第8章模拟及数字电视图像显示器件.ppt-道客多多

2、偏转磁场后，便能在整个荧光屏上自动会聚。,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,8.1.1概述,1. CRT彩色显像管分类,按结构分,三枪三束荫罩管单枪三束栅网管自会聚管 ,2. CRT彩色显像管与黑白显像管的区别, 彩色显像管有三个阴极和三个栅极，分别受R、G、B三种信号的控制。显像管的荧光屏涂有R、G、B三色荧光粉，形成三色条组或点组。显像管内部，增加了荫罩板（选色板），其上有4050万个槽孔，其作用是使R、G、B三色电子束流在相应槽孔处会聚，以保证色纯度。,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,彩色显像管与黑白显像管结构上的主要区别：,3. 会聚和会聚,会聚就是R、G、B三条电子

3、束在整个扫描过程中的任何瞬间，都在荫罩板的槽孔处相交，并穿过槽孔，打在同一像素中各自对应的荧光粉点（条）上，这一性能称为会聚。失聚如果R、G、B三条电子束不在荫罩板的槽孔处会聚，这种情况叫做失聚。,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,4.静会聚和动会聚,静会聚电子束在无偏转情况下的会聚称为静会聚；动会聚在偏转过程中的会聚称为动会聚。,8.1.2 CRT自会聚显像管的结构,1. 精密一字形排列一体化电子枪,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,组成,一字形排列的电子抢开槽荫罩条状三色荧光屏玻璃外壳,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,显像管,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,8.1

4、阴极射线管(CRT) 显示器,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,2. 高强度开槽荫罩板,在自会聚管中，为确保受三个基色信号调制的三支电子束准确地轰击荧光屏上相应组R、G、B荧光粉，在电子枪和荧光屏之间安置了一块薄钢板，并在上面开了许多槽孔，为了增加强度和抗热变形性能，荫罩板上的槽孔开成长方形，按品字形互相错开排列，所以称它为开槽荫罩板。开槽荫罩板前面是荧光屏，屏上涂有从左到右循环排列的红，绿、蓝三基色条状荧光粉。荧光粉也涂成与荫罩板槽孔相同的形状，并与荫罩板上的槽孔对应。,3. 黑底技术,为了提高彩色显像管的对比度，目前的自会聚显像管在荧光粉条的间隙中，涂上黑色石墨层，称为黑底管。采用黑底

5、技术后，电子束截面积可以大于荧光粉的截面积，这样荫罩板槽孔可开大些，提高电子束透过率，从而提高了显像管亮度。黑底管亮度比普通非黑底管增加了30%。图8-3画出了黑底管与普通管荧光粉的涂布情况。,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,4. 不需会聚电路,自会聚管的电子枪结构减小了会聚误差，由于一字形排列使两个边束的会聚误差分布规律简单化。另外，在显像管外部采用特殊精心设计的偏转线圈，产生会聚校正磁场；在显像管内部设置了固定的磁增强和分路磁片，以调整中束和边束的电子偏转灵敏度。完全省去了外部复杂的会聚校正电路。,5. 快速启动阴极,阴极采用特殊设计，灯丝极靠近阴极内壁，几何尺寸变小，一方面阴极热容

6、量小升温快，另一方面内壁涂黑改善热吸收，因此自会聚显像管开机后五秒钟即出现图像。,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,静会聚是指无偏转情况下电子束的会聚，即使荧光屏中心区域的R、G、B基色会聚。从阴极发射的R、G、B三条电子束，经管内电极组成的电子透镜的聚焦作用，两条边束R、B将向中束G靠拢，应能达到良好的聚焦。但由于工艺上的误差，三条电子束不能严格地处于同一水平面上，也不能严格地等间隔。使实际的静会聚并不十分理想，为此，在显像管的管颈外部安装了两对磁环，用来进行静会聚校正。,1. 静会聚,8.1.3 自会聚原理,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,两对磁环中，一对为四极磁环，一对为六极磁

7、环。四极磁环由两片二磁极磁环组成，六极磁环由两片三磁极磁环组成，如图8-4所示。四极磁环产生的磁场可使两个边束沿相反方向作等量位移，六极磁环产生的磁场可使两个边束沿相同方向位移，如图8-5所示。改变它们的张角，可以调整校正量，将它们同时旋转，可以改变移动方向。中心部位磁场为零，故中束G不受影响。这样，就可以对三条电子束出现的各种偏差进行校正，使它们在荫罩板中心的槽孔中会聚，并穿过槽孔射到荧光屏中心相应的三基色荧光粉上。,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,R G B,R G B,R G B,2. 动会聚,由于显像

8、管荧光屏或荫罩板的曲率半径和电子束偏转半径不同，三支电子束在受到均匀偏转磁场作用，会聚点将位于荫罩板之前，,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,图8-6 色纯度磁环及校正原理,造成动会聚误差，离荧光屏屏面中心越远，失聚越严重。在自会聚彩色显像管中，采用了特殊设计的精密动会聚校正偏转线圈，并在出厂前已与管子调配好，成为一体化，安装时不需调整。,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,它是采用了非均匀磁场分布的方法来对动会聚误差进行自动校正的，如图8-6所示。其中把场偏转磁场设计成桶形分布，它的非均匀磁场恰好给出实现电子束会聚所需要的磁场分布，以校正垂直方向的失聚。,图8-6 色纯度磁环及校正原理

9、,把行偏转磁场设计成枕形磁场，以补偿由于垂直桶形偏转磁场和光栅延伸作用造成的水平光栅枕形失真。此外，电子枪内部的磁增强磁片和磁分路磁片也可对动会聚误差进行补偿校正。因此，在使用时，一般不需要对动会聚进行附加的调整。,8.1.4 色纯度及调整原理,1. 色纯度,色纯度就是指R、G、B单色光栅纯净的程度。所谓色纯，就是要求R、G、B三条电子束分别只轰击与其对应的R、G、B三色荧光粉，而不触及其它荧光粉。否则，就叫做色度不纯，造成色度不纯的原因有：制造显像管过程中的工艺误差；彩色电视接收机生产时色纯调整的精度不够；受到杂散磁场和地磁的影响等等。,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,2. 色纯

10、调整原理,对杂散磁场造成的色纯误差，通常在电路中设计一个消磁电路，以消除掉电视接收机和显像管内部铁磁性部件的残留磁场。对大地磁场对电子束的影响，可以通过电视接收机在室内摆放的方向来解决，即电视接收机要南北方向放置，即顺地磁方向摆放，这样，电子束运动方向和地磁方向一致，干扰最小。为校正显像管在生产过程中工艺问题造成的色纯误差，在显像管的管颈上套有两片迭合在一起的色纯调整磁环，当两片异名磁极迭合时，合成磁场为零，对三支电子束的运动轨迹不产生作用；当两片磁环相对转动分开时，就产生相应状态分布的合成磁场。因此，调整两片色纯磁环的相对位置，便能改变三条电子束在水平方向受力的大小和方向，从而实现了色纯校

11、正，得到三幅色纯度满意的基色光栅。,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,8.1.5 CRT彩色显像管附属电路,1. 自动消磁和人工消磁,（1）自动消磁电路,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,（2）自动消磁原理,它是由一个正温度系数的热敏电阻（消磁电阻）和一个消磁线圈组成。正温度系数的热敏电阻在室温下阻值只有1020。电源开关接通后，220V市电通过热敏电阻给消磁线圈提供几十安培的交流电流，消磁线圈产生一个上千安匝的强交变磁场，足以打乱按原剩磁规律分布的磁场，使其对扫描电子束的作用失效。而此刻铁磁性部件上感应的磁场，按电源接通时刻的强磁场的分布规律而变

12、化。,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,（2）自动消磁原理,而产生强磁场的大电流通过热敏电阻，使热敏电阻温度急剧升高，电阻值也随之增大，消磁线圈中的大电流逐渐减小，交变磁场也随之减弱，大约3秒钟的时间热敏电阻的阻值趋近无穷大，消磁线圈的电流趋近于零，因此产生的交变磁场也趋近于零，对电子束无影响。因此，消磁线圈产生的由强变弱的交变磁场，在很短的时间内把彩色电视接收机内杂散剩磁完全消除。,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,消磁线圈为几百匝的空心线圈，套在彩色显像管的锥体部位靠近屏幕一端。较大尺寸的彩色显像管为了能彻底消磁，在锥体上部和下部再各放一个消磁线圈。热敏电阻有三种常见形式，一种为

13、三端形，其外形如图8-9（a）所示，内部有两个热敏电阻，一个与消磁线圈串联，另一个与220V市电并联。两只电阻紧贴在一起，起到为串联热敏电阻加热的作用。另两种二端型热敏电阻结构相同，只是外形封装不同，直接与消磁线圈串联，如图8-9（b）和图8-9（c）所示。在实际彩色电视接收机消磁电路中，两种形式的热敏电阻都有应用。,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,如果消磁电路热敏电阻损坏，屏幕上会出现大面积的彩色失真。买不到新的热敏电阻时，可按以下方法进行机外手动消磁应急处理。找一个380V交流接触器，只取线包和“山”字形铁芯部分，装好线包后在铁心的开口一端粘上

14、一层泡沫塑料，防止铁心接触荧光屏时留下划痕。线包接上两米以上长度的带插头的电源线（准备接220V市电），用胶布包好接头，防止触电，这就是一个人工消磁器。带上手套手持消磁器，贴近荧光屏，接通220V市电，让消磁器铁心开口端贴着荧光屏画圆，由荧光屏中心逐渐向外扩大，直至画满整个荧光屏。,（3）人工消磁,然后移开消磁器远离荧光屏，断开220V市电。打开电视接收机观看屏幕彩色情况，如消磁不彻底可进行第二次，直到满意为止。其消磁原理与自动消磁原理一样。注意消磁器不可在荧光屏近处断电，否则，不但不能将剩磁消除干净，反而还会使显像管又一次被人工消磁器磁化，其磁化程度决于消磁器断电时刻线包周围磁场的强度。,8

15、.1 阴极射线管(CRT) 显示器,2. 关机消亮点电路,电视接收机关机的瞬间，在荧光屏中心位置出现一个亮点，电视机关机消亮点电路的作用，就是在关掉电视接收机的瞬间，消除这个亮点，保护显像管的荧光屏。,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,（1）关机后产生亮点的原因电视机关机后，显像管的阴极还有余热，会继续发射电子；因玻璃锥体内外石墨层形成的电容上仍有高压存在，使显像管高压阳极的高压不能瞬间消失，继续加速电子束轰击荧光屏；关机后，行、场扫描立即停止，对电子束无偏转作用；由于以上三个原因子，电视接收机关机后阴极发射的电子集中轰击荧光屏中心位置，使之出

16、现一个亮点，随着阴极的冷却和阳极高压电荷的泄放，亮点才会逐渐消失。这样久而久之将使荧光屏中心位置的荧光粉过早老化而形成黑斑。因此，要采用关机消亮点电路来消除关机亮点，以延长显像管的使用寿命。,（2）关机消亮点电路,从上面分析可知，要消除关机亮点，只要设法克服三个因素中的任何一个即可。因此，要消除关机亮点对应的方法有：使电子束电流截止；迅速泄放掉高压电容上的电荷；扫描不立即停止等。,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,NC-T机芯所用的关机消亮点电路为截止阴极电流的形式，在关掉电视机的瞬间，使阴极保持一个较大的正电压，即栅极保持一个较大的负压，将电子束截止。这样，荧光屏上就不会再出现亮点

17、。如图8-10所示。图中关机消亮点电路由电容C860、R872等组成。在电视机工作时，电容C860充有180V的直流电压。关机后，由于电容C860容量较大，180V电压不能立即消失，并通过电阻R859、R862；R860、R863；R861、R864加到显像管阴极，对其发射的电子起到一个吸引作用，且能维持一段时间，因此足以使显像管电子束截止，从而消除关机亮点。,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,8.1 阴极射线管(CRT) 显示器,8.2 液晶显示器（LCD）,阴极射线管(CRT)作为电视的终端显示器已经有几十年的历史，无论亮度、对比度，还是色彩方面，都能使观看者满意。随着高清晰度电视的出

18、现，要求显示器屏幕尺寸显著增大，而大尺寸的CRT太重，所以高清晰度大屏幕平板显示器应运而生。另外，移动接收数字电视用平板显示电视可以在汽车上稳定接收信号，假如用CRT放在汽车上占用体积就太大，也太重。目前已开发和应用的各类平板显示器有液晶显示器(LCD)、等离子体显示器(PDP)等。,1. 液晶的分子结构,液晶是一种介于固体与液体之间、具有规则性分子排列的有机化合物。一般最常用的液晶为向列相液晶，分子形状为细长棒形，长约为10nm，宽约为1nm，如图8-11所示。图8-12为液晶的分子结构图，由图可见，液晶的分子指向是有规律的，而分子之间的相对位置是无规律的。,8.2 液晶显示器（LCD）

19、,2. 液晶的类型,液晶的种类很多，自然界中存在的和人工合成的液晶多达数千种，如酯类、含氧杂环苯类、二苯乙炔类等液晶等化合物，它们基本上都是有机化合物。,8.2 液晶显示器（LCD）,3. 液晶的基本特性,(1) 边界取向特性当无外电场存在时，液晶分子在边界上的取向随液晶材料的不同是不一样的，可以与边界垂直、平行或倾斜，如图8-13中的上方所示。如果边界是一层刻有凹凸沟槽的取向膜，则凹凸沟槽对液晶分子的取向起主导作用，液晶分子会顺着沟槽排列，如图8-13中的下方所示。,8.2 液晶显示器（LCD）,图8-13 液晶边界取向性质,(2) 旋光特性,液晶层能够使光线发生扭转，其特性类似于偏振片（

20、偏光片），它能够滤掉除了从特殊方向射入的所有光线，它的旋光性质如图8-14所示。,8.2 液晶显示器（LCD）,图8-14 液晶的旋光特性,常黑方式加电状态下为暗态显示，而当上下偏振片平行设置（亦即起偏器和检偏器偏振化方向相互平行）时，在不加电状态下液液晶盒呈暗态（所以称之为常黑方式），加电时反而呈亮态。,8.2 液晶显示器（LCD）,常白方式偏振片分为上偏振片和下偏振片，上下偏振片又称起偏器和检偏器，它设置情况决定着加电和不加电状态下液晶盒的亮暗状态，当上下偏振片正交设置（即起偏器和检偏器偏振化方向相互垂直）时，在不加电状态下液晶盒呈亮态（所以称之为常白方式）；,8.2 液晶显示器（LCD）

21、,我们以常亮型液晶板为例，若上、下玻璃基板取向膜沟槽相差某一角度，则在玻璃基板中同一平面上的液晶分子取向虽然一致，但相邻平面液晶分子的取向逐渐旋转扭曲，光矢量会同样随着液晶分子的旋转而跟着旋转，以不同的方向从另外一个面中射出，且射出光矢量转过的角度与液晶分子的旋转扭曲角相同。,(3) 电气特性,液晶的电气特性如图8-15所示。如果在上下电极板之间加一电场时，有电流通过电极板之间的液晶层，液晶分子长轴将会沿电流的流动方向排列，即液晶分子排列方向就与电场方向平行，液晶的旋光特性消失，进入上层偏光板光线的偏振轴与板的偏振轴正交，光线被阻断，加入电压不同，就可以改变(调制)液晶板的透光率，实现图像的亮

22、度调制。,8.2 液晶显示器（LCD）,图8-15 液晶的电气性质,导光,阻光,8.2.2 液晶显示器件及显示原理,1. 液晶显示器的结构,8.2 液晶显示器（LCD）,液晶显示器的组成,液晶面板背光模组,8.2 液晶显示器（LCD）,图8-16 液晶显示器件结构示意图,液晶面板包括偏振片、玻璃基板、彩色滤色膜、电极、液晶及定向层。TFT-LCD面板剖面图如图8-17所示。,(1) 液晶面板（液晶盒）,8.2 液晶显示器（LCD）, 偏振片上下偏振片正交设置，两偏振片相互垂直，液晶分子也会产生900方向扭转排列，当入射光从偏光板一侧射入时，只有轴向偏振光可以射入。,8.2 液晶显示器（LCD）

23、,偏振光进入液晶层后，由于液晶分子的排列方式使偏振光轴也产生900旋转，进入上层偏光板的光轴正好与偏振板光轴一致，光线顺利通过。当在液晶层上加入电压后，液晶分子排列方向就与电场方向平行，液晶的旋光特性消失，进入上层偏光板光线的偏振轴与板的偏振轴正交，光线被阻断。加入电压不同，就可以改变(调制)液晶板的透光率，实现图像的亮度调制。, 导电的玻璃基板：分上玻璃基板和下玻璃基板，主要用于夹住液晶。对于TFT-LCD，在下面的那层玻璃上有薄膜晶体管(Thin Film Transistor ，TFT)，而上面的那层玻璃则贴有彩色滤色膜。,8.2 液晶显示器（LCD）, 彩色滤色膜：当前液晶显示器件的彩

24、色显示是利用彩色滤色膜来实现的。也就是说，彩色滤色膜的R、G、B三基色按一定图案排列，并与TFT基板上的TFT子象素一一对应（注意：一个象素由三个子象素组成）。产生R、G、B三种基色光，利用R、G、B三基色光的不同混合，便可以得到各种不同的彩色。,8.2 液晶显示器（LCD）, 液晶材料组成的细纹沟槽的定向膜 (取向膜或定向层)：其作用是让液晶分子能够整齐排列。若液晶分子的排列不整齐，就会造成光线的散射，形成漏光现象。 ITO电极：分为公共电极和像素电极。图像信号电压就加在像素电极与公共电极之间，从而改变液晶分子的转动。,8.2 液晶显示器（LCD）,（2）背光模组,背光模组由冷阴极荧光灯(C

25、CFL)、导光板(又称光波导)、扩散板及棱镜片等组成，其作用是将光源均匀地传送到液晶面板。因为液晶本身不发光，必须要靠调制外界光才能达到显示目的，所以在LCD显示屏模块中就有了发光的装置，即冷阴极荧光灯CCF，这是一种依靠冷阴极气体放电，激发荧光粉而发光的光源，用作背景光。,8.2 液晶显示器（LCD）,背景光源发出的白光，经滤色膜后变成相应的R、G、B色光，通过TFT阵列上所加的图像信号电压的大小，可以调节加在各个子象素上的电压的数值，从而改变各色光的透射强度，达到显示图像的目的。不同强度的RGB色光混合在一起，就实现了彩色显示。通过调节背光灯亮度达到调节图像亮度、对比度的目的。,8.2

26、液晶显示器（LCD）,冷阴极荧光灯的发光原理是：当在管子上加上500V以上的交流电压时，掺有少量水银的惰性气体在高电压下产生电离，被电离的气体的二次电子发射轰击水银蒸汽，使水银蒸气激发，发射出紫外线，紫外线激发涂布于管壁的荧光粉层，使其发光。,8.2 液晶显示器（LCD）,从第一台LCD显示屏诞生至今已近40年，在这40年中，液晶显示技术得到了飞速的发展，经历了TN-LCD、STN-LCD到TFT-LCD的过程。我们目前大量使用的电视机显示器大部分是TFT-LCD为了更容易理解TFT-LCD的显示原理，我们把TN-LCD、STN-LCD作简单的介绍。,8.2 液晶显示器（LCD）,2. 扭曲向

27、列型液晶显示器件(TN-LCD),扭曲向列型液晶显示器件(TN-LCD)是最常见的一种液晶显示器件。常见的手表、数字仪表、电子钟及大部分计算器所用的液晶显示器件都是TN型器件。一般，只要是笔段式数字显示所用的液晶显示器件大都是TN型器件。,8.2 液晶显示器（LCD）,扭曲向列型液晶显示器件的基本结构是：将涂有氧化铟锡(ITO)透明导电层的玻璃，光刻上一定的透明电极图形，将向列相液晶材料夹在带有透明导电电极图形的两片玻璃基板之间，四周进行密封，形成一个厚度仅为数m的扁平液晶盒。在玻璃基板内表面涂有一层定向膜，并进行了定向处理。盒内液晶分子沿玻璃表面平行排列，但由于两片玻璃内表面定向层定向处理的

28、方向互相垂直，因此液晶分子在两片玻璃之间呈900扭曲，这就是扭曲向列液晶显示器件名称的由来。,8.2 液晶显示器（LCD）,(1) TN-LCD的结构,(2) TN-LCD的显示原理,图8-18所示的是扭曲向列LCD，即TN型液晶显示器的简易示意图。,8.2 液晶显示器（LCD）,图8-18 TN型液晶显示原理示意图,以常亮型液晶板为例，在不加电压的情况下，当入射光从偏光板一侧射入时，只有轴向偏振光可以射入。偏振光进入液晶层后，由于液晶分子的排列方式使偏振光轴也产生900旋转，离开液晶层时，其方向恰与另一偏振片的方向一致，因此光线能顺利通过，整个电18极面呈光亮。当加入电压后，液晶分子排列方向

29、就与电场方向平行，液晶层因此失去了旋光的能力，结果来自入射偏振片的偏振光，其方向与另一偏振片的偏振光方向垂直，光线被阻断，无法通过，电极面因此呈现黑暗的状态。,图8-18 TN型液晶显示原理示意图,以上的物理现象叫做扭转式向列场效应。液晶显示器几乎都是用扭转式向列场效应原理制成的。加入电压不同，就可以改变(调制)液晶板的透光率，实现图像的亮度调制。扭曲向列型及其他大部分类型的液晶显示器件的电光响应曲线都不够陡峭，即响应速度慢，无法显示活动图像。,图8-18 TN型液晶显示原理示意图,3. 超扭曲向列型液晶显示器件(STN-LCD),（1）STN-LCD的电光响应特性,8.2 液晶显示器（LC

30、D）,20世纪80年代初，人们发现，传统的扭曲向列型液晶显示器件，只要将其液晶分子的扭曲角加大，就可以使电光响应曲线变得陡峭。当扭曲角为2700时，电光响应曲线的斜率为无穷大，这可以改善其驱动特性。经过努力，人们陆续开发出一系列扭曲角在18002700的液晶显示器件，这种显示器件称为超扭曲向列型(STN)显示器件。,8.2 液晶显示器（LCD）,目前，几乎所有的点阵图形和大部分点阵字符型液晶显示器件均已采用了超扭曲向列型显示器件模式。STN显示器件的结构基本上和TN模式是一样的，只不过盒中液晶分子的排列不是沿着900扭曲排列，而是18002700扭曲排列，如图8-19所示。,(a) TN型 (

31、b) STN型图8-19 STN型与TN型液晶分子的扭曲状态比较,(2) STN-LCD的显示原理,超扭转式向列型（STN）的显示原理与TN的相类似，不同的是它将入射光旋转18002700，而不是900。单纯的TN液晶显示器本身只具备明暗(黑白)两种变化的功能，并没有办法做到色彩的变化。STN型液晶则以淡绿色和橘色为主，如果在传统的单色STN液晶显示器上加一彩色滤光片(彩色滤色膜)，并将单色显示矩阵的任一像素分成三个子像素，分别通过彩色滤光片显示R、G、B三基色，再经由三基色比例调和，就可以显示出全彩模式的色彩。,8.2 液晶显示器（LCD）,4. 薄膜晶体管型液晶显示器件(TFT-LCD)

32、,由于TN型和STN型液晶的显示部分越做越大，中心部分的电极反应时间可能会比较长，这对于显示屏比较小的手机来讲问题不太大，但是，对于电视和电脑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，TFT型液晶技术解决了以上问题。,8.2 液晶显示器（LCD）,（1）TFT-LCD结构薄膜晶体管液晶显示器件TFT-LCD，又称为三端子有源矩阵液晶显示器件。即在每个液晶像素点的角上设计一个MOS场效应晶体管作为开关器件，其作用是使每个液晶像素之间彼此独立。MOS场效应晶体管的栅极接扫描电极的母线，相当于水平方向的寻址开关信号电极，源极接信号线，相当于垂直方向激励信号输入端，漏

33、极通过存储电容接地，液晶像素的TFT控制结构等效电路如图8-20所示。,8.2 液晶显示器（LCD）,薄膜晶体管型液晶显示器件(TFT-LCD),(2) TFT-LCD的驱动电路结构及显示原理由液晶像素构成的TFT液晶显示屏的电路结构如图8-21所示。每行和每列的交叉点有一个TFT，TFT与一个显示单元相连接为像素。,8.2 液晶显示器（LCD）,薄膜晶体管型液晶显示器件(TFT-LCD),当MOS场效应晶体管的栅极加入开关信号时，水平方向排列的所有晶体管的栅极均加入开关信号，但由于源极未加信号，MOS晶体管并不导通。只有当垂直排列的信号线上加入激励信号时，与其相交的MOS场效应晶体管才会导通

34、，导通电流对被寻址像素的存储电容充电，电压的大小与输入的、代表图像信号大小的激励电压成正比。电视图像信号通过源极母线依次激励(接通)MOS场效应晶体管，存储电容依次被充电。存储电容上的信号将保持一帧时间，并通过液晶像素的电阻逐渐放电。与此同时液晶将出现动态散射，并呈现出与存储电容上的信号电压相对应的图像灰度。,8.2 液晶显示器（LCD）,薄膜晶体管型液晶显示器件(TFT-LCD),TFT型液晶显示技术采用了“主动式矩阵”的方式来驱动。方法是利用薄膜技术所做成的电极，利用扫描的方法“主动地”控制任意一个显示点的亮与暗。光源照射时先通过下偏振片向上透出，借助液晶分子传导光线。电极导通时，液晶分子

35、就像TN型液晶的排列状态一样会发生改变，也通过遮光和透光来达到显示的目的。这与TN型液晶的显示原理相同。不同的是，由于场效应晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，已经透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到场效应晶体管电极下一次再加电改变其排列方式为止。而TN型液晶就没有这个特性，加在液晶分子上的电场一旦撤掉，液晶分子立刻就会返回原来的状态，这是TFT型液晶和TN型液晶显示原理的最大不同。,8.2 液晶显示器（LCD）,薄膜晶体管型液晶显示器件(TFT-LCD),TFT的基本显示原理和TN LCD完全一样，都是利用了旋光性，只不过它为每个像素都设有一个TFT开关，因而，每个像素都相对独立，并可以

36、进行单独控制。这样的设计不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控制显示灰度，提高对比度，实现更鲜艳的色彩。,8.2 液晶显示器（LCD）,薄膜晶体管型液晶显示器件(TFT-LCD),8.2.3 液晶电视中的TFT液晶屏的驱动,TFT液晶显示屏的电路结构如图8-21所示。由图可知，每一个TFT与CS电容代表一个显示的点,一个基本的显示单元像素，需要有三个这样的显示点，来分别代表R、G、B三基色。对于一个1024768分辨率的TFT-LCD显示屏来说，共需要由10247683个这样的点组合而成。由扫描电极母线驱动器产生的驱动脉冲，依次使每一行的TFT导通，整排的源驱动同时将一整行的显示点充电到

37、各自所需的电压，显示不同的灰阶。当这一行充电完成时，门驱动便将电压降到零使TFT关闭，下一行的门驱动便将电压打开，再由相同的一排源驱动对下一行的显示点进行充电，如此依次下去。当最后一行的显示点充电完成时，便又回过来从开始的第一行再开始充电。,8.2 液晶显示器（LCD）,以一个1024768 超视频图像阵列SVGA分辨率的液晶屏来说，总共会有768行的门走线，而源走线则共需要10243=3072条。以一般的液晶屏多为50Hz的更新频率来说，每一幅画面的显示时间为20ms。由于画面的组成为768行的门走线，所以分配给每一条门走线的开关时间约为20ms/76826s。所以在图2-19中扫描电极母线

38、驱动器送出的门驱动信号，为一个接着一个宽度为2626s的脉冲，依次打开每一行的TFT，而源驱动则在这26s 的时间内，经由源走线，将显示电极充电到所需的电压，以显示相对应的灰度和彩色。,8.2 液晶显示器（LCD）,8.2.4 LCD的特点,1. 工作电压低且功耗小,LCD产品工作电压极低，一般只要23V即可工作，而工作电流仅为几个A，这是其他任何显示器件都无法比拟的。在工作电压和功耗上，液晶显示器正好与大规模集成电路相适应，从而使液晶与大规模集成电路结成了孪生兄弟，使电子表、计算器、文曲星、数码相机、手机、车载电视及液晶电视等成为可能。,8.2 液晶显示器（LCD）,2.平板型结构,液晶显示

39、器件的基本结构是由两片玻璃基板制成平板型的薄形盒。这种结构最利于用作显示窗口，显示窗口大小不限，小到电子手表，大到大屏幕液晶电视及大型液晶广告牌。,3.易于彩色化,液晶本身虽然一般是没有颜色的，但它实现彩色化很容易，方法也很多。一般使用较多的是滤色法和干涉法。由于滤色法技术相对比较成熟，因此使液晶的彩色化具有更精确、更鲜艳及没有彩色失真的彩色化效果。,8.2 液晶显示器（LCD）,2.平板型结构,液晶显示器件的基本结构是由两片玻璃基板制成平板型的薄形盒。这种结构最利于用作显示窗口，显示窗口大小不限，小到电子手表，大到大屏幕液晶电视及大型液晶广告牌。,3.易于彩色化,液晶本身虽然一般是没有颜色的

40、，但它实现彩色化很容易，方法也很多。一般使用较多的是滤色法和干涉法。由于滤色法技术相对比较成熟，因此使液晶的彩色化具有更精确、更鲜艳及没有彩色失真的彩色化效果。,8.2 液晶显示器（LCD）,4.无辐射，无污染,CRT在使用中会产生X射线及电磁波辐射，不仅污染环境，还会产生信息泄露。而液晶显示器件不会产生以上类似的问题，它对于人身安全和信息保密都是十分理想的。,5.被动型显示,CRT属于主动显示器件，靠自身的发光刺激人眼来实现显示。而液晶显示器是一种被动显示器件，本身不能发光，它通过调制外界光线达到显示的目的。被动显示更适合于人的视觉，不易引起疲劳。,8.2 液晶显示器（LCD）,6.显示信息

41、量大,与CRT相比，液晶显示器件没有荫罩的限制，因此像素点可以做得很小、很精细，且像素点之间不需要留隔离区。因此，液晶显示器件在同样大小的显示窗面积内，可以容纳更多的像素，显示更多的信息。这对于制作高清晰度电视及电脑都非常有利。,7.寿命长,液晶材料是有机高分子合成材料，具有极高的纯度，而且制造液晶显示器件的所有材料都是高纯物质，在极净化的条件下制造而成。液晶的驱动电压又很低，驱动电流更是微乎其微，因此，这种器件的劣化几乎没有，寿命很长，可在6万小时以上。,8.2 液晶显示器（LCD）,8.结构简单，易于驱动。,液晶显示器件没有复杂的机械部分，能用大规模集成电路直接驱动，电路接口简单。,9.液

42、晶显示器件的主要缺点, 可视角度小，早期的液晶显示器其可视角度只有900，只能从正面观看，从侧面看就会出现较大的亮度和色彩失真。现在的液晶显示器可视角度一般在1500左右，对于个人使用来说是足够了，但如果几个人同时观看，失真的问题就显现出来了； LCD的响应速度慢，当显示快速运动画面时有时会产生影像拖尾的现象。,8.2 液晶显示器（LCD）,8.3 等离子体显示器(PDP),等离子体显示屏PDP(Plasma Display Panel，PDP)利用等离子管作为发光元件，每个等离子管作为一个像素，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。等离子管的工作原理，类似普通日光灯。大

43、量的等离子管排列在一起构成屏幕。每个等离子管对应的每个小室内部，充有氖氙气体。在等离子管电极上加上高压后，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R、G、B三基色荧光粉发出可见光。,8.3 等离子体显示器(PDP),与CRT显像管显示器相比，等离子体显示器屏幕不存在聚焦的问题，不会受磁场的影响，具有分辨率高，屏幕大，超薄，色彩丰富、鲜艳的特点；与LCD相比，具有亮度高，对比度高，可视角度大，颜色鲜艳和接口丰富等特点；等离子体显示器件是大屏幕、高清晰度电视及多媒体计算机终端的候选者之一。,8.3.1等离子体的概念,1. 等离子体,若把气体持续加热到数万度甚至更高

44、，则气体原子的外层电子会摆脱原子核的束缚成为自由电子，失去外层电子的原子变成带电的离子，这个过程称为电离。所谓“电离”，其实就是电子离开原子核的意思。除了加热能使原子电离外，还可通过电子吸收光子能量发生电离或者使带电粒子在电场中加速获得能量与气体原子碰撞发生能量交换，从而使气体电离。,8.3 等离子体显示器(PDP),8.3.1等离子体的概念,通常我们在日常生活中很难接触到等离子体，其原因是在正常情况下物质是以固态、液态及气态形式存在的，称为物质的三态。实际上，在自然界中99%的物质是以等离子体状态存在的。我们的地球就是一个被弱电离的等离子体（即电离层）所包围，太空中的一些星体及星系也是由等

45、离子体构成的，太阳是一氢等离子体球。当然，人们也可以在实验室中给某种气体加热，采用气体放电方法来产生等离子体。,8.3 等离子体显示器(PDP),2. 等离子体的特性,物质是由分子组成，分子又是由原子组成。原子都由原子核和绕核高速运动的电子构成。原子核带正电，电子带负电，正、负电数量相等，整个原子对外不显电性。电子之所以绕核运动，就是因为它的能量不足以挣脱核的束缚力。如果不停地给物质加热，当温度升高到数万度甚至更高，或者用较高的电压电激，电子就能获得足够逃逸的能量，离开原子核的束缚，成为自由运动的电子。这时物质就是由带正电的原子核和带负电的电子组成，而且正负电荷总量相等，对外呈电中性，这就是

46、等离子体的一个重要特性。,8.3 等离子体显示器(PDP),（2）惰性气体在一定电压下产生辉光放电现象,典型的直流辉光放电实验如图8-22所示。在一密封的石英玻璃中充满待要放电的气体，并插入两个金属电极，两端加上电压，且要求高于气体的击穿电压，当管内气压达到放电气压范围的某一数值时，气体开始电离，形成辉光放电。这种放电的电压约为几百伏，电流约为几百个毫安培，所以，光线较明亮。实际当中可以利用这种现象做成显示器件。例如用等离子体做电视显示屏，用于电视、电脑、航班、车次、证券等显示屏。下面以等离子体做电视显示屏为例，讨论等离子体显示原理。,8.3 等离子体显示器(PDP),8.3 等离子体显示器

47、(PDP),8.3.2等离子体显示原理,等离子体显示屏是一种利用气体放电现象的显示技术，其工作原理与日光灯发光原理很相似，如图8-23所示。即惰性气体在一定电压作用下产生气体放电现象，放电过程中产生大量的真空紫外光(紫外线)激发荧光粉发光。,图8-23 日光灯发光原理,8.3 等离子体显示器(PDP),等离子体显示的基本思想是用很多微小的彩色荧光灯构成一幅图像。单色图像每一个像素用一个微小荧光灯管，彩色图像每一个像素由R、G、B三个微小荧光灯组成。同CRT显示一样，通过改变不同颜色光的强度实现全彩色。单色和彩色PDP的基本结构是相同的，所不同的是单色显示由一个放电单元显示一个像素，而彩色显示由

48、R、G、B三个单元显示一个像素。,8.3 等离子体显示器(PDP),2. 等离子体显示屏的结构,等离子体显示屏就是利用气体放电激发荧光粉发光的显示器件，这种屏幕采用等离子管作为发光元件，其基本结构是由相距几百m的两块玻璃板，中间大量的气体微型彩色荧光灯(即放电单元)按一定方式排列在一起构成屏幕。制作时，在两块玻璃基板之间，通过障壁将放电空间分隔成许多微小的放电单元。每个放电单元都设有一组电极，并按一定排列形式在各单元内壁上分别涂敷R、G、B荧光粉。 PDP根据所加驱动电压的形式不同，分为交流等离子体显示板(AC-PDP)和直流等离子体显示板(DC-PDP)。交流驱动式又分为存储效应型和刷新型，

49、存储工作方式易实现大面积高精细显示以及发光效率比DC-PDP高等优点，因此，交流电压驱动的PDP(AC-PDP)处于技术主流地位，其中，AC-PDP的三电极表面放电结构，已成为当今PDP生产和研究开发的主要对象。下面以三电极表面放电型AC-PDP为例，讨论AC-PDP的结构和工作原理。,8.3 等离子体显示器(PDP),(1)表面放电型AC-PDP的结构 AC-PDP从结构上又可分为双基板和单基板型。双基板的维持电极正交分布在两个基板上，放电发生在两基板之间，故称为对向放电型；单基板的维持电极在同一基板上，放电发生在同一基板表面，故又称表面放电型。图8-24所示为最典型的三电极表面放电型彩色AC-PDP的基本结构示意图，其中下基板水平旋转了900。,8.3 等离子体显示器(PDP),图8-24 表面放电型彩色AC-PDP结构示意图,8.3 等离子体显示器(PDP),（2）各部分的功能显示电极对：在三电极表面放电型AC-PDP结构中，显示电极由成对地平行制作在前基板上的透明电极和汇流电极组成，每对显示电极又为X电极(维持电极)和Y电极(扫描电极)。透明电极(1TO)和汇流电极组成，每对显示电极又分为X电极(维持电极)和Y电极(扫描电极)，其功能驱动电压的接入。介质层：在显示电极上覆盖透明介质层，把电极与放电等离子体隔开，起到保护电极和存储电荷的作用。,

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第8章 模拟及数字电视图像显示器件.ppt

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