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1、1 考试序列号 25 公选课（论文）屏幕显示与蓝光抑制学 院 机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年级班别 2014 级卓越工程师班 学 号 学生姓名 指导教师 2016 年 6 月 20 日摘 要随着电子产品的飞速发展，人们在日常生活中越来越多地使用手机、平板电脑、笔记本电脑、液晶电视等电子产品。显示屏作为这些电子产品与我们消费者的交互媒介，直接影响着产品体验及我们的身体健康。不同类型的显示屏有着不同的显示结构，这决定它们的显示原理也必定有所差别，不同的显示方式或多或少地会产生蓝光。本文将对电子产品的显示屏构造及原理进行介绍，并针对不同的显示屏显示原理阐述蓝光产生的原因，最后对预防
2、蓝光提出一些切实可行的建议。关键词：电子产品，显示屏，显示原理，蓝光，危害 AbstractWith the rapid development of electric products,people are spending more time on electronic products such as mobile phone,tablets,laptops,LCD TV(liquid cystal display television) and so on.As the interaction media between electric products and we consume
3、rs,display panel directly influence customer experience.Different types of display panels have different displaying structure,which results in differences in dislaying mechanisms to some extent.But most of them produce blue light in the procedure of emitting lights.The following paper will instruct
4、the structure of display panel and explain its diplaying mechanism.And the reason of how blue light is generated in different displaying practices is also pointed out .At last methods to avoid the harm of blue light is also given for practical use.Key words： electronic products,diplay panel,displayi
5、ng mechanism,blue light,harm1 绪论1.1 课题研究背景和意义随着科学技术的进步，电子产品逐渐人们成为日常生活中不可缺少的一部分，而电子产品与我们进行交互的媒介显示屏也得到了飞速的发展，使我们对电子产品的用户体验得到了很大的提升。在显示屏的发展队列中，手机、平板电脑的触摸屏无疑是发展最快的两支队伍。在本论文也将会有所侧重于这两者进行介绍。触摸屏（Touch Panel，简称 TP）起源于 20 世纪 70 年代，是搭载于显示器件上，利用手指或输入笔，通过触摸来实现信息输入的新型人机界面装置。 触摸屏过去一直广泛应用于 PDA、ATM、POS 机等等。而 2007 年
6、苹果推出 iPhone 后，触摸屏出现井喷式增长。其中手机是触摸屏应用最多的电子产品之一，并开始大规模渗透入智能手机、传统的功能型手机市场，手机触摸屏年出货量可达每年 15 亿单元，市场规模庞大。 2008 年，苹果成功推出 iPad，触摸屏需求量继续大幅增长，智能手机与平板电脑成为触摸屏需求增长的主要驱动力。 触摸屏技术自问世以来已相继发展出表面声波式、红外线式、电阻式、电容式、电磁式、光学成像式等多种应用技术。电阻式、电容式、光学成像式被公认是最为主流的三种技术。 触摸技术在带触控功能的手机上的应用技术主要有投射电容（P-CAP）和电阻式触摸技术。这两者合起来占据了 95%以上的手机触摸屏
7、。电阻式技术曾经引领市场，但 iphone 的成功使得风向转变，促使大多数品牌改用投射式电容屏。我们预计 2010 年电容式触摸屏技术将首次超越电阻式。然而，电阻屏将不会完全从市场上消声灭迹，因为它仍然在一些低成本的解决方案中拥有优势，而且在中国市场上还有手写输入技术的需求。电容屏，主要分为玻璃式（Glass-based ）和薄膜式（Film-based） 。其中，薄膜式电容屏在光电特性上的一些局限，使其推广应用受到一定的限制，以iPhone、iPad 为代表的高端智能终端，均采用玻璃式结构的电容屏，未来的主流仍是玻璃式电容式触摸屏。 从 2010 年触控屏产值分析，投射电容已成为领先技术。自
8、 2007 年Apple 采用此技术以来，投射电容市场呈现爆炸性增长，许多平板电脑厂商也都纷纷采用投射电容屏。以 2011 年为例，我们预估投射电容出货增长将超过 100%，同时占有 70%触控产值。除了原有触控屏供货商外，有好几家彩色滤光片厂商也转换部份产线以生产触控屏。目前市场上估计有超过 60 家厂商供应投射式电容触控屏。 Sensor 与盖板集成是触摸屏技术发展的关键趋势资料来源：美国康宁公司1. 主流显示屏的分类随着手机的，手机的普及，手机屏幕的材质也越来越成为挑选手机时被关注的焦点之一。手机的彩色屏幕因为研发技术不同而有所差异。一般来说能显示的颜色越多越能显示复杂的图象，画面的层次
9、也更丰富。除去几大类LCD 外，还能在一些手机上看到其他的一些 LCD，比如日本 SHARP 的 GF 屏幕和 CG（连续结晶硅）LCD。两种 LCD 相比较属于完全不同的种类，GF 为 STN的改良，能够提高 LCD 的亮度，而 CG 则是高精度优质 LCD 可以达到QVGA（240320）像素规格的分辨率。 22.1. STNLCD 屏幕STN（Super Twisted Nematic）屏幕，又称为超扭曲向列型液晶显示屏幕。在传统单色液晶显示器上加入了彩色滤光片，并将单色显示矩阵中的每一像素分成三个像素，分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色，以此达到显示彩色的作用，颜色以淡绿色为和橘色
10、为主。STN 屏幕属于反射式 LCD，它的好处是功耗小，但在比较暗的环境中清晰度较差。STN 也是我们接触得最多的材质类型，目前主要有 CSTN 和 DSTN 之分，它属于被动矩阵式 LCD 器件，所以功耗小、省电，但么应时间较慢，为 200 毫秒。2.2. CSTN LCD（彩色式 STN 液晶）CSTN 即为 Color STN，在彩屏手机发展初期时，CSTN 彩屏手机为市场上的主流，颜色数也从最早的 256 色，到现在可以显示到 65536 色。但发展到现在，CSTN 最常见用途则是在翻盖机的外屏幕。CSTN 屏幕在正常光线及暗光线下，显示效果都很好，但在户外，尤其在日光下，则很难辨清显
11、示内容。2.3. FSTN LCD由于 STN 在不加电的时候总是呈现出一定的底色（比如绿色和蓝色） 。人们为了消除 STN 的底色想了很多办法，最简单的就是利用一个完全一样，但是旋向相反的两个 STN 盒叠加在一起，使得互相干涉的两束光线又互相补偿回来，从而实现黑白显示，但是这种方式会使成本增加，于是人们想到用一层碘分子的定向扭曲来模拟一个液晶盒，这样就用一层薄膜（位相差板）替代了一个液晶盒，从而实现黑白显示，这种叫做 FSTN（Film STN） 。到目前为止，可以说所有的黑白手机屏全部都是 FSTN 型。2.4. GSTN LCDGSTN 即为 Gray STN，显示屏幕的背景颜色是灰白
12、色，而显示颜色是深蓝色，其特点是可视角度比较大，不过对比度偏低，同时价格也比较贵，主要使用在手机的外屏。2.5. DSTN LCD（倍频扫描式扭曲液晶）DSTN 即为双层式的 STN，过去主要是应用在笔记型计算机的屏幕上，这种显示技术解决了传统 STN 显示器中的漂移问题，而且由于 DSTN 还采用了双扫描技术，因而显示效果较 STN 有大幅度提高。由于 DSTN 分上下两屏同时扫描，所以在使用中有可能在显示屏中央出现一条亮线。而当彩色屏幕手机开始盛行时，也有几支采用 DSTN 屏幕材质的手机在市面上出现，例如 OKWAP i108、166 等。不过效果和 CSTN 差不多，最后也没有什么后续
13、机种采用了。2.6. TFT LCDTFT（Thin Film Transistor）即薄膜场效应晶体管，属于有源矩阵液晶显示器中的一种。它可以“主动地”对屏幕上的各个独立的像素进行控制，这样可以大大提高反应时间。一般 TFT 的反应时间比较快，约 80 毫秒，而且可视角度大，一般可达到 130 度左右，主要运用在高端产品。所谓薄膜场效应晶体管，是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息。TFT 属于有源矩阵液晶显示器，在技术上采用了“主动式矩阵”的方式来驱动，方法是利用薄膜技术所作成的电晶体电极，利用扫描的方法“主动拉
14、”控制任意一个显示点的开与关，光源照射时先通过下偏光板向上透出，借助液晶分子传导光线，通过遮光和透光来达到显示的目的。TFT 液晶显示屏是薄膜晶体管型液晶显示屏，也就是“真彩”(TFT)。2.7. LTPS LCD（低温多晶硅液晶）LTPS 来自于日本，也算是 TFT 材质的一种，不过一般统称的 TFT 属于非晶硅（a-Si）种类，LTPS 则为低温多晶硅的类别。LTPS 能提供比 a-Si 更亮、更细致的画面，早期是运用在摄影机、数字相机的屏幕上，缺点方面就是成本不低，未来如果技术纯熟的话，很有可能影响传统 TFT 的市场占有率。2.8. OLEDOLED（Organic Light Emi
15、tting Display）即有机发光显示器，在手机LCD 上属于新型产品，被称誉为“梦幻显示器” 。OLED 显示技术与传统的 LCD显示方式不同，无需背光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。而且 OLED 显示屏幕可以做得更轻更薄，可视角度更大，并且能够显著的节省耗电量。目前在 OLED 的二大技术体系中，低分子 OLED 技术为日本掌握，而高分子的 PLED（LG 手机的所谓 OEL 就是这个体系的产品）的技术及专利则由英国的科技公司 CDT 的掌握，两者相比PLED 产品的彩色化上仍有一定困难。不过，虽然将来技术更优秀的 OLED 可能会取代 TFT 等 LCD，但有机发光显示技术还存在着使用寿命短、屏幕大型化难等缺陷。2.9. UFS LCD三星 SDI 开发研制，采用了可去除残影与杂色，完美呈现动态影像的数字驱动（Digital Driving）技术和可大幅提升响应速度的液晶开发技术以及可降低耗电的 Switching Driving 技术此外，还使用了可提升色彩再现性与明暗对比的面板设计技术，使得这种 LCD 不仅可以显示顶级的 26 万色，而且响应速度达到 13.5 毫秒，比我们常见的 TFT（约 3040 毫秒
