视频编解码学习三之显示器

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分为阴极射线管显示器（CRT），等离子显示器PDP，液晶显示器LCD

液晶显示器的组成。一般来说，液晶显示器由以下几个部分组成： [3]

1、液晶模块

玻璃基板：里面是液态晶体和网格状的印刷电路。时序电路（timing control）：用于产生控制液晶分子偏转所需的时序和电压。灯管：产生白色光源。背光：把灯管产生的光反射到液晶屏上 [3]。

2、控制板

控制板起信号转换作用。把各种输入格式的信号转化成固定输出格式的信号。例如对1024 x768的屏输入信号可以是640×480、800×600、1024×768等，最终转化成输出格式1024×768 [3]。

3、逆变器

产生高压，用于点亮灯管

组成电路

视频放大电路：可以分为预视放和视放输出两部分。预视放从信号接口中接收显示卡送来的R、G、B三基色视频信号，对之进行放大，以便驱动视放输出级。视放输出级是功率放大级，把预视放级送来的视频信号放大到足够的功率，驱动显像管阴极，调制阴极发射电子束的强弱，电子束轰击荧光屏后，就完成了电一光转换的功能，配合扫描就可显示图像 [4]。

通常这部分电路还具备对比度控制、行场消隐、白平衡调节等功能 [4]。

场扫描电路：包括场振荡和场输出两部分。场振荡电路在同步信号下，形成场频锯齿波，锯齿波再由场输出电路功率放大后加至场偏转线圈，形成扫描电流，使电子枪发射出的电子上下拉开 [4]。

场幅和场中心调节的功能也是在场扫描电路中实现的，此外还输出场频锯齿波到枕形校正电路，以校正水平枕形失真 [4]。

行扫描电路：包括行振荡、行输出、高压电路、枕校电路等几部分 [4]。

行振荡电路在行同步信号的作用下，输出周期矩形脉冲，该矩形脉冲驱动行输出电路，使之在行偏转线圈中产生扫描电流 [4]。

高压电路对行扫描逆程期间产生的幅值很高的回扫脉冲进行变压、然后整流滤波得到多路电压输出，其中G1为显像管栅极电压，SCREEN为加速级电压、FOCUS为聚焦极电压。H.V为阳极高压 [4]。

行中心、行幅调整功能的实现也包括在行扫描电路中 [4]。

开关电源：大部分显示器使用脉宽调制式开关电源，由开关管（调整管）、变换器、取样电路、比较放大电路、基准电源、激励器和保护电路等组成。开关电源的电路简洁，维修起来比较容易 [4]。

模式识别与控制电路：该电路的作用是根据显示卡送来的行、场同步信号的特征判别当前是哪一种显示模式，并依此对行扫描和场扫描电路进行控制，以消除模式转换对电路工作状态造成的影响，如改变行振荡、场振荡电路的自由振荡频率，调整行幅、场幅，改变行输出级的工作电压等

技术参数

分辨率

显示器的分辨率受显示器的尺寸、（显像管点距）、电路特性等方面影响

栅距和点距

栅距是指阴栅式显像管平行的光栅之间的距离（单位mm）。采用阴栅式显像管的好处在于其栅距长时间被使用也不会变形，显示器被使用多年也不会出现画质下降的情况 [5]。

点距（或条纹间距）是显示器的一个非常重要的硬件指标。它是指一种给定颜色的一个发光点与离它最近的相邻同色发光点之间的距离，这种距离不能用软件来更改，这一点与分辨率是不同的。在任何相同分辨率下，点距越小，显示图像越清晰细腻，分辨率和图像质量也就越高

带宽

带宽是显示器的一个非常重要的参数，能够决定显示器性能的好坏。所谓带宽是显示器视频放大器通频带宽度的简称。一个电路的带宽实际上是反映该电路对输入信号的响应速度和显示器的解像能力，带宽越宽，惯性越小，响应速度越快，允许通过的信号频率越高，信号失真越小。带宽的单位为MHz，可以用“水平分辨率×垂直分辨率×刷新率”这个公式来计算它的数值

刷新率

显示器的刷新率分为垂直刷新频率和水平刷新频率。垂直刷新率场频（Vertical scanning frequency）的单位是MHz，它是由水平刷新率和屏幕分辨率所决定的，垂直刷新率表示屏幕的图像每秒钟重绘多少次，也就是指每秒钟屏幕刷新的次数 [5]水平刷新率叫行频（Horizontai scanning trequency），它是指显示器每秒钟内扫描水平线的次数，单位是kHz；。

2022年2月1日消息，京东方对外展示全球首款27英寸的氧化物FHD 500Hz超高刷新率显示屏，创下显示器刷新率的新纪录

常见种类

CRT显示器

CRT显示器是一种使用阴极射线管（Cathode Ray Tube）显示器。它主要由五部分组成：电子枪、偏转线圈、荫罩、荧光粉层及玻璃外壳。CRT纯平显示器虽然具有可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、可调节的多分辨率模式、响应时间极短等LCD显示器难以超越的优点，但目前已经退出市场 [7]。

LCD显示器

LCD显示器即液晶显示器。它的优点有机身薄、占地小和辐射小 [7]。

LCD显示器内部有很多液晶粒子，它们有规律地排列成一定的形状，并且它们每一面的颜色都不同，分为红色、绿色和蓝色。这三原色能还原成任意的其他颜色。当显示器收到显示数据时，会控制每个液晶粒子转动到不同颜色的面，从而组合成不同的颜色和图像。因此，LCD显示器有色彩不够艳和可视角度不大等缺点

液晶显示器是一种借助于薄膜晶体管驱动的有源矩阵液晶显示器，它主要是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。IPS、TFT、SLCD都属于LCD的子类。 [1]其工作原理是，在电场的作用下，利用液晶分子的排列方向发生变化，使外光源透光率改变（调制），完成电一光变换，再利用R、G、B三基色信号的不同激励，通过红、绿、蓝三基色滤光膜，完成时域和空间域的彩色重显。

LED显示器

LED显示器是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式来显示文字、图形、图像、动画的显示屏幕 [7]。

LED的技术进步是扩大市场需求及应用的最大推动力。最初，LED只是作为微型指示灯，在计算机、音响和录像机等高档设备中应用。随着大规模集成电路和计算机技术的不断进步，LED显示器迅速崛起 [7]。

LED显示器集微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体，以其色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点，成为最具优势的新一代显示设备。目前，LED显示器已广泛应用于大型广场、体育场馆、证券交易大厅等场所，可以满足不同环境的需要 [7]。

LED显示屏的工厂主要分布在深圳有500多家，其中40%主要是提供加工服务，还有小作坊式生产，也有像一批以品质和研发为主的生产企业

3D显示器

3D显示器一直被公认为显示技术发展的终极梦想，多年来有许多企业和研究机构从事这方面的研究。日本、欧美、韩国等发达国家和地区早于20世纪80年代就纷纷涉足体显示技术的研发，于90年代开始陆续获得不同程度的研究成果，现已开发出需佩戴立体眼镜和不需佩戴立体眼镜的两大立体显示技术体系。随着《阿凡达》等3D大片的热播，人们对3D技术的了解逐步加深 [7]。

利用自动立体显示技术，即所谓的“真3D技术”，用户不用戴眼镜就可以观看立体影像。这种技术利用所谓的“视差栅栏”，使两只眼睛分别接受不同的图像，来形成立体效果，平面显示器要形成立体感的影像，必须至少提供两组相位不同的图像。其中，不闪式3D技术是如今显示器中最常使用的技术 [7]。

不闪式3D技术的画面是由左眼和右眼各读出540条线后，两眼的影像在大脑重合，所以大脑所认知的影像是1018条线，因此，可以确定不闪式3D技术的画面为全高清 [7]。

不闪式3D技术的优点有： [7]

①无闪烁，更健康 [7]；

②高亮度，更明亮 [7]；

③无辐射，眼睛更舒适 [7]；

④无重影，更逼真 [7]；

⑤价格合理，性价比高 [7]。

不闪式3D技术也存在诸如不能在水平方向实现3D全高清画面和技术成本高的缺点

触摸屏

触摸屏（Touch Panel）又称为“触控屏”、“触控面板”，是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。 [1]

从1974开始出现世界上最早的电阻式触摸屏以来，随着科技的发展和应用需 求的增长，各种触摸技术相继诞生以适应各种行业和层次的应用。如今，已经形成了商业化的触摸屏技术包括：电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触 摸屏、表面声波（SAW）技术触摸屏等，并已广泛应用到了手机、平板电脑、零售业、公共信息查询、多媒体信息系统、医疗仪器、工业自动控制、娱乐与餐 饮业、自动售票系统、 教育系统等许多领域。

LCD，即液晶显示屏幕（liquid-crystal display），是目前市场上主流的显示技术。它主要采用薄膜电晶体液晶显示器（TFT-LCD）技术，通过两片玻璃基板夹着一层液晶来实现显示效果。在这两片玻璃基板中，上层玻璃基板负责呈现彩色滤光片，而下层玻璃基板则镶嵌着电晶体。当电流通过电晶体时，会产生电场变化，进而影响液晶分子的旋转排列。这种旋转排列的改变会调控光线通过的旋转幅度，再经过彩色滤光片的折射，最终呈现出不同的颜色。

目前，LCD技术已经非常成熟，并被广泛应用于普通电脑和电视屏幕上。由于其成本低廉，它已成为众多消费产品的基石。

02LED与OLED显示技术

在了解了LCD的显像原理后，我们进一步探讨LED和OLED的显像技术。

▍ LED的显像技术

首先来看LED，它被称为“发光二极体”，其工作原理是通过电能转化为光能。在半导体材料中，正负极两端施加电压后，电流通过时，电子与电洞结合，产生的能量以可见光的形式释放。不同材料的光子能量会产生不同波长的光线。直显式LED常用于户外电视墙或红绿灯，而LED芯片则是当前电视、屏幕背光源以及照明领域的主流选择。

▍ OLED的工作原理与特点

在探讨LED的显像技术后，我们进一步转向OLED。LED与OLED的驱动原理虽有些相似，但所采用的材料却大相径庭。OLED，被誉为“有机发光二极体”（Organic Light-Emitting Diode），其核心构造是在ITO玻璃上铺设一层有机发光层，并覆盖一层低功函数的金属电极。在外部电压的驱动下，正极电洞与阴极电子将在发光层中结合，释放能量并发出光线。由于材料特性的差异，OLED能够产生R、G、B三原色，从而构建出丰富多样的色彩。

OLED技术与LCD技术的核心区别在于其自体发光特性。 LCD技术则依赖于LED背板和滤光片来呈现图像。相比之下，OLED能够自发光，从而呈现出更为鲜艳的画面，同时功耗也较低，甚至可以弯曲适应不同形状的显示屏。然而，由于其有机材料容易氧化，OLED的寿命相对较短，并可能出现色烙问题。此外，OLED技术的成本高昂和技术难度也相对较大，目前主要应用于小屏幕设备，如手机屏幕。

03先进显示技术探讨

在了解LCD、LED和OLED的基础差异之后，我们进一步探讨高阶显示技术，如Mini LED、Micro LED和Micro OLED。

▍ Mini LED与Micro LED的区别

其中，Mini LED和Micro LED的主要区别在于LED晶体的尺寸。Mini LED，正式名称为「次毫米发光二极体」，其晶体尺寸以100微米为界，大约0.1毫米；而Micro LED，即「微发光二极体」，则是指尺寸更小的LED晶体。

▍ Micro LED的技术革命与挑战

Micro LED技术则带来了更为颠覆性的革新。其晶粒尺寸已达到肉眼难以分辨的程度，使得R、G、B三原色的晶粒能直接拼成一个像素点，实现「一个像素」的概念。这一技术突破使得Micro LED不再依赖滤光片和液晶层，与传统的LCD显示屏幕发光结构截然不同，预示着LCD产业即将迎来全新的革命性变革。

然而，Micro LED实现革新但面临巨量转移等技术挑战。特别是在实际生产过程中，巨量转移技术就是将晶粒完整放置到电路矩阵上，其难度不言而喻。此外，磊晶技术的瓶颈、封装测试问题以及后续的检测和维修，都是阻碍Micro LED量产的难题。

▍ Micro OLED的发展前景

与此同时，Micro OLED技术也备受瞩目。Micro OLED技术在AR、VR设备上有潜力，苹果与台积电的合作开发，使得Micro OLED成为今年科技界的热门话题。不同于传统电视和高阶手机所采用的LCD或OLED屏幕，Micro OLED直接搭载在晶圆上，采用单晶硅晶圆为背板，具有轻薄、低功耗、自发光及高效率等显著优势，特别适合AR、VR等穿戴式设备。

目前，苹果正在研发中的Micro OLED尺寸仅为不到1吋，预计将用于其最新的AR产品。然而，该技术目前尚处于试产阶段，距离量产还有数年之遥。不过，Sony、三星、京东方等科技巨头也在积极开发Micro OLED显示技术，并计划在未来实现量产，进军可穿戴式装置和AR装置市场。