现代电子技术课件作者龚建荣殷晓莹第4章节现代显示技术.pptx
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第4章现代显示技术,电子显示的原理及发展概况液晶显示器等离子体显示板电致发光显示器LED数码管,电子显示器件(elctronicdisplaydevice),即是人们常说的人-机界面(man-machineinterface),它能将来自各种电子装置的信息,通过人的视觉传递给人;而且,通过它能与人交换信息,进行人机对话,具有电子工具的功能。
4.1电子显示的原理及发展概况电子显示器件是指能将各种电子装置输出的电气情报信息,变换为人的视觉可辨知的光情报信息的器件。
电子显示器件可分主动发光型(emissivedisplay)和非主动发光型(non-emissivedisplay)两大类。
图4-1代表性的电子显示器件,4.2液晶显示器4.2.1液晶与液晶显示器4.2.2LCD的各种显示方式及其工作原理和特性4.2.3LCD的各种驱动方式,4.2.1液晶与液晶显示器,1液晶液晶显示器(LiquidCrystalDisplay,LCD)的主要构成材料为液晶。
所谓液晶是指在某一温度范围内,从外观看属于具有流动性的液体,但同时又是具有光学双折射性的晶体。
通常的物质在熔融温度从固体转变为透明的液体。
但一般说来,液晶物质在熔融温度首先变为不透明的混浊液体,此后通过进一步升温才继续转变为通常的透明液体。
因此,液晶(LiquidCrystal,LC)这一名称包括两种含义,其一是指处于固体相和液体相中间状态的液晶相,其二是指具有上述液晶相的物质。
液晶物质的大多数为有机化合物,其分子的形状一般为细长的棒状或扁平的板状。
按液晶相中这些分子的排列方式的不同,液晶可分为近晶相(smectic)液晶(又称层列液晶)、向列相(nematic)液晶、胆甾相(cholesteric)液晶等几大类。
在用于液晶显示的情况下,液晶的特定的初始分子排列,在电压及热等的作用下,其分子排列发生有别于其他分子排列的变化。
2液晶与显示,由于低功耗(几至几十微瓦每平方厘米),利用电池即可长时间运行,属于省能源型;低电压运行(几十伏),可由IC直接驱动,驱动电子回路小型、简单;元件为薄型(几毫米),而且从大型显示(对角线长几十厘米)到小型显示(对角线长几毫米)都可以满足,特别适用于便携式装置;,3LCD的特征,属于非主动发光型显示,即使在明亮的场所,显示也是鲜明的;容易实现彩色显示,因此便于显示功能的扩大及显示的多样化;可以进行投影(扩大)显示及组合(集成)显示,因此容易实现大画面显示(对角线为数米的显示)。
LCD在具有上述优点的同时,也存在下述缺点。
由于属于非主动发光型,在采用反射方式进行显示时,在比较暗的场所,显示不够鲜明;在需要鲜明的显示及彩色显示的场合,需要背置光;一般说来,显示对比度与观察方向相关,因此,视角的扩大受到限制;响应时间与周围温度有关,低温(3040)时工作不能充分保证。
4.2.2LCD的各种显示方式及其工作原理和特性,1液晶的电气光学效应及显示方式,图4-2液http晶:
/的各种电气光学效应,图4-3TN型显示方式的原理,2扭曲向列型,图4-4扭曲向列液晶盒的中央部分液晶分子长轴的倾斜角与外加电压的关系(计算值)(扭曲角;V施加电压;V0阈值电压),3超扭曲向列型
(1)着色方式,图4-5SBEht型tp:
/液/晶显示的电气光学原理,将黄色模式中采用的两片中性偏振片中的1片置换成紫色系颜色的偏振片,可得到消除背景黄色的无彩色(white,W)模式LCD,这已达到制品化。
(2)黑白方式,图4-6RF-STN型hLttpC:
/D/sh的an构gfu成wan及g.c黑om白显示的工作原理,4铁电型(FLC),非存储(单稳态)型FLC型LCD的各种方式双折射方式二色性方式存储(双稳态)型铁电型液晶元件的响应性,图4-7铁ht电tp:
/型/sh电ang气fuw光an学g.c效om应/,的原理,图4-8GH型显示方式的原理,5宾主型,图4-9ECBht(tp:
/D/shAaPng)fuw型an显g.c示om方/,式的原理,6双折射控制型,图4-10hNttpC:
/AshPan型gfu显wa示ng.方com式/的原理,7高分子分散型,图4-11PNsh型ang显fuw示an方g.c式om的/,原理,8彩色LCD的各种显示方式,图4-12彩色滤光h器ttp:
方/sh式an的gfu彩wa色ng.LcoCmD/装置的断面结构,
(1)彩色滤光器方式的彩色LCD,图4-13彩色滤光器的分光透htt射p:
/率sha与ng三fuw波ang长.co荧m光灯(背照灯)的发光光谱,图4-14多色D-STN型LCD(htt实p:
/线sha)ngf及uw彩ang色.coCmR/T(虚线)的颜色再现范围,图4-15投影型铁h电ttp:
型/sh液an晶gfu彩wa色ng.显com示/LCD的系统构成,
(2)彩色光源方式的彩色LCD,图4-16时序型htt彩p:
/色sha照ng明fuw方ang式.co的m/彩色显示原理,4.2.3LCD的各种驱动方式,1各种驱动电极的结构,图4-17LCD电极结构及其主要用途,图h4t-tp1:
/8/,7段电极的结构,图h4tt-p1:
/9/sha矩ng阵fuw电ang极.co结m构,图4-20LCD的主要驱动方式,2静态驱动,图4-2h1ttp:
静/sh态an驱gfu动wa波ng.形com的实例,图4-22多路传愉驱动h显ttp:
示/sh情an况gfu下wa位ng.电com极、段电极的组合结构,3多路传输驱动,若分时驱动的扫描脉冲与数据输入信号脉冲分别取V0,V0/a,扫描电极数为n,则等效电压VS,VUS分别由下式给出:
图4-23电压平均化法sha的ng驱fuw动an波g.c形om(TF:
帧时间),目前实用的扫描电极数的上限,对于TN型LCD来说,大约n=100;对于STN型LCD,大约n=400。
4有源矩阵驱动,图4-24有源矩阵驱动方式的分类,图4-25有h源ttp矩:
/sh阵an驱gfu动waLngC.cDom的/工作原理,图4-26有源矩阵驱动hLttpC:
/Dsh及an其gfu中wan薄g.c膜om三极管(TFT)的结构,4.3等离子体显示板4.3.1等离子体显示板的工作原理4.3.2AC型PDP与DC型PDP的结构及驱动方式,4.3.1等离子体显示板的工作原理,所谓等离子体显示扳(PlasmaDisplayPanel,PDP),即利用气体放电发光进行显示的平面显示板,可以看成是由大量小型日光灯并排构成的。
图4-27PDhtPtp:
的/sh工an作gfu原wa理ng.及com结/构示意图,图4-h2tt8p:
/放电胞发光的要素,1AC型PDP与DC型PDP,利用气体放电发光,为自发光型,即主动发光型显示(与LCD比较);其放电间隙为0.10.3mm,便于实现薄型化(与CRT比较);利用荧光体,可以彩色发光,容易实现多色化、全色化(与LCD比较);容易实现大画面平板显示(与CRT比较)。
2PDP的特征和应用,功耗大,不便于采用电池电源(与LCD比较);彩色发光效率低(与CRT比较);驱动电压高(与LCD比较);目前的价格还较高(与CRT、LCD比较)。
4.3.2AC型PDP与DC型PDP的结构及驱动方式,1AC型PDP的结构,图4-h2ttp9:
/sAhaCng型fuwPaDngP.c的om结构,2AC型PDP的驱动,
(1)驱动集成电路的作用彩色PDP是主动发光器件,其亮度与各个像素的发光时间成正比。
一般情况下,在进行矩阵平面的行顺序驱动时,随着扫描线数的增加亮度会下降。
因此,不管是AC型或DC型彩色PDP,都采用存储式驱动来增加实际的发光时间,以实现高亮度。
(2)驱动集成电路的构成,图4-3h0ttp:
P/DP驱动电路方块图,图4-31彩色hPttpD:
/Psh驱an动gfu集wa成ng.电com路/的内部结构,(3)多灰度驱动系统,表面放电式AC型PDP实际动态工作时一般采用选址期与维持期分离的驱动方法,简称ADS技术。
其中每一份称为子帧(sub-field)。
其排列次序从小到大为SFl,SF2,SF8。
各个子帧发光的时间比为1248163264128,即2021222324252627。
图4-322ht5tp6:
/级/sh灰ang度fuw的anAg.DcoSm驱/,动方法,图4-33表面放ht电tp:
/式/shAanCgf型uwaPnDg.cPo的m/驱动电压波形,图4-h3ttp4:
/sDhaCng型fuwPaDngP.c的om结构,3DC型PDP的结构,4.4电致发光显示器4.4.1全固态型的电致发光显示器4.4.2各种电致发光元件的结构、工作原理及特性4.4.3有机ELD4.4.4ELD的各种驱动方式,电致发光显示器(ElectronicLuminescentDisplay,ELD)是平面自发光型显示器,即通过对涂布于玻璃基板表面或有机膜上的荧光体施加电场,使其发光。
电致发光分薄膜型和分散型两大类。
4.4.1全固态型的电致发光显示器,所谓电致发光(EletronicLuminescent,EL)是指半导体,主要是荧光体,在外加电场作用下的自发光现象。
图4-35httpE:
/Lsh元ang件fuw的an分g.c类om及特征,与其他电子显示元件相比,EL元件具有下述优点。
图像显示质量高。
受温度变化的影响小。
是目前所知的唯一的全固体显示元件。
有小功耗、薄型、质轻等特征。
4.4.2各种电致发光元件的结构、工作原理及特性,1分散型交流电致发光,图4-36分h微ttp型:
/交流EL元件的/基本结构,图4-37分散型交h流ttp:
E/sLha的ng发fuw光an机g.c制om(Fischer模型),图4-38h分ttp:
散/sh型an直gfu流waEngL.c元om件/,的结构,2分散型直流电致发光,图4-39,h分ttp散:
/s型han直gfu流waEngL.c的om发光机制,图4-40二层h绝ttp缘:
/s膜han结gfu构wa薄ng.膜com型/交流EL元件,3薄膜型交流电致发光,图4-41二层绝缘膜ht结tp:
/构/sha薄ng膜fuw型an交g.c流omE/L元件的发光机制,4.4.3有机ELD,1有机ELD的优点有机薄膜电致发光(OEL)材料能提供真正的像纸一样薄的显示器,0EL显示器又轻又薄,功耗低,视角广,响应速度快(亚微秒),易实现全彩色大面积显示。
有机薄膜EL器件的发光过程由以下4个步骤完成。
载流子的注入载流子的迁移激子的形成和扩散发光,2有机ELD的结构及工作原理,图4-42OEL多层电致发光器件中的能级图及器件的典型结构,4.4.4ELD的各种驱动方式1帧更新驱动法,图4-43帧更新驱动ht法tp:
/中/sha,ng在fuwEaLng元.co件m上施加的脉冲波形,图4-44对称驱动法中,在EL元件上/施加的脉冲波形,2对称驱动法,实现灰度调节显示有两种方法。
一种方法是,通过调节周波数,来调节显示一个像素的时间间隔变化来达到调节灰度的目的。
另一种方法是,依据EL元件的辉度电压特性,调节脉冲宽度或脉冲幅度来达到调节灰度的目的。
3灰度调节显示驱动法,图4-45用于EhLttp元:
/s件ha的ngf有uw源ang矩.co阵m/驱动回路构成,4有源矩阵驱动法,4.5LED数码管4.5.1LED数码管的结构及显示原理4.5.2LED数码管的分类4.5.3LED数码管的特点4.5.4LED数码管显示的驱动方式,4.5.1LED数码管的结构及显示原理,LED数码管分为共阳极与共阴极两种。
发光二极管的输出光谱决定其发光颜色以及光辐射纯度,也反映出半导体材料的特性。
图4-h4tt6p:
/LshEanDg数fuw码ang管.co的m结
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