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TUhjnbcbe - 2025/2/7 8:18:00
刘军连 https://m.39.net/disease/a_9376678.html

不管是生活、学习还是工作,我们几乎都离不开显示器,了解显示技术可以解决我们的很多困惑,本文将对显示器的技术、原理以及相关知识、相关选型使用问题进行解读,希望能够对你有所帮助!

显示技术发展至今,从CRT、PDP,LCD,再到OLED、激光,可谓给我们的日常生活带来了翻天覆地的变化。现在业界将显示技术分为四代:

第一代:CRT(阴极射线管CathodeRayTube)显示技术。

第二代:以液晶显示器(LCD,一般又分为TN/STN/TFT三种类型)、等离子显示器(PDP)、真空荧光显示器(VFD)、投影显示(LCOS)技术为代表的平板显示技术。

第三代:以OLED(OrganicLight-EmittingDiode有机发光半导体)技术为代表的平板和柔性显示技术。

第四代:激光显示技术。

第一代CRT显示器体积硕大、极易受到电磁干扰、使用极不方便,逐渐远离了人们的生活,在此不再过多介绍。现在我们所常见的显示器件属于液晶(LCD)显示技术,同属于第二代的其它显示技术不是主流,很少使用。未来的主流显示技术可能是OLED(OrganicLight-EmittingDiode有机发光二极管)和激光显示技术。

CRT显像原理

在深入各种显示技术的原理之前,先来搞明白各种显示技术术语的区别。

LCD(LiquidCrystalDisplay的简称)液晶显示器。LCD的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒,下基板玻璃上设置TFT(薄膜晶体管),上基板玻璃上设置彩色滤光片,通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向,从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。

LCD显像原理

LCD按照背光源的不同,LCD可以分为CCFL(冷阴极荧光灯管)和LED(发光二极管)两种,CCFL(冷阴极灯管)背光模组可以简单理解为在屏幕背设置几根长形日光灯管,LED(发光二极管)背光模组则可以简单理解为在屏幕后设置许多矩形发光二极管。

到底是LCD还是LED?

在LED背光液晶显示器盛行的今天,在许多人口中,LCD被特指采用CCFL背光的液晶显示器,LED就是以LED为背光液晶显示器。这是一个误区,不管背光使用的是CCFL(冷阴极荧光灯管)还是LED(发光二极管),其实都是液晶显示器。“LED背光屏”只是一种简称,它的全称应该是——采用LED(发光二极管)背光模组设计的TFT-LCD液晶屏。有一种纯LED灯不带液晶的显示屏,它的色彩单一,显示效果看上去比较像用发光的灯组成的图形或文字。所以液晶显示器、LED液晶显示器、显示屏不要混淆了。

液晶显示器还是LED显示器?

采用CCFL背光的液晶显示器,背光原理近似于日光灯管,CCFL背光灯管通常为条形或U型,不论哪种形状,它们的分布相对于LED背光而言并不非常均匀,而且CCFL背光相对LED背光很不节能环保。所以,CCFL背光已经淘汰,现在的液晶显示器几乎全都是LED背光显示器。因此,现在的液晶显示器,很多人都把它叫LED显示器,其实全称应该是LED背光的液晶显示器。

LED(发光二极管)按照光源的颜色可以分为三色LED和白光LED。三色LED又称“RGBLED”,具有色彩饱和度高、色彩还原能力强等优点,多用于专业液晶显示器。不过,它的体积比较笨重,发热量也比较大,因此被便携式移动设备如笔记本电脑和手机一般不用,大多数显示器和手机屏用的是白光LED。白光LED的驱动电路更少,通过侧光源设计可以使笔记本屏幕显得更薄,但是它的色域和色彩都要比三色LED差上许多。不管是三色LED还是单色白光LED,在电路设计和显示效果方面都要优于CCFL。

记住,现在人们通常所说的液晶显示器指的是CCFL(冷阴极荧光灯管)背光液晶显示器,现在人们通常所说的LED显示器是LED背光的液晶显示器。

TN型液晶显示原理

TN型的液晶显示技术可说是液晶显示器中基本的,而之后其它种类的液晶显示器也可说是以TN型为原点来加以改良。同样的,它的运作原理也较其它技术来的简单,不加电场的情况下,入射光经过偏光板后通过液晶层,偏光被分子扭转排列的液晶层旋转90度,离开液晶层时,其偏光方向恰与另一偏光板的方向一致,因此光线能顺利通过,整个电极面呈光亮。当加入电场的情况时,每个液晶分子的光轴转向与电场方向一致,液晶层因此失去了旋光的能力,结果来自入射偏光片的偏光,其偏光方向与另一偏光片的偏光方向成垂直的关系,并无法通过,电极面因此呈现黑暗的状态。

其显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板之透明导电玻璃间,液晶分子会依配向膜的细沟槽方向依序旋转排列,如果电场未形成,光线会顺利的从偏光板射入,依液晶分子旋转其行进方向,然后从另一边射出。如果在两片导电玻璃通电之后,两片玻璃间会造成电场,进而影响其间液晶分子的排列,使其分子棒进行扭转,光线便无法穿透,进而遮住光源。这样所得到光暗对比的现象,叫做扭转式向列场效应,简称TNFE(twistednematicfieldeffect)。在电子产品中所用的液晶显示器,几乎都是用扭转式向列场效应原理所制成。

STN液晶显像原理

STN型的显示原理与TN相类似,不同的是TN扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转90度,而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转~度。要在这里说明的是,单纯的TN液晶显示器本身只有明暗两种情形(或称黑白),并没有办法做到色彩的变化。而STN液晶显示器牵涉液晶材料的关系,以及光线的干涉现象,因此显示的色调都以淡绿色与橘色为主。但如果在传统单色STN液晶显示器加上一彩色滤光片(colorfilter),并将单色显示矩阵之任一像素(pixel)分成三个子像素(sub-pixel),分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色,再经由三原色比例之调和,也可以显示出全彩模式的色彩。另外,TN型的液晶显示器如果显示屏幕做的越大,其屏幕对比度就会显得较差,不过藉由STN的改良技术,则可以弥补对比度不足的情况。

TFT液晶显像原理

TFT型的液晶显示器较为复杂,主要的构成包括了,萤光管、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,也就是萤光灯管投射出光源,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。因此我们只要改变刺激液晶的电压值就可以控制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了。TFT-LCD显示屏是当前主流。

OLED显像原理

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。OLED的特性是自己发光,不像TFTLCD需要背光,因此可视度和亮度均高,其次是电压需求低且省电效率高,加上反应快、重量轻、厚度薄,构造简单,成本低等,被视为21世纪最具前途的产品之一。

OLED

有机发光二极体的发光原理和无机发光二极体相似。当元件受到直流电(DirectCurrent;DC)所衍生的顺向偏压时,外加之电压能量将驱动电子(Electron)与空穴(Hole)分别由阴极与阳极注入元件,当两者在传导中相遇、结合,即形成所谓的电子-空穴复合(Electron-HoleCapture)。

而当化学分子受到外来能量激发后,若电子自旋(ElectronSpin)和基态电子成对,则为单重态(Singlet),其所释放的光为所谓的荧光(Fluorescence);反之,若激发态电子和基态电子自旋不成对且平行,则称为三重态(Triplet),其所释放的光为所谓的磷光(Phosphorescence)。有机发光二极管依色彩可分为单色、多彩及全彩等种类,其中全彩有机发光二极管的制备最为困难;依驱动方式可分为被动式(PassiveMatrix,PMOLED)与主动式(ActiveMatrix,AMOLED)。

PMOLED优点:制程较AM_OLED简单、结构单纯。PMOLED缺点:大尺寸化有困难,为维持整个面板的亮度,需提高每一Pixel的亮度而提高操作电流,会因此减少OLEDDevice寿命。CurrentDrive控制不易。AMOLED优点:可大尺寸化,较省电,高解析度,面板寿命较长,DataDriver设计较简单。AMOLED缺点:制程较复杂,TFT变异性较高。

QLED显像原理

QLED是“QuantumDotlightEmittingDiode”的简写,中文译名是量子点发光二极管,亦可称量子屏显示技术,这是一项介于液晶和OLED之间的新型技术,原理是通过蓝色lED光源照射量子点来激发红光及绿光,QLED核心技术为“QuantumDot(量子点)”,量子点由锌、镉、硒和硫原子构成。简单说说LCD、OLED与QLED的显像原理
  QLED显示技术依旧属于液晶(LCD)显示技术范畴,类似于此前CCFL(冷阴极荧光灯管)以及WLED(白色发光二极管)一样,QLED(量子点发光二极管)是一种全新的背光控制显示技术,它拥有许多更先进的物理特性,比如节能省电、显示更稳定等等。当然,最重要的是,QLED相比WLED成本更具优势,这也是业界认为QLED可以改变市场格局的原因。

DLP显像原理

DLP的全称为“DigitalLightProcession”数字光处理,这种技术应用了数字微镜晶片(DMD)来作为主要元件以实现数字光学处理过程。其原理是将通过灯泡发射出的光通过一个色轮将光分成RGB三原色,再将色彩由透镜投射在DMD芯片上;以同步讯号的方法,把数字微镜晶片的电讯号,将连续光转为灰阶,配合R、G、B三种颜色而将色彩表现出来,最后反射经过投影镜头在投影屏幕上成像。DLP显像分辨率高,但由于DLP的光源是来自于灯泡,导致它的功耗大,散热量高,而且使用一段时间以后就会出现亮度降低,致使用户必须不断更换灯泡来保持最初的显示效果。DLP显像技术主要用于商务投影机、电影院放映、桌面投影机等。

PDP显像原理

PDP全称为“PlasmaDisplayPanel”等离子显示板,它采用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,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。PDP显像屏幕亮度非常均匀、色彩还原性好、灰度丰富、对迅速变化的画面响应速度快等,但屏幕容易灼伤,不能显示静态画面太久,主要原因为PDP为紫外光激发荧光屏发光,而荧光屏为磷材料,长时间的激发易老化,造成发光性能衰减。

LCOS显像原理

LCOS(LiquidCrystalonSilicon)属于新型的反射式MICROLCD投影技术,主要是由卤素灯、氙气灯等发光,集光至面板,将面板的影像经反射或透射投射出影像,再经过分光、合光系统,最后将影像投射到屏幕显像。

LCOS显像可视面积大、高亮度、高分辨率、省电,但由于工艺等原因,面板的良品率不高。主要用于背投彩电,数码相机等。

激光显示技术的成像原理

激光显示系统主要由三基色激光光源、光学引擎和屏幕三部分组成。光学引擎则主要由红绿蓝三色光阀、合束X棱镜、投影镜头和驱动光阀组成,光阀驱动使光阀上分别生成红、绿、蓝三色对应的小画面,然后分别引入三色激光照明投影到屏幕上,即产生全色显示图像。充当光阀及驱动源的可以是各种微型显示系统、如LCD,LCoS,DMD,GLV等。其工作原理如图1.1所示:红、绿、蓝三色激光分别经过扩束、匀场、消相干后入射到相对应的光阀上,光阀上加有图像调制信号,经调制后的三色激光由X棱镜合色后入射到投影物镜,最后经投影物镜投射到屏幕,得到激光显示图像。

激光显像原理

传统的背投影方案主要是以光源、色轮、图像引擎芯片、光路、投影的合色、投影物镜和屏幕的过程组成的。采用激光作为投影光源,可充分发挥激光光源分色分时特性,采用光谱合成以及分时工作的模式,直接应用于照明光学图像芯片,抛弃过去在光机中一定使用到的UV、红外、偏振镜、复眼透镜这样的一些光学器件,大幅简化投影机光路结构。

作光显示技术是以高饱和度的红、绿、蓝(RGB)三基色激光作为光源的显示技术。其充分利用激光波长可选择性和高光谱亮度的特点,使显示图象具有更大的色域表现空间,色域覆盖率可达90%,可实现2倍于传统光源的色彩再现能力,色彩饱和度为传统显示的倍以上。最大程度地能展现人眼可以识别的色彩,真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩,提供更具震撼的表现力。

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