單元04平板顯示器 4-1液晶顯示器(LCD,Liquid-Crystal Display) 4-2發光二極體顯示器(LED,Light-Emitting Diode) 4-3電漿顯示器(PDP,Plasma Display Panel)

平板顯示器(flat panel visual display) 傳統CRT有體積大、耗電、很重、攜帶不方便等缺點 平面顯示器種類 液晶顯示器：Liquid-Crystal Display,LCD 發光二極體顯示器：Light-Emitting Diode,LED 電漿顯示器：Plasma Display Panel,PDP

4-1液晶顯示器(LCD) 具低電壓驅動、低耗電 量、薄型等特性 用於手提式微電腦，迷 你型電視機、終端機、掌 上型電子計算機、手錶、 數位電表等

4-1-1液晶顯示器的構造 液晶是在1888年奧地利植物學家Reinitzer所發現 ，液晶是介於液體與固體中間狀態的液態晶體，其 組成大多是由有機物或金屬有機物合成的高分子， 一般為含有芳香族及帶極性的化合物 直到1970年才首先應用於掌上型電子計算器及電 子錶上，目前則已廣泛應用於筆記型電腦

向列(Nematic)液晶狀態 是將棒形液晶分子沿著軸心方向整齊排列的狀態 液晶分子和液體一樣具自由移動性質 和液晶分子的長軸方向垂直或平行的方向具光學、 誘電及磁性的異向性，當從外加入電場或磁場時能 將排列的方向改變，電場或磁場消失後又回復原先 的排列方向 利用電場的變化，可以改變液晶的配向狀態，使光 線通過或不通過，形成「亮」與「暗」的效果。

TN(Twisted Nematic)扭轉向列型 液晶顯示器工作原理 基本上作為黑白顯示器使用。 如左圖左，尚未加電場時，液晶 分子隨著兩片基板表面的配向方 向扭曲配向，光線沿著液晶分子 扭轉，通過下面的偏光板，最後 可見到光線，為「亮」的狀態。 如左圖右，加電場後，液晶分子 的扭轉配向被解除，光線沒有扭 轉作用，將受到下面偏光板的阻 隔而無法通過，看不到光線，為「 暗」的狀態。

超級扭轉向列(Super Twisted Nematic,STN)液晶顯示器 適用於彩色顯示器 在上下兩板間液晶分子扭轉可達270°，透過旋 光分散之著色，以色相的差異顯示不同而成彩 色顯示器 黑白顯示效果較TN型差，可以二層面板組合或軟 片積層方式改善 DSTN(Double-layered STN)： 利用兩層液晶面板組合 FSTN(Film-compensated STN)： 軟片積層方式

TN型與STN型比較

DSTN與FSTN

TFT(Thin Film Transistor)薄膜電晶體 目前絕大部份的液晶顯 示器所採用的技術 利用薄膜技術製造矽電 晶體電極 由於需求日增，技術與 顯示品質及解析度愈來 愈高，尺寸也愈來愈大

反射式液晶顯示元件 在兩片玻璃基板構成的 元件內封入液晶，由外 部透過電極加入電壓以 控制液晶分子的排列 藉外來光線顯像，本身 不發光，故在光亮處易 於讀取；在黑暗中則難 讀取資料，此為液晶顯 示器最大缺點

吸收式液晶顯示 在加上電場後，藉黑色紙來吸收光束而呈現黑色字 型 廣泛用於電子錶及掌上型計算機上 採用TTL邏輯準位進行控制

4-1-2液晶顯示器的分類 依操作方式分類 動態放射式(dynamic-scattering) 電場效應式(field-effect) 第一代液晶顯示器是一種以電流流過液晶物 質產生擾動，該擾動可在透明或反射式的背 景上產生影像，這種液晶顯示使用較大的電 壓 第二代液晶顯示器是藉著電壓的準位不同所 形成的靜電場影響液晶分子的排列方位，使 光線透過液晶物質，經反射面反射而形成影 像

4-1-2液晶顯示器的分類 依反射光線的方式分類 反射式(reflective) 未加電源時，光線到反射器全部反射，故沒 有影像；加電源後，在背影襯托下，呈現黑 色影像 穿透式(transmissive) 不含反射器，未加電源時和一般玻璃一樣； 加上電源，並在顯示器後加上光源，便可顯 示字形 穿透反射式(transflective) 結合前二者特點，可在光亮的地方顯示文字 ；也可在黑暗中藉著背面光源顯示字形

4-1-3 LCD驅動信號的要求 LCD顯示器是低電壓交流驅動的裝置，一般只需 3~12伏特有效電壓即可工作 直流電壓會導致液晶物質的崩潰，故在驅動信號的 直流抵補電壓(DC offset potential)須低於50mV 驅動信號頻率應在30~1000Hz之間。 太高會使電流消耗大 太低會導致閃爍現象

補充：抵補電壓 理想的OP在輸入電壓為零時，輸出也應該是零伏 特。假設在OP前級的差動放大電路不對稱，造成輸 出仍有電壓，因此在OP上必須加上一個補償電壓 以消除此輸出，此電壓即為抵補電壓

4-1-4七段LCD顯示器驅動電路 單一七段LCD驅動電路 MC14543作為LCD 驅動器，功能和 MC4543相同 CD4047用以產生 32~40Hz的方波輸出 ，用以驅動LCD顯示 器

4-1-4七段LCD顯示器驅動電路 在顯示位數較多的場合 最簡單的方式是使用更多 的MC1453來解碼 使用「多工驅動」方式的驅 動電路，如左圖 電場效應LCD的激勵電 壓和啟始電壓較低，適 合多工方式 啟始電壓是指LCD顯 示段自關閉到開啟所 需電壓 有效啟始電壓是工作週 期的函數，在顯示位數 多的場合必須加大電壓

4-1-5點矩陣式液晶顯示器驅動 手提式微電腦上大都多使用點矩陣LCD來顯示 具顯示24列x80字的能力 有640x200,640x480,800x600,1024x768等規格 驅動方式 靜態驅動方式(單一LCD) 驅動器極為複雜 多工驅動方式 可節省空間及材料，但不易克服明暗度問題 1/2偏壓方式(由行、列電極各負擔一部份驅動電 壓) 需配合多工時脈的工作週期

4-1-6液晶顯示器之規格說明 螢幕尺寸： 16:10 / 16:9 / 4:3 採對角線長為尺寸標示，有22 / 17 / 15 / 14吋 等 點距：0.282mm 即表示螢幕上液晶的亮點與亮點的最短距離為 0.282mm，即1mm可顯示3.5點 其值愈小愈好 亮度： 表示該顯示器可發出之亮度值，例如300cd/㎡ 數值愈高愈亮

4-1-6液晶顯示器之規格說明 對比值：2000:1 表示在動態畫面顯示下，最亮點與最暗點的比值 數值愈高表示畫面對比愈強 可視角度：170° 170°÷2=85°，即以中央為準往左/右85°內顯示 正常 超過85°則無法看清畫面 反應時間：5ms 表示液晶顯示器自信號輸入，到產生亮點所需時 間 愈短表示愈能顯示信號之變化

4-1-6液晶顯示器之規格說明 水平更新率：30~80kHz 即水平掃描頻率 垂直更新率：55~75Hz 即垂直掃描頻率 數值愈高，畫面愈穩定 最大解析度：1680x1050 表示螢幕最大的水平點數和垂直點數 可於桌面設定較低解析度： 1280x1024,1280x960,1024x768等

4-1-6液晶顯示器之規格說明 顯示顏色：16.7M 16.7M表示螢幕上每一點可顯示之顏色 R(8bits)xG(8bits)xB(8bits)=16.7M色 輸入信號：類比RGB/數位DVI-D 15pin類比信號 / DVI-D數位信號 調整控制：OSD選單控制 表示要設定螢幕時會在螢幕上顯示相對資料並 透過螢幕上的按鍵進行調整

4-1-6液晶顯示器之規格說明 功率消耗：49W(工作模式)，2W(休眠模式) 淨重：5.81公斤 顯示器本體的重量 工作溫度範圍：5℃~35℃

4-2發光二極體顯示器LED Light-Emitting Diode發 光二極體顯示器 可作數字/文字顯示 單一LED 七段顯示LED

4-2-1 LED的特性 是一種自發光型低溫顯示元件 具多色性、高可靠性、體積小、壽命長、工作電壓低 、工作溫度低等優點 是一種電流驅動裝置 CRT為電壓驅動裝置 是一種二極體元件，使用時須注意電壓極性、大小 及驅動電流值 LED只有一種能量的衰變，它的光屬於一種單色光

4-2-1 LED的發光原理 LED為一種化合半導體 元件 其發光之波長由使用材 料的禁帶寬(forbidden width)及在禁帶寬間所形 成的雜質能階(impurity energy level)所決定 常用的材料有 GaAs,GaP,GaAsP等

LED特性表 大於一般二極體

4-2-2單一LED的應用 單一LED的應用層面很廣，常用作開關、警示、系 統狀態、音量…等的指示器 驅動單一LED很容易，導通電流10毫安培、順向電 壓降2.2伏特及注意電源極性即可；限流電阻可保 護LED免於因電流太大而損壞，電阻大小依電路設 計而異，在不燒毀LED的前提下，電阻愈大，亮度 愈低；反之電阻愈小，亮度愈高

常用的LED驅動電路

製造LED的材料 紅光LED 以砷化鎵磷化物為主 綠光LED 以鎵磷化物為主 黃光LED 以鎵磷化物鎵砷化鎵 磷酸鹽為主

LED的形狀

LCD TV與 LED TV

4-2-3七段式發光二極體 專為顯示數字而生 由七個單一LED組成 可顯示十六進制的16個 符號，必要時也可顯示 一些符號 為節省接線及配合解碼 驅動器IC的邏輯準位， 分為共陰極(如上)與共陽 極兩種接法

七段式LED直接解碼驅動電路 BCD to 7 segment decoder專用積體電路 TTL數位IC 以SN7446,SN7447,SN7448,SN7449為專屬 IC SN7447需配合共陽極型七段顯示LED； SN7448則配合共陰極型七段顯示LED 以SN7447為例，內部包含解碼與驅動兩 個主要部份 CMOS數位IC 以CD4511為專屬IC

TTL數位IC驅動LED電路--SN7447

CMOS數位IC驅動LED電路--SN74LS47 由於微電腦輸出埠只能輸出 0.36mA(<10mA)，故無法使用 SN7447，改用SN74LS47 左圖每個輸出埠推動兩個七段顯 示器，若要推動十個顯示器就需 五個輸出埠，但一般微電腦無法 提供五個輸出埠，而是利用鎖定 器配合位址解碼器處理

七段式LED使用鎖定器解碼驅動電路 改用8T74 IC以提供鎖定 功能保持所要顯示的 BCD資料直到下次資料 到來 微電腦輸出埠送出的 BCD資料全部並聯到每 一個8T74輸入端 閃控輸入端=1：資料 送入栓鎖器 閃控輸入端=0：資料 鎖定穩定顯示

七段式LED多工驅動顯示電路 由BCD至七段顯示器 驅動，接收由微電腦送 出的BCD資料 使用兩個驅動器 段驅動器 由BCD至七段顯示器 驅動，接收由微電腦送 出的BCD資料 數字驅動器 包含一個位址解碼器及 數個驅動器，接收微電 腦送出的位址

4-2-4十六段式LED 顯示英文字母及一些常用符 號而設計(例如掌上型語言翻 譯機) 在某些微電腦中，使用七段 LED無法執行組合語言 不同於七段式的直接驅動， 改以掃描驅動，配合軟體及 放大用的凸透鏡顯示，一般 只能配合微處理器使用(字型 有關資料燒入記憶體中，再 配合軟體使用)

4-2-5點矩陣式發光二極體 十六段式LED字型不佳 ，不耐看，變化少 最常見的點矩陣LED規 格：5x7,8x8,7x9

點矩陣式發光二極體

點矩陣式LED的驅動電路 以多工掃描為主 如左圖，顯示器由5x7點矩 陣LED組成，上方輸出埠送 出位址，以軟體掃描的方 式選擇2048x8的ROM內字 型存放位址並送出列的資 料；下方輸出埠以硬體解 碼的方式透過3對5線解碼 器解碼，送出行的資料。若 是多字顯示，只需改變解 碼即可

4-3電漿顯示器 電漿顯示器(plasma display)又稱氣體放電顯示器 (gas dischage display) 它的畫面明亮，解析度很高，沒有閃爍現象，為薄 型平面佔用空間小 因價位高，只適用下列場合 設備安置環境較惡劣時 顯示空間受限時 只需顯示數行文字資料時

4-3-1電漿顯示器的構造 由兩片玻璃板中間包著一層氣 體所組成，該氣體通常為氖- 氬的混合物 在每片玻璃上均鑲有一組平行 的細線作為電極，兩者互相垂 直，每兩條線的交叉點即為一 個顯示點 在X-Y兩電極間加上電壓，當 電壓超過氣體游離電壓的臨界 值時，氣體崩潰成電離子，發 出脈衝光波

電漿顯示器的工作原理 面板以顯示處理器透過X和 Y電極驅動器分別驅動X和Y 電極，同時以位址線加以定 址 處理器邏輯電路能接受多種 不同方式的輸入 電漿顯示器使用氖-氬氣體 混合物，使得它放電時發出 橘紅色光 一般電極佈線空間可達每吋 60個發光點，解析足可與 CRT顯示器相匹敵

4-3-2電漿顯示器的應用 以IBM 581電漿顯示幕為例 畫面規格：10.7x13.4吋(對角線17吋) 可顯示69列x160字元 以CRT為例 畫面規格：14吋 可顯示25列x80字元 可顯示348x720點