华中科技电子显示技术01-电子显示的原理和发展概况
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显示材料:高能电子束激 发的荧光体(ZnS:Ag， ZnS:Cu，Y2O2S:Eu)
05.10.2020
27
绪论：电子显示的原理和发展概况
电子束electron beam
electron gun 电子枪
05.10.2020
Pixel 像素
1TV-field 1场信号 scan line 扫描线
28
05.10.2020
31
绪论：电子显示的原理和发展概况
SPD
玻璃基板 透明电极 透明介电质层 分散着色粒子
透明液体分散媒体
显示材料：透明液体分散媒体中分散有针状，板状着色粒子（碘化 银）的胶体溶液
显示原理:利用取向粒子所发生的光吸收，光散射以及偏光现象。
05.10.2020
32
绪论：电子显示的原理和发展概况
灰度是指图象的黑白亮度层次n
n2.3loC g 0 .0 2 0 .05
指能够分辨出电视图象的最小细节的能力，通常用 屏面上能够分辨出的明暗交替线条的总数来表示。
13
绪论：电子显示的原理和发展概况
响应时间 施加电压 余辉时间 切断电源
有图像显示 电视小于1/30s, LCD10-500ms
图像显示消失
AMLCD优点: 高性能,彩色,高分辨率,响应快,薄.主要用于个人 视频用品, 笔记本电脑,桌上监视器.
PMLCD优点:价格便宜,不错的性能,主要用于消费类电子产品和通 信(手机等)产品,在低功耗,单色以及低性能的应用领域占有优势.
05.10.2020
18
绪论：电子显示的原理和发展概况
惰性气体放电所产 玻璃基板 生的紫外线激发荧 金属电极 光体而产生的发光 介电质层 现象（光致发光）
05.10.2020
6
电子显示技术
05.10.2020
7
电子显示技术
目的：
了解各种电子显示器件的工作原理、结构、组 成材料、生产工艺，以及各自的优缺点与应用范 围
05.10.2020
8
电子显示技术
• 教材：
《电子显示》，田民波， 清华大学出版
• 参考书目：《平板显示技术》， 应根裕, 胡文波 ,邱勇, 人民邮电出版社
05.10.2020
22
绪论：电子显示的原理和发展概况
显示材料： ZnO:Zn， ZnO:Cu等
前面玻璃 真空 荧光体层 陶瓷基板
阴极(灯丝) 控制栅极 阳极
VFD
vacuum fluorescent display：VFD显示原理:荧光体 由低能电子入射激起的发光现象 (阴极射线发光)。
05.10.2020
FPD(Flat panel display)在2001年的产值已超过CRT、FPD是21 世纪的主流显示技术。其发展动力是信息时代对便携式信息工具， 多媒体终端，大屏幕壁挂电视和HDTV(High definition television)的 需求急需增长的结果。
05.10.2020
33
绪论：电子显示的原理和发展概况
绪论：电子显示的原理和发展概况
迄今为止，各种显示器件的综合指数得分最高的是 CRT，价格低，市场占有率第一。
发展方向：低功耗、小型、轻量的平板显示型。当前课题 是，如何适应大视觉播送的实用化，图象情报的多媒体化 以及工作站的高性能化等，以开发出高精度，高度彩色再 现性，平板大画面等具有优异显示性能和功能的高性能 CRT。
缺点：成本高(200-250美元/英寸)，功耗大，采用高压驱 动（约200V），发光效率不够高（1－1.5lm/w)
前景与优势：PDP在30-60英寸大型平板显示中最具优势， 产值年增长38%，今后将在大屏幕壁挂电视、HDTV、计 算机工作站和多媒体显示领域有巨大市场。
05.10.2020
20
绪论：电子显示的原理和发展概况
PDP覆盖了从30英寸－70英寸的高分辨率（HD)领域
05.10.2020
36
绪论：电子显示的原理和发展概况
250
亿美元
200
150
LCD(有源）
LCD(无源）
100
PDP
其他FPD
50
0 1999年
2005年
全球 平板显示器件市场（亿美元）
AMLCD主要用于个人视频用品，笔记本电脑，桌上监视器。
显示色
05.10.2020
发光型显示器件发光的颜色和非发光型显示器 件透射或反射光的颜色称为显示色.分为黑白, 单色,多色.和全色四大类.
14
绪论：电子显示的原理和发展概况
发光效率
光通量/功耗(lm/w)
VFD 的发光效率最高 10lm/w
LED 1---4lm/w PDP lm/w active display 0.1lm/w量级
优点：在低容量，低密度显示中应用广泛，在高亮度与超 大屏幕上其他显示无可匹敌。
发展：随着高亮度与蓝光LED的研发成功，LED显示Βιβλιοθήκη Baidu将 从单色，多色走向全彩色，从室内显示走向室外超大屏幕 彩色显示。
05.10.2020
26
绪论：电子显示的原理和发展概况
CRT
显示原理:由高能电子束激发荧光体而产生的发光 现象(阴极射线发光)
此外，其他参数还有体积，重量，显示面积，观察角度及性能 价格比。
05.10.2020
16
绪论：电子显示的原理和发展概况
LCD
liquid crystal display LCD 显示原理：利用施加电压后 向列液晶的旋光性，双折射 率，二色性，光散射性等光 化学性能的变化，通过偏振 片等变换为视觉可感知的变 化。
显示材料：荧 光体(ZnS:Mn， ZnS:Sm， ZnS:Tb， SrS:Ce)薄膜。
背面电极 荧光体薄膜 透明电极
透明强介电质层 玻璃基板
ELD
electroluminescent display：ELD显示原理:电场直接 激发荧光体而产生的发光现象(电致发光)
05.10.2020
21
绪论：电子显示的原理和发展概况
05.10.2020
15
绪论：电子显示的原理和发展概况
寿命
作为娱乐型大家电显示器件,寿命都应在3万小时以上。
LED,VFD的寿命不成问题
PDP的寿命,直至近几年才解决
OLED的寿命正在解决之中 ELD的寿命目前已接近解决 FED的寿命尚未解决 LCD的寿命决定其使用材料的化学稳定性、耐湿性 和耐光性,一般来讲寿命问题已解决。
PMLCD主要用于消费类电子产品和通信(手机等)产品。 PDP在大屏幕壁挂电视、HDTV、计算机工作站和多媒体显示领域有巨大市场。
电子显示技术
05.10.2020
1
电子显示技术
学什么？ 为什么学？ 目的？
05.10.2020
2
电子显示技术
Human
Man-machine interface
Information
电子显示器件是连接人与机器的纽带，是人
一机间传递、交换信息的桥梁。
05.10.2020
3
电子显示技术
数字
电子情报信息
05.10.2020
电子显示器件的分类
12
绪论：电子显示的原理和发展概况
主要参量
亮度light(cd/m2)
电影院里电影亮度30-40cd/m2 室内看电视画面亮度大于70cd/m2 室外观看应达到300cd/m2
对比度C(contrast) 和灰度
分辨力
05.10.2020
C=(L max +L外) /( L min +L外 )
05.10.2020
9
电子显示技术
成绩
平时成绩20％ ＋ 考试成绩80％
考勤 平时成绩 作业
论文
05.10.2020
10
绪论：电子显示的原理和发展概况 一. 显示器的主要参量 二. 各种电子显示类型 三. 发展现状,课题与展望
05.10.2020
11
绪论：电子显示的原理和发展概况
主动发 光型
阴极射线管显示器(cathode ray tube，CRT) 等离子体显示板(plasma display panel.PDP) 电致发光显示器(electroluminescent display,ELD)
05.10.2020
24
绪论：电子显示的原理和发展概况
阳极 P型
LED
N型 阴极
light emitting diode，LED显示原理：由于少数载流子注入 发生复合而引起的发光现象 (注入型电致发光)。
05.10.2020
25
绪论：电子显示的原理和发展概况
显示材料：PN结半导体主要由三-五族化合物半导(GaP红 色，绿色，GaAsP黄色-橙色，GaAlAs红色)
件
电化学显示器(electrochemical display,ECD)
非主动 发光型
电泳成像显示器(electrophoretic image display,EPID) 悬浮颗粒显示器(suspended particle display, SPD) 旋转球显示器(twisting ball display,TBD)
23
绪论：电子显示的原理和发展概况
与CRT相比，VFD是通过在栅极与阳极间施加选择 电压来实现显示过程。
由于兼有CRT、LCD的优点，投资者一度众多，但 由于结构复杂、寿命、支撑等问题尚未彻底解决，使其 研制工作受到影响。
目前技术:亮度100cd/m2，对比度100:1，彩色：26, 模拟方式，帧频>60Hz，分辨率100dpi，大小:7.6-33cm
TFT-LCD加上PDP所覆盖的应用领域超过CRT。
05.10.2020
34
绪论：电子显示的原理和发展概况
在40英寸以上的范围内，CRT将受到PDP的严峻挑战。但由于目 前PDP、TFT-LCD的成本依然昂贵，CRT的优势（尤其是价格）依 然明显。
05.10.2020
35
绪论：电子显示的原理和发展概况
PDP
保护膜
混合惰 性气体
plasma display panel，PDP显示原理：利用惰性 气体放电所产生的发光现象：
05.10.2020
19
绪论：电子显示的原理和发展概况
显示材料：Ne为主（放电发光方式），Xe为主与荧光体 （荧光体激励发光方式）
优点：均匀性好，全彩色，有记忆功能，无闪烁，长寿命 （大于5万小时），大屏幕。
05.10.2020
29
绪论：电子显示的原理和发展概况
ECD
显示原理：利用固体及液体等各种物质的电化学氧化 还原反应，产生可逆的颜色变化进行显示。
玻璃基片
透明电极
过渡金属氧化物层 电介质溶液
玻璃基片
多孔质白色背景层
显示材料：过渡金属氧化物（WO3,IrO2) ，氧化还原诱导体，稀土 金属二邻苯菁，碘化银
基于ECD的特征，人们已经制作出电子太阳镜。
05.10.2020
30
绪论：电子显示的原理和发展概况
EPID
玻璃基板
透明电极
分散颜料粒子 着色液体分散媒体
显示材料：着色液体分散媒体中分散有颜料粒子(TiO2)的胶体溶液
显示原理：在分散有微粒子的胶体溶液中，通过形成电气二重层
而使分散粒子带正电或负电，若对胶体溶液施加直流电压，分散粒 子在库仑力的作用下，在溶液中泳动。
光情报信息
图形化的 情报
文字 图形
Active display
画面
各种电 子机器
Passive display
依电子显示器件的功能来定义，如上图所示,它是指 能将各种电子装置输出的电气情报信息，变换为人的视 觉可辨知的光情报信息的器件。
05.10.2020
4
电子显示技术
05.10.2020
5
电子显示技术
工作电压与 LCD, LED ,VFD (0.5----40V) ，PDP (200V左右)
消耗电流 LCD低消耗电流uA/cm2 量级 , 主动发光型
mA/cm2 量级
存储
指断电后能保持显示状态，存储功能可减少显示 器件的功耗和有效地简化驱动电路，特别在多路驱
功能
动和矩阵选址时，发挥作用巨大。（ELD,AC-PDP, 某些特殊材料的LCD）
主要特点:低成本,高可靠,三原色彩色都很合理的发光效率 (0.8-5lm/w),信息容量高,长寿命
现状:亮度为200cd/m2,对比度为300:1,彩色为16,帧频>60Hz, 分辨率>100dpi,尺寸:7.6-33cm
发展:在改进蓝光的发光效率和大尺寸彩色屏幕方面还需 作更多工作,在与单色PDP和AMLCD竞争中处于劣势,但 ELD是全固体薄膜型,在军事中有特殊的优势.
偏振片
玻璃基板 透明电极 分子取向膜 液晶(1--10μm) 透明电极
玻璃基板
偏振片
05.10.2020
17
绪论：电子显示的原理和发展概况
TN(twisted nematic),STN(super-twisted nematic)方式 显示材料：向列液晶（氰），层列液晶（氰联二苯），胆甾相型液 晶（脂肪酸胆甾醇）
场致发射阵列平板显示器(field emission display,FED)
电 子
真空荧光管显示器(vacuum fluorescent display,VFD)
显
光发射二极管显示器(light emitting dilde,LED)
示 器
液晶显示器(liquid crystal display,LCD)
05.10.2020
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绪论：电子显示的原理和发展概况
电子束electron beam
electron gun 电子枪
05.10.2020
Pixel 像素
1TV-field 1场信号 scan line 扫描线
28
05.10.2020
31
绪论：电子显示的原理和发展概况
SPD
玻璃基板 透明电极 透明介电质层 分散着色粒子
透明液体分散媒体
显示材料：透明液体分散媒体中分散有针状，板状着色粒子（碘化 银）的胶体溶液
显示原理:利用取向粒子所发生的光吸收，光散射以及偏光现象。
05.10.2020
32
绪论：电子显示的原理和发展概况
灰度是指图象的黑白亮度层次n
n2.3loC g 0 .0 2 0 .05
指能够分辨出电视图象的最小细节的能力，通常用 屏面上能够分辨出的明暗交替线条的总数来表示。
13
绪论：电子显示的原理和发展概况
响应时间 施加电压 余辉时间 切断电源
有图像显示 电视小于1/30s, LCD10-500ms
图像显示消失
AMLCD优点: 高性能,彩色,高分辨率,响应快,薄.主要用于个人 视频用品, 笔记本电脑,桌上监视器.
PMLCD优点:价格便宜,不错的性能,主要用于消费类电子产品和通 信(手机等)产品,在低功耗,单色以及低性能的应用领域占有优势.
05.10.2020
18
绪论：电子显示的原理和发展概况
惰性气体放电所产 玻璃基板 生的紫外线激发荧 金属电极 光体而产生的发光 介电质层 现象（光致发光）
05.10.2020
6
电子显示技术
05.10.2020
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电子显示技术
目的：
了解各种电子显示器件的工作原理、结构、组 成材料、生产工艺，以及各自的优缺点与应用范 围
05.10.2020
8
电子显示技术
• 教材：
《电子显示》，田民波， 清华大学出版
• 参考书目：《平板显示技术》， 应根裕, 胡文波 ,邱勇, 人民邮电出版社
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22
绪论：电子显示的原理和发展概况
显示材料： ZnO:Zn， ZnO:Cu等
前面玻璃 真空 荧光体层 陶瓷基板
阴极(灯丝) 控制栅极 阳极
VFD
vacuum fluorescent display：VFD显示原理:荧光体 由低能电子入射激起的发光现象 (阴极射线发光)。
05.10.2020
FPD(Flat panel display)在2001年的产值已超过CRT、FPD是21 世纪的主流显示技术。其发展动力是信息时代对便携式信息工具， 多媒体终端，大屏幕壁挂电视和HDTV(High definition television)的 需求急需增长的结果。
05.10.2020
33
绪论：电子显示的原理和发展概况
绪论：电子显示的原理和发展概况
迄今为止，各种显示器件的综合指数得分最高的是 CRT，价格低，市场占有率第一。
发展方向：低功耗、小型、轻量的平板显示型。当前课题 是，如何适应大视觉播送的实用化，图象情报的多媒体化 以及工作站的高性能化等，以开发出高精度，高度彩色再 现性，平板大画面等具有优异显示性能和功能的高性能 CRT。
缺点：成本高(200-250美元/英寸)，功耗大，采用高压驱 动（约200V），发光效率不够高（1－1.5lm/w)
前景与优势：PDP在30-60英寸大型平板显示中最具优势， 产值年增长38%，今后将在大屏幕壁挂电视、HDTV、计 算机工作站和多媒体显示领域有巨大市场。
05.10.2020
20
绪论：电子显示的原理和发展概况
PDP覆盖了从30英寸－70英寸的高分辨率（HD)领域
05.10.2020
36
绪论：电子显示的原理和发展概况
250
亿美元
200
150
LCD(有源）
LCD(无源）
100
PDP
其他FPD
50
0 1999年
2005年
全球 平板显示器件市场（亿美元）
AMLCD主要用于个人视频用品，笔记本电脑，桌上监视器。
显示色
05.10.2020
发光型显示器件发光的颜色和非发光型显示器 件透射或反射光的颜色称为显示色.分为黑白, 单色,多色.和全色四大类.
14
绪论：电子显示的原理和发展概况
发光效率
光通量/功耗(lm/w)
VFD 的发光效率最高 10lm/w
LED 1---4lm/w PDP lm/w active display 0.1lm/w量级
优点：在低容量，低密度显示中应用广泛，在高亮度与超 大屏幕上其他显示无可匹敌。
发展：随着高亮度与蓝光LED的研发成功，LED显示Βιβλιοθήκη Baidu将 从单色，多色走向全彩色，从室内显示走向室外超大屏幕 彩色显示。
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26
绪论：电子显示的原理和发展概况
CRT
显示原理:由高能电子束激发荧光体而产生的发光 现象(阴极射线发光)
此外，其他参数还有体积，重量，显示面积，观察角度及性能 价格比。
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绪论：电子显示的原理和发展概况
LCD
liquid crystal display LCD 显示原理：利用施加电压后 向列液晶的旋光性，双折射 率，二色性，光散射性等光 化学性能的变化，通过偏振 片等变换为视觉可感知的变 化。
显示材料：荧 光体(ZnS:Mn， ZnS:Sm， ZnS:Tb， SrS:Ce)薄膜。
背面电极 荧光体薄膜 透明电极
透明强介电质层 玻璃基板
ELD
electroluminescent display：ELD显示原理:电场直接 激发荧光体而产生的发光现象(电致发光)
05.10.2020
21
绪论：电子显示的原理和发展概况
05.10.2020
15
绪论：电子显示的原理和发展概况
寿命
作为娱乐型大家电显示器件,寿命都应在3万小时以上。
LED,VFD的寿命不成问题
PDP的寿命,直至近几年才解决
OLED的寿命正在解决之中 ELD的寿命目前已接近解决 FED的寿命尚未解决 LCD的寿命决定其使用材料的化学稳定性、耐湿性 和耐光性,一般来讲寿命问题已解决。
PMLCD主要用于消费类电子产品和通信(手机等)产品。 PDP在大屏幕壁挂电视、HDTV、计算机工作站和多媒体显示领域有巨大市场。
电子显示技术
05.10.2020
1
电子显示技术
学什么？ 为什么学？ 目的？
05.10.2020
2
电子显示技术
Human
Man-machine interface
Information
电子显示器件是连接人与机器的纽带，是人
一机间传递、交换信息的桥梁。
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电子显示技术
数字
电子情报信息
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电子显示器件的分类
12
绪论：电子显示的原理和发展概况
主要参量
亮度light(cd/m2)
电影院里电影亮度30-40cd/m2 室内看电视画面亮度大于70cd/m2 室外观看应达到300cd/m2
对比度C(contrast) 和灰度
分辨力
05.10.2020
C=(L max +L外) /( L min +L外 )
05.10.2020
9
电子显示技术
成绩
平时成绩20％ ＋ 考试成绩80％
考勤 平时成绩 作业
论文
05.10.2020
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绪论：电子显示的原理和发展概况 一. 显示器的主要参量 二. 各种电子显示类型 三. 发展现状,课题与展望
05.10.2020
11
绪论：电子显示的原理和发展概况
主动发 光型
阴极射线管显示器(cathode ray tube，CRT) 等离子体显示板(plasma display panel.PDP) 电致发光显示器(electroluminescent display,ELD)
05.10.2020
24
绪论：电子显示的原理和发展概况
阳极 P型
LED
N型 阴极
light emitting diode，LED显示原理：由于少数载流子注入 发生复合而引起的发光现象 (注入型电致发光)。
05.10.2020
25
绪论：电子显示的原理和发展概况
显示材料：PN结半导体主要由三-五族化合物半导(GaP红 色，绿色，GaAsP黄色-橙色，GaAlAs红色)
件
电化学显示器(electrochemical display,ECD)
非主动 发光型
电泳成像显示器(electrophoretic image display,EPID) 悬浮颗粒显示器(suspended particle display, SPD) 旋转球显示器(twisting ball display,TBD)
23
绪论：电子显示的原理和发展概况
与CRT相比，VFD是通过在栅极与阳极间施加选择 电压来实现显示过程。
由于兼有CRT、LCD的优点，投资者一度众多，但 由于结构复杂、寿命、支撑等问题尚未彻底解决，使其 研制工作受到影响。
目前技术:亮度100cd/m2，对比度100:1，彩色：26, 模拟方式，帧频>60Hz，分辨率100dpi，大小:7.6-33cm
TFT-LCD加上PDP所覆盖的应用领域超过CRT。
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绪论：电子显示的原理和发展概况
在40英寸以上的范围内，CRT将受到PDP的严峻挑战。但由于目 前PDP、TFT-LCD的成本依然昂贵，CRT的优势（尤其是价格）依 然明显。
05.10.2020
35
绪论：电子显示的原理和发展概况
PDP
保护膜
混合惰 性气体
plasma display panel，PDP显示原理：利用惰性 气体放电所产生的发光现象：
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绪论：电子显示的原理和发展概况
显示材料：Ne为主（放电发光方式），Xe为主与荧光体 （荧光体激励发光方式）
优点：均匀性好，全彩色，有记忆功能，无闪烁，长寿命 （大于5万小时），大屏幕。
05.10.2020
29
绪论：电子显示的原理和发展概况
ECD
显示原理：利用固体及液体等各种物质的电化学氧化 还原反应，产生可逆的颜色变化进行显示。
玻璃基片
透明电极
过渡金属氧化物层 电介质溶液
玻璃基片
多孔质白色背景层
显示材料：过渡金属氧化物（WO3,IrO2) ，氧化还原诱导体，稀土 金属二邻苯菁，碘化银
基于ECD的特征，人们已经制作出电子太阳镜。
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绪论：电子显示的原理和发展概况
EPID
玻璃基板
透明电极
分散颜料粒子 着色液体分散媒体
显示材料：着色液体分散媒体中分散有颜料粒子(TiO2)的胶体溶液
显示原理：在分散有微粒子的胶体溶液中，通过形成电气二重层
而使分散粒子带正电或负电，若对胶体溶液施加直流电压，分散粒 子在库仑力的作用下，在溶液中泳动。
光情报信息
图形化的 情报
文字 图形
Active display
画面
各种电 子机器
Passive display
依电子显示器件的功能来定义，如上图所示,它是指 能将各种电子装置输出的电气情报信息，变换为人的视 觉可辨知的光情报信息的器件。
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电子显示技术
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5
电子显示技术
工作电压与 LCD, LED ,VFD (0.5----40V) ，PDP (200V左右)
消耗电流 LCD低消耗电流uA/cm2 量级 , 主动发光型
mA/cm2 量级
存储
指断电后能保持显示状态，存储功能可减少显示 器件的功耗和有效地简化驱动电路，特别在多路驱
功能
动和矩阵选址时，发挥作用巨大。（ELD,AC-PDP, 某些特殊材料的LCD）
主要特点:低成本,高可靠,三原色彩色都很合理的发光效率 (0.8-5lm/w),信息容量高,长寿命
现状:亮度为200cd/m2,对比度为300:1,彩色为16,帧频>60Hz, 分辨率>100dpi,尺寸:7.6-33cm
发展:在改进蓝光的发光效率和大尺寸彩色屏幕方面还需 作更多工作,在与单色PDP和AMLCD竞争中处于劣势,但 ELD是全固体薄膜型,在军事中有特殊的优势.
偏振片
玻璃基板 透明电极 分子取向膜 液晶(1--10μm) 透明电极
玻璃基板
偏振片
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绪论：电子显示的原理和发展概况
TN(twisted nematic),STN(super-twisted nematic)方式 显示材料：向列液晶（氰），层列液晶（氰联二苯），胆甾相型液 晶（脂肪酸胆甾醇）
场致发射阵列平板显示器(field emission display,FED)
电 子
真空荧光管显示器(vacuum fluorescent display,VFD)
显
光发射二极管显示器(light emitting dilde,LED)
示 器
液晶显示器(liquid crystal display,LCD)