pixel2mesh[Pixel2Mesh + docker]

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各类Display特性介绍

CRT | FED | VFD | PDP | STN | OLED | TFT | DLP | LCOS

新型显示器件进展

CRT

发展历史

CRT（ Cathode Ray Tube）即阴极射线管，作为成像器件，它是实现最早、应用最为广泛的一种显示技术。阴极射线管（CRT）是德国物理学家布劳恩（Kari Ferdinand Braun）发明的，1897年被用于一台示波器中**与世人见面。随后1907年罗辛在利用阴极射线管（CRT）接收器设计机械式扫描仪，1929年俄裔美国科学家佐尔金佐里金发展电子扫描的映像真空管，再到1949年第 1台荫罩式彩电问世。一百年来，以CRT为核心部件的显示终端在人们的生活中得到广泛的应用，近几十年来，随着计算机技术的发展普及，计算机用的CRT显示器也象电视一样步入千家万户。而与此同时，随着大众对显示效果、质量、健康、环保及人性化等方面要求的不断提高，CRT的发展经历了球面、柱面、平面直角、荫罩式纯平面，直到以索尼平面珑、三菱钻石珑为代表的荫栅式纯平显像管的不断完善。

技术原理

CRT显示终端主要由电子*(Electron gun)、偏转线圈(Deflection coils)、荫罩(Shadow mask)、荧光粉层(phosphor)和玻璃外壳五部分组成。

简单的理解，CRT显示终端的工作原理就是当显像管内部的电子*阴极发出的电子束，经强度控制、聚焦和加速后变成细小的电子流，再经过偏转线圈的作用向正确目标偏离，穿越荫罩的小孔或栅栏，轰击到荧光屏上的荧光粉。这时荧光粉被启动，就发出光线来。R、G、B三色荧光点被按不同比例强度的电子流点亮，就会产生各种色彩。

电子*(Electron gun)的工作原理是由灯丝加热阴极，阴极发射电子，然后在加速极电场的作用下，经聚焦极聚成很细的电子束，在阳极高压作用下，获得巨大的能量，以极高的速度去轰击荧光粉层。这些电子束轰击的目标就是荧光屏上的三原色。为此，电子*发射的电子束不是一束，而是三束，它们分别受计算机显卡R、 G、 B三个基***信号电压的控制，去轰击各自的荧光粉单元。

受到高速电子束的激发，这些荧光粉单元分别发出强弱不同的红、绿、蓝三种光。从而混合产生不同色彩的像素，大量的不同色彩的像素可以组成一张漂亮的画面，而不断变换的画面就成为可动的图像。很显然，像素越多，图像越清晰、细腻，也就更逼真。

偏转线圈(Deflection coils)的作用就是帮助电子*发射的三支电子束，以非常非常快的速度对所有的像素进行扫描激发。就可以使显像管内的电子束以一定的顺序，周期性地轰击每个像素，使每个像素都发光；而且只要这个周期足够短，也就是说对某个像素而言电子束的轰击频率足够高，我们就会看到一幅完整的图像。有了扫描，就可以形成画面。

荫罩(Shadow mask)的作用是保证三支电子束在扫描的过程中，准确击中每一个像素。荫罩是厚度约为0.15mm的薄金属障板，它上面有很多小孔或细槽，它们和同一组的荧光粉单元即像素相对应。三支电子束经过小孔或细槽后只能击中同一像素中的对应荧光粉单元，因此能够保证彩色的纯正和正确的会聚，所以我们才可以看到清晰的图像。

**，场扫描的速度来决定画面的连续感，场扫描越快，形成的单一图像越多，画面就越流畅。而每秒钟可以进行多少次场扫描通常是衡量画面质量的标准，我们通常用帧频或场频(单位为Hz，赫兹)来表示，帧频越大，图像越有连续感。

产品应用

阴极射线管(CRT)已有100多年的发展历史，是实现最早、应用最为广泛的一种显示技术，具有技术成熟、图像色彩丰富、还原性好、全彩色、高清晰度、较低成本和丰富的几何失真调整能力等优点，主要应用于电视、计算机显示器、工业监视器、投影仪等终端显示设备。

FED

发展历史

场发射电极理论最早是在1928年由R. H. Fowler与L. W. Nordheim共同提出。不过，真正以半导体技术研发出场发射电极组件，开启运用场发射电子作为显示器主要技术，却是在1968年由C. A. Spindt提出后，才吸引后续众多研发者的投入。但是，一直到1991年以前，场发射电极的应用却一直没有太大进展。直到法国LETI CENG公司在1991年第四届国际真空微电子会议上展出了一款运用场发射电极技术制成的显示器成品后，这种技术才真正被世人注意，并吸引了众多大公司的投入，也从此让FED加入平面显示器的竞争行列，成为TFT-LCD、PDP等大型化显示技术的竞争对手。

技术原理

场致电子发射又称为冷电子发射，只需要在阴极表面加一个强电场，不需要任何附加的能量，就能使阴极内的电子具有足够的能量从表面逸出。它的一个重要应用就是场致电子发射显示器即FED（field emission display, FED）。

其工作原理是使用电场自发射阴极（cathode emitter）材料的**放出电子来轰击屏幕上的荧光粉，启动荧光粉而发光，有点类似CRT的工作原理，但不同的是CRT在显像管内部有三个电子*，为了使电子束获得足够的偏离还不得不把显像管做得必须有一段距离长，因此CRT显示器又大又厚又重。而FED在每一个荧光点后面不到3mm处都放置了成千上万个极小的电子发射器，同时用场发射技术作为电子来源以取代传统CRT显像管中的热电子*，由于不是使用热能，使得场发射电子束的能量分布范围较传统热电子束窄而且具有较高亮度，因而可以用于平面显示器并带来了很多**特色。

产品优点

FED显示技术把CRT阴极射线管的明亮清晰与液晶显示的轻、薄结合起来，结果是具有液晶显示器的厚度、CRT显示器般快速的响应速度和比液晶显示器大得多的亮度。因此，FED显示器将在很多方面具有比液晶显示器更显著的优点：更高的亮度可以在阳光下轻松地阅读；高速的响应速度使得它能适应诸如游戏电影等快速更新画面的场合；内置的千万冗余电子发射器让其表面比液晶显示器更凹凸不平，视角更宽广，面板的结构相对简单，而且发射器的数量大大过剩，使合格率更高。即使十分之一的发射器失效，亮度的损失也可以忽略。

产品缺点

这种技术需要的电量很大，很难被应用于携带型设备。它们比最初设想的更难制造。 而且它们在尺寸方面有限制：到目前为止被展示过的**的显示器是15寸的。也导致了目前FED尚处于实验室阶段，大规模市场应用尚需时日。

VFD

发展历史

真空荧光显示屏（Vacuum Fluorescent Display，简称VFD）是20世纪60年代发明的一种自发光平板显示器，由于其特有的高亮度、广视角、耐环境等优点，在显示器家族中独树一帜，常被用作人机对话的终端显示器。

虽然荧光显示技术的历史不长，但发展迅猛。二十世纪七十年代从圆柱单位发展到平板多位管，八十年代的主流产品是厚膜数组型产品，到八十年代末九十年代初，主要产品则为薄膜岛栅产品。在薄膜岛栅技术的基础上，各种新型的VFD相继问世，并由于其优越性、新颖性得到广泛应用。

技术原理

普通的VFD是三极管结构的电子管，至少在一个方向可以看到透明的真空容器内，置有灯丝（直热式氧化物阴极）、栅极（栅网）以及阳极（涂覆有显示图形的荧光粉的导体）等基本电极，还置有各种金属零部件，及通过厚膜或薄膜技术形成的膜层等。

VFD结构图

灯丝是在不妨碍显示的极细钨丝蕊在线，涂覆上钡（Ba）、锶（Sr）、钙（Ca）的氧化物（三元碳酸盐），再以适当的张力安装在灯丝支架（固定端）与弹簧支架（可动端）之间，在两端加上规定的灯丝电压，使阴极温度达到6000C左右而放射热电子。栅极也是在不妨碍显示的原则下，将不锈钢等的薄板予以光刻蚀（PHOTO-ETHING）后成型的金属网格（MESH），在其上加上正电压，可加速并扩散自灯丝所放射出来的电子，将之导向阳极；相反地，如果加上负电压，则能拦阻游向阳极的电子，使阳极消光。阳极是指在形成大致显示图案的石墨等导体上，依显示图案的形状印刷荧光粉，于其上加上正电压后，因前述栅极的作用而加速，扩散的电子将会互相冲击而激发荧光粉，使之发光。

VFD工作原理图

技术分类

按VFD的结构、显示形式、显示内容、驱动方式来分类，如图所示，已达到商品化的具体组合的品种有数千种之多。

VFD分类图

产品特点

? 自发光，显示清晰

? 容易实现多色显示

? 图形设计自由度大

? 工作电压比较低

? 可靠性高（环境适应性好）

应用领域

由于它可以做多色彩显示，亮度高，又可以用低电压来驱动，易与集成电路配套，所以被广泛应用在如下领域：

? 汽车VFD面板

? 家电VFD面板

? 音响、VTR VFD面板

? 事务机用VFD面板

? 计量仪器用VFD面板

? 通信设备用VFD面板

PDP

发展历史

等离子显示器于1964年由美国的伊利诺斯大学的两位教授发明，70年代初实现了10英寸512×512线单色PDP的批量生产，80年代中期，美国的Photonisc公司研制了60英寸级显示容量为2048×2048线单色PDP。但直到90年代才突破彩色化、亮度和寿命等关键技术，进入彩色实用化阶段。

1993年日本富士通公司**进行21英寸640×480像素的彩色平等PDP生产，接着日本的三菱、松下、NEC、先锋和WHK等公司先后推出了各自研制的彩色PDP，其分辨率达到实用化阶段。富士通公司开发的55英寸彩色PDP的分辨率达到了1920×1080像素，完全适合高清晰度电视的显示要求。近年来，韩国的LG、三星、现代，我国台湾省的明基、中华映管等公司都已走出了研制开发阶段，建立了40英寸级的中试生产线，美国的Plaaco公司、荷兰的飞利浦公司和法国的汤姆逊公司等都开发了各自的PDP产品。

技术原理

PDP(Plaa Display Panel)即等离子体显示技术，等离子体(Plaa)是指正负电荷共存,处于电中性的放电气体的状态。PDP属于自发光型显示器。PDP有六大关键部件即等离子显示屏体（PANEL）、驱动电路、屏蔽玻璃(EMI filter)、电源(PSU)、接口电路(VSC)和外壳(Cover )组成。

等离子显示屏一种利用气体放电激发荧光粉发光的显示装置，其工作机理类似普通日光灯，由相距几百微米的两块玻璃板，中间排列大量的等离子管密封组成的。每个等离子管是在两层间隔为100～200um的玻璃衬板之间隔成的小室，每个小室内都充有氖氙气体。在等离子管电极间加上高压后，封在两层玻璃之间的等离子管小室中的气体会产生辉光放电，产生紫外光(147nm)，激发平板显示屏上的红绿蓝三基色磷光体荧光粉出可见光。每个等离子腔体作为一个像素。由这些像素的明暗和颜色变化，合成各种灰度和色彩的电视图像。

按PDP驱动方式分PDP有交流型(AC)和直流型(DC)两种类型。其中交流驱动式又分为存储效应型和刷新型，直流驱动式又分为刷新型和自扫描型。但是由于图像不会产生闪烁、具有由显示屏确定的存储特性及较高的亮度三个原因，交流电压驱动的PDP（ACPDP）处于技术主流地位。

技术特点

PDP优点：

1、 纯平面显示、厚度薄、体积小、重量轻

2、 屏幕亮度均匀、不会因地磁影响出现色彩漂移、几何失真和噪音现象

3、 色彩还原性好，灰度可超过256级，相应速度快、宽视角（可达到160度）

4、 具有记忆特性，高亮度、高分辨率、高对比度、大屏幕（可达70吋）

5、 多种音效、画效，可变色温，低环境光反射，无X射线辐射

PDP缺点：

1、 承压能力差

2、 功耗大、光效低

3、 成本高、价格昂贵

应用领域

PDP工作在全数字元化模式，易于制成大屏幕显示，是数字电视、高清晰度电视、计算机工作站及多媒体终端理想的显示器件。尤其是近年来，关键技术基本突破，产品性能逐渐提高并已达到实用水平。预期今后在大屏幕壁挂电视、计算机工作站、多媒体显示等领域将具有巨大的市场前景。

STN

液晶的发展历史

1888年一位奥地利的植物学家F.Renitzer发现一种螺旋性甲苯酸盐的化合物具有两个不同温度的熔点。而它的状态介于我们一般所熟知的液态与固态物质之间，在某一温度范围内却具有液体和结晶双方性质的物质，也由于其独特的状态，后来便把它命名为「Liquid Crystal」，就是液态结晶物质的意思。1968年美国RCA公司（收音机与电视的发明公司）沙诺夫研发中心的工程师们发现液晶分子会受到电压的影响，改变其分子的排列状态，并且可以让射入的光线产生偏转的现象。利用这一原理，RCA公司发明了世界第一台使用液晶显示的屏幕。尽管液晶的发现比真空管或是阴极射线管还早，但直到1962年才有第一本由RCA研究小组的化学家乔．卡司特雷诺（Joe Castellano）先生所出版的书籍来描述。而与显像管相同的，这两项技术虽然都是由美国的RCA公司所发明的，却分别被日本的Sony与夏普Sharp两家公司发扬光大。不过，虽然液晶早在1888年就被发现，但是真正被应用到具体的产品中，却是在80年后的事情了。1973年日本的夏普公司**将它运用于制作电子计算器的数字显示。今天，液晶显示技术作为人机被广泛的用在一般的电子产品中，如数码相机、笔记本计算机、桌面显示器、电视、手机、工业仪表等。

液晶材料的特性

液晶显示器是以液晶材料为基本组件，液晶分子的液体特性使得它具有两种非常有用的特点：如果你让电流通过液晶层，这些分子将会以电流的流向方向进行排列，如果没有电流，它们将会彼此平行排列。如果你提供了带有细小沟槽的外层，将液晶倒入后，液晶分子会顺着槽排列，并且内层与外层以同样的方式进行排列。液晶的第三个特性是很神奇的，液晶层能够使光线发生扭转。液晶层表现的有些类似偏光器，这就意味着它能够过滤掉除了那些从特殊方向射入之外的所有光线。此外，如果液晶层发生了扭转，光线将会随之扭转，以不同的方向从另外一个面中射出。

液晶的这些特点使得它可以被用来当作一种开关，即可以阻碍光线，也可以允许光线通过。液晶单元的底层是由细小的脊构成的，这些脊的作用是让分子呈平行排列。上表面也是如此，在这两侧之间的分子平行排列，不过当上下两个表面之间呈一定的角度时，液晶成了随着两个不同方向的表面进行排列，就会发生扭曲。结果便是这个扭曲了的螺旋层使通过的光线也发生扭曲。如果电流通过液晶，所有的分子将会按照电流的方向进行排列，这样就会消除光线的扭转。如果将一个偏振滤光器放置在液晶层的上表面，扭转的光线通过了，而没有发生扭转的光线将被阻碍。因此可以通过电流的通断改变LCD中的液晶排列，使光线在加电时射出，而不加电时被阻断。也有某些设计了省电的需要，有电流时，光线不能通过，没有电流时，光线通过。

由于STN、TFT两种液晶显示技术都以TN技术基础发展而来的，所以先理解TN液晶技术有利于理解其它两种技术。

TN技术原理

下图所表示的是TN型液晶显示器的简易示意图，包括了垂直方向与水平方向的偏光板，具有细纹沟槽的配向膜，液晶材料以及导电的玻璃基板。

不加电场的情况下，入射光经过偏光板后通过液晶层，偏光被分子扭转排列的液晶层旋转90度，离开液晶层时，其偏光方向恰与另一偏光板的方向一致，因此光线能顺利通过，整个电极面呈光亮。当加入电场的情况时，每个液晶分子的光轴转向与电场方向一致，液晶层因此失去了旋光的能力，结果来自入射偏光片的偏光，其偏光方向与另一偏光片的偏光方向成垂直的关系，并无法通过，电极面因此呈现黑暗的状态。

其显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板之透明导电玻璃间，液晶分子会依配向膜的细沟槽方向依序旋转排列，如果电场未形成，光线会顺利的从偏光板射入，依液晶分子旋转其行进方向，然后从另一边射出。如果在两片导电玻璃通电之后，两片玻璃间会造成电场，进而影响其间液晶分子的排列，使其分子棒进行扭转，光线便无法穿透，进而遮住光源。这样所得到光暗对比的现象，叫做扭转式向列场效应，简称TNFE（Twisted Nematic Field Effect）。在电子产品中所用的液晶显示器，几乎都是用扭转式向列场效应原理所制成。

STN技术原理

STN型的显示原理与TN相类似，不同的是TN扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转90度，而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180~270度。 要在这里说明的是，单纯的TN液晶显示器本身只有明暗两种情形（或称黑白），并没有办法做到色彩的变化。但如果在传统单色STN液晶显示器加上一彩色滤光片（color filter），并将单色显示矩阵之任一像素（pixel）分成三个子像素（sub-pixel），分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色，再经由三原色比例之调和，也可以显示出全彩模式的色彩。另外，TN型的液晶显示器如果显示屏幕做的越大，其屏幕对比度就会显得较差，不过藉由STN的改良技术，则可以弥补对比度不足的情况。

产品应用

平面显示技术在近期呈现多元的发展，在LCD产业中，成熟的TN/STN技术面对诸多新兴的TFT、LTPS TFT、OLED等的强力竞争，市场占有率逐渐下滑，虽然TN/STN LCD在色彩表现、反应速度等性能方面不如TFT，但由于TN/STN LCD在低耗电及售价低的优势下，在结合近期开发的65K色、反应速度小于60ms等新技术后，仍能有效满足中小尺寸产品在动画显示方面的需求。展望未来，虽然在整体产量大幅成长的机会不大，但在中小尺寸显示设备中仍大有应用空间，如手机、PDA、数字相机、电子表、计算器等。

OLED

发展历史

OLED (Organic Light Emitting Diode)即有机电致发光，有机电致发光是本世纪五六十年代的产物。1953年A.Bernanose等人在蒽单芯片的两侧加400V的直流电压时,观察到了发光现象，这是有机EL的最早报道。到了七十年代,单晶方面的工作积累促进了有机电致发光材料的研究。1970年，D.F.Williams等人在100V驱动电压下得到了量子效率达5%的有机EL器件。1987年，美国柯达公司的C.W.Tang及其合作者采用新结构和选用新材料，**将空穴传输层引入了有机薄膜发光器件中，制备了具有双层结构的器件，使有机电致发光的研究开始了一个新的阶段。

技术原理

OLED基本结构如下图，利用一个薄而透明具导电性质的铟锡氧化物（ITO）为正极，与另一金属阴极以如同三明治般的架构，将有机材料层包夹其中，有机材料层包括电洞传输层（HTL）、发光层（EL）、与电子传输层（ETL）。当通入适当的电流，此时注入正极的电洞与阴极来的电荷在发光层结合时，即可激发有机材料生成光线，而不同成分的有机材料会发出不同颜色的色光，因此选择不同的发光材料就可以实现全色的显示。

OLED结构图

有机电致发光可概括为以下四个步骤：

1) 载流子的注入(电子和空穴分别从阴极和阳极注入)

2) 载流子的传输( 注入的电子和空穴在有机层内传输)

3) 载流子复合与激子的形成

4) 激子衰减而发出光子(在发射层中实现)

技术分类

以OLED使用的有机发光材料来看，一是以染料及颜料为材料的小分子器件系统，另一则以共轭性高分子为材料的高分子器件系统。同时由于有机电致发光器件具有发光二极管整流与发光的特性，因此小分子有机电致发光器件亦被称为OLED(Organic Light Emitting Diode)，高分子有机电致发光器件则被称为PLED (Pomer Light-emitting Diode)。小分子及高分子OLED在材料特性上可说是各有千秋，但以现有技术发展来看，如作为监视器的信赖性上，及电气特性、生产安定性上来看，小分子OLED现在是处于领先地位，当前投入量产的OLED组件，全是使用小分子有机发光材料。

OLED及PLED比较

加工方式 专利

授权 材料厂商 优 势 劣 势 适用

领域 显示器厂商

小

分

子 采用热蒸镀方式

Kodak对于专利授权较不积极 Eastman Kodak、出光兴产、东洋INK制造、三菱化学、三井化学、UDC等 容易彩色化制造工艺控制较容易且稳定材料的合成与纯化较为容易 设备成本较高对于水分的耐受性不佳 高单价、高附加价值的产品 Pioneer、Sharp、NEC、东芝、日本精机、三洋电机、eMagin等

高

分

子 采用旋转涂布方式

CDT对技转与专利授权较为积极 CDT、Covion、Dow Chemical、住友化学等

设备成本较低器件构造较简单耐热性较佳

蒸镀率低容易造成材料浪费热稳定性与机械性质较差驱动电压较高彩色化较困难研发脚步较慢 量大、低单价的产品

Seiko Epson、Royal Philips、Electronics、UNIAX、HP、Du Pont

资料来源：全球电子报

以OLED使用的驱动方式来看，可分为无源矩阵驱动方式及有源矩阵驱动方式两大类。目前无源矩阵驱动方式OLED在寿命、发色、耗电量等议题上都获得了长足进步，当前市面上推出的OLED产品几乎全为无源矩阵驱动方式的OLED产品，但其制造技术仍未完全成熟。

OLED驱动方式比较

优 势 劣 势 显色能力 阶段性目标

无源驱动方式 构造简单成本低廉（低于LCD） 耗电量大、寿命低

显示器件劣化不适于大画面．高解析发展 单色或多彩 2000年起切入手机、PDA等市场，抢占小尺寸LCD的市场

有源驱动方式 低电压驱动、低耗电适合大画面．高解析发展亮度高响应时间快 技术门坎较高(须低温多晶硅TFT-LCD技术)生产成本高 全彩 2002年起取代低温多晶硅TFT-LCD在消费电子市场的地位

资料来源：全球电子报

产品优缺点

有机电致发光由于其自身的发光特点, 具有如下的优点：

1)可以获得可见光区的任意一种的高亮度发光。

2)制备工艺简单。

3)对比度高,**亮度大于100,000cd/m2

4)驱动电压低, 功耗小, 发光效率高, 可以用电池提供工作电源

5)效应速度快, 全固化, 抗震性能好, 工作温度范围广

有机发光显示屏

就目前发展来看, 有机电致发光距离大批量产业化, 还存在两个问题:

一、 选择合适的材料, 改进蓝光的效率和亮度；

二、 器件的寿命还有待于进一步的提高。

产品应用

有机电致发光器件的应用十分广泛, 在小尺寸方面它可用作手机, 掌上计算机的显示屏, 电梯的指示牌等。在大尺寸方面可用在计算机的显示器, 电视屏幕, 及作为商场或火车站的广告牌。 特别的由于它对于温度的要求不高, 因此它可以用在比液晶更恶劣的环境中。

TFT

发展历史

液晶显示器出现，同时TFT-LCD（薄膜晶体管）液晶显示器技术被研发出来，但液晶技术仍未成熟，难以普及。80年代末90年代初，日本掌握了TFT-LCD生产技术，TFT LCD工业开始高速发展。

技术原理

TFT LCD源自TN和STN，但不论是技术原理还是制造工艺却比TN和STN复杂的多，TFT LCD面板主要是由偏振片、玻璃基板、公共电极、ITO像素电极、控制IC、彩膜（CF）等构成（见下图）。

图1 TFT LCD 结构图

1.偏振片 2.玻璃基板 3.公共电极 4.取向层 5.封框胶 6.液晶 7.隔垫物 8.保护层

9.ITO像素电极 10.栅绝缘层 11.存贮电容底电极 12.OTFT漏电极 13.OTFT栅电极

14.有机半导体有源层 15.OTFT源电极及引线 16.各向异性导电胶（ACF）17.TCP

18.驱动IC 19.印刷电路板（PCB）20.控制IC 21.黑矩阵（BM）22. 彩膜（CF）

图2 TFT-LCD屏剖面图

TFT就是“Thin Film Transistor”的简称，一般代指薄膜液晶显示器，而实际上指的是薄膜晶体管（矩阵）—— 可以“主动的”对屏幕上的各个独立的像素进行控制，这也就是所谓的主动矩阵TFT（active matrix TFT）的来历。那么图像究竟是怎么产生的呢？基本原理很简单：显示屏由许多可以发出任意颜色的光线的像素组成，只要控制各个像素显示相应的颜色就能达到目的了。在TFT LCD中一般采用背光技术，为了能精确地控制每一个像素的颜色和亮度就需要在每一个像素之后安装一个类似百叶窗的开关，当“百叶窗”打开时光线可以透过来，而“百叶窗”关上后光线就无法透过来。当然，在技术上实际上实现起来就不像刚才说的那么简单，

目前使用的最普遍的是扭曲向列TFT液晶显示器（Twisted Nematic TFT LCD），我将就图3、4来讲解一下TFT的基本原理。一个成品TFT显示屏，一般由一个夹层组成，组成这个夹层的每一层大致是偏光板、彩色滤光片组成，这两层之间就是液晶层。偏光板、彩色滤光片决定了多少光可以通过以及生成何种颜色的光。这个夹层位于两层玻璃基板之间。在上层玻璃基板上有FED晶体管，而下层是共同电极，他们共同作用可以生成能精确控制的电场，电场决定了液晶的排列方式。 大家知道三原色，所以构成显示屏上的每个像素需上面介绍的三个类似的基本组件来构成，分别控制红、绿、蓝三种颜色。

1、硬件支持优化

（1）平台设置优化

减少FPS，在ProjectSetting- Quality中的

VSync Count 参数会影响你的FPS，EveryVBlank相当于FPS=60，EverySecondVBlank = 30；

这两种情况都不符合游戏的FPS的话，我们需要手动调整FPS，首先关闭垂直同步这个功能，然后在代码的Awake方法里手动设置

FPS（Application.targetFrameRate = 45;）

降低FPS的好处：

1）省电，减少手机发热的情况；

2）能都稳定游戏FPS，减少出现卡顿的情况。

当我们设置了FPS后，再调整下Fixed timestep这个参数，

这个参数在ProjectSetting-Time中，目的是减少物理计算的次数，来提高游戏性能。

（2）文件格式优化

1）Android?更新不透明贴图的压缩格式为ETC 4bit，因为Android市场的手机中的GPU有多种，每家的GPU支持不同的压缩格式，但他们都兼容ETC格式。iOS上尽量使用PVRTC。

2）对于透明贴图，我们只能选择RGBA 16bit 或者RGBA 32bit。

? ? ? 3）图集大小**不要高于1024，否则游戏安装之后、低端机直接崩溃、原因是手机系统版本低于2.2、超过1000的图集无法读取、导致。2.2 以上没有遇见这个情况。注意手机的RAM 与 ROM、小于 512M的手机、直接放弃机型适配。

（3）Unity功能使用优化建议

Unity屏幕**、动态的pixel光照计算（如法线）、实时的阴影，能找到替代方案就找替代方案。

2、渲染优化

（1）模型设置优化

1）合并材质球unity 3d中每倒入一次模型就多一个材质球，可我的这些模型都是共用一张贴图的就想共用一个材质球，所以每次都要删除再附上，很麻烦。怎么才能合并这些材质球？采用TexturePacking吧

1、遍历gameobject，取出material，并根据shader来将material分类

2、调用Unity自带的PackTextures函数来合并每个shader分类中的material所对应的textures（PackTextures函数有缺陷，不过可以将就用）

3、根据合并的大的texture来更新原有模型的texture、material已经uv坐标值。

需要注意的是：需要合并的纹理应该是物体在场景中距离相近的，如果物体在场景中的距离较远，

则不建议合并纹理，因为这样做很有可能非但起不到优化的作用，反而降低了运行效率。?

2）mesh合并?分为2种方式合并

1.自带的合并必须勾选静态。

? ? 2. 脚本合并

优化建议（1）角色材质数2-3个 最多不要超过5个。可以采取2+3模式，2为主 3位辅助。

? ??（2）骨骼数量**控制在30

? ??（3）面片数量根据实际需求做一定删减。比较低的控制在2000以下。

? ? ? ? ? ? ?（4）静态物件不需要添加Animation Component

（5）UV值范围尽量不要超过（0, 1）区间

?（6）地形长宽均尽量小于257。这是因为地形太大，会造成大量顶点数据，给你的内存带宽造成一定的影响，在目前的ios设备中，内存带宽是非常有限的，需要尽量节省。同时，如果用Unity自带的地形，一定也要使用Occlusion Culling，因为Unity的刷地形工具虽然方便，但却是framekiller，刷过之后，你会发现drawcall增加的非常多。混合纹理数量不要超过4。地形的混合操作是很耗时的，应该尽量避免。能合并的纹理尽量合并。

（2）渲染批次优化

3、代码编程优化

寄存器:计算机或计算器内存储小量数据的装置;尤指数据可以同时存储和运算的装置

控制器:………

麻烦死了！想不起来了！

从Cocos 2d-x 3.0起我们已经可以在游戏中使用3D元素。Cocos引擎推出3D功能的时间不算太迟，我们已经可以看到越来越多的手机上能流畅地渲染3D游戏，而且这些机型正在成为主流。在最近两年我们可以看到，高端手机游戏从2D转到3D的倾向很明显。许多游戏开发商试图在竞争激烈的红海里占有一席之地，那么选择开发3D游戏或许会是一个强有力的竞争手段。

上面的视频是我的下一款游戏作品《Food of the Gods》。这游戏使用了Cocos 2d-x 3.3，视频是从我iPhone上录制的实际运行效果。在这篇文章里我将要介绍我是如何制作它、如何把它跑在cocos引擎上的。对于熟悉cocos官方提供的3D示例游戏 《Fantasy Warrior》的开发者，将会看到以下一些主要不同点：

1. 光照贴图（Light Mapping）：你将看到每件物体都有被照亮并且投射阴影。光影效果的质量是由你的3D工具软件决定的，用3D软件能烘焙出复杂的光效，包括直接光照，反射光照，以及阴影。

2. 顶点合并（Vertex Blending）：请注意看路、草地和悬崖交接的地方，看不到任何可见的接缝。

3. 透明遮罩（Alpha Masks）：灌木如果没有透明遮罩就跟纸片一样。

4. 滤色叠加的公告板（Billboards）：增加一些光束和其他环境的效果。

所有的模型都是用一个叫Modo的3D 软件建模制作的，贴图则是使用Photoshop。关于3D模型的制作和贴图的绘制在此就不再赘述，网上已经有很多教程，在此主要介绍下跟Cocos 2d-x上述文章内容就是的部分。

模型网格和贴图（Meshes and Textures）

如下图所示，每个模型的贴图都是由几个256 x 256或者更小的贴图组成的。同时你也会注意到我把所有的小图片都合在了一张贴图上，这是减少GPU绘制次数（draw call）最简单的方法之一。贴图是从 或者网上找的。

为了把这些图片拼接起来，我使用的是Photoshop的补偿滤镜（offset filter）然后在接缝的地方用修复画笔来做一些自然的过渡。为了获得一种油画的视觉效果我会先使用cutout滤镜（注意：cutout滤镜也会使得png格式图片的压缩效果更好），然后在需要的地方绘制一些高光和阴影的效果。我发现如果直接拿照片当贴图的话，当你把它尺寸缩小的时候会出现图像噪点。

另一种方案是为每一个模型网格制作一整张独立的贴图。当网格比较小或者摄像机不是很靠近网格的时候这种方法是可行的。如果你的photoshop技术过硬的话，出来的效果会更好。附带的好处是，因为只使用一张贴图因此只有一次GPU绘制调用。但我不建议采用这种方法来制作第一人称射击游戏（FPS）中的建筑，因为当你走得很靠近建筑物的时候，贴图分辨率过低的问题就会显露出来。我不喜欢用这种整张贴图方法，因为这实在太费时耗力了。这个场景的制作花了我足足四天时间。

光照贴图（Light Maps）

当你做好模型和贴图之后，现在就可以来烘焙光照贴图了。Cocos 2d-x目前还不像Unreal或Unity一样在官方编辑器里提供烘焙光照贴图的功能，但是别失望，大部分的制作3D模型的软件都可以烘焙光照贴图，并且效果比市面上任何游戏引擎的效果还好。首先，在你的3D工具软件里，先给场景打好灯光，照亮场景，然后为每份网格制作第二张UV map。每份网格的表面都必须被映射在0到1范围内的UV 平面上。这听起来好像很复杂且耗时，但在Modo里这是非常简单的。我先后使用 “Atlas map”的UV 工具和“Pack UV”工具，这两个工具会自动将网格展开成一个相当不错的排布图。

这些都完成之后，设置3D工具软件的渲染器为“只渲染烘焙的光照”，然后开始渲染。当然了，如果你想做一些环境光遮罩的效果也是可以的。

你也可以使用一些分辨率较低的光照贴图。有时候这样的效果反而会看起来更好，因为相互混叠的模糊像素会让阴影看起来更柔和。上面的这些建筑都映射到一张512 x 512的光照贴图上。整个场景总共使用了4 张512 x 512的光照贴图。请确保每个小图块之间有一定的空隙，且让你的渲染范围比这些图块的边界多出几个像素。这样可以防止当较低的mip-maps（一种纹理采样）起作用时黑边出现在网格周围的角落里。

**一点听起来像是3D技术的行话。如果是对Texture Packer熟悉的话，那么其中的“Extrude”值起到的作用就是刚刚我所描述的。对贴图的边缘接缝做一些涂抹处理，这样在精灵之间就不会有那些烦人的缝隙了，那些缝隙在这里会变成多边形边缘的黑边。

如果你想牺牲内存和包大小来提高性能的话，你可以把颜色和光照信息都烘焙到一张贴图上并避免共同使用一张光照贴图。但是这样做的话，同样的像素密度，贴图的大小至少得翻一倍。这完全取决于你个人、以及你游戏的要求。

下面，添加顶点颜色。我在地形上提供了顶点颜色，这可以让着色器在合成悬崖顶上的草地贴图时，不会有任何可见的接缝。下图中涂成白色的顶点部分可以合成你指定的贴图。在这个例子里实际上我只使用红色通道，当然了根据实际需要你可以使用4个通道（RGBA）去合成不同的贴图。

**，我把整个场景分成了很多独立的网格（mesh）：每个建筑都有自己独立的网格，地形独立一个网格，水也是独立一个。带透明遮罩的贴图也会有一个网格——比如视频中看到的植物叶子和小旗子。我这样做有两个原因，首先，让地形、建筑、水和带透明遮罩的贴图各自使用不同的着色器。其次，我们打算通过不渲染摄像机范围外的对象来减少性能开支。很重要的一点是摄像机会根据网格的包围盒来决定对象是否可见，因此尽量把网格弄成小块，这样包围盒会比较小。

导出

完成了模型和贴图之后，我们需要把每个mesh导出为一个.fbx文件。幸运的是，大多数的3D建模软件都支持这个功能。Autodesk为此格式提供了一个免费SDK。但不幸的是，Modo 701在导出fbx格式时会出现相当多的错误。因此我必须自己写一些脚本来保证第二组贴图坐标和顶点颜色的正确导出。你可以从我个人网站上的“Modo Scripts”部分下载这个导出脚本。搞定fbx之后，你将需要用到Cocos 2d-x自带的fbx-conv.exe命令行工具，它位于Cocos 2d-x根目录的/tools下。

fbx-conv.exe -a your_mesh_name_here.fbx

使用“-a”参数后，工具会同时导出mesh的二进制文件(.c3b)和文本格式文件(.c3t)。文本格式的文件非常的有用，你可以利用它来查看所有的东西是否被正确导出，但千万不要把它放到resource目录下。如果所有的都被正确地导出的话，你将在c3t文件的开头看到以下的内容：

“attributes”: [{

“size”: 3,

“type”: “GL_FLOAT”,

“attribute”: “VERTEX_ATTRIB_POSITION”

}, {

“size”: 3,

“type”: “GL_FLOAT”,

“attribute”: “VERTEX_ATTRIB_NORMAL”

}, {

“size”: 2,

“type”: “GL_FLOAT”,

“attribute”: “VERTEX_ATTRIB_TEX_COORD”

}, {

“size”: 2,

“type”: “GL_FLOAT”,

“attribute”: “VERTEX_ATTRIB_TEX_COORD1″

}]

注意VERTEX_ATTRIB_TEX_COORD1这个属性。如果没有它光照贴图将无法显示。如果你导出了一张带顶点颜色的mesh，你也应该要看到一个类似的属性才行。还有一点很重要，贴图的坐标也必须按正确的顺序才行。我通常采用的是第一个tex_coord是瓦片贴图，**一个tex_coord是光照贴图。使用Modo的话，uv maps会按照字母顺序排列。

着色器（Shaders）

我花了很长的一段时间来搞懂GLSL和着色器，但正如编程中经常遇到的，有时候一个点通了，其他的就都好理解了。一旦理解了其中的原理，你便会发现着色器真的很简单。如果你不只是想用Cocos 2d-x来把贴图套到模型网格上的话，你需要学会如何写着色器。目前Cocos 2d-x没有Unreal那样好用的着色器可视化编辑器（visual shader editor），所以我们只能自己动手焊代码。

本节我将讲解我为视频中的游戏场景所写的着色器，并说明我做了什么、为什么这样做。如果你对着色器已经非常熟悉了，那么可以快速跳过本节。

首先，先来看一下如何将着色器应用到模型网格上。

这段代码摘自Cocos 2d-x的测试集cpp-tests工程。如果你用不同的着色器来加载大量的meshes，那么**根据功能来进行，这样可以避免冗余。那么现在我们只关心如下的代码段，来看下这个着色器。

GLProgram* shader =GLProgram::createWithFilenames(“shaders/lightmap1.vert”,”shaders/lightmap2.frag”);

GLProgramState* state = GLProgramState::create(shader);

mesh-seLProgramState(state);

Texture2D* lightmap =Director::getInstance()-getTextureCache()-addImage(“lightmap.png”);

state-setUniformTexture(“lightmap”,lightmap);

“lightmap1.vert”是顶点着色器（vertex shader）。如果将其应用到网格上，那么每个顶点的每一帧都将执行这个操作。而“lightmap2.frag”是片段着色器（fragment shader），网格上贴图的每个像素的每一帧都将执行这个操作。我不太确定为什么将其命名为“片段着色器”，我一直认为应叫做“像素”着色器（pixel shader）。从这段描述，我们可以很容易理解为什么大量着色器指令会降低帧率，尤其是你用片段着色器的话。

下面我们详细地分解顶点着色器：

attribute vec4 a_position;

attribute vec2 a_texCoord;

attribute vec2 a_texCoord1;

这些属性是由渲染器提供的。“a_position”是顶点的位置。“a_texCoord” 和 “a_texCoord1”对应你那两个UV坐标。还记得在.c文本格式文件中开头部分的“VERTEX_ATTRIB_TEX_COORD”么？这些值与属性对应起来了。你可以在渲染器中获取更多其他的属性，包括顶点法线（vertexnormal）和顶点颜色（vertex color）。请在cocos引擎的CCGLProgram.cpp中查看完整属性列表。

varying vec2 v_texture_coord;

varying vec2 v_texture_coord1;

“varying”值将被传到片段着色器中（fragment shader）。片段着色器所需要的任何变量前都需要添加“varying”限定符。这个例子中，我们仅需要知道这两个贴图的坐标。

void main(void)

{

gl_Position = CC_MVPMatrix * a_position;

v_texture_coord.x = a_texCoord.x;

v_texture_coord.y = (1.0 – a_texCoord.y);

v_texture_coord1.x = a_texCoord1.x;

v_texture_coord1.y = (1.0 – a_texCoord1.y);

}

设置顶点位置，拷贝贴图的坐标给varying values，这样片段着色器就可以使用这些值。现在我们一起来分解片段着色器。

#ifdef GL_ES

varying mediump vec2 v_texture_coord;

varying mediump vec2 v_texture_coord1;

#else

varying vec2 v_texture_coord;

varying vec2 v_texture_coord1;

#endif

声明从顶点着色器传递过来的“varying” 值

uniform sampler2D lightmap;

还记得在将着色器应用到网格时所使用的 state-setUniformTexture(“lightmap“,light map); 语句么？这个值就是对应语句中的那个贴图。

void main(void)

{

gl_FragColor = texture2D(CC_Texture0, v_texture_coord) *(texture2D(lightmap, v_texture_coord1) * 2.0);

}

这个语句设置像素颜色。首先你会注意到从未声明过的 CC_Texture0变量。Cocos 2d-x中有大量可在着色器中使用的默认统一变量。再次强调，可在CCGLProgram.cpp中查看完整属性列表。这个例子中，CC_Texture0对应在3D模型中所应用到网格中的贴图。texture2D命令会在给定的贴图坐标中去查找贴图的像素颜色和透明度。它会返回一个包含了那个像素的RGBA值的vec4值 。所以这里我会在UV1中查找到瓦片贴图的颜色值，然后在UV2中查到光照贴图的颜色值，**把两个值相乘。

你应该注意到了我先是把光照贴图的颜色值两两相乘了。因为贴图颜色值范围为0.0-1.0，所以很显然，如果用白色值vec4(1.0, 1.0, 1.0, 1.0)去乘中间灰值vec4( 0.5, 0.5, 0.5,1.0 )，那么你仍是得到一个中间灰值vec4( 0.5, 0.5, 0.5,1.0 )。将两个值相乘可以使贴图更亮，同时也可以使贴图更暗，这将使你获得一个很好的可变的亮度范围。

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