CRT显示器和LCD 显像原理

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充满活力的早晨
2018.09.11 10:21 字数 2578
CRT显示器

概述

CRT显示器学名为“阴极射线显像管”,是一种使用阴极射线管的显示器。主要有五部分组成:电子枪、偏转线圈、荫罩、高压石墨电极和荧光粉涂层及玻璃外壳。

显示原理

显示原理

CRT显示器是靠电子束激发屏幕内表面的荧光粉来显示图像的,由于荧光粉被点亮后很快会熄灭,所以电子枪必须循环地不断激发这些点。

首先,在荧光屏上涂满了按一定方式紧密排列的红、绿、蓝三种颜色的荧光粉点或荧光粉条,称为荧光粉单元,相邻的红、绿、蓝荧光粉单元各一个为一组,学名称之为像素。每个像素中都拥有红、绿、蓝(R、G、B)三基色。

CRT显示器用电子束来进行控制和表现三原色原理。电子枪工作原理是由灯丝加热阴极,阴极发射电子,然后在加速极电场的作用下,经聚焦极聚成很细的电子束,在阳极高压作用下,获得巨大的能量,以极高的速度去轰击荧光粉层。这些电子束轰击的目标就是荧光屏上的三基色。为此,电子枪发射的电子束不是一束,而是三束,它们分别受电脑显卡R、 G、 B三个基色视频信号电压的控制,去轰击各自的荧光粉单元。受到高速电子束的激发,这些荧光粉单元分别发出强弱不同的红、绿、蓝三种光。根据空间混色法(将三个基色光同时照射同一表面相邻很近的三个点上进行混色的方法)产生丰富的色彩,这种方法利用人们眼睛在超过一定距离后分辨力不高的特性,产生与直接混色法相同的效果。用这种方法可以产生不同色彩的像素,而大量的不同色彩的像素可以组成一张漂亮的画面,而不断变换的画面就成为可动的图像。

通常实现扫描的方式很多,如直线式扫描,圆形扫描,螺旋扫描等等。其中,直线式扫描又可分为逐行扫描和隔行扫描两种。事实上,在CRT显示系统中两种都有采用。逐行扫描是电子束在屏幕上一行紧接一行从左到右的扫描方式,是比较先进的一种方式。而隔行扫描中,一张图像的扫描不是在一个场周期中完成的,而是由两个场周期完成的。无论是逐行扫描还是隔行扫描,为了完成对整个屏幕的扫描,扫描线并不是完全水平的,而是稍微倾斜的。为此电子束既要作水平方向的运动,又要作垂直方向的运动。前者形成一行的扫描,称为行扫描,后者形成一幅画面的扫描,称为场扫描。

行扫描

然而在扫描的过程中,要保证三支电子束准确击中每一个像素,就要借助于荫罩(Shadow mask),它的位置大概在荧光屏后面(从荧光屏正面看)约10mm处,厚度约为0.15mm的薄金属障板,它上面有很多小孔或细槽,它们和同一组的荧光粉单元即像素相对应。三支电子束经过小孔或细槽后只能击中同一像素中的对应荧光粉单元,因此能够保证彩色的纯正和正确的会聚

偏转线圈可以协助完成非常高速的扫描动作,它可以使显像管内的电子束以一定的顺序,周期性地轰击每个像素,使每个像素都发光,而且只要这个周期足够短,也就是说对某个像素而言电子束的轰击频率足够高,就会呈现一幅完整的图像。

至于画面的连续感,则是由场扫描的速度来决定的,场扫描越快,形成的单一图像越多,画面就越流畅。而每秒钟可以进行多少次场扫描通常是衡量画面质量的标准,通常用帧频或场频(单位为Hz,赫兹)来表示,帧频越大,图像越有连续感。24Hz场频是保证对图像活动内容的连续感觉,48Hz场频是保证图像显示没有闪烁的感觉,这两个条件同时满足,才能显示效果良好的图像。

LCD 原理

液晶

液晶起源于1888年,是奥地利植物学家莱尼兹发现的一种特殊的混合物质,此物质在常态下处于固态和液态之间,不仅如此,其还兼具固态物质和液态物质的双重特性,因此就称之为Liquid Crystal(液态的晶体)。1963年时,美国RCA公司的威廉发现液晶受到电场的影响会产生偏转的现象,也发现光线射入到液晶中会产生折射现象。在1968年,也就是威廉发现光会因液晶产生折射后的5年,RCA的Heil震荡器开发部门发表了全球首台利用液晶特性来显示画面的屏幕。在莱尼兹发现液晶物质整整80年后,“液晶”和“显示器”两个专有名词才连结在一起,“液晶显示器(LCD)”才成为行业的专业名词。

液晶特性

通电时导通,排列变得有秩序,使光线容易通过不通电时排列混乱,阻止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。

从技术上简单地说,液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材,称为Substrates,中间夹着一层液晶。当光束通过这层液晶时,液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状,因而阻隔或使光束顺利通过。大多数液晶都属于有机复合物,由长棒状的分子构成。在自然状态下,这些棒状分子的长轴大致平行。将液晶倒入一个经精良加工的开槽平面,液晶分子会顺着槽排列,所以假如那些槽非常平行,则各分子也是完全平行的。液晶是一种介于晶体状态和液态状态之间的中间物质。它兼有液体和晶体的某些特点,表现出一些独特的性质。

工作原理

液晶显示器(LCD/Liquid Crystal Display)的显像原理,是将液晶置于两片导电玻璃之间,靠两个电极间电场的驱动,引起液晶分子扭曲向列的电场效应,以控制光源透射或遮蔽功能,在电源关开之间产生明暗变化,从而将影像显示出来。

举例TFT LCD显示原理

偏光片与偏振光

偏光片(Polarizer)全称为偏振光片,可控制特定光束的偏振方向。由美国人Edwin Herbert Land发明。
主要作用是可以将不具偏极性的自然光转化为偏振光,透过液晶的转向,来控制光线的穿透与否,进而产生面板明暗之显示效果,利用液晶分子的扭转特性,达到控制光线的通过程度。


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偏光片的工作原理

自然光在通过偏光片时,振动方向与偏光片透过轴垂直的光将被吸收,透过光只剩下振动方向与偏光片透过轴平行的偏振光

液晶屏的下偏光片用于将背光源产生的光束转换为偏振光,上偏光片用于解析经液晶电调制后的偏振光,产生明暗对比,从而产生显示画面。液晶显示模组的成像必须依靠偏振光,少了任何一张偏光片,液晶显示模组都不能显示图像。

显示原理

液晶显示器就是利用偏光板的特性来完成的,利用上下两片栅栏之间互垂直的偏光板之间充满了液晶,在利用电场控制液晶分支的旋转,来改变光的行进方向,如此一来,不同的电场大小,就会形成不同颜色度了。


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当在不加上电极的时候,当入射的光线经过下面的偏光板(起偏器)时, 会剩下单方向的光波,通过液晶分子时, 由于液晶分子总共旋转了90度, 所以当光波到达上层偏光板时, 光波的极化方向恰好转了90度。下层的偏光板与上层偏光板, 角度也是恰好差异90度。 所以光线便可以顺利的通过,如果光打在红色的滤光片上就显示为红色。效果如图中前两个图所示。(这里的下偏振片是让振动方向平行的光投过,而上偏振片是让振动方向垂直的光透过,在没液晶的情况下,光源透过下偏振片光振动方向都是水平的,当透过上偏振片的时候都被过滤掉了,因为只允许垂直的光透过

当在加上电极后(最大电极),液晶分子在受到电场的影响下,都站立着,光路没有改变,光就无法通过上偏光板,也就无法显示,如图蓝色滤光片下面的液晶。

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