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液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中,一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。
当LCD中的电极产生电场时,液晶分子就会产生扭曲,从而将穿越其中的光线进行有规则的折射,然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。
对于简单的单色LCD显示器,如掌上电脑所使用的显示屏,上述结构已经足够了。
但是对于笔记本电脑所采用的更加复杂的彩色显示器来说,还需要有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。
现在,几乎所有的应用于笔记本或桌面系统的LCD都使用薄膜晶体管(TFT)激活液晶层中的单元格。
TFTLCD技术能够显示更加清晰,明亮的图像。
早期的LCD由于是非主动发光器件,速度低,效率差,对比度小,虽然能够显示清晰的文字,但是在快速显示图象时往往会产生阴影,影响视频的显示效果,因此,如今只被应用于需要黑白显示的掌上电脑,呼机或手机中。
受LCD液晶层中实际单元格数量的影响,LCD显示器一般只能提供固定的显示分辨率。
如果用户需要将800X600的分辨率提升到1024X768的话,只能借助于特定软件的帮助实现模拟分辨率。
与传统的CRT显示器一样,应用于桌面系统的LCD也被设计成接收波形模拟信号,而非直接由PC产生的数字脉冲信号。
这主要是因为目前桌面系统中的绝大多数标准显卡仍然是在将视频信息由最初的数字信号转化为模拟信号之后再传送给显示器显示。
虽然桌面系统的LCD被设计成可以接收模拟信号,但是LCD本身仍然只能处理数字信息,因此当从显卡接收到模拟信号之后,LCD需要将模拟信号再还原为数字信号后进行处理。
为了解决上述问题带来的显示上的不足,最新的桌面LCD采用了一种特殊的带有数字连接器图形卡直接向LCD显示器传送数字信号。
随着LCD技术的不断成熟和发展,显示屏幕的大小正在逐步增加。
以往的笔记本电脑中都是采用8英寸(对角线)固定大小的LCD显示器,现在,基于TFT技术的桌面系统LCD能够支持14到18英寸的显示面板。
因为生产厂商是按照实际可视区域的大小来测定LCD的尺寸,而非向CRT那样由显像管的大小决定,所以一般情况下,15英寸LCD的大小就相当于传统的17英寸彩显的大小。
2LED
LED(LightEmittingDiode),发光二极管,简称LED,,是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。
LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极使整个晶片被环氧树脂封装起来。
半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子。
但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个“P-N结”。
当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。
而光的波长也就是光的颜色,是由形成P-N结的材料决定的。
它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式,用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。
由于具有容易控制、低压直流驱动、组合后色彩表现丰富、使用寿命长等优点,广泛应用于城市各工程中、大屏幕显示系统。
LED可以作为显示屏,在计算机控制下,显示色彩变化万千的视频和图片。
LED是一种能够将电能转化为可见光的半导体。
LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。
由于它具有发光率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点,自20世纪80年代后期开始,随着LED制造技术的不断完善,在国外得到了广泛的应用。
在我国改革开放之后,特别是进入90年代国民经济高速增长,对公众场合发布信息的需求日益强烈,LED显示屏的出现正好适应了这一市场形势,因而在LED显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高。
LED显示屏经历了从单色、双色图文显示屏,到图象显示屏,一直到今天的全彩色视频显示屏的发展过程。
无论在期间的性能(提高亮度LED显示器及蓝色发光灯等)和系统的组成(计算机化的全动态显示系统)等方面都取得了长足的进步。
目前已经达到的超高亮度全彩色视频显示的水平,可以说能够满足各种应用条件的要求。
其应用领域已经遍及交通、证券、电信、广告、宣传等各个方面。
我国LED显示屏的发展可以说基本上与世界水平同步,至今已经形成了一个具有相当发展潜力的产业。
应该指出的是,我国LED产业不但在应用技术上取得了巨大的成功,而且在创新能力上有出色的表现,例如北京中庆数据设备公司研制的ZQL9701超大规模芯片,就代表了当前LED显示屏控制电路的国际水平。
与国内LED显示屏产业的迅速发展相比,目前关于LED显示屏的图书资料显得太少,不便于设计制造人员及运用维护人员的工作,由此萌发了编写一本LED显示屏技术用书的想法,适逢电子科技大学出版社之邀,斗胆动笔草就本书。
书中分别就LED显示屏的概况、LED显示器件、图文显示屏、图象显示屏、视频显示屏等有关技术问题进行了叙述,以期使从事各类LED显示屏工作的读者能够从本书中得到一些有用的材料。
由于LED显示屏是多种综合应用的产品,涉及光电子学、半导体器件、数字电子电路、大规模集成电路、单片机及微机等各个方路及方法还要花较大篇幅进行介绍,容易冲淡主题。
反过来采用集成电路和单片机等简单普及的刻与LED显述硬件又有软件。
上述各个领域都自成体系,在本书中无法一一尽述,只能以显示意直接有关的部分,而不追求各相关技术自身的完成性;
二、尽量采用简单普及的方案进步方案,可以追求相关技术的先进性。
例如在一些控制电路中,能用常规集成电路实现,而又面,既是避免各个相关技术“从头说起”的麻烦,从而达到精简内容突出重点的目的。
而不行描屏有进行讨论。
书中在处理相关领域技术方面采取了以下两条对策:
一、侧重叙述屏为主线,介绍相关技术在LED显示屏中的应用,不采器件的方案。
3PDP
3.1什么是等离子
等离子体是由自由流动的离子(带电的原子)和电子(带负电的粒子)组成的气体。
物质是由分子组成的,一个分子可以包含一个或多个原子,而一个原子则是由原子核和若干个电子组成。
原子核带正电,电子带负电,原子呈电中性。
气态时,电子在电场束缚下围绕原子核旋转。
如果气体被加热、加电场磁场或照射(紫外线、放射性射线等),其电子的热运动动能就会增加。
一旦电子的热运动动能超过原子核对它的束缚,电子就成为自由电子,这种过程称之为电离。
如果气体中的所有原子都被电离,就称为完全电离,如果只有部分原子被电离,则称为部分电离。
被电离的原子数与总原子数之比称为电离度。
电离度为100%时,即气体被完全电离,就成为等离子态,也称为等离子体。
这是最严格定义的等离子体,在实际应用中,部分电离的气体,只要满足一定的条件,也通称为等离子体。
等离子体中,失去电子的原子称为离子。
3.2等离子是如何发光的
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,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。
在等离子体状态时,离子与电子的结合会发出紫外线。
3.3等离子显示器
等离子体显示(PlasmaDisplayPanel,简称PDP)。
等离子显示器是利用气体放电原理实现的一种发光平板显示技术,故又称气体放电显示(GasDischargeDischargeDisplay)。
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屏幕。
每个等离子对应的每个小室内部充有氖氙气体。
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,从而激励平板显示器上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光。
每个离子管作为一个像素,由这些像素的明暗和颜色变化组合,产生各种灰度和色彩的图像,与显像管发光相似。
等离子显示器的分类
PDP分为直流(DC)驱动型和交流(AC)驱动型两种不同方式。
直流型电极与放电气体直接接触,紫外线的产生效率高,但显示屏的结构比较复杂,在目前商用彩色PDP中已很少用。
直流型PDP
交流型的电极表面涂敷一层介质层,使其结构类似于一个电容器。
交流型PDP又分对向放电和表面放电两种。
图交流(AC)驱动型
目前的主流彩色PDP为三电极表面交流放电型。
下面内容以此类型为例进行讲解。
3.4等离子显示器工作原理
如图1所示:
表面放电型AC-PDP的扫描电极Y和维持电极Z(统称显示电极)位于放电介质的同一侧(图1中前面板上得2个透明电极),使放电在前表面进行,减少了带电粒子对荧光粉的轰击;
地址电极D位于放电介质和惰性气体的另一侧,显示电极的对面;
在显示驱动时,首先在D和Y之间产生一个较高的电压,击穿惰性气体产生放电,然后在Y和Z之间产生一个较低的电压维持气体放电。
图1三电极表面交流放电型PDP面板结构
彩色PDP显示工作过程主要包括给电极间施加电压,气体放电、紫外线产生、可见三基色光的产生等环节,最后经空间混色得到显示的图像。
如图2所示:
图2PDP显示器件(等离子管)显示机理图
二与CRT显示的主要区别
CRT(CathodeRayTube)是阴极射线管。
是应用较为广泛的一种显示技术。
CRT投影机把输入的信号源分解到R(红)、G(绿)B(蓝)三个CRT管的荧光屏上,在高压作用下发光信号放大、会聚、在大屏幕上显示出彩色图像。
光学系统与CRT管组成投影管,通常所说的三枪投影机就是由三个投影管组成的投影机。
CRT投影机显示的图像色彩丰富,还原性好,具有丰富的几何失真调整能力;
缺点是亮度较低,操作复杂,体积庞大,对安装环境要求较高。
有两个CRT投影机的特有性能指标值得注意
会聚性能:
会聚是指红绿蓝三种颜色在屏幕上的重合。
对CRT投影机来说,会聚控制性显得格外重要,因为它有RGB三种CRT管,平行安装地支架上,要想做到图像完全会聚,必须对图像各种失真均能校正。
机器位置的变化,会聚也要重新调整,因此对会聚的要求,一是全功能,二是方便快捷。
会聚有静态会聚和动态会聚,其中动态会聚有倾斜,弓形,幅度,线性,梯形,枕形等功能,每一种功能均可在水平和垂直两个方向上进行调整。
除此之外,还可进行非线性平衡,梯形平衡,枕形平衡的调整。
CRT管的聚焦性能:
我们知道,图形的最小单元是像素。
像素越小,图形分辨率越高。
在CRT管中,最小像素是由聚焦性能决定的,所谓可寻址分辨率,即是指最小像素的数目。
CRT管的聚焦机制有静电聚焦、磁聚焦和电磁复合聚焦三种,其中以电磁复合聚焦较为先进,其优点是聚焦性能好,尤其是高亮度条件下会散焦,且聚焦精度高,可以进行分区域聚焦,边缘聚焦,四角聚焦,从而可以做到画面上每一点都很清晰。
1LCD与CRT显示的不同
在笔记本电脑市场占据多年的领先地位之后,基于液晶显示技术的光滑显示屏幕正逐步地进入桌面系统市场。
早在1888年,人们就发现液晶这一呈液体状的化学物质,像磁场中的金属一样,当受到外界电场影响时,其分子会产生精确的有序排列。
TFTLCD技术能够显示更加清晰,明亮的图象。
与传统的CRT显示器一样,应用于桌面系统的LCD也被设计成接收波形模拟信号,而非直接由PC产生的数字脉冲信号。
因为生产厂商是按照实际可视区域的大小来测定LCD的尺寸,而非向CRT那样由显象管的大小决定,所以一般情况下,15英寸LCD的大小就相当于传统的17英寸彩显的大小。
2LED与CRT显示的区别
CRT就是常见的显像管式的显示器。
优点是颜色视觉效果好,视角宽,可靠性高,便宜;
缺点是体积大耗电多,有微量的X射线辐射。
LED就是发光二极管。
LED一般适合做大屏幕的显示设备,最突出的有点那就是屏幕尺寸可以不受限制,亮度可以做的很高,其他的如显色性、对比度等都不如CRT显示器。
还有一种LED式的LCD显示器,就是将传统的LCD显示屏冷阴极背光灯管换为LED,实际上是背光灯的改进。
LED优点:
LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源,它有着广泛的用途。
体积小
LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面,所以它非常的小,非常的轻。
耗电量低
LED耗电相当低,一般来说LED的工作电压是2-3.6V。
工作电流是0.02-0.03A。
这就是说:
它消耗的电能不超过0.1W。
使用寿命长
在恰当的电流和电压下,LED的使用寿命可达10万小时。
高亮度、低热量
LED使用冷发光技术,发热量比普通照明灯具低很多。
环保
LED是由无毒的材料做成,不像荧光灯含水银会造成污染,同时LED也可以回收再利用。
坚固耐用
LED是被完全的封装在环氧树脂里面,它比灯泡和荧光灯管都坚固。
灯体内也没有松动的部分,这些特点使得LED可以说是不易损坏的。
LED灯高节能:
节能能源无污染即为环保。
直流驱动,超低功耗(单管0.03-0.06瓦)电光功率转换接近100%,相同照明效果比传统光源节能80%以上。
寿命长:
LED光源有人称它为长寿灯,意为永不熄灭的灯。
固体冷光源,环氧树脂封装,灯体内也没有松动的部分,不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点,使用寿命可达6万到10万小时,比传统光源寿命长10倍以上。
多变幻:
LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理,在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合,即可产生256×
256×
256=16777216种颜色,形成不同光色的组合变化多端,实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。
利环保:
环保效益更佳,光谱中没有紫外线和红外线,既没有热量,也没有辐射,眩光小,而且废弃物可回收,没有污染不含汞元素,冷光源,可以安全触摸,属于典型的绿色照明光源。
高新尖:
与传统光源单调的发光效果相比,LED光源是低压微电子产品,成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等,所以亦是数字信息化产品,是半导体光电器件“高新尖”技术,具有在线编程,无限升级,灵活多变的特点。
波长:
光的色彩强弱是可以通过数据来描述,这种数据叫波长。
能见到的光的波长,范围在380至780nm之间。
单位:
纳米(nm)亮度:
亮度是指物体明暗的程度,定义是单位面积的发光强度。
尼特(nit)光强:
指光源的明亮程度。
也即表示光源在一定方向和范围内发出的可见光辐射强弱的物理量。
烛光(cd)光通量:
光源发射并被人的眼睛接收的能量之总和即为光通量(Φ)。
流明(Lm)光效:
光源发出的光通量除以光源的功率。
它是衡量光源节能的重要指标。
每瓦流明(Lm/w)。
显色性:
光源对物体呈现的程度,也就是颜色的逼真程度。
通常叫做"
显色指数"
。
Ra。
色温:
光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时,黑体的温度称为该光源的色温。
开尔文(k)。
眩光:
视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比,所造成的视觉不舒适称为眩光,眩光是影响照明质量的重要因素。
同步性:
两个或两个以上LED灯在不规定时间内能正常按程序设定的同步方式运行,同步性是LED灯实现协调变化的基本要求。
防护等级:
IP防护等级是将灯具依其防尘、防湿气之特性加以分级,由两个数字所组成,第一个数字代表灯具防尘、防止外物侵人的等级(分0-6级),第二个数字代表灯具防湿气、防水侵人的密封程度(分0-8级),数字越大表示其防护等级越高。
3PDP与CRT显示的区别
等离子体发光显示是通过微小的真空放电腔内的等离子放电激发腔内的发光材料形成的,发光效应低和功耗大是它的缺点(仅1.2lm/W,而灯用发光效率达80lm/W以上,6瓦/每平方英寸显示面积),但在102~152cm对角线的大屏幕显示领域有很强的竞争优势。
业内专家分析认为,CRT、LCD和数字微镜(DMD)3种投影显示器可以与PDP竞争,从目前大屏幕电视机市场来看,CRT投影电视价格比PDP便宜,是PDP最有力的竞争对手,但亮度和清晰度不如PDP,LCD和DMD投影的象素和价格目前还缺乏竞争优势。
尽管彩色PDP在像质、显示面积和容量等方面有了明显提高,但其发光效率、发光亮度、对比度还达不到直观式彩色电视机的要求,最重要的是其价格还不能被广大家用消费者所接受,这在一定程度上制约了彩色PDP市场拓展。
目前主要在公众媒体展示场合应用开始普遍起来。
PDP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。
它采用了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,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,放电空间内的混合气体便发生等离子体放电现象,也称电浆效应。
等离子体放电产生紫外线,紫外线激发涂有红绿蓝荧光粉的荧光屏,荧光屏发射出可见光,显现出图像。
优点:
颜色鲜艳、高亮度、高对比度
缺点:
耗电与发热量很大,严重灼伤现象,画质随时间递减,并形成每块拼接屏之间的色差。
PDP拼接优点:
单屏均匀度高、安装初期亮度高、对比度高、图像细腻
PDP拼接缺点:
像素点缝隙大、显示计算机图像或静态图像容易灼烧、亮度衰减快且无法提高、可靠性较低,耗电极高
三平板电视
平板电视FPD(FlatPanelDisplay)顾名思义,就是屏幕呈平面的电视,它是相对于传统显像管电视机庞大的身躯作比较而言的一类电视机,主要包括液晶显示LCD(LiquidCrystalDisplay)、等离子显示PDP(PlasmaDisplayPanel)、有机电致发光显示OLED(OrganicLightEmittingDisplay)、表面传导电子发射显示SED(Surface-conductionElectron-emitterDisplay)等几大技术类型的电视产品。
彩电是我国当前国际化与市场化程度最高的产业之一,但在由CR过渡到平板电视后,中国彩电业陷入了“缺芯少屏”的困境,成为产业关键资源——面板的净进口区。
LCD液晶电视主要采用TFT型的液晶显示面板,其主要的构成包括了,荧光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等。
首先液晶显示器必须先利用背光源,也就是荧光灯管(CCFL)或者LED灯管投射出光源,这些光源会先经过一个偏光板然后再经过液晶,这时液晶分子的排列方式进而改变穿透液晶的光线角度。
然后这些光线接下来还必须经过前方的彩色的滤光膜与另一块偏光板。
因此只要改变刺激液晶的电压值就可以控制最后出现的光线强度与色彩,并进而能在液晶面板上变化出有不同深浅的颜色组合了。
PDP等离子显示器(PlasmaDisplayPanel)是利用两块玻璃基板之间的惰性气体电子放电,产生紫外线激发
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