光電子技術精品課件

1、光電子技術第1頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一緒 論顯示技術是多學科交叉綜合技術，是信息時代重要標志之一。1897年，德國的布朗發(fā)明了陰極射線管（CRT）（Cathode Ray Tube）的雛形。陰極射線管做作為一種傳統(tǒng)的信息顯示器件，顯示質量優(yōu)良，制作和驅動比較簡單，有很好的性能價格比。CRT一直占據了光電顯示的主導地位，如今其技術已極其成熟。顯示技術的發(fā)展第2頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一第3頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一CRT的缺點：從大屏幕顯示方面來講，100cm以上的CRT質量要超過100kg，體積大，搬動

2、困難，不能適應現代家庭對高清晰度電視（HDTV）和現代戰(zhàn)爭對大屏幕顯示器的要求。隨著CRT應用的延伸，期望一種顯示質量如同CRT，而又具有體積小，重量輕，工作電壓低，功耗小的新產品。平板顯示技術應運面生，且迅速發(fā)展。平板顯示在國際上尚沒有嚴格定義，一般是指顯示器的厚度小于顯示屏幕對角線尺寸四分之一的顯示技術。這種顯示器厚度較薄，看上去就像一塊平板，平板顯示因此而得名。第4頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一液晶LCD平板顯示器等離子體PDP平板顯示器第5頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一按顯示媒質和工作原理分： 陰極射線顯示（CRT）、液晶顯示（LCD

3、）、等離子體顯示（PDP）、電致發(fā)光顯示（ELD）等。CRT每個像素的性能價格比要比其他顯示器件高得多，因此它不會在短期內消失。LCD主要在微型和中小屏幕占優(yōu)勢。PDP由于制作工藝相對簡單，易于制作大屏幕，是發(fā)展多媒體顯示、壁掛式電視和HDTV最有競爭力的顯示技術。顯示的分類光電顯示的性能指標亮度、對比度和灰度、分辨力、發(fā)光顏色第6頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一光電顯示分類發(fā)光類型結構狀態(tài)顯示內容顯示原理CRT,VFD,PDP,ELDLCD,LED,LD,ECD主動型被動型CRT,PDP,ELDLCD平板顯示體顯示CRT,PDP,ELDLCD數碼、字符、軌跡圖表、圖形

4、、圖像顯示屏幕超大屏幕、大屏幕中屏幕、小屏幕第7頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一一、光電顯示的物理基礎發(fā)光、色彩與視覺1.發(fā)光固體受到某種形式的能量激勵后所產生的光發(fā)射現象。由于離子躍遷產生的,時間約0.1納秒.發(fā)光的激勵方式：光致發(fā)光 熒光燈 陰極射線發(fā)光 顯像管 場致發(fā)光 LED、PDP、ELD 化學發(fā)光 磷第8頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一2.顏色(色彩)1)連續(xù)性:顏色 波長(nm) 紅 622-760 橙 597-622 黃 577-597 綠 492-577藍 455-492 靛 435-455 紫 390-435 光譜色是最飽和的

5、純色標準色 第9頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一2)可分性:3)可合性:第10頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一4)三基色原理:自然界中客觀存在的顏色均可以為三個確定的相互獨立的基色的線性組合.顏色的三個特征參量: 亮度（視覺強度） 色調（色品、顏色種類） 飽和度（色純度）相加混合色：彩電相減混合色：彩印第11頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一亮度：顏色的光功率越大則感覺越亮。被動發(fā)光，物體反射的光功率越大則感覺越亮。色調：顏色彼此區(qū)分的特征。光波的色調取決于光波的光譜成分。物體的色調取決于物體表面的光源光譜，或取決于物體表面

6、反射的光波光譜。例如：衣服在白光照射下呈現紅色：將紅光分量反射出來第12頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一物體呈色機理及影響因素 物體色：物體對光的選擇性吸收是物體呈色的主要原因?；?葉子本身沒有色彩，光是色彩的源泉。紅色表面用綠光來照射，呈現黑色，因為綠光的輻射被全部吸收，它不包含可反射的紅光波長?；ㄊ羌t色是因為它吸收了白色光中400500nm的藍色光和500600nm的綠色光，僅僅反射了600700nm的紅色光。同理對于葉子是由于反射了綠光才呈現出綠色。第13頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一光源色是影響物體顏色的重要因素。光源色的變化會影響物體

7、的顏色。亮度變化：例如白熾燈，亮度增大時，顏色趨向于白；亮度減弱時，顏色趨向于紅。距離變化：光源與觀察者距離的變化，會使光源色發(fā)生改變。如白熾燈光，隨著距離的推遠，其顏色由黃逐漸向橙、橙紅、紅色變化。 傳播媒質的變化，環(huán)境色對物體顏色的影響。第14頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一飽和度：指顏色光所呈現的顏色的深淺程度。對于同一色調的顏色光，飽和度越高顏色越深。高飽和度的顏色光因摻入白光而被沖淡，變成低飽和度的顏色光。所以飽和度反映了某種顏色光的純度。通常所說色度是色調和飽和度的總稱。度量顏色常用色度圖或色度坐標系。3.視覺 標準分辨3000種顏色；一般分辨120種。第1

8、5頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一人眼的三種感色細胞具有合色的能力。當一復色光刺激人眼時，人眼感色細胞可將其分解為紅、綠、藍三種單色光，然后混合成一種顏色。 加法混合：兩種或兩種以上的色光相混合時，同時或者在極短的時間內連續(xù)刺激視覺器官，產生一種新的色彩感覺?；旌仙獾目偭炼鹊扔谙嗷旄魃饬炼戎汀?顏色旋轉混合：把兩種或多種色并置于一個圓盤上，通過動力令其快速旋轉看到的新的色彩。顏色旋轉混合效果在色相方面與加法混合的規(guī)律相似，但在明度上卻是相混各色的平均值。 空間混合：將不同顏色并置在一起，當它們在視網膜上的投影小到一定程度時，不同顏色刺激就會同時作用到視網膜非常鄰近

9、的感光細胞，以致眼睛很難將它們獨立地分辨，在視覺中產生色彩的混合。感紅細胞感綠細胞感藍細胞紅綠藍 人眼視網膜的三種感色視錐細胞第16頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一 加法混色常用的相加混色方法有以下三種：時間混色法：將三基色按一定比例輪流投射到同一屏幕上，由于人 眼的視覺惰性，只要交替速度足夠快，產生的彩色視覺與三基色直 接相混時一樣。這是順序制彩色電視圖像顯示的基礎?？臻g混色法：將三基色同時投射到彼此距離很近的點上，利用人眼 分辨力有限的特性而產生混色，或者使用空間坐標相同的三基色光的同時投射產生合成光，這是同時制彩色電視圖像和計算機圖像的 顯示基礎。 生理混色法：利

10、用兩只眼睛分別觀看兩個不同顏色的同一景象，也獲得混色效果。第17頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一二、色度坐標系與彩色重現為使各種顏色可以通過人的視覺系統(tǒng)良好地重現，建立了許多種色度坐標系：1）CIE-RGB計色系統(tǒng)在色度學中國際照明委員會（CEI）于1931年規(guī)定了三基色（RGB）計色系統(tǒng)。三基色是：波長700nm、光通量1lm的紅光為一個紅基色單位，用（R）表示；波長546.1nm、光通量為4.5907lm的綠光為一個綠色單位，用（G）表示；波長435.8nm、光通量為0.0601lm的藍光為一個藍基色單位，用（B）表示；等量的RGB能配出等能白光。當用1lm的波長7

11、00nm紅光做為基準時，要配出白光，需要4.507lm的546.1nm綠光和0.0601lm的435.8nm藍光，白光的光通量為5.6508lm。第18頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一其中，R（R）、G（G）B（B）稱為F的三色分量，R、G、B稱為三色系數，m稱為色模，代表F所含三基色單位總量，r、g、b稱為色度坐標或相對色系數，分別代表F所用三基色單位總量為1所需的各基色量的數值，r+g+b=1。任一彩色光F總可以通過下列配色議程配出第19頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一CIE色度圖r-g圖r有負數軌跡復雜無亮度值第20頁，共42頁，2022年

12、，5月20日，4點19分，星期一2）CIE-XYZ計色系統(tǒng)因1931CIE-RGB坐標系統(tǒng)出現了坐標負值，不易理解，1931年CIE推薦了一個新的國際色度學系統(tǒng)，1931CIE-XYZ系統(tǒng)，又稱XYZ國際坐標制。在XYZ系統(tǒng)中，X、Y、Z不是真實的三基色，而是假想紅、綠、藍三基色或數學計算三基色。X、Y、Z均為正值，XYZ中只有Y（Y）基色分量一項有亮度，令（Y）的光通量 為1lm，而另外兩個基色不含有亮度，但其色度仍有X、Y、Z的比值確定，這樣X=Y=Z時仍代表等能白光。XYZ系統(tǒng)是由RGB系統(tǒng)推導而來的。由于（X）和（Z）的光通量應為零，（X）、（Z）的連線應為光通量等于零的軌跡。第21頁

13、，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一XYZ在RGB系統(tǒng)中的位置第22頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一XYZ色域圖第23頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一3）CIE-UCS均勻計色系統(tǒng)CIE-XYZ系統(tǒng)不均勻性給顏色差別的衡量帶來不便，為此提出均勻計色系統(tǒng)CIE-UCS。CIE 1976 UCS圖是CIE在1976年規(guī)定的，對亮度大致相同的顏色提供一種在視覺上更為均勻的色空間。CIE-UCS色度圖u-v圖亮度第24頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一CIE-UCS色度圖u-v圖第25頁，共42頁，2022年，5月

14、20日，4點19分，星期一彩色重現電視彩色重現經過景物彩色畫面的分色。攝像器件的光電轉換、電信號的處理和傳輸、顯像器件的電光轉換等過程。彩色顯像管利用紅綠藍三種熒光粉為顯像三基色，利用相加混合色實現彩色重現。第26頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一 陰極射線管發(fā)光：光致發(fā)光中的分立發(fā)光（熒光） 和陰極射線發(fā)光中的復合發(fā)光（磷光）CRT（Cathode ray tube）7.2 陰極射線顯示一、發(fā)光機理發(fā)光余暉較短10ns發(fā)光余暉較長陰極射線顯示的典型發(fā)光物質為晶態(tài)發(fā)光體（離子型晶體）。第27頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一復合發(fā)光晶態(tài)發(fā)光體發(fā)光，能

15、量吸收在基質中進行，能量輻射在激活劑上產生，發(fā)光過程在整個晶體內完成。常常伴有電子空穴的漂移或擴散，產生光電導特性，為光電導發(fā)光。發(fā)光余輝長為磷光。 207頁圖 電視機、監(jiān)視器分立發(fā)光晶態(tài)發(fā)光體發(fā)光，能量吸收和能量輻射均在晶體單分子中的激活劑（發(fā)光中心）上產生。短時非光電導特性，為熒光。 日光燈發(fā)光第28頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一2.黑白顯像通過光電轉換重現電視圖像的一種窄束強流電子束管?；窘Y構：四部分第29頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一1燈絲；2陰極；3控制極；4加速極；5聚焦極；6高壓電極；7電子束；8玻殼(1)電子槍第30頁，共4

16、2頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一(1)電子槍：(2)偏轉系統(tǒng)：控制電子束的發(fā)射、調制、加速、聚焦控制電子束的方向.電偏轉和磁偏轉第31頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一(3)熒光屏：余輝時間定義為亮度減少到1/10時所用的時間，余輝時間長于0.1秒的叫長余輝熒光粉，介于0.10.001秒的稱為中余輝熒光粉，短于0.001秒的稱為短余輝熒光粉。熒光屏一般由玻璃基板、熒光粉層和和鋁膜層構成，也稱屏幕。面玻璃尺寸寬度與高度之比有4：3、16：9等類型，習慣上將屏幕對角線長度定為顯像管的規(guī)格，用厘米（或英寸）表示。余輝太長運動畫面會有拖影，余輝太短平均亮度降低，電

17、視采用中余輝熒光粉，示波器等則采用長余輝熒光粉。黑白顯像管在電子轟擊下熒光粉發(fā)白光，一般采用顏色互補的發(fā)藍光的ZnSAg與發(fā)黃光的ZnS、CdSAg兩者熒光粉以55：45的比例混合制得P4熒光粉，或直接采用單一白色熒光粉。鋁層：0.1-0.5微米，作用三個，1.與電子槍的陽極相連，可防止介電性的熒光粉負電荷積累導致熒光面電位下降，限制亮度；2.可將熒光粉所發(fā)出的光發(fā)射出來，增加亮度，改善對比度；3.有效阻擋管內負離子對熒光粉的轟擊，防止熒光屏出現離子斑。第32頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一(4)玻殼：將電子槍、偏轉系統(tǒng)和熒光屏封閉在真空的玻璃罩內。 玻璃外殼由管頸、錐

18、體和面玻璃三部分組成。玻璃錐體將面玻璃和管頸連接起來，其張開角代表最大電子束偏轉角度。同樣尺寸的熒光屏，偏轉角越大，管子長度就越短，可以減少電視機的厚度，國產標準顯像管主要有70、90、110和114等。玻璃錐體內，外壁涂有石墨導電層。第33頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一在顯像管中電子束的掃描是通過磁偏轉來實現的。在電視技術中，將一幅畫面稱為一幀，并規(guī)定每秒傳送25幀。每幀只要分解為幾十萬個像素，這些像素又分割成625行，這樣每幀就要傳送25625=15625行，要實現這樣的速度，必須采用電子掃描來實現。按電子束運動的規(guī)則可分為直線掃描、圓掃描、螺旋掃描等。在電視系統(tǒng)中，為了充分利用矩形屏幕并使掃描設備簡單可靠，采用了勻速單向直線掃描方式，而單向直線掃描又分為逐行掃描和隔行掃描兩種方式。掃描方式第34頁，共42頁，2022年，5月20日，4點19分，星期一枕型失真桶型失真偏轉線圈磁場的非均