顯示屏技術原理一、液晶顯示器(一)發展簡史CRT(陰極射線管)顯示器歷經多年的發展，無論在技術或是零件供應方面都已經越來越成熟，畫面的顯示質量也越來越好。但CRT天生固有的物理結構限制了它向更寬廣的顯示領域發展。此外，由于CRT顯示器的重量過重、體積占空間，加上電磁輻射散發量過大，這種種的缺點造成人們開始尋找新的顯示器。而在這些原因之下，液晶顯示器便應運而生。大約1971年，液晶顯示設備在人類的生活中出現。這就是最初的TN-LCD（扭曲陣列）顯示器。盡管當時在色彩的表現方面它還只是單色顯示，但在某些領域已開始加以應用（例如醫學儀器等）。到八十年代初期，TN-LCD開始被應用到電腦產品上。1984年，歐美國家提出STN-LCD（超扭曲陣列），同時TFT-LCD（薄膜式電晶體）技術也被提出，但技術和制程仍不夠成熟。到八十年代末期，由于日本廠商掌握著STN-LCD的主要生產技術，它們開始在生產線上進行大規模的生產，這算得上是LCD將要普及的信號。直到1993年，日本在掌握TFTLCD的生產技術后，液晶顯示器開始向兩方面發展：一方面是朝著價格低、成本低的STN-LCD顯示器方向發展。隨后又推出了DSTN-LCD(雙層超扭曲陣列)；而另一方面卻朝向高質量的薄膜式電晶體TFT-LCD發展。1997年，日本開發了一批以550x670mm代表的大基板尺寸第三代TFT-LCD生產線。在此期間，韓國和中國臺灣省開始進入液晶顯示器生產領域，同時中國企業也在引進生產線生產LCD面板，目前夏普十代線已于2009年10月啟動，采用了世界最大尺寸2880mm×3130mm的第10代玻璃母板，能從每塊玻璃基板上切出6塊60寸液晶面板。(二）液晶顯示原理液晶的物理特性是：當通電時導通，排列變的有秩序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過。讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透。從技術上簡單地說，液晶面板包含了兩片相當精致的無鈉玻璃素材，中間夾著一層液晶。當光束通過這層液晶時，液晶本身會排排站立或扭轉呈不規則狀，因而阻隔或使光束順利通過。液晶顯示器按照控制方式不同可分為被動矩陣式LCD及主動矩陣式LCD兩種。1、被動矩陣式LCD的原理被動矩陣式LCD在亮度及可視角方面受到較大的限制，反應速度也較慢。由于畫面質量方面的問題，使得這種顯示設備不利于發展為桌面型顯示器，但由于成本低廉的因素，市場上仍有部分的顯示器采用被動矩陣式LCD，比如手機和PDA的屏幕。被動矩陣式LCD又可分為TN-LCD(TwistedNematic-LCD，扭曲向列LCD)、STN-LCD(SuperTN-LCD，超扭曲向列LCD)和DSTN-LCD(DoublelayerSTN-LCD，雙層超扭曲向列LCD。TN-LCD、STN-LCD和DSTN-LCD之間的顯示原理基本相同，不同之處是液晶分子的扭曲角度有些差別。下面以典型的TN-LCD為例，向大家介紹其結構及工作原理。在厚度不到1厘米的TN-LCD液晶顯示屏面板中，通常是由兩片大玻璃基板，內夾著彩色濾光片、配向膜等制成的夾板外面再包裹著兩片偏光板，它們可決定光通量的最大值與顏色的產生。彩色濾光片是由紅、綠、藍三種顏色構成的濾片，有規律地制作在一塊大玻璃基板上。每一個像素是由三種顏色的單元(或稱為子像素)所組成。假如有一塊面板的分辨率為1280×1024，則它實際擁有3840×1024個晶體管及子像素。每個子像素的左上角(灰色矩形)為不透光的薄膜晶體管，彩色濾光片能產生RGB三原色。每個夾層都包含電極和配向膜上形成的溝槽，上下夾層中填充了多層液晶分子(液晶空間不到5×10-6m)。在同一層內，液晶分子的位置雖不規則，但長軸取向都是平行于偏光板的。另一方面，在不同層之間，液晶分子的長軸沿偏光板平行平面連續扭轉90度。其中，鄰接偏光板的兩層液晶分子長軸的取向，與所鄰接的偏光板的偏振光方向一致。在接近上部夾層的液晶分子按照上部溝槽的方向來排列，而下部夾層的液晶分子按照下部溝槽的方向排列。最后再封裝成一個液晶盒，并與驅動IC、控制IC與印刷電路板相連接。在正常情況下光線從上向下照射時，通常只有一個角度的光線能夠穿透下來，通過上偏光板導入上部夾層的溝槽中，再通過液晶分子扭轉排列的通路從下偏光板穿出，形成一個完整的光線穿透途徑。而液晶顯示器的夾層貼附了兩塊偏光板，這兩塊偏光板的排列和透光角度與上下夾層的溝槽排列相同。當液晶層施加某一電壓時，由于受到外界電壓的影響，液晶會改變它的初始狀態，不再按照正常的方式排列，而變成豎立的狀態。因此經過液晶的光會被第二層偏光板吸收而整個結構呈現不透光的狀態，結果在顯示屏上出現黑色。當液晶層不施任何電壓時，液晶是在它的初始狀態，會把入射光的方向扭轉90度，因此讓背光源的入射光能夠通過整個結構，結果在顯示屏上出現白色。為了達到在面板上的每一個獨立像素都能產生你想要的色彩，多個冷陰極燈管必須被使用來當作顯示器的背光源。2、TFT-LCD工作原理當前用作電視機顯示的液晶面板都為TFT液晶面板。這是由于被動式液晶面板有它無法克服的局限：STN型液晶屬于反射式LCD器件，它的好處是功耗小，但由于TN和STN型的液晶的顯示原理所限，如果它的顯示部份越做越大，那么中心部份的電極反應時間可能就會比較長。這對于手機來講并不是很大的問題，因為手機顯示屏都比較小，液晶反應時間的影響就比較小。但是對于筆記本等需要大屏幕液晶顯示器的設備來說，太慢的液晶反應時間就會嚴重影響顯示效果，因此TFT液晶技術引起了廠商的注意。

TFT液晶顯示技術采用了“主動式矩陣”的方式來驅動。方法是利用薄膜技術所做成的電晶體電極，利用掃描的方法“主動地”控制任意一個顯示點的開與關。光源照射時先通過下偏光板向上透出，借助液晶分子傳導光線。電極導通時，液晶分子就像TN液晶的排列狀態一樣會發生改變，也通過遮光和透光來達到顯示的目的。聽起來這和TN型液晶的顯示原理差不多，的確如此。但不同的是，由于FET晶體管具有電容效應，能夠保持電位狀態，已經透光的液晶分子會一直保持這種狀態，直到FET電極下一次再加電改變其排列方式為止。而TN型液晶就沒有這個特性，液晶分子一旦沒有加以電場，立刻就返回原來的狀態，這是TFT液晶和TN液晶顯示原理的最大不同。TFT液晶為每個像素都設有一個半導體開關，其加工工藝類似于大規模集成電路。由于每個像素都可以通過點脈沖直接控制，因而，每個節點都相對獨立，并可以進行連續控制，這樣的設計不僅提高了顯示屏的反應速度，同時可以精確控制顯示灰度，所以TFT液晶的色彩更逼真。（三）液晶面板主要部件介紹1、偏光板光波的行進方向，是與電場及磁場互相垂直的。同時光波本身的電場與磁場分量，彼此也是互相垂直的。而偏光板的作用就像是柵欄一般，會阻隔掉與柵欄垂直的分量，只準許與柵欄平行的分量通過。所以如果我們拿起一片偏光板對著光源看，會感覺像是戴了太陽眼鏡一般，光線變得較暗。但是如果把兩片偏光板迭在一起，那就不一樣了。當您旋轉兩片的偏光板的相對角度，會發現隨著相對角度的不同，光線的亮度會越來越暗。當兩片偏光板的柵欄角度互相垂直時，光線就完全無法通過了。而液晶顯示器就是利用這個特性來完成的。利用上下兩片柵欄互相垂直的偏光板之間，充滿液晶，再利用電場控制液晶轉動，來改變光的行進方向。如此一來，不同的電場大小，就會形成不同灰階亮度了。2、彩色濾光片(colorfilter,CF)如果你有機會,拿著放大鏡,靠近液晶顯示器的話.你會發現如圖6中所顯示的樣子。我們知道紅色,藍色以及綠色,是所謂的三原色.也就是說利用這三種顏色,便可以混合出各種不同的顏色.很多平面顯示器就是利用這個原理來顯示出色彩.我們把RGB三種顏色,分成獨立的三個點,各自擁有不同的灰階變化,然后把鄰近的三個RGB顯示的點,當作一個顯示的基本單位,也就是pixel.那這一個pixel,就可以擁有不同的色彩變化了.然后對于一個需要分辨率為1024*768的顯示畫面,我們只要讓這個平面顯示器的組成有1024*768個pixel,便可以正確的顯示這一個畫面.在圖6中,每一個RGB的點之間的黑色部分,就叫做Blackmatrix.我們回過頭來看圖3就可以發現,blackmatrix主要是用來遮住不打算透光的部分.比如像是一些ITO的走線,或是Cr/Al的走線,或者是TFT的部分.這也就是為什么我們在圖6中,每一個RGB的亮點看起來,并不是矩形,在其左上角也有一塊被blackmatrix遮住的部分,這一塊黑色缺角的部份就是TFT的所在位置.圖7是常見的彩色濾光片的排列方式.條狀排列(stripe)最常使用于OA的產品,也就是我們常見的筆記型計算機,或是桌上型計算機等等.為什么這種應用要用條狀排列的方式呢?

原因是現在的軟件,多半都是窗口化的接口.也就是說,我們所看到的屏幕內容,就是一大堆大小不等的方框所組成的.而條狀排列,恰好可以使這些方框邊緣,看起來更筆直,而不會有一條直線,看起來會有毛邊或是鋸齒狀的感覺.但是如果是應用在AV產品上,就不一樣了.因為電視信號多半是人物,人物的線條不是筆直的,其輪廓大部分是不規則的曲線.因此一開始,使用于AV產品都是使用馬賽克排列(mosaic,或是稱為對角形排列).不過最近的AV產品,多已改進到使用三角形排列(triangle,或是稱為delta排列).除了上述的排列方式之外,還有一種排列,叫做正方形排列.它跟前面幾個不一樣的地方在于,它并不是以三個點來當作一個pixel,而是以四個點來當作一個pixel.而四個點組合起來剛好形成一個正方形.3、背光板在一般的CRT屏幕,是利用高速的電子槍發射出電子,打擊在銀光幕上的熒光粉,藉以產生亮光,來顯示出畫面.然而液晶顯示器本身,僅能控制光線通過的亮度,本身并無發光的功能.因此,液晶顯示器就必須加上一個背光板,來提供一個高亮度,而且亮度分布均勻的光源.我們在圖3中可以看到,組成背光板的主要零件有燈管(冷陰極管),反射板,導光板,prismsheet,擴散板等等.燈管是主要的發光零件,藉由導光板,將光線分布到各處.而反射板則將光線限制住都只往TFTLCD的方向前進.最后藉由prismsheet及擴散板的幫忙,將光線均勻的分布到各個區域去,提供給TFTLCD一個明亮的光源.而TFTLCD則藉由電壓控制液晶的轉動,控制通過光線的亮度,藉以形成不同的灰階.（四）何謂CCFL、LED液晶及其特點目前液晶顯示屏的主要的背光方式有CCFL和LED背光，大家在購買液晶顯示器前可了解一下這些背光知識，由于背光器件都是在顯示器內部，普通消費者無法直接查看到，像White_LED和RGBLED背光TV，商家都說是LED屏，其實是偷換概念，真正的LED屏應該是像大廣場上廣告牌，那樣的設計，目前能把它微型化的廠家全世界沒有一個，所以在液晶顯示器市場，所謂的LED電視或LED顯示器，僅指LED背光源的液晶電視或顯示器。

真正的LED屏應該是這個樣子的：1、CCFL（冷陰極螢光燈管）背光源構造及優缺點CCFL全稱ColdCathodeFluorescentLamp（冷陰極螢光燈管），內充惰性氣體（包含部分水銀蒸氣），內壁有熒光粉圖層，外形看起來就像是日光燈管，個頭有點像是城市里的霓虹燈，安裝到液晶顯示器里結構如下圖所示（注意：各種CCFL-LCD屏實際背光燈管的放置位置和方式可能有所不同，包括下文的LED放置位置也有幾種設計方式）：CCFL背光源優點：成本低、制造工藝簡單、技術成熟。CCFL背光源缺點：老化后會發黃、發光效率低（與LED相比）、亮度均勻性低、不環保（含汞）、體積大、驅動電壓高、不耐沖擊（看圖中那種細細長長的燈管就知道肯定不耐摔）。2、LED背光源液晶電視的發展史

LED背光源液晶電視首款產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英寸電視用LED背光液晶模組，但僅在采用用450顆3原色LED燈之后，耗電量就高達450W以上。2006年9月，三星推出了首款40英寸LED背光液晶電視；此后，也有許多廠商推出了最大70英寸LED背光源液晶電視，但因為成本等原因，并沒有大力推出，還只是LED背光電視消費的起步階段。從09年開始，以合資品牌為首紛紛推出多個系列和多個尺寸的LED背光源液晶電視，并且售價方面也開始大幅下調，媒體宣傳加大，使其有調查數據顯示，準備選擇LED背光源電視的消費者目前比例已經高達34%。甚至有業內人士預測，未來三年，LED背光源電視有可能逐漸替代傳統液晶，成為消費主流。3、什么是LED背光源電視LED是英文lightemittingdiode的縮寫，即：發光二極管，屬于一種半導體元器件。采用LED作為背光源的液晶電視就稱之為LED背光源液晶電視，目前液晶電視大多數都采用CCFL作為背光源，LED背光源液晶電視與普通液晶電視兩者最大的差別也只是背光源不同，而面板部分并沒有差別。

LED原理解析發光二極體是一種特殊的二極體。和普通的二極體一樣，發光二極體由半導體晶片組成，這些半導體材料會預先透過注入或攙雜等工藝以產生p、n架構。與其它二極體一樣，發光二極體中電流可以輕易地從p極（陽極）流向n極（負極），而相反方向則不能。兩種不同的載流子：空穴和電子在不同的電極電壓作用下從電極流向p、n架構。當空穴和電子相遇而產生復合，電子會跌落到較低的能階，同時以光子的模式釋放出能量。

它所發出的光的波長（決定顏色），是由組成p、n架構的半導體物料的禁帶能量決定。由于硅和鍺是間接帶隙材料，在這些材料在常溫下電子與空穴的復合是非輻射躍遷，此類躍遷沒有釋出光子，所以硅和鍺二極體不能發光。但在極低溫的特定溫度下則會發光，必須在特殊角度下才可發現，而該發光的亮度不明顯。發光二極體所用的材料都是直接帶隙型的，這些禁帶能量對應著近紅外線、可見光、或近紫外線波段的光能量。

發展初期，采用砷化鎵(GaAs)的發光二極體只能發出紅外線或紅光。隨著材料科學的進步，各種顏色的發光二極體，現今皆可制造。（五）DID(digitalinformationdisplay)是DigitalInformationDisplay的簡稱。是三星電子于2006年推出的新一代液晶顯示技術，廣泛應用于各行各業（水電生產調度，軍事指揮，城市管理，礦業安全，環境監控，消防氣象海事等指揮系統。）的安防監控，（政府企業視頻會議，金融證券，機場地鐵商場酒店通迅信息等的）信息發布，（劇院體育場館博覽會集會演唱會Party媒體廣告等的）展示系統以及顯示設備的商業租賃等領域的液晶顯示器中。作為其獨有的顯示技術與普通的液晶顯示器的不同在于改善了液晶分子排列結構,可以橫向縱向吊頂放置。高亮度，高清晰度（1080P），超長壽命，運行穩定，維護成本低。目前DID屏幕成為拼接的需要，是由多個專業液晶屏作為顯示單元以矩陣排列（例如2×2，3×3，4×4及更大的自由無限拼接）組成一個大屏幕顯示屏；每個子屏幕顯示大圖象的一部分，共同顯示一個大的圖象，也可分屏顯示不同圖像。其它公司顯示墻多半以模擬信號輸入，無法接入數字信號，無法顯示高清圖像和視頻。DID拼接是以其超薄的面板，更加利于在拼接中的應用。二、等離子顯示器等離子體顯示器（PDP）是繼液晶顯示器（LCD）之后的最新顯示技術之一。這種顯示器能夠用作適應數字化時代的各種多媒體顯示器，適用于制造大屏幕和薄型彩色電視機等，有著廣闊的應用前景。等離子體顯示器具有體積小、重量輕、無X射線輻射的特點，由于各個發光單元的結構完全相同，因此不會出現CRT顯像管常見的圖像幾何畸變。等離子體顯示器屏幕亮度非常均勻，沒有亮區和暗區，不像顯像管的亮度－－屏幕中心比四周亮度要高一些，而且，等離子體顯示器不會受磁場的影響，具有更好的環境適應能力。等離子體顯示器屏幕也不存在聚焦的問題，因此，完全消除了CRT顯像管某些區域聚焦不良或使用時間過長開始散焦的毛病；不會產生CRT顯像管的色彩漂移現象，而表面平直也使大屏幕邊角處的失真和色純度變化得到徹底改善。同時，其高亮度、大視角、全彩色和高對比度，意味著等離子體顯示器圖像更加清晰，色彩更加鮮艷，感受更加舒適，效果更加理想，令傳統顯示設備自愧不如。與LCD液晶顯示器相比，等離子體顯示器有亮度高、色彩還原性好、灰度豐富、對快速變化的畫面響應速度快等優點。由于屏幕亮度很高，因此可以在明亮的環境下使用。另外，等離子體顯示器視野開闊，視角寬廣（高達160度），能提供格外亮麗、均勻平滑的畫面和前所未有的更大觀賞角度。下面我們來介紹一下等離子體顯示器件的工作原理。（一）等離子體放電簡介等離子體是物質存在的第四種形態。當氣體被加熱到足夠高的溫度，或受到高能帶電粒子轟擊，中性氣體原子將被電離，空間中形成大量的電子和離子，但總體上又保持電中性。等離子體在我們日常生活中的自然存在很少，但實際上它又無處不在。遠到宇宙天體，近到大氣中的電離層，又如生活中常用的日光燈，都充滿了等離子體。等離子體顯示屏及日光燈都工作于正常輝光放電區。當電源電壓增加到Vb而內阻又不大時，氣體將會被擊穿，放電管中產生大量的高能量電子，并碰撞激發中性氣體原子發出可見光或紫外光。氣體一旦被擊穿，就能以一較低的電壓Vs將放電維持在輝光放電區，這一特性對等離子體顯示器件具有重要意義。（二）等離子的原理

顯示屏上排列有上千個密封的小低壓氣體室（氙氣和氖氣的混合物），電壓激發氣體，使其發出肉眼看不見的紫外光。這種紫外光照射到后面玻璃上的紅，綠，藍三色熒獷體，它們再發出我們在顯示屏上看到的可見光。

等離子顯示屏PDP是一種利用氣體放電的顯示裝置，這種屏幕采用等離子管做為發光元件，大量的等離子管排列在一起構成屏幕，每個等離子對應的每個小室內都充有氖氙氣體。在等離子管電極間加上高壓后，封在兩層玻璃之間的等離子管小室中的氣體會產生紫外光激勵平板顯示屏上的紅綠藍三基色熒光粉發出可見光。每個等離子管作為一個像素，由這些像素的明暗和顏色變化組合使之產生各種灰度和色彩的圖像，與顯像管發光很相似，從工作原理上講，等離子體技術同其它顯示方式相比存在明顯的差別，在結構和組成方面領先一步。其工作機理類似普通日光燈，電視彩色圖像由各個獨立的熒光粉像素發光綜合而成，因此圖像鮮艷、明亮、干凈而清晰。等離子顯示器的體積比較陰極射線管（CRT）顯示器小，色彩要比液晶顯示器鮮艷，明亮。顯示的圖像不會出現扭曲變形的情況。等離子顯示器屏幕上的每一個像素都由少量的等離子或者充電氣體照亮，有點像微弱的霓虹燈光。等離子顯示器有時也被稱為平板顯示器，即可以用來顯示模擬視頻信號，也可以用來顯示VGA數字信號。（三）等離子的優缺點

等離子作為現在一種主流的平板電視機，特別是從2004年下半年開始，全球的等離子電視需求逐步上升，那么其一定有吸引消費者的優點，但任何事情都有兩面性，下面我們具體給大家介紹一下，具體如下：

1、優點：

（1）等離子具有極高的對比度，如現在很多等離子電視可以達到5000：1或10000：1，而液晶能達到1000：1都比較難；

（2）等離子具有好的色彩顯示能力，最高能達到50億種顏色，而液晶一般是1677萬色；

（3）等離子響應速度非常快，等離子是微秒級別，而ＬＣＤ