CRT、LCD、PDP、OLED三种显示器件的工作原理及特点分析.doc
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1、CRTCRT、LCDLCD、PDPPDP、OLEDOLED 三种显示器件的工作原理及特点分析三种显示器件的工作原理及特点分析 摘摘 要要 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。 是完成电光转换并将各像素综合成为图像 的作用最终把接受到的电视信号在荧光屏上重现出来。它的应用也非常广泛, 大到卫星监测、小至看视频,可以说在现代社会里,它的身影无处不在,其结 构一般为圆型底座加机身,随着彩显技术的不断发展,现在出现了一些其他形 状的显示器,而且越来越明细,而且它们经历了从黑白到彩色,从球面到柱面 再到平面直角,直至纯平的发展。在这段加速度前进的历程
2、中,显示器的视觉 效果在不断得到提高,色彩、分辨率、画质、带宽和刷新率等各项指标均有大 幅度的提升。目前广泛应用的电视显示器主要分以下几种:CRT(阴极射线管) 显示器、LCD(液晶)显示器、PDP(等离子)显示器、OLED(发光二极管面光 源)显示器等新型的平板显示器。 本设计主要分析了 CRT、LCD、PDP、OLED 显示原理和特点,优缺点,和介 绍了主要的生产厂家以及未来的发展趋势。 关键词:CRTCRT LCDLCD PDPPDP OLEDOLED 显示原理显示原理 目录目录 绪绪 论论 CRT 是一种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
3、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。它采用等离子管作为发光元件,屏幕上每一个等离
4、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。 第一章第一章 LCDLCD /PDP/PDP /OLED/CRT/OLED/CRT的类型的类型 1.1. 1 1 LCDLCD ( (液晶显示器液晶显示器) )的类型的类型 LCD是一种靠液晶态物质的液晶分子排列状态在电场中改变而调制外界光的 平板
5、显示器。根据目前实际产业化现状, LCD主要可划分为TN (扭曲向列型) 、STN (超扭曲向列型) 、a - Si TFT (非晶硅薄膜晶体管型) 、LTPS TFT(低 温多晶硅薄膜晶体管型) 、TFD (薄膜二极管型)等。LCD的特点是非主动发光、 高清晰、省电、低压驱动、高亮度,但响应时间和宽视角仍在进一步完善之中。 它的适用尺寸主要有: 33 mm38 mm (笔记本电脑) 、38 mm46 mm (桌面显 示器) 、53 mm107 mm (电视机) 、3. 3 mm5. 6 mm (手机)等。 1.1. 2 2 PDPPDP ( (等离子体显示器等离子体显示器) )的类型的类型
6、PDP是指所有利用气体放电而发光的平板显示器的总称。PDP按工作方式的 不同主要可分为电极用覆盖介质层与气体相隔离的交流型(AC - PDP)和电极与 气体直接接触的直流型(DC - PDP)两大类。AC - PDP与DC - PDP在结构上最大 不同之处是在电极表面覆盖有介质层,由于AC - PDP具有结构简单、亮度和光效 高的优点,因此世界上各PDP制造公司绝大多数采用AC - PDP结构。PDP的特点是 主动发光、宽视角、响应速度快、大屏幕、高亮度、但耗电和生产成本稍高。 它的适用尺寸大致在81 mm152 mm (大屏幕电视机) 。1. 3 OLED (有机电致 发光显示器)的类型OL
7、ED即有机电致发光显示,又称有机发光二极管显示或有机 发光显示,其原理是通过正负载流子注入有机半导体薄膜后复合产生发光。它根 据材料的不同,分为小分子器件和高分子器件。高分子器件又称PLED。根据驱动 方式的不同,可分为无源驱动OLED和使用TFT的有源驱动OLED。根据显示的颜色, 又可分为单色、多色和全彩色。目前,实际批量生产的主要是小分子无源驱动 OLED。OLED的特点是主动发光、宽视角、响应速度快、高亮度、电流驱动、但 寿命和红色显示还有问题。它的适用尺寸一般为4. 57 mm5. 6 mm (手机) 、12. 7 mm17. 8 mm ( PDA)等。 1.31.3 CRTCRT
8、分类分类 (1) 根据调控方式不同可分为:模拟调节、数字调节和 OSD 调节 模拟调节是在显示器外部设置一排调节按钮,手动调节亮度、对比度等一 些技术参数。由于模拟器件较多,故障的几率较大,而且可调节的内容极少, 所以目前已销声匿迹。 数字调节是在显示器内部加入专用微处理器,操作更精确,能够记忆显示 模式,而且其使用的多是微触式按钮,寿命长,故障率低。 OSD 调节严格说算是数控方式的一种,能以量化的方式将调节直观地反映 到屏幕上。 (2) 按显像管种类的不同可分为:球面显像管、柱面显像管和纯平显像 管 球面管的缺陷非常明显,在水平和垂直方向上都是弯曲的,边角失真现象 严重,随着观察角度的改变
9、,图像会发生倾斜,而且容易引起光线的反射,会 降低对比度,对人眼的刺激较大。 柱面显像管采用栅式荫罩板,在垂直方向上不存在任何弯曲,在水平方向 上略有弧度。目前常见的柱面管可分为单枪三束和三枪三束管。纯平显像管是 CRT 彩显的发展方向,纯平显像管在水平和垂直方向上均实现了真正的平面, 失真、反光都被减到了最低限,使观看时的聚焦范围增大。 第二章第二章 LCDLCD /PDP/PDP /OLED/OLED的用途的用途 (CRT基本淘汰不在论述) LCD /PDP /OLED的主要用途和市场份额可见表1。明显看出LCD用途最广,除 了表中提到的商品外,LCD还可用于手表、挂钟、计数器、电子辞典、
10、电饭堡、 微波炉、血压计、体温计、遥控器、DVD等。 和LCD相比, PDP和OLED的用途现在还有相当的限制。PDP由于具有视频功能 和大屏幕特点,近年来开始大量出现在公共场所,比如机场、车站、教室、会议 室、了望台等。OLED的用途目前主要限定在手机(主要是副屏) 、车载、数码相 机、小型游戏机等领域。 从表1的市场份额还可以看出,现在LCD是市场的主流。其中桌面显示器、笔 记本电脑、手机、平板电视四项就占了市场份额的84 %。 3 3 LCDLCD /PDP/PDP /OLED/OLED、CRTCRT的基本原材料和显示原理的基本原材料和显示原理 LCD /PDP /OLED基本原材料和显
11、示原理的相互比较见表2和表3。上述三种显示 器的共性是衬底基板都使用玻璃。简单矩阵( TN、STN)的LCD一般用纳钙玻璃, 有源矩阵(如TFT)的LCD用无碱玻璃。OLED与LCD有些相似,无源驱动OLED用纳钙 玻璃,有源驱动OLED用无碱玻璃。PDP由于制作工艺温度一般比简单矩阵LCD要高,所 以根据工艺要求,可选用热稳定性好、变形点高的纳钙玻璃或高应变点玻璃。 对LCD来讲2面贴偏光板是必不可少的。但PDP是不用偏光板的。OLED仅在显 示屏表面一侧的玻璃基板上贴1张偏光板,其功能是防止反射和调整对比度。在 电极材料方面, LCD /PDP /OLED相同的是都使用到ITO (氧化铟锡
12、)透明导电膜。 由于LCD非主动发光,光源调制依靠背光源,因此上下二片基板的电极都使用 ITO。PDP和OLED因是主动发光,没有背光源,因此上侧基板需使用ITO,下侧基板 则没有必要使用透明导电膜而可以使用其它导电材料。背光源只有LCD才用。彩 色滤光片虽有极少部分PDP或OLED也用到,但基本属LCD专用。 CRT 显示器: 第三章第三章 结构图与显示原理结构图与显示原理 3.1、CRTCRT 结构图结构图 2.2. 2 2 CRTCRT 的工作原理的工作原理 CRT(阴极射线管)显示器的核心部件是 CRT 显像管,其工作原理和我们家中 电视机的显像管基本一样,我们可以把它看作是一个图像更
13、加精细的电视机。 CRT 显示终端主要由电子枪(Electron gun)、偏转线圈(Deflection coils)、 荫罩(Shadow mask)、荧光粉层(phosphor)和玻璃外壳五部分组成。经典的 CRT 显像管使用电子枪发射高速电子,经过垂直和水平的偏转线圈控制高速电子的 偏转角度,最后高速电子击打屏幕上的磷光物质使其发光,通过电压来调节电 子束的功率,就会在屏幕上形成明暗不同的光点形成各种图案和文字。 简单的理解,CRT 显示终端的工作原理就是当显像管内部的电子枪阴极发 出的电子束,经强度控制、聚焦和加速后变成细小的电子流,再经过偏转线圈 的作用向正确目标偏离,穿越荫罩的小
14、孔或栅栏,轰击到荧光屏上的荧光粉。 这时荧光粉被启动,就发出光线来。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。 LCD 显示器: 1、结构图 3.23.2 LCDLCD 工作原理工作原理 对于笔记本电脑或者桌面型的 LCD 显示器需要采用的更加复杂的彩色显 示器而言,还要具备专门处理彩色显示的色彩过滤层。通常,在彩色 LCD 面板 中,每一个像素都是由三个液晶单元格构成,其中每一个单元格前面都分别有 红色,绿色,或蓝色的过滤器。这样,通过不同单元格的光线就可以在屏幕上 显示出不同的颜色。 LCD 克服了 CRT 体积庞大、耗电和闪烁的缺点,但也同时 带来了造价过高
15、、视角不广以及彩色显示不理想等问题。CRT 显示可选择一系 列分辨率,而且能按屏幕要求加以调整,但 LCD 屏只含有固定数量的液晶单元, 只能在全屏幕使用一种分辨率显示(每个单元就是一个像素)。 CRT 通常有三个电子枪,射出的电子流必须精确聚集,否则就得不到清晰 的图像显示。但 LCD 不存在聚焦问题,因为每个液晶单元都是单独开关的。这 正是同样一幅图在 LCD 屏幕上为什么如此清晰的原因。LCD 也不必关心刷新频 率和闪烁,液晶单元要么开,要么关,所以在 4060Hz 这样的低刷新频率下显 示的图像不会比 75Hz 下显示的图像更闪烁。不过,LCD 屏的液晶单元会很容易 出现瑕疵。对 10
16、24768 的屏幕来说,每个像素都由三个单元构成,分别负责 红、绿和蓝色的显示一所以总共约需 240 万个单元(10247683=2359296)。 很难保证所有这些单元都完好无损。最有可能的是,其中一部分已经短路(出现 “亮点”),或者断路(出现“黑点”)。所以说,并不是如此高昂的显示产品并 不会出现瑕疵。 PDP 显示器: 1、结构图 4.24.2 PDPPDP 的工作原理的工作原理 等离子显示器( PDP)是一种利用气体放电的显示装置,这种屏幕采用了 等离子管作为发光元件。大量的等离子管排列在一起构成整个全屏幕。每个等 离子管作为一个像素,每个像素由三种不同颜色的发光体组成- 红、绿、蓝
17、。 由这些像素的明暗和颜色组合变化产生各种灰度和色彩的图像,这与 CRT 的原 理很相似。等离子管的中心元件就是等离子体,它是由自由流动的离子(带电的 气体放 电空间 前屏 VUV 可见光 荧光粉 后屏 气体放 电空间 前屏 VUV 可见光 荧光粉 后屏 X电极 Y电极 MgO MgO 介质层 介质层 原子)和电子(带负电的粒子)组成的气体。在通常情况下,气体主要由不带电的 粒子组成,也就是说,一个单独的气体分子包括了相同数量的质子(原子核里带 正电荷的粒子)和电子,带负电荷的电子和带正电荷的质子保持着完美的平衡, 所以原子的净电荷为零。如果利用加大电压的方法把一些电子放入到气体内, 那么它就
18、会立刻产生变化,自由的电子与原子相撞,并使原子内部的电子数目 失衡,这就会使其带正电荷,并产生了离子。在稳定等离子体中如果有电流穿 行其中,那么带负电的粒子就会冲向那些带正电粒子的区域,而带正电的粒子 也会杀向那些带负电粒子的区域。在这样的运动中,双方的粒子不断地进行着 撞击。这些撞击激发了等离子体中的气体原子,促使它们发出了光。这个工作 原理很类似于普通日光灯。等离子显示屏上每个等离子对应的小室内都充有氖、 氙原子,当它们被撞击时便发出了光。一般来讲,这些原子发出的光只是紫外 线光,而紫外线光人眼是无法辨别的。但正是这些紫外线光,才激发了荧光粉, 才产生了我们可见的光线。 OLED 显示器:
19、 1、结构图 OLED 的基本结构是由一薄而 透明具半导体特性之铟锡氧 化物(ITO),与电力之正极 相连,再加上另一个金属阴 极,包成如三明治的结构。 整个结构层中包括了:空穴 传输层(HTL)、发光层(EL) 与电子传输层(ETL)。当电力供应至适当电压时,正极空穴与阴极电荷就会在发 光层中结合,产生光亮,依其配方不同产生红、绿和蓝 RGB 三原色,构成基本 色彩。 第四章第四章 LCDLCD /PDP/PDP /OLED/CRT/OLED/CRT 优缺点优缺点 3 3、CRTCRT 优缺点:优缺点: 优点优点:高对比度 、高响应速度 、大尺寸 、使用寿命长 、色域宽、颜色响应准 确,非常
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