第十一課光電顯示(上)-5.24final

第十一課光電顯示（上）2023/2/4

2023/2/4主要內(nèi)容1.光電顯示器件概論

2.典型的顯示器件

2.1 CRT2.2 LCD2.3 PDP2.4 LED2.5 LD2.6 HD2.7

Others1.1 定義1.2 歷史1.3 分類1.4性能指標1.1光電顯示器件的定義顯示（display）：指對信息的視覺表示，即informationdisplay。光電顯示技術(shù)：是將電子設(shè)備輸出的電信號轉(zhuǎn)換成視覺可見的圖像、圖形、數(shù)碼以及字符等光信號的一門技術(shù)。它作為光電子技術(shù)的重要組成部分，近年來發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛。光電顯示器件：利用光電顯示技術(shù)實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換的顯示器件。2023/2/4

2023/2/41950球形彩色布勞恩管布勞恩(Braun)18971.2光電顯示器件的歷史82英寸的薄膜晶體管液晶顯示器（TFT-LCD）1983年,開創(chuàng)了LCD的新紀元150英寸等離子體顯示器(PDP)

如紙板薄的OLED顯示器發(fā)展歷史132英寸多屏幕三維顯示墻（飛利浦的3DWOWzone）

發(fā)展歷史1.3光電顯示器件的分類

一、按收視信息的狀態(tài)分類，可分成：

1.直觀型（DirectViewType）：原則上把顯示設(shè)備上出現(xiàn)的視覺信息直接觀看的方式稱為直觀型。

2.投影型（ProjectionType）：把由顯示設(shè)備或者光控裝置所產(chǎn)生的比較小的光信息經(jīng)過一定的光學系統(tǒng)放大投射到大屏幕后收看的方式稱為投影型。

一、按收視信息的狀態(tài)分類，可分成：3.空間成像型（SpaceImagingType）：指采用某種光學手段在空間形成可供觀看圖像的方式，從原理上說，圖像大小與顯示器無關(guān),可以很大。空間成像顯示因為圖像具有縱深而大大提高了真實感和現(xiàn)場感。

二、從顯示原理的本質(zhì)來看，光電顯示技術(shù)利用了發(fā)光和電光效應(yīng)兩種物理現(xiàn)象。根據(jù)像素本身發(fā)光與否，又可將顯示器件分為以下兩大類：

1.主動發(fā)光（emissive）型

在外加電信號作用下，主動發(fā)光型器件本身產(chǎn)生光輻射刺激人眼而實現(xiàn)顯示。比如CRT、PDP、LED等。

2.被動顯示(passive)型

在外加電信號作用下，被動顯示型器件單純依靠對光的不同反射或透射呈現(xiàn)的對比度達到顯示目的。比如LCD等。三、按顯示屏幕大小分類有：超大屏幕（＞4m2）、大屏幕（1~4m2）、中屏幕（0.2~1m2）和小屏幕（＜0.2m2）。四、按色調(diào)顯示功能分類有：黑白二值色調(diào)顯示、多值色調(diào)顯示（三級以上灰度）和全色調(diào)顯示。五、按色彩顯示功能分類有：單色（monochrome）黑白或紅黑顯示、多色（multicolor）顯示（三種以上）和全色顯示。六、按顯示內(nèi)容、形式分類有：數(shù)碼、字符、軌跡、圖表、圖形和圖像顯示。七、按成像空間坐標分類有：二維平面顯示和三維立體顯示。八、按所用顯示材料分類有：固體(晶體和非晶體)、液體、氣體、等離子體、液晶體顯示等。1.陰極射線管(CRT—CathodeRayTube)2.真空熒光管顯示(VFD—VacuumFluorescenceDisplay)九、按顯示原理分類有：3.液晶顯示(LCD—LiquidCrystalDisplay)4.等離子體顯示(PDP—PlasmaDisplayPlate)5.輝光放電管(GDD-GlowDischargeDisplay)輝光放電輝光放電球陽極間被大量的光電子和離子所充斥，引起輝光放電現(xiàn)象6.電致發(fā)光顯示器(ELD—ElectroluminescenceDisplay)__LED、OLED、半導體激光器、電致發(fā)光板均是廣義上的電致發(fā)光索尼電致發(fā)光顯示器僅有一張打印紙厚8.場致發(fā)光顯示器(ELD—FieldEmittingDisplay)7.發(fā)光二極管(LED—LightEmittingDiode)10.激光顯示(LPD-LaserProjectionDisplay)9.電致變色顯示器(ECD—ElectroChromismDevice)12.鐵電陶瓷顯示(Transparentceramicsdisplay)11.電泳顯示(EPD-ElectroPhoreticDisplay)電泳電子紙2023/2/4

2023/2/4光電顯示器件的分類光電顯示器件投影型數(shù)字光處理(DLP)激光顯示(LPD)硅基液晶(LCOS)空間成像型全息顯示激光顯示(LPD)直觀型陰極射線管（CRT）平板顯示(FPD)被動型主動型液晶(LCD)電致色變(ECD)電泳(EPID)等離子(PDP)電致發(fā)光(ELD)發(fā)光二極管(LED)場致發(fā)光(FED)真空熒光(VFD)1.4光電顯示器的主要性能指標相關(guān)背景知識顯示器件的主要性能指標2023/2/4

2023/2/4光的基本特性光的度量色彩學基礎(chǔ)光的基本特性電磁波譜(1)光通量:單位時間內(nèi)所發(fā)出的光量；單位：流明(lm)。(3)光照度:單位受光面積（S）上所接收的光通量，單位：勒克斯(lx).(4)亮度:垂直于傳播方向單位面積()上的發(fā)光強度，單位cd/m2(2)發(fā)光強度:

在給定方向的單位立體角()輻射的光通量，單位：坎德拉(cd)。光的度量1.三基色原理自然界中任意一種顏色均可以表示為三個確定的相互獨立的基色[紅(700nm)

、綠(546.1nm)、藍(435.8nm)]的線性組合。將三基色按一定比例相加混合，就可以模擬出各種顏色。紅色+綠色=綠色+藍色=紅色+藍色=紅色+綠色+藍色=色彩學基礎(chǔ)黃色青色紫色白色紅藍紫藍紫紫紅綠黃黃綠橙白青藍綠綠藍三基色原理示意圖2.色彩再現(xiàn)

顯示器中的色彩再現(xiàn)，不是把實際的色彩完全忠實地再現(xiàn)，只要再現(xiàn)出的色彩令收看者滿意就可以了。下圖中所示為一個彩色顯像管（CRT）熒光粉點的布局圖，紅（R）、綠（G）、藍（B）三色熒光粉點各自在相應(yīng)的紅、綠、藍電子束的轟擊下發(fā)光從而產(chǎn)生顏色。彩色再現(xiàn)過程示意圖三個熒光粉點雖然在熒光屏上占有不同的空間位置，但它們產(chǎn)生的不同顏色的光卻落在同一個視覺細胞上，產(chǎn)生出三色相加的視覺效果。可見，彩色再現(xiàn)是對人眼視覺特性的巧妙利用，熒光屏上所顯示的顏色實際上是在觀察者自己的視覺上混合產(chǎn)生的。3.顏色的特征參數(shù)亮度(luminance)：表示各種顏色的光對人眼所引起的視覺強度，與光的輻射功率有關(guān)。色調(diào)(hue)：表示顏色彼此區(qū)分特性，不同波長的單色光輻射在物體上表現(xiàn)出不同色調(diào)特性。飽和度(saturation)：表示顏色光所呈現(xiàn)的顏色深淺程度(或純度)。單色光與白光的混合，飽和度越高則顏色越深。

色調(diào)與飽和度又合稱為色度(chroma)，它既說明彩色光的顏色類別，又說明顏色的深淺程度。建立色度圖的目的：用來定量標定各種顏色，并且能用數(shù)學方法計算各種顏色的混合結(jié)果。r

=R/(R+G+B

),g

=G/(R+G+B

),b

=B/(R+G+B

)式中R、G、B表示亮度，r、g、b表示色度可知r

+g

+b

=1,因此只用給出r和g的值,就能惟一地確定一種顏色（色度圖：以r，g為坐標軸，以顏色為坐標值）。r

=g

=b

=1/3對應(yīng)的坐標稱為等能白光點。4.色度圖CIE色度圖顯示器件的主要性能指標(1)像素(pixel)：指構(gòu)成圖像的最小面積單位，具有一定的亮度和色彩屬性。(2)亮度：從給定方向上觀察的任意表面的單位投射面積上的發(fā)光強度，用cd/m2。一般顯示器應(yīng)有70cd/m2的亮度，具有這種亮度圖像在普通室內(nèi)照度下清晰可見。在室外觀看要求亮度更高，可達300cd/m2以上。常用顯示器件的發(fā)光強度：CRT：1000；LCD：300-500；PDP：1300（cd/m2）。(3)亮度均勻性：不同顯示區(qū)域所產(chǎn)生的亮度的均勻性。(4).對比度對比度是指畫面上最大亮度和最小亮度之比，即C=Lmax/Lmin在實用中有環(huán)境光的存在時，必須保證足夠的亮度才可以保證足夠的對比度。C=(Lmax+L外)/(Lmin+L外)

一般的顯示器要求其對比度至少大于30，這就要求顯示器必須有足夠高的亮度。另外，如何降低外光的影響也是設(shè)計顯示屏所必須考慮的因素之一。(5).灰度灰度：畫面上亮度的等級差別。電視通常采用10個灰度級，但一般只能達到7級左右?；叶燃壴蕉?，圖像層次越分明，圖像也越柔和。人眼能分辨的最大量度層次約為100級。(6).分辨率分辨率是指單位面積顯示像素的數(shù)量，代表著屏幕圖像的精密度。由于屏幕上的點、線和面都是由像素組成的，顯示器可顯示的像素越多，畫面就越精細，同樣的屏幕區(qū)域內(nèi)能顯示的信息也越多，所以分辨率是個非常重要的性能指標之一。以分辨率為1024×768的屏幕來說，即每一條水平線上包含有1024個像素點，共有768條線，即掃描列數(shù)為1024列，行數(shù)為768行。只有具備高分辨率，高亮度與高對比度的圖像才可能是高清晰度的圖像。(7)(a)清晰度：人眼能察覺到的圖像細節(jié)清晰的程度。

(b)分辨力：是人眼觀察圖像清晰程度的標志，與清晰度定義近似。(8).發(fā)光顏色：用發(fā)射光譜或顯示光譜的峰值及帶寬，或用色度坐標表示。(9).解析度：1英寸長度上小投影點的數(shù)量。(10).收看距離：可用絕對值表示，也可以用與畫面高度H的比值來表示。(11).周圍光線環(huán)境：觀看者所在的水平照度及照明裝置。(12).圖像的數(shù)據(jù)率：一定時間內(nèi)、一定速度下，顯示系統(tǒng)能將多少單元的信息轉(zhuǎn)換成圖形或文字顯示出來。(13).響應(yīng)時間與余輝時間從施加電壓到出現(xiàn)圖像顯示的時間稱為響應(yīng)時間，又稱為上升時間。從切斷電源到圖像顯示消失（亮度減少到1/10）的時間稱為余輝時間，又稱為下降時間。電視圖像顯示時響應(yīng)時間需小于1/30s。主動發(fā)光型顯示器件的響應(yīng)時間都小于0.1ms。LCD的響應(yīng)時間為10-500ms,在顯示快速運動的圖像時會出現(xiàn)拖尾或余像。(14).工作電壓驅(qū)動顯示器件所施加的電壓，外加驅(qū)動電壓有直流和交流之分，一般CRT、LCD顯示器件用交流供電，而OLED、LED用直流供電。為了便于驅(qū)動電壓集成化，希望顯示器驅(qū)動電壓<45V，LCD、OLED、LED、VFD顯示器件工作電壓在0.5～40V之間，可滿足此要求。而PDP、CRT的驅(qū)動電壓較高，前者約200V。(15).壽命一種顯示器件能否商品化其壽命至關(guān)重要，一般都要求在3萬h以上；2023/2/4

2023/2/42.1 CRT顯示器CRT顯示器是一種使用陰極射線管(CathodeRayTube)的顯示器，是最早被廣泛應(yīng)用的顯示器。CRT顯示器2023/2/4

2023/2/42023/2/4

2023/2/4CRT的發(fā)展歷史1897年，德國人布勞恩示波管1938年，德國人弗萊徹彩色顯像管1950年，美國RCA公司三槍三束蔭罩式彩色顯像管1953年實用化20世紀60年代，玻殼：圓形→角矩形；熒光粉：磷酸鹽→硫化物（藍綠）+稀土（紅）；尺寸：21’（70°）→25’（90°）20世紀70年代后，玻殼：平面直角→超平→純平近年，高分辨率2007年10月1日，從中國各大家電連鎖店退市CRT的發(fā)展2023/2/4

2023/2/42023/2/4

2023/2/4CRT的分類CRT顯示器主要分為黑白CRT顯示器和彩色CRT顯示器兩大類。CRT顯示器的核心部件是CRT顯像管（即陰極射線管），其主要由五部分組成：電子槍(ElectronGun)、偏轉(zhuǎn)線圈(Defiectioncoils)、蔭罩(Shadowmask)、熒光粉層(Phosphor)及玻璃外殼，其中電子槍是顯像管的核心。黑白CRT顯示器黑白CRT即單色(MonochromeMonitor)CRT，只有單一的電子槍，僅能產(chǎn)生黑白兩種顏色。它的主要用途是在電視機中顯示圖像，以及在工業(yè)控制設(shè)備中用作監(jiān)視器。黑白CRT主要由圓錐形玻殼、玻殼正面用于顯示的熒光屏、封入玻殼中發(fā)射電子束用的電子槍系統(tǒng)和位于玻殼之外控制電子束偏轉(zhuǎn)掃描的磁軛器件四部分組成。

2023/2/4

2023/2/4黑白CRT顯示器的結(jié)構(gòu)2023/2/4

2023/2/4單色CRT的結(jié)構(gòu)示意圖圓錐形玻殼熒光屏電子槍系統(tǒng)磁軛器件(偏轉(zhuǎn)系統(tǒng))CRT實物結(jié)構(gòu)圖工作原理工作時，電子槍中陰極K被燈絲加熱發(fā)射大量的電子，電子束首先由加在第一控制柵極的視頻電信號調(diào)制，然后經(jīng)加速和聚焦后，高速轟擊熒光屏上的熒光體，熒光體發(fā)出可見光。黑白CRT的工作原理黑白CRT的工作原理電子束的電流是受顯示信號控制的，信號電壓高，電子槍發(fā)射的電子束流也越大，熒光體發(fā)光亮度也越高——不同灰度級的實現(xiàn)。最后通過偏轉(zhuǎn)磁軛控制電子束，在熒光屏上從上到下，從左到右依次掃描，從而將圖像或文字完整地顯示在熒光屏上。2023/2/4

2023/2/4彩色CRT顯示器彩色CRT利用三基色圖像疊加原理實現(xiàn)彩色圖像的顯示。蔭罩式彩色CRT是目前占主導地位的彩色顯像管，這種管子的原始設(shè)想是德國人弗萊西（Fleshsig）在1938年提出的。2023/2/4

2023/2/4蔭罩式彩色CRT顯示器件結(jié)構(gòu)示意圖彩色CRT顯示器的結(jié)構(gòu)2023/2/4

2023/2/4電子槍電子束聚焦線圈偏轉(zhuǎn)線圈高壓帽熒光粉蔭罩蔭罩（特寫）單色CRT和彩色CRT結(jié)構(gòu)的比較彩色CRT相對于單色CRT，由單個電子束變成了三個電子束，單一的白光熒光粉變成了由產(chǎn)生紅、綠、藍三種熒光體組成，另外，多了一個蔭罩。紅、綠、藍熒光粉2023/2/4

2023/2/4蔭罩的作用——為了防止每個電子束轟擊另外兩個顏色的熒光體，在熒光面內(nèi)設(shè)有選色電極－蔭罩。當電子束到達屏幕后部時，還要通過一個非常薄的，大約只有0.1MM厚的蔭罩板，只使有用的電子束通過，無用電子束擊打在蔭罩板上做無用功發(fā)熱。對于原來孔狀的蔭罩板，其上每一個孔都與屏幕上的一組三個熒光粉顆粒相對應(yīng)(一個點有紅綠藍三個熒光粉顆粒組成)。蔭罩的形狀——蔭罩有圓孔形，

長方形等形式。通常，三角形布置的電子槍采用圓孔形蔭罩，直線形布置的電子槍可采用各種形式的蔭罩。

蔭罩的作用三角形布置直線形布置蔭罩的結(jié)構(gòu)蔭罩與熒光面結(jié)構(gòu)示意圖彩色電視熒光屏內(nèi)壁涂有發(fā)光顏色為紅、綠、藍的熒光粉點，每一組三個紅、綠、藍熒光粉點排列成品字形，組成一個彩色像素，這些粉點的直徑很小(幾微米到幾十微米)。彩色CRT顯示器原理當一個圖像被顯示在屏幕上時，它是由無數(shù)小點組成的，它們被稱為像素(pixel)。像素也即發(fā)光“點”；分辨率指屏幕上象素的數(shù)目，數(shù)目越大，分辨率也就越高。屏幕上的像素可以被置為不同的顏色和亮度。每一個像素包含一個紅色、綠色、藍色的磷光體，如圖所示。大量的像素就組成了圖像。屏幕上的像素彩色CRT顯示器原理彩色CRT顯示器原理利用顯像管內(nèi)的電子槍，將紅、綠、藍三個電子束分別打在R、G、B熒光粉層上，熒光粉被激活，即可發(fā)出光來。R、G、B三種熒光點被不同強度的電子流點亮，就會發(fā)出各種色彩。在適當?shù)木嚯x外，人眼分辨不出單色小點，而只是看到一個合成的彩色光點。CRT顯示器的主要單元電子槍熒光屏偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)蔭罩玻璃外殼2023/2/4

2023/2/4電子槍2023/2/4

2023/2/4電子槍的功能是生成一束強度可調(diào)的聚焦電子束，在黑白顯像管中是一把電子槍生成一個電子束，在彩色顯像管中是一把（三把）電子槍生成三個電子束，即所謂的單槍（三槍）三束管。電子槍的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2023/2/4

2023/2/42023/2/4

2023/2/4電子束在電子槍中的運動2023/2/4

2023/2/4熒光屏熒光屏一般由玻璃基板、熒光粉層和鋁膜層構(gòu)成。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。工作的時候熒光屏后面的電子槍發(fā)射電子束打在熒光粉上，于是一部分熒光粉亮起來，顯示出字符或者圖像。名稱ZnS:Ag,Cl(Zn，Cd)S:Au,AlY2O2S:EuY2O2S:TbY2SiO5:TbZn2SiO4:Mn顏色藍色綠色紅色紅色綠色綠色用于CRT中常見熒光粉組成及發(fā)光顏色2023/2/4

2023/2/4黑白CRT所用熒光粉稱白場粉，因為未開發(fā)出在電子轟擊下發(fā)白光的熒光粉，所以用兩種熒光粉：發(fā)黃光的ZnS:Cu和發(fā)藍光的ZnS:Ag。配比為45:55。彩色CRT采用紅、綠、藍三種熒光粉，各工廠生產(chǎn)的管子色坐標略有不同。常用的三色熒光粉為：綠色粉ZnS:Cu,Al和ZnS:Al的混合粉；藍色粉ZnS:Ag；紅色粉RCA公司研制的銪激活的氧硫化釔（Y2O2S:Eu）2023/2/4

2023/2/4偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)當轟擊熒光屏的電子束不發(fā)生任何偏轉(zhuǎn)時，則電子束會始終轟擊在熒光屏中心一個點上，此時熒光屏只有一個亮點。為了使整個熒光屏都發(fā)光，必須在管錐根部套一只偏轉(zhuǎn)線圈，使電子束在偏轉(zhuǎn)磁場的作用下發(fā)生水平、垂直方