單元04平板顯示器 4-1液晶顯示器(LCD,Liquid-Crystal Display)

Presentation on theme: "單元04平板顯示器 4-1液晶顯示器(LCD,Liquid-Crystal Display)"— Presentation transcript:

1 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)

2 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

3 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 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

5 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。

6 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。

7 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

8 TN型與STN型比較

9 DSTN與FSTN

10 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

11 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

12 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

13 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

14 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

15 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

16 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

17 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

18 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

19 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

20 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

21 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

22 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

23 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

24 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℃

25 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

26 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

27 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

28 LED特性表 大於一般二極體

29 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

30 常用的LED驅動電路

31 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

32 LED的形狀

33 LCD TV與 LED TV

34 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

35 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

36 TTL數位IC驅動LED電路--SN7447

37 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

38 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

39 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

40 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)

41 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

42 點矩陣式發光二極體

43 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

44 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

45 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

46 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

47 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