入数字信号，无法显示高清图像和视频。DID拼接是以其超薄的面板，更加利于在拼接中的应用 。二、等离子显示器 等离子体显示器（PDP）是继液晶显示器（LCD）之后的最新显示技术之一。这种显示器能够用作适应数字化时代的各种多媒体显示器，适用于制造大屏幕和薄型彩色电视机等，有着广阔的应用前景。等离子体显示器具有体积小、重量轻、无X射线辐射的特点，由于各个发光单元的结构完全相同，因此不会出现CRT显像管常见的图像几何畸变。等离子体显示器屏幕亮度非常均匀，没有亮区和暗区，不像显像管的亮度屏幕中心比四周亮度要高一些，而且，等离子体显示器不会受磁场

15、的影响，具有更好的环境适应能力。等离子体显示器屏幕也不存在聚焦的问题，因此，完全消除了CRT显像管某些区域聚焦不良或使用时间过长开始散焦的毛病；不会产生CRT显像管的色彩漂移现象，而表面平直也使大屏幕边角处的失真和色纯度变化得到彻底改善。同时，其高亮度、大视角、全彩色和高对比度，意味着等离子体显示器图像更加清晰，色彩更加鲜艳，感受更加舒适，效果更加理想，令传统显示设备自愧不如。与LCD液晶显示器相比，等离子体显示器有亮度高、色彩还原性好、灰度丰富、对快速变化的画面响应速度快等优点。由于屏幕亮度很高，因此可以在明亮的环境下使用。另外，等离子体显示器视野开阔，视角宽广（高达160度），能提供格外亮

16、丽、均匀平滑的画面和前所未有的更大观赏角度。下面我们来介绍一下等离子体显示器件的工作原理。 （二）等离子的原理 显示屏上排列有上千个密封的小低压气体室（氙气和氖气的混合物），电压激发气体，使其发出肉眼看不见的紫外光。这种紫外光照射到后面玻璃上的红，绿，蓝三色荧犷体，它们再发出我们在显示屏上看到的可见光。 等离子显示屏PDP是一种利用气体放电的显示装置，这种屏幕采用等离子管做为发光元件，大量的等离子管排列在一起构成屏幕，每个等离子对应的每个小室内都充有氖氙气体。在等离子管电极间加上高压后，封在两层玻璃之间的等离子管小室中的气体会产生紫外光激励平板显示屏上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光。每个等离子

17、管作为一个像素，由这些像素的明暗和颜色变化组合使之产生各种灰度和色彩的图像，与显像管发光很相似，从工作原理上讲，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。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。等离子显示器的体积比较阴极射线管（CRT）显示器小，色彩要比液晶显示器鲜艳，明亮。显示的图像不会出现扭曲变形的情况。 等离子显示器屏幕上的每一个像素都由少量的等离子或者充电气体照亮，有点像微弱的霓虹灯光。等离子显示器有时也被称为平板显示器，即可以用来显示模拟视频信号，也可以用来显示VGA数字信号。 （三）等离

18、子的优缺点 等离子作为现在一种主流的平板电视机，特别是从2004年下半年开始，全球的等离子电视需求逐步上升，那么其一定有吸引消费者的优点，但任何事情都有两面性，下面我们具体给大家介绍一下，具体如下： 1、 优点： （1） 等离子具有极高的对比度，如现在很多等离子电视可以达到5000：1或10000：1，而液晶能达到1000：1都比较难； （2） 等离子具有好的色彩显示能力，最高能达到50亿种颜色，而液晶一般是1677万色； （3） 等离子响应速度非常快，等离子是微秒级别，而是毫秒级别，整整三个数量级上千倍的差别。而分子本身的特性决定其响应速度永远都不会低于毫秒。 （4） 等离子具有很长的寿命，

19、相对于背投等其他中大屏幕电视，等离子和液晶一样都具有很长的使用寿命。一般情况都可以达到35000小时的寿命，像日立等公司的产品上标称的使用寿命已经达到60000小时，而背投等投影类电视一般的寿命只有5000小时，虽然有厂家标称其背投能达到10000小时寿命，但对比液晶和等离子还是短的太多； （5） 等离子具有很好的视觉范围，不像液晶，其视角范围一般都达到160以上。 2、等离子的缺点 （1） 尽管等离子电视很薄，但其实际并不轻； （2） 屏容易被烧伤，如果让其长时间显示统一画面，特别容易烧伤，所以一般等离子电视都要做屏保显示； （3） 深黑色层次表现不好； （4） 因为其屏幕较大，特别容易碎，

20、这要求我们在运输、安装和日常使用的过程中都要特别小心； （5） 耗电量比较大，一般一台42寸的耗电量为380W，像60寸的要达到600W； 3、技术卖点之三：对比度和亮度 等离子面板的两个最重要指标是对比度、亮度，它们决定了画面色彩的鲜明亮丽程度。更高的对比度和亮度带来的是更高质量的视觉享受，特别是在观看DVD或数字电视等高清晰节目时，动态图像快速的明暗转换中，对比度和亮度越高，人眼越容易分辨这些转换过程，才能看清一些暗部场景中的细节。等离子电视对比度的业界平均水平一般是3000：1，近期LG推出的一款对比度过万的PDP，打破了由自己保持的5000：1的业界最高纪录，亮度也达到了1500流明。

21、4、技术卖点之四：外屏 传统的等离子面板在前玻璃基层之外还会有一层玻璃外屏，对电视画质有影响。厂家一直在寻找消除这种影响的方案，的滤光膜（ ）解决了这个问题，有效消除散射和二重影现象，且透光性能突出，色纯度也明显提高，而重量却下降了公斤，厚度则减少了毫米。三、LED显示屏LED屏幕发展历程40年回顾1970年代最早的GaP、GaAsP同质结红、黄、绿色低发光效率的LED已开始应用于指示灯、数字和文字显示。 从此LED开始进入多种应用领域，包括宇航、飞机、汽车、工业应用、通信、消费类产品等，遍及国民经济各部门和千家万户。到1996年LED在全世界的销售额已达到几十亿美元。尽管多年以来LED一直受

22、到颜色和发光效率的限制，但由于GaP和GaAsP LED具有长寿命、高可靠性,工作电流小、可与TTL、CMOS数字电路兼容等许多优点因而却一直受到使用者的青眯。 最近十年，高亮度化、全色化一直是LED材料和器件工艺技术研究的前沿课题。 超高亮度(UHB)是指发光强度达到或超过100mcd的LED，又称坎德拉(cd)级LED。高亮度A1GaInP和InGaN LED的研制进展十分迅速，现已达到常规材料GaA1As、GaAsP、GaP不可能达到的性能水平。1991年日本东芝公司和美国HP公司研制成InGaA1P 620nm橙色超高亮度LED，1992年InGaA1p590nm黄色超高亮度LED实用

23、化。同年，东芝公司研制InGaA1P 573nm黄绿色超高亮度LED，法向光强达2cd。1994年日本日亚公司研制成InGaN 450nm蓝(绿)色超高亮度LED。至此，彩色显示所需的三基色红、绿、蓝以及橙、黄多种颜色的LED都达到了坎德拉级的发光强度，实现了超高亮度化、全色化，使发光管的户外全色显示成为现实。 我国发展LED起步于七十年代，产业出现于八十年代。全国约有100多家企业，95%的厂家都从事后道封装生产，所需管芯几乎全部从国外进口。通过几个“五年计划”的技术改造、技术攻关、引进国外先进设备和部分关键技术， 使我国LED的生产技术已向前跨进了一步。 LED显示屏可按像素尺寸装配成各种

24、结构，小像素直径一般小于5mm，单色显示的每个像素用一个T-1(3/4)的LED灯，双色显示的每个像素为双色的T-1(3/4)的LED灯，全色显示则需要3个T-1红、绿、蓝色灯，或者装配一个多芯片的T-1(3/4)的LED灯作为一个像素。大像素则是通过把许多T-1(3/4)红、绿、蓝色LED灯组合在一起构成的。用InGaN(480nm)蓝、InGaN(515nm)绿和ALGaAS(637nm)红LED灯作为LED显示的三基色，可以提供逼真的全色性能，而且具有较大的颜色范围包括:蓝绿、绿红等，与国际电视系统委员会(NTSC)规定的电视颜色范围基本相符。四、投影技术（一）大屏幕无缝投影通常大屏幕均

25、是由多台投影机投射的投影画面拼接而成，由于在多通道投影显示系统中，每台投影机都是相互独立的，两个投影机所投出的画面在大屏幕之间会有缝隙。虽然经过调整这个缝隙会变得很小，但对专业用户来说，这样的缝隙也是不能接受的。而且很多通道大屏幕并不是平面的，而是柱状环幕或者是球幕，这样就会在曲面上产生投影变形。所以对于这些大屏幕，不但需要经过专业边缘融合处理，而且还要经过特殊的曲面几何纠正处理。 为了解决这个问题，就需要用专业的大屏幕边缘融合机来对多路输出进行处理，最终生成一个完整一体化、无失真的多通道无缝拼接图像。所以数字化大屏幕无缝拼接投影显示技术将逐步成为实现这一需求的有效途径。 大屏幕无缝投影也称边

26、缘融合技术，边缘融合技术就是将一组投影机投射出的画面进行边缘重叠，并通过融合技术显示出一个没有缝隙，更加明亮、超大、高分辨率的整幅画面，画面的效果就好像是一台投影机投射的画质。当两台或多台投影机组合投射一幅两面时，会有一部分影像灯光重叠，边缘融合的最主要功能就是把两台投影机重叠部分的灯光进行渐变调整，使重叠区的亮度对比度与周边图像一致，从而使整副画面完整统一，丝毫看不出是多台投影机拼接的结果。 边缘融合大屏幕显示系统可以精确细致地显示每个精细而且微小的画面，整套系统展现出来是整幅无缝的画面，不论是光学拼缝还是物理拼缝，都不会存在，带给观众震撼的视觉冲击和享受，让一切数据完美再现！边缘融合技术起

27、初应用于军方模拟仿真系统，随着科技的不断发展，成本的不断下降，边缘融合大屏幕系统已经逐步的进入指控监控中心、主题场馆、仿真游戏等大屏幕显示系统 （二）LCD液晶投影机LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示）投影机是液晶显示技术和投影技术相结合的产物，它利用液晶的电光效应，用液晶板作为光的控制层来实现投影。液晶的种类很多，不同的液晶，其分子排列顺序也不同（在LCD显示器中，采用了扭曲向列型液晶）。有些液晶在不加电场时是透明的，而加了电场后就变得不透明了；有些则相反，在不加电场时是不透明的，而加了电场后就变得透明了，透明度的变化与所加电场有关，这就是电光效应。LCD投影机按内部液晶板的片数可分为单片式和三片式两种。现在投影机主要采用3片式LCD板，在此重点说明3片式LCD投影机的工作原理。 三片式LCD投影机用红绿蓝三块液晶板分别作为红绿蓝三色光的控制层。光源发射出来的白色光经过镜头组会聚到达分色镜组，红色光首先被分离出来，投射到红色液晶板上，液晶板记录下的以透明度表示的图像信息被投射生成了图像中的红色光信息。绿色光被投射到绿色液晶板上，形成图像中的绿色光信息，同样蓝色光经蓝色液晶板生成图像中的蓝色光信息，三种颜色的光在棱镜中会聚，由投影镜头投射到投影幕上形成一幅全彩色图像。 LCD投影机分为液晶板和液晶光阀两种。液晶是介于液体和固体之间的