光電子技術(shù)第七章

7.1光電顯示技術(shù)基礎(chǔ)7.1.1顯示技術(shù)與顯示器件1897年德國(guó)的布勞恩（Braun）發(fā)明了陰極射線管（CRT）雛形。全球第一只球形彩色顯示器CRT于1950年問(wèn)世。CRT顯示圖像的質(zhì)量，如亮度、對(duì)比度、分辨率、視角和動(dòng)態(tài)響應(yīng)是最佳的，但體積和重量大，而且只能做到40英寸以下。1968年美國(guó)的Heilmeier發(fā)現(xiàn)液晶雙折射的電光效應(yīng)可以用于制作顯示裝置，即現(xiàn)在的液晶顯示器（LCD）；1983年日本制造出透射式型彩色LCD。20世紀(jì)90年代，液晶顯示器首先在筆記本電腦領(lǐng)域取得了絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。目前。TFT-LCD已進(jìn)入TV領(lǐng)域，形成龐大的顯示器件產(chǎn)業(yè)。第七章光電顯示20世紀(jì)90年代，彩色等離子體顯示器（PDP）出現(xiàn)，目前已有40英寸以上的高清晰度電視（HDTV）。21世紀(jì)，出現(xiàn)LED顯示器和有機(jī)發(fā)光二極管顯示器（OLED）。LED顯示亮度高、色彩豐富，但分辨力差，適用室外大屏幕顯示；OLED可用于可視移動(dòng)電話及小型顯示器。場(chǎng)發(fā)射（FED）可用于可視移動(dòng)電話及小型顯示器。各種顯示器的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，目前全世界顯示器銷售額達(dá)到幾千億美元。顯示器件主要性能指標(biāo)1.亮度B亮度是描述發(fā)光面或反光面上光的明亮程度的光度量。單位時(shí)間通過(guò)某截面積的所有波長(zhǎng)的光能，單位lm（流明）。40W白熾燈光通量為350lm，36W熒光燈光通量為2500lm（1）光通量（2）發(fā)光強(qiáng)度一個(gè)光源在單位立體角內(nèi)所發(fā)出的光通量稱為該光源的光強(qiáng)，單位是坎德拉，符號(hào)：cd，1cd=1lm/sr。空氣中波長(zhǎng)555nm的單色輻射體在給定方向上的輻射強(qiáng)度為(1/683)WSr-1

時(shí)，則在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為1cd。對(duì)于555nm，1W=683lm。555nm是明視覺(jué)曲線中人眼最敏感的波長(zhǎng)，即，其它波長(zhǎng)處，。對(duì)含有多種波長(zhǎng)的輻射通量，它對(duì)應(yīng)的光通量為：注：輻射通量---單位時(shí)間通過(guò)某截面的所有波長(zhǎng)的總輻射能量，單位W。定義為明視覺(jué)最大光譜光視效能，可建立同一波長(zhǎng)下，輻射通量與光通量之間的換算關(guān)系：（3）光亮度亮度是描述發(fā)光面或反光面上光的明亮程度的光度量。并且，亮度考慮了光的輻射方向，所以它是表征發(fā)光面在不同方向上的光學(xué)特性的物理量。亮度的單位是尼特(nt)，1nt=1cd/m2。即1m2發(fā)光面沿其法線方間發(fā)出1cd光強(qiáng)時(shí)，該發(fā)光面在其法線方向上呈現(xiàn)的亮度為1nt。一般室內(nèi)觀看清晰可見(jiàn)亮度要在70cd/m2以上，室外要在300cd/m2以上。人眼可見(jiàn)的亮度范圍為0.03-50000cd/m2。3分辨力

分辨力是人眼觀察圖像清晰程度的標(biāo)志。用光柵高度（幀高）范圍內(nèi)能分辨的等寬度黑白條紋（對(duì)比度100%）數(shù)目或電視掃描行數(shù)來(lái)表示（如：通常電視垂直分辨力為500線，線越多，分辨力越高）；也可用光點(diǎn)直徑來(lái)表示,約為幾微米到幾毫米，電腦顯示器分辨力常為0.28mm，CCD則可小到數(shù)微米以下（點(diǎn)越小，分辨率越高）。2對(duì)比度和灰度對(duì)比度：指畫(huà)面上最大亮度與最小亮度之比。一般顯示器對(duì)比度應(yīng)達(dá)30:1?；叶龋褐笀D像畫(huà)面上亮度的等級(jí)差別?；叶仍蕉?，圖像層次越分明，圖像越柔和。電視圖像畫(huà)面應(yīng)有8級(jí)左右灰度，人眼可分辨的最大灰度級(jí)別為100級(jí)左右。4發(fā)光（顯示）顏色發(fā)光（顯示）顏色可用發(fā)射光譜或顯示光譜的峰值及帶寬來(lái)衡量，或用色度坐標(biāo)來(lái)表示。包括顏色的種類、層次與范圍。一、發(fā)光

定義:指固體受到某種形式的能量激勵(lì)后所產(chǎn)生的光發(fā)射現(xiàn)象，也即以某種方式(紫外線、高能電子、X射線、//射線等高能輻射)來(lái)激發(fā)某些物質(zhì)，使其部分能量以可見(jiàn)或近可見(jiàn)光譜形式重新發(fā)射出來(lái)的現(xiàn)象。7.1.2發(fā)光、色彩與視覺(jué)根據(jù)激勵(lì)方式分類：

(1)光致發(fā)光：激勵(lì)來(lái)自對(duì)光子（通常是紫外光）的吸收。熒光燈是這類發(fā)光的代表，燈內(nèi)的水銀蒸汽在外電場(chǎng)作用下放電而輻射出紫外光，紫外光激發(fā)管壁上的熒光粉而發(fā)光。(2)陰極射線發(fā)光：發(fā)光體在加速電子的轟擊下激發(fā)發(fā)光。典型的器件有顯像管(CRT)，其中的電子槍在加速場(chǎng)作用下產(chǎn)生高速電子束。(3)場(chǎng)致發(fā)光：發(fā)光體在外電場(chǎng)或電流作用下激發(fā)發(fā)光。如交流粉末顯示器、直流粉末顯示器、發(fā)光二極管、等離子體顯示器等。(4)化學(xué)發(fā)光：發(fā)光體在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中由化學(xué)能激發(fā)的發(fā)光。如磷在氧化時(shí)所發(fā)的磷光。——熒光：發(fā)光時(shí)間≤10ns——磷光：發(fā)光時(shí)間>10ns根據(jù)發(fā)光時(shí)間長(zhǎng)短：可分為長(zhǎng)余輝(>0.1s)、中余輝(1ms-0.1s)、短余輝(<1ms)發(fā)光；根據(jù)發(fā)光機(jī)理不同：可分為分立中心發(fā)光、復(fù)合發(fā)光。(5)生物發(fā)光：螢火蟲(chóng)、發(fā)光細(xì)菌等的生物發(fā)光。顏色是喚起人的第一視覺(jué)作用的重要媒質(zhì)，因?yàn)槿搜壑挥型ㄟ^(guò)光作用在物體上造成的色彩才能獲得深刻印象。1.顏色的形成

顏色起源于光，波長(zhǎng)不同的單色光，具有不同的顏色。顏色是不同波長(zhǎng)的可見(jiàn)光作用于人的視覺(jué)器官后所產(chǎn)生的心理感受。顏色是一種和物理、生理及心理學(xué)都有關(guān)的復(fù)雜現(xiàn)象，由此有色盲、色弱等。二、顏色2.顏色的分類

（1）非彩色

是指黑色、白色和介于兩者之間的深淺不同的灰色。非彩色可以排成一個(gè)系列，稱作黑白系列或無(wú)色系列，從黑色開(kāi)始，依次逐漸地到深灰色、中灰色、淺灰色、直到白色。（2）彩色

是指黑白系列以外的各種顏色。根據(jù)波長(zhǎng)不同，彩色可以依次排成一個(gè)系列，稱為彩色系列。波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短依次為：紅、橙、黃、綠、青、籃、紫。3.物體的顏色（1）物體的光源色（2）物體的固有色（3）物體的環(huán)境色（1）色調(diào)可見(jiàn)光譜不同波長(zhǎng)的光在視覺(jué)上的表現(xiàn)稱為色調(diào)。色調(diào)是區(qū)分不同顏色的特征。因?yàn)榭梢?jiàn)光的波長(zhǎng)有無(wú)數(shù)種，即光譜色有無(wú)數(shù)種，但實(shí)際上，相近波長(zhǎng)的單色光用肉眼是很難區(qū)分它們的顏色。為了能用文字描述不同的顏色，通常把各種光譜色歸納成有限種色調(diào),以表示色刺激的主觀屬性，以紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等區(qū)分。4.顏色的基本特征：色調(diào)、彩度和明度。（2）彩度（又稱飽和度）

彩度是指顏色的深淺程度。某種顏色的彩度高，則表示這種顏色深；反之，則顏色淺。實(shí)際上，彩度是色調(diào)的表現(xiàn)程度，它可以反映光線波長(zhǎng)范圍的大小。波長(zhǎng)范圍越窄,顏色越純，彩度越高，包含的白光成分越少，彩度越高。（3）明度：指顏色的明暗程度。物體表面色的明度主要取決于物體表面的反射比。★若物體表面為彩色，反射比越高則顏色越明亮，反射比越低則顏色發(fā)暗，反射比中等則顏色發(fā)灰?！锶粑矬w表面為黑白色，當(dāng)物體表面的反射比在0~0.05之間時(shí)，物體呈黑色；當(dāng)反射比高于0.8時(shí)，物體就呈白色；而反射比處于0.05~0.8時(shí)，物體呈灰色，且反射比越低，灰色越暗，即反射比增加時(shí)，灰色就會(huì)由深到淺變化。

各種顏色都可以用上述三個(gè)基本特征來(lái)表示，但只有彩色系列具有完整的三個(gè)特征；而黑白系列只有明度；彩度為零，沒(méi)有色調(diào)。5.顏色的性質(zhì)(1)連續(xù)性：指光波長(zhǎng)連續(xù)變化時(shí)顏色連續(xù)變化的性質(zhì)，表示為顏色c為波長(zhǎng)的函數(shù)：(2)可分性：指白光可分為其他顏色成分，如三棱鏡將白光分為7彩顏色。(3)可合性：任何一種顏色的光都可以看作是其它顏色按一定比例混合。6.三基（原）色原理（1）任一給定顏色可以用三種原色(紅、綠、藍(lán))按一定比例混合而成，或者說(shuō)各種顏色的光都可以分解成紅、綠、藍(lán)三種原色。（2)三原色理論認(rèn)為，人眼視網(wǎng)膜上的錐狀細(xì)胞包含著紅、綠、藍(lán)三種反映色素，它們分別對(duì)不同波長(zhǎng)的光發(fā)生反應(yīng)，視覺(jué)神經(jīng)中樞綜合這三種刺激的相對(duì)強(qiáng)度而產(chǎn)生一種顏色感覺(jué)，三種刺激的相對(duì)強(qiáng)度不同時(shí)，就產(chǎn)生不同的顏色視覺(jué)。所以，當(dāng)眼睛受到單一波長(zhǎng)的光刺激時(shí)產(chǎn)生一種顏色視覺(jué)，而當(dāng)受到—束包含不同波長(zhǎng)的復(fù)合光刺激時(shí)也只產(chǎn)生一種顏色視覺(jué)。(3)三原色的選取原則：其一，三原色中任意一種原色不能由另外兩種原色混合而成；其二，應(yīng)該使三原色按不同比例混合時(shí)能產(chǎn)生盡量多的顏色。

為此，CIE規(guī)定的三原色為700nm的紅色、546.1nm的綠色和435.8nm的藍(lán)色。根據(jù)三原色原理，任意顏色可以用下式表示：式中[C]為某一特定的混合色，即被匹配的顏色；[R]、[G]、[B]為紅、綠、藍(lán)的單位三原色；R、G、B為混合色中所含紅、綠、藍(lán)三原色的量值，稱為色的三刺激值。三原色雖然能混合成所有不同色調(diào)的顏色，但當(dāng)要求混合成高彩度的顏色時(shí)就很難實(shí)現(xiàn)。這時(shí)需將三原色之一加到被匹配的顏色一方。假設(shè)將紅原色R[R]加到被匹配的顏色一方，則其顏色方程可表示為：或7.混色方法把三原色按照不同的比例混合獲得彩色的方法稱為混色法。混色法有相加混色和相減混色之分?？筛鶕?jù)需要相加或相減調(diào)配顏色。相加混色圖由右圖可見(jiàn):紅色+綠色=黃色紅色+藍(lán)色=紫色(品紅)綠色+藍(lán)色=青色紅色+綠色+藍(lán)色=白色黃色、青色、品紅都是由兩種原色相混合而成，所以它們又稱相加二次色。另外：

紅色+青色=白色綠色+品紅=白色藍(lán)色+黃色=白色所以青色、黃色、品紅分別又是紅色、藍(lán)色、綠色的補(bǔ)色。以上各色即均是按照三基色光等量相加的結(jié)果；若改變它們之間的混合比例，經(jīng)相加可獲得各種顏色的彩色。由三基色混合而成的顏色只表示被匹配顏色的外貌，而不能表示它的光譜成分。例如，由紅、綠、藍(lán)三基色混合而成的白光與連續(xù)光譜的白光（如太陽(yáng)光）在視覺(jué)上一樣，但它們的光譜組成成分卻不一樣，成為同色異譜。1853年格拉斯曼教授總結(jié)了下列相加混色定律：1.補(bǔ)色律：自然界任一顏色都有其補(bǔ)色，它與它的補(bǔ)色按一定比例混合，可以得到白色或灰色。2.中間律：兩個(gè)非補(bǔ)色相混合，便產(chǎn)生中間色。其色調(diào)決定于兩個(gè)顏色的相對(duì)數(shù)量，其彩度決定于二者在顏色順序上的遠(yuǎn)近。3、代替律：相似色混合，混合色仍相似?？捎霉奖硎救缦拢侯伾獳=顏色B，顏色C=顏色D，顏色(A+C)=顏色(B+D)代替律表明，在混色中，某種顏色用外貌相同的另外顏色代替，最后效果不變。4、亮度相加律：混合色的亮度等于各分色的亮度之和。三、視覺(jué)人眼彩色視覺(jué)特性包括：

(1)人眼有三種錐狀色感細(xì)胞，分別對(duì)紅、綠、藍(lán)最敏感；(2)人眼具有空間混色特性，指同一時(shí)刻當(dāng)空間三種不同顏色的點(diǎn)靠得足夠近，使得人眼不能分辨出其各自顏色，而只能感覺(jué)到其混合色的特性。視覺(jué)是指光射入眼睛后產(chǎn)生的一種知覺(jué)，即視覺(jué)依賴于光。視覺(jué)的功用：人們通過(guò)視覺(jué)可以察覺(jué)某些物體的存在，鑒別并確定它在空間中的位置，闡明它與其它事物的關(guān)系，辨認(rèn)它的運(yùn)動(dòng)、顏色、明亮程度或形狀等等。(3)人眼具有時(shí)間混色特性，指同一空間不同顏色的變換時(shí)間小于人眼的視覺(jué)惰性時(shí)，人眼不能分辨出其各自顏色，而只能感覺(jué)到他們的混合色。

(4)人眼具有生理混色特性，指兩只眼睛同時(shí)分別觀看兩種不同顏色的同一景象時(shí)，人眼不能分辨出其各自顏色，而只能感覺(jué)到他們的混合色。1.眼睛人眼的工作狀態(tài)很像一架簡(jiǎn)單的照相機(jī)，把倒立的實(shí)像投射到視網(wǎng)膜上，它的焦距由晶狀體控制。透鏡的孔徑即瞳孔的大小由虹膜控制，在低照度下瞳孔變大，而在高照度下瞳孔孔徑縮小。視網(wǎng)膜

視網(wǎng)膜是視覺(jué)的光學(xué)過(guò)程和電生理過(guò)程的接口，是人眼感受光的部分。其邊緣部位主要分布著桿狀細(xì)胞，中央部位主要分布著錐狀細(xì)胞。當(dāng)光落在視網(wǎng)膜上時(shí)，視細(xì)胞吸收了光能，使視細(xì)胞中含有的視紫質(zhì)分解、并刺激神經(jīng)末梢，形成生物脈沖(生物電流)，通過(guò)視神經(jīng)把信息傳導(dǎo)到大腦后部的視覺(jué)皮層，經(jīng)大腦綜合處理而形成視知覺(jué)。視覺(jué)過(guò)程產(chǎn)生視覺(jué)的首要條件就是要有光的存在，并射入眼睛中。光線→角膜→瞳孔→晶狀體（折射光線）→玻璃體（固定眼球）→視網(wǎng)膜（形成物像）→視神經(jīng)（傳導(dǎo)視覺(jué)信息）→大腦視覺(jué)中樞（形成視覺(jué)）2.視覺(jué)特性由于視網(wǎng)膜上的錐狀細(xì)胞和桿狀細(xì)胞對(duì)光的感受性不同，因而當(dāng)視野(是指當(dāng)頭和眼睛不動(dòng)時(shí)，眼睛所能觀察到的空間)亮度發(fā)生變化時(shí)，人眼就會(huì)產(chǎn)個(gè)不同的視覺(jué)特性。人眼在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的視覺(jué)靈敏度是不均勻的，它隨波長(zhǎng)而變化。另外，人眼的光譜靈敏度，隨環(huán)境亮度的改變而變化。（1）人眼的光譜靈敏度（2）明視覺(jué)、暗視覺(jué)和中間視覺(jué)明視覺(jué)：視場(chǎng)亮度超過(guò)10cd/m2時(shí)，錐狀細(xì)胞的工作起著主要作用，這種視覺(jué)狀態(tài)稱為明視覺(jué)(或稱錐狀視覺(jué))。錐狀細(xì)胞的最大的視覺(jué)靈敏度在555nm處。所以，明視覺(jué)錐狀細(xì)胞工作時(shí)，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光譜如紅色光顯得特別明亮。在明視覺(jué)狀態(tài)下，正常人的眼睛都能有良好的顏色感覺(jué)。

暗視覺(jué)：在微弱的照度(10-6-10-2cd/m2)下，只有桿狀細(xì)胞工作，錐狀細(xì)胞不工作的視覺(jué)狀態(tài)稱為暗視覺(jué)(或稱桿狀視覺(jué))。桿狀細(xì)胞的最大的視覺(jué)靈敏度在507nm處。所以，暗視覺(jué)桿狀細(xì)胞工作時(shí)，綠光和藍(lán)光顯得特別明亮。特征：對(duì)物體細(xì)節(jié)的分辨能力很差，且對(duì)顏色也無(wú)法分辨。因此，暗視覺(jué)條件下，只有當(dāng)目標(biāo)足夠大，才能被看到；并且世界是無(wú)色的，各種顏色的物體都給人以藍(lán)、灰色感。中間視覺(jué)：視場(chǎng)亮度在10-2-10cd/m2時(shí)，桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞同時(shí)起作用，這種視覺(jué)狀態(tài)稱為中間視覺(jué)。（3）視覺(jué)閾限

能引起視覺(jué)的最低限度的光量稱為視覺(jué)的閾限，一般用亮度來(lái)度量，故又稱為亮度閾限。視覺(jué)的亮度閾限與目標(biāo)物的大小有關(guān)。目標(biāo)物的大小一般用目標(biāo)物對(duì)眼睛所張的角度表示，稱為視角。視角越小，則亮度閾限越高；視角越大，亮度閾限就越低。但當(dāng)視角超過(guò)300時(shí)，亮度閾限不再降低。

視覺(jué)的亮度閾限與目標(biāo)物發(fā)出的光的顏色有關(guān)。在相同的視角下．對(duì)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光，例如紅光、黃光，其亮度閾限就高；對(duì)于波長(zhǎng)較短的光，例如藍(lán)光，則亮度閾限值要低一些。這是因?yàn)樵诎狄曈X(jué)條件下，光譜光效率向短波方向偏移的緣故。一般來(lái)說(shuō)，亮度越高，越有利于視覺(jué)。但當(dāng)視野亮度值超過(guò)106cd/m2時(shí)，視網(wǎng)膜可能被灼傷，所以人們只能忍受不超過(guò)106cd／m2的亮度。視覺(jué)的亮度閾限與觀察目標(biāo)物的時(shí)間有關(guān)。目標(biāo)物呈現(xiàn)的時(shí)間越長(zhǎng)，亮度閾限值就越低；呈現(xiàn)時(shí)間越短，亮度閾限值就越高。（4）明適應(yīng)、暗適應(yīng)和眩光明適應(yīng)和暗適應(yīng)是指視覺(jué)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)亮度變化的適應(yīng)過(guò)程。（a）明適應(yīng)眼睛由暗(視野亮度低于10-3cd/m2)到亮(高于幾個(gè)cd／m2)的視覺(jué)適應(yīng)過(guò)程。在明適應(yīng)過(guò)程中，桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞的替換工作大約需要經(jīng)過(guò)1分鐘多的時(shí)間才能完成。（b）暗適應(yīng)眼睛由明(高于幾個(gè)cd／m2)到暗(視野亮度低于10-3cd/m2)的視覺(jué)適應(yīng)過(guò)程。暗適應(yīng)過(guò)程的長(zhǎng)短與適應(yīng)前后的光環(huán)境有關(guān)。適應(yīng)前后兩種光環(huán)境的亮度之差越大，則適應(yīng)的時(shí)間也就越長(zhǎng)。同時(shí)還與一些生理因素有關(guān)。當(dāng)視場(chǎng)內(nèi)明暗急劇變化時(shí)，人們會(huì)因眼睛不能很快適應(yīng)而視力下降。有些場(chǎng)合要考慮明暗適應(yīng)的過(guò)渡照明，以滿足眼睛適應(yīng)性的要求。（3）眩光當(dāng)視野內(nèi)由于亮度分布或亮度不適宜，或存在著極端的亮度對(duì)比，以致引起不舒適感覺(jué)和降低目標(biāo)可見(jiàn)度的視覺(jué)現(xiàn)象，統(tǒng)稱為眩光。

可見(jiàn)度是指人眼辨認(rèn)物體存在或物體形狀的難易程度。

通常將眩光分為不舒適眩光和失能眩光：(a)不舒適眩光：產(chǎn)生不舒適感覺(jué)，但并不一定是降低視覺(jué)功效或可見(jiàn)度的眩光。

(b)失能眩光：降低視覺(jué)功效和可見(jiàn)度的眩光。用日常語(yǔ)言描述顏色，會(huì)因人的感受差異產(chǎn)生多樣性結(jié)論，而且不能說(shuō)明相近顏色之間的細(xì)小差別。色度坐標(biāo)就是為了能精確地標(biāo)定顏色的一種規(guī)定體系。常用的色度坐標(biāo)有孟塞爾表色系統(tǒng)和CIE表色系統(tǒng)(國(guó)際照明委員會(huì))，而CIE是應(yīng)用最廣泛的色度坐標(biāo)系。CIE表色系統(tǒng)是以三基色學(xué)說(shuō)為依據(jù)，由色刺激表示的系統(tǒng)。它能夠定量地分析光源色的相加混合，也可以用于表示物體固有色，是比較完善和精確的系統(tǒng)。CIE表色系統(tǒng)有多種，其中1931CIE—RGB系統(tǒng)較為直觀，1931CIE—XYZ系統(tǒng)是應(yīng)用最廣泛的系統(tǒng)。7.1.3色度坐標(biāo)系與彩色重現(xiàn)一、色度坐標(biāo)系1.CIE-RGB計(jì)色系統(tǒng)波長(zhǎng)700nm、光通量為1lm的紅光為一個(gè)紅基色單位，用(R)表示；波長(zhǎng)546.1nm、光通量4.5907lm的綠光為一個(gè)綠基色單位，用(G)表示；波長(zhǎng)435.8nm、光通量0.0601lm的藍(lán)光為一個(gè)藍(lán)基色單位，用(B)表示。任一彩色光F總可以通過(guò)下列配色方程配出：式中，R(R)、G(G)、B(B)稱為F的三色分量，R、G、B稱為三色系數(shù)（多少單位）;m稱為色模，代表F所含三基色單位的總量，r、g、b稱為色度坐標(biāo)或相對(duì)色系數(shù)，分別代表F所用三基色單位總量為１時(shí)所需的各基色量的數(shù)值。特殊情況是，用各一個(gè)單位的紅、綠、藍(lán)混合相加（1lm的紅光、4.5907lm的綠光、0.0601lm的藍(lán)光）可得到等能（5.6508lm）的白光，稱E光源，所以白光的

當(dāng)r、g、b或R、G、B按相同比例增加或減少時(shí)，混合成的顏色的色調(diào)和彩度不變，所改變的只是亮度。

在平面直角坐標(biāo)系中，以r、g作為坐標(biāo)，則平面上任一點(diǎn)都有一確定的r、g和b=1-g-r。這樣一個(gè)表示顏色的平面稱為CIE-RGB色度（品）圖。

三個(gè)色度坐標(biāo)中，只要已知r和g的值，就能得到b的值，于是把原來(lái)的三維空間坐標(biāo)問(wèn)題簡(jiǎn)化為二維平面問(wèn)題。1931CIE-RGB色度圖色度軌跡形狀呈馬蹄形，故又稱之為馬蹄形軌跡。

★凡在馬蹄形軌跡上的點(diǎn)都表示光譜色的色度坐標(biāo)?；蛘哒f(shuō)，各種不同波長(zhǎng)可見(jiàn)單色光的顏色色度坐標(biāo)都落在該軌跡上；因此，軌跡上的每一點(diǎn)代表的顏色必然是高彩度的單一波長(zhǎng)的可見(jiàn)光顏色。

★馬蹄形軌跡兩端的連線稱為底線,它是380nm和780nm色度坐標(biāo)的連接線。底線代表的是紫與紅的混合色。凡是在底線上的點(diǎn)所代表的顏色也是高彩度，但它們的色調(diào)無(wú)法用波長(zhǎng)來(lái)表示，僅說(shuō)明它們不是光譜色，而是混合色?！镌隈R蹄形軌跡和底線包圍內(nèi)，任意點(diǎn)都有相應(yīng)的顏色與之對(duì)應(yīng)，但均屬于混合色，而該范圍之外的各點(diǎn)將不再有任何彩色與之對(duì)應(yīng)。★圖中以435.8、546.1、700nm光譜色的色度坐標(biāo)為頂點(diǎn)的三角形，稱為顏色三角形。凡在三角形內(nèi)(包括三條邊)的各點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的顏色均可用三原色直接混合而成；而在三角形之外與光譜軌跡和底線包圍范圍之內(nèi)的各點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的顏色，將無(wú)法用三原色直接混合而成，必須將其中的一種原色加到被匹配的顏色中，才能與其它兩種顏色混合而成?！锶切蔚闹匦淖鴺?biāo)為等能白光色坐標(biāo)。CIE-RGB計(jì)色系統(tǒng)存在缺陷：1)色坐標(biāo)出現(xiàn)負(fù)值，不易理解且計(jì)算不便；2)光譜軌跡不全在坐標(biāo)第一象限內(nèi)，作圖不便；3)色度圖上沒(méi)有直接表示出亮度，需要經(jīng)過(guò)計(jì)算才能求出。2.CIE-XYZ標(biāo)準(zhǔn)計(jì)色系統(tǒng)CIE-XYZ標(biāo)準(zhǔn)計(jì)色系統(tǒng):任意彩色光F的配色方程為：式中，(X)、(Y)、(Z)為三基色單位，X(X)、Y(Y)、Z(Z)稱為F的三色分量（多少流明），X、Y、Z稱為三色系數(shù)，m’稱為色模，x、y、z為色度坐標(biāo)或相對(duì)色系數(shù)，該計(jì)色系統(tǒng)中三基色單位(X)、(Y)、(Z)的選擇保證了色度坐標(biāo)系中三色系數(shù)均為正，并規(guī)定Y(Y)既含色度又包含亮度，而另兩基色為純色分量不含亮度，還保證了X=Y=Z時(shí)仍代表等能白光。

該計(jì)色系統(tǒng)包含了位于舌形曲線上的單色坐標(biāo)（x，y），這條曲線的下端為一條直線（紫線）所閉合。馬蹄形曲線包圍的部分構(gòu)成了所有實(shí)際色彩。在曲線內(nèi)部，畫(huà)出表示不同溫度下黑體輻射源色度點(diǎn)的軌跡（普朗克軌跡）。從大約2500K起的黑體輻射源軌跡近鄰的區(qū)域確定為白色。紅、綠、藍(lán)色調(diào)位于由圖中白色向?qū)?yīng)的頂角上伸展的區(qū)域中。CIE數(shù)據(jù)也包含四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)光源：A（鎢絲燈，2856K），B（陽(yáng)光直射，約4870K），C（陰天的日光，約6770K）和D65（日光，6504K）。E點(diǎn)是三基色坐標(biāo)值相等的點(diǎn)（x=y=1/3)。CIE色度圖提供了配色的簡(jiǎn)便方法。用二基色光源可以得到色坐標(biāo)位于連接這兩個(gè)光源色坐標(biāo)的直線上的顏色。例如：標(biāo)準(zhǔn)白光C可以用藍(lán)和黃兩個(gè)顏色組成。用三個(gè)或更多個(gè)光源，可以產(chǎn)生色坐標(biāo)在以光源色坐標(biāo)為頂點(diǎn)的多邊形內(nèi)的顏色。同樣，標(biāo)準(zhǔn)C光源能夠由三基色或四基色（橙、黃綠、綠和粉紅）等獲得。圖7-4XYZ色域圖注意：各種顏色在CIE色度圖上都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，但對(duì)視覺(jué)來(lái)說(shuō)，當(dāng)這種顏色的坐標(biāo)位置變化很小時(shí)，人眼是感覺(jué)不出它的變化的，仍認(rèn)為它是原來(lái)的顏色。即每一種顏色在色度圖上雖然占有一個(gè)點(diǎn)的位置，而對(duì)視覺(jué)來(lái)說(shuō)，它實(shí)際上是一個(gè)范圍。色域圖：二、彩色重現(xiàn)電視彩色圖像的獲得需經(jīng)過(guò)景物彩色畫(huà)面的分色、攝像器件的光電轉(zhuǎn)換、電信號(hào)的處理和傳輸、顯像器件的電光轉(zhuǎn)換等主要過(guò)程。彩色攝像機(jī)是在CCD片上制作彩色膜，目前大都采用棋盤格式濾色膜，常見(jiàn)的是行間排列（GCFS）和Bayer排列，如圖所示。景物經(jīng)過(guò)攝像鏡頭和濾色膜形成R、G、B三個(gè)基色，再在CCD上成像。Bayer排列行間排列對(duì)圖像的亮度、色調(diào)和飽和度三參量的電信號(hào)進(jìn)行色度編碼，通過(guò)矩陣電路使其成為發(fā)送端的編碼矩陣。在接收端，用矩陣電路實(shí)現(xiàn)解碼，用取出的三基色圖像信號(hào)控制彩色顯像管的三個(gè)電子束，激發(fā)相應(yīng)熒光粉發(fā)光，即可實(shí)現(xiàn)彩色重現(xiàn)。為保證好的觀看效果，必須選擇一個(gè)合適的參考白場(chǎng)，并保證白場(chǎng)亮度達(dá)到100cd/cm2。不同制式采用的參考白場(chǎng)不同，國(guó)際電視NTSC采用標(biāo)準(zhǔn)照明體C光源（陰天的日光，約6770K）作白場(chǎng)，我國(guó)的PAL制和歐洲的EBU制均采用標(biāo)準(zhǔn)照明體D65（日光，6504K)作白場(chǎng)，比C更符合實(shí)際日光的品色。目前模擬D65的人工光源有帶濾光器的高壓氙燈、白熾燈和熒光燈。7.2陰極射線顯示7.2.1發(fā)光機(jī)理1復(fù)合發(fā)光晶態(tài)發(fā)光體是復(fù)合發(fā)光。特點(diǎn)：能量吸收在基質(zhì)中進(jìn)行，而能量輻射則在激活劑上產(chǎn)生，即發(fā)光過(guò)程在整個(gè)晶體內(nèi)完成。由于全過(guò)程中晶體內(nèi)伴隨有電子和空穴的漂移或擴(kuò)散，從而常常產(chǎn)生特征性光電導(dǎo)現(xiàn)象，因而這類發(fā)光一般又稱光電導(dǎo)型發(fā)光。

它由晶體基質(zhì)所決定的價(jià)帶和導(dǎo)帶、制備發(fā)光體摻入的激活劑離子所產(chǎn)生的局部能級(jí)G(一般為基態(tài)能級(jí))以及晶體結(jié)構(gòu)缺陷或加入的協(xié)同激活劑而產(chǎn)生的局部能級(jí)T（一般為電子陷阱能級(jí)）等幾部分組成。發(fā)光的微觀過(guò)程包括：(1)吸收激發(fā)能電離過(guò)程晶體吸收外界激發(fā)能，引起基質(zhì)價(jià)帶電子和激活劑G能級(jí)上的電子（遠(yuǎn)少于基質(zhì)電子）激發(fā)、電離而到達(dá)導(dǎo)帶，從而在價(jià)帶中引入空穴，導(dǎo)帶中引入電子。(2)電子和空穴的中介運(yùn)動(dòng)過(guò)程電離產(chǎn)生的電子和空穴分別在導(dǎo)帶和價(jià)帶中擴(kuò)散?？昭〝U(kuò)散到價(jià)帶頂附近后被激活劑離子G能級(jí)俘獲。電子擴(kuò)散到導(dǎo)帶底附近時(shí)，有的不經(jīng)過(guò)亞穩(wěn)態(tài)，直接落入激活劑離子G能級(jí)相應(yīng)的激發(fā)態(tài)A（a過(guò)程）；有的被淺層亞穩(wěn)態(tài)的陷阱能級(jí)T俘獲，之后借助熱運(yùn)動(dòng)回到導(dǎo)帶，繼而失去部分能量落入激發(fā)態(tài)A（b過(guò)程）；有的被深層陷阱能級(jí)T俘獲，之后在外界能量激發(fā)下回到導(dǎo)帶，繼而失去部分能量落入激發(fā)態(tài)A（c過(guò)程）。(3)電子空穴對(duì)復(fù)合發(fā)光過(guò)程激活劑離子A能級(jí)上的電子與G能級(jí)上的空穴復(fù)合并向外輻射光子。上述a過(guò)程中的電子在導(dǎo)帶中停留時(shí)間少于0.1ns即復(fù)合發(fā)光，因而稱短時(shí)復(fù)合發(fā)光；而b、c過(guò)程的電子由于存在T能級(jí)(即亞穩(wěn)態(tài))俘獲過(guò)程，因而復(fù)合發(fā)光滯后于電子受激發(fā)躍遷，存在余輝時(shí)間，稱為長(zhǎng)時(shí)復(fù)合發(fā)光。硫化物型發(fā)光體是這類發(fā)光體的典型代表。發(fā)光過(guò)程中，除了基質(zhì)ZnS本身提供的導(dǎo)帶(由Zn2+構(gòu)成)和價(jià)帶(由S2-構(gòu)成)外，不僅需要激活劑(最有效的有Cu,Ag,Au)提供基態(tài)能級(jí)G，還需要協(xié)同激活劑(最有效的有Cl,Ar,I等)提供陷阱能級(jí)T。晶態(tài)發(fā)光體的能帶結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)一束高能（≥１keV）粒子打到某一固體上時(shí)，小部分(約10%)被反向散射，剩余部分穿透到固體中并在其中失去能量，使圖中處于基態(tài)1上位置A處的電子吸收外界高能量子而躍遷到激發(fā)態(tài)2上位置A,處。由于電子在A,處不穩(wěn)定，因而必然經(jīng)由狀態(tài)B’下降到激發(fā)態(tài)能量最低點(diǎn)G’。當(dāng)電子從激發(fā)態(tài)G’躍遷到基態(tài)G點(diǎn)時(shí)，便發(fā)生發(fā)光現(xiàn)象。其特點(diǎn)是，能量吸收和輻射均發(fā)生在晶體單分子中的激活劑附近，即發(fā)光中心上，因而稱為短時(shí)非光電導(dǎo)型發(fā)光，俗稱熒光。2分立發(fā)光分立發(fā)光機(jī)理的位形坐標(biāo)模型

由于其發(fā)射光子的能量總小于吸收的能量，體現(xiàn)為發(fā)射光譜的峰值相對(duì)吸收光譜峰值向長(zhǎng)波方向移動(dòng)的現(xiàn)象，稱斯托克斯位移。斯托克斯位移在熒光燈中，通過(guò)由氬氣和水銀蒸氣組成的混合氣體放電，發(fā)出淺藍(lán)色的光和具有大量紫外線。如果在熒光燈的管壁上涂上適當(dāng)?shù)陌l(fā)光材料，就可發(fā)生斯托克斯位移，把紫外線變?yōu)榭梢?jiàn)光，從而大大增加熒光燈發(fā)光效率。7.2.2陰極射線管(CRT)

1黑白顯像管工作原理：電子槍發(fā)射出的電子束被加在電子槍柵極或陰極上的視頻電信號(hào)調(diào)制后，經(jīng)過(guò)加速、聚焦、掃描、發(fā)光等一系列過(guò)程最終變?yōu)闊晒馄辽习纯臻g分布的、亮度隨電信號(hào)強(qiáng)弱而變化的相應(yīng)光信號(hào)，從而得到與原被攝景物幾何相似、明暗對(duì)應(yīng)的適合人眼視覺(jué)特性要求的光學(xué)圖像。黑白顯像管的基本結(jié)構(gòu)

燈絲2.陰極3.控制極4.加速極5.聚焦極6.高壓陽(yáng)極7.電子束8.玻殼

(1)電子槍單電位電子槍結(jié)構(gòu)：燈絲Hf；陰極K；控制極G1；加速極G2；聚焦極G3高壓陽(yáng)極G4電子槍作用：發(fā)射并加速電子，加速極電壓一般在700伏左右。用視頻信號(hào)調(diào)制電子束流，一般采用陰極調(diào)制方式，也就是控制極接地，將視頻信號(hào)加到陰極上，此時(shí)陰極電壓越向負(fù)極變化，電子束流就越大，所以稱負(fù)極性調(diào)制。利用電子透鏡會(huì)聚電