第三章-光電顯示技術(shù)2013-1

光電顯示技術(shù)

光電顯示技術(shù)

光電顯示技術(shù)是將電子設(shè)備輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成視覺可見的圖像、圖形、數(shù)碼以及字符等光信號(hào)的一門技術(shù)。

顯示（display），就是指對(duì)信息的表示。在信息工程學(xué)領(lǐng)域中，把顯示技術(shù)限定在基于光電子手段產(chǎn)生的視覺效果上，即根據(jù)視覺可識(shí)別的亮度、顏色，將信息內(nèi)容以光電信號(hào)的形式傳達(dá)給眼睛產(chǎn)生視覺效果。

1、概述21.1顯示技術(shù)的發(fā)展歷史1897年德國人布勞恩（Braun）發(fā)明陰極射線管(CRT)以來。全世界第一只球形彩色布勞恩管（CRT）于1950年問世。

1983年，科技人員對(duì)傳統(tǒng)反射型的液晶顯示器（LCD：LiquidCrystalDisplay）作了一些改進(jìn)，除偏光片外，又在其背面加上了背景光源，在前面加上了微型彩色濾光片，改變?yōu)橥干湫筒噬獿CD。從此開創(chuàng)了平板顯示的新紀(jì)元。另一方面，顯示技術(shù)已不再局限于以前的CRT和LCD，等離子體顯示器（PDP）和有機(jī)電致發(fā)光效應(yīng)（EL）等多種新型的顯示技術(shù)和顯示方式已在多媒體市場(chǎng)上閃亮登場(chǎng)。最近幾年還出現(xiàn)了有機(jī)發(fā)光二極管平板顯示器（OLED）及場(chǎng)致發(fā)射顯示器（FED）。光電顯示技術(shù)3顯示器件發(fā)展趨勢(shì)顯示器件發(fā)展趨勢(shì)陰極射線管提高分辨率，小型化，平板化電致變色顯示器

改進(jìn)可靠性

真空熒光顯示器多色，矩陣顯示的實(shí)際使用

液晶顯示器

彩色，小電視的實(shí)際使用交流等離子體顯示器驅(qū)動(dòng)的簡化

發(fā)光二極管

高亮度直流等離子體顯示器提高電視顯示效率

電致發(fā)光顯示器矩陣顯示商品化41.2光電顯示器件分類

如果根據(jù)收視信息的狀態(tài)分類，可分成：

1.直觀型（DirectViewType）

2.投影型（ProjectionType）

3.空間成像型（SpaceImagingType）

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(xué)系統(tǒng)放大投射到大屏幕后收看的方式稱為投影型。指采用某種光學(xué)手段（如激光）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?？臻g成像顯示因?yàn)閳D像具有縱深而大大提高了真實(shí)感和現(xiàn)場(chǎng)感。5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。所謂電光效應(yīng)是指加上電壓后物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)（如折射率、反射率、透射率等）發(fā)生改變的現(xiàn)象。因此，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(dòng)發(fā)光（emissive）型

2.被動(dòng)顯示(passive)型在外加電信號(hào)作用下，主動(dòng)發(fā)光型器件本身產(chǎn)生光輻射刺激人眼而實(shí)現(xiàn)顯示。比如CRT、PDP、ELD、激光顯示器(LPD:LaserProjectionDisplay)等。在外加電信號(hào)作用下，被動(dòng)顯示型器件單純依靠對(duì)光的不同反射呈現(xiàn)的對(duì)比度達(dá)到顯示目的。6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）。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(jí)以上灰度）和全色調(diào)顯示。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。按成像空間坐標(biāo)分類有：二維平面顯示和三維立體顯示。7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。按顯示原理分類有：陰極射線管(CRT)、真空熒光管(VFD)、輝光放電管（GDD）、液晶顯示器(LCD)、等離子體顯示器(PDP)、發(fā)光二極管(LED)、場(chǎng)致發(fā)射顯示器(FED)、電致發(fā)光顯示器(ELD)、電致變色顯示器（ECD）、激光顯示器(LPD)、電泳顯示器(EPD)、鐵電陶瓷顯示器(PLZT)等等。8顯示器件分類9顯示技術(shù)內(nèi)容安排其他顯示技術(shù)（3D顯示…）顯示技術(shù)OLED原理與應(yīng)用CRT顯示技術(shù)DLP顯示器等離子體顯示器LCD原理與應(yīng)用102陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)

2.1CRT顯示器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1.1黑白CRT顯示器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1.2彩色CRT顯示器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1.3CRT顯示器的主要單元

2.2CRT顯示器的驅(qū)動(dòng)與控制

2.2.1CRT顯示器相關(guān)技術(shù)

2.2.2CRT顯示器驅(qū)控電路

2.3CRT顯示器的特點(diǎn)、性能指標(biāo)及發(fā)展歷史

2.3.1CRT顯示器的特點(diǎn)

2.3.2CRT顯示器的性能指標(biāo)

2.3.3CRT顯示技術(shù)的發(fā)展歷史光電顯示技術(shù)11CRT顯像管使用電子槍發(fā)射高速電子，經(jīng)過垂直和水平的偏轉(zhuǎn)線圈控制高速電子的偏轉(zhuǎn)角度，最后高速電子轟擊屏幕上的磷光物質(zhì)使其發(fā)光。通過電壓調(diào)節(jié)電子槍發(fā)射電子束的功率，就會(huì)在屏幕上形成明暗不同的光點(diǎn)，形成各種圖案和文字。CRT顯像管分為黑白和彩色兩種。2.1陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)

12灰度實(shí)現(xiàn)：控制每個(gè)像素的電子束強(qiáng)度?1TV-field:掃描過程構(gòu)建全圖的周期

CRT顯像管圖像顯示原理electrongun電子槍電子束electronbeamPixel像素scanline掃描線1TV-field1場(chǎng)信號(hào)2.1.1黑白CRT顯示器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理黑白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。它的主要用途是在電視機(jī)中顯示圖像，以及在工業(yè)控制設(shè)備中用作監(jiān)視器。

CRT顯示技術(shù)

14結(jié)構(gòu)中燈絲、陰極（K）、第一控制柵極（G1或稱調(diào)制器）、加速極（G2或稱屏蔽極）構(gòu)成發(fā)射系統(tǒng)；第二陽極G3、聚焦極G4、高壓陽極G5構(gòu)成聚焦系統(tǒng)。工作時(shí)，電子槍中陰極（K）被燈絲加熱至200K時(shí)，陰極（K）大量發(fā)射電子。電子束首先被加在第一控制柵極的視頻電信號(hào)所調(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。電子束的電流是受顯示信號(hào)控制的，信號(hào)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。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，從而將原被攝圖像或文字完整地顯示在熒光屏上。CRT顯示技術(shù)

152.1.2彩色CRT顯示器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理彩色CRT利用三基色圖像疊加原理實(shí)現(xiàn)彩色圖像的顯示。CRT顯示技術(shù)

16彩色CRT是通過紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三原色組合產(chǎn)生彩色視覺效果。熒光屏上的每一個(gè)像素由產(chǎn)生紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)的三種熒光體組成，同時(shí)電子槍中設(shè)有3個(gè)陰極，分別發(fā)射電子束，轟擊對(duì)應(yīng)的熒光體。為了防止每個(gè)電子束轟擊另外兩個(gè)顏色的熒光體，在熒光面內(nèi)側(cè)設(shè)有選色電極——蔭罩。在蔭罩型彩色CRT中，玻殼熒光屏的內(nèi)面形成點(diǎn)狀紅、綠、藍(lán)三色熒光體，熒光面與單色CRT相同，在其內(nèi)側(cè)均有膜金屬覆層。在離熒光面一定距離處設(shè)置蔭罩。蔭罩焊接在支持框架上，并通過顯示屏側(cè)壁內(nèi)面設(shè)置的緊固釘將蔭罩固定在顯示屏內(nèi)側(cè)。CRT顯示技術(shù)

17圖2.3彩色CRT工作原理

CRT顯示技術(shù)18蔭罩與熒光屏的距離可根據(jù)幾何關(guān)系由下式確定：

(2-1)(2-2)

式中：為蔭罩與熒光屏的距離；為孔距放大率；為從電子槍到熒光面的距離；為電子槍的束間距；為電子束排列方向的蔭罩孔距；為電子束排列方向的熒光屏上同一色熒光體的點(diǎn)間距。CRT顯示技術(shù)

19整體工作過程：由燈絲、陰極、控制柵組成電子槍，通電后燈絲發(fā)熱，陰極被激發(fā)，發(fā)射出電子流，電子流受到帶有高電壓的內(nèi)部金屬層的加速，經(jīng)過透鏡聚焦形成極細(xì)的電子束，在陽極高壓作用下，獲得巨大的能量，以極高的速度去轟擊熒光粉層。這些電子束轟擊的目標(biāo)就是熒光屏上的三原色。電子槍發(fā)射的電子束不是一束，而是三束，電子束在偏轉(zhuǎn)磁軛產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下，可以控制其射向熒光屏的指定位置，去轟擊各自的熒光粉單元。一般蔭罩式CRT的內(nèi)部有一層類似篩子的網(wǎng)罩，電子束通過網(wǎng)眼打在呈三角形排列的熒光點(diǎn)上，以防止每個(gè)電子束轟擊另外兩個(gè)顏色的熒光體。CRT顯示技術(shù)

202.1.3CRT顯示器的主要單元

1.電子槍電子槍用來產(chǎn)生電子束，以轟擊熒光屏上的熒光粉發(fā)光。在CRT中，為了在屏幕上得到亮而清晰的圖像，要求電子槍產(chǎn)生大的電子束電流，并且能夠在屏幕上聚成細(xì)小的掃描點(diǎn)（約0.2mm）。電子槍是由燈絲（用H、HT或F表示）、陰極（用K表示，彩色顯像管有三個(gè)陰極，分別用RK、GK、BK表示）、柵極（用G1表示）、加速極（用G2表示）、高壓陽極（用G或V表示）組成。CRT顯示技術(shù)

21圖2.4電子槍結(jié)構(gòu)示意圖CRT顯示技術(shù)

22電子槍中各部分的作用：

(1)燈絲——通電后將電能轉(zhuǎn)變成熱能并對(duì)陰極加熱，使陰極表面產(chǎn)生600-800度的高溫，創(chuàng)造一個(gè)使陰極發(fā)射電子的外部條件。

(2)陰極——呈圓筒狀，裝在圓筒內(nèi)部，頂端涂有鋇鍶鈣的氧化物，燈絲通電時(shí)，陰極受熱后發(fā)射大量電子。

(3)柵極——柵極套在陰極外面，是一個(gè)金屬圓筒，頂端開有小孔，讓電子束通過。改變與陰極的相對(duì)電位可以控制電子束的強(qiáng)弱。CRT顯示技術(shù)

23

(4)加速極——它也是頂部開有小孔的金屬筒，其位置緊靠柵極。通常在加速極上加有幾百伏的正電壓，它能控制陰極發(fā)射的電子束到達(dá)熒光屏的速度。

(5)聚集極——彩色顯像管聚集極通常加5~8KV電位。聚集極、加速極及高壓極一起構(gòu)成一個(gè)電子透鏡，使電子束會(huì)聚成一束轟擊熒光屏熒光粉層。

(6)高壓陽極——建立一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)，使電子束以極快的速度轟擊熒光屏上的熒光粉。高壓陽極通常為22~34KV。CRT顯示技術(shù)

24

2.熒光屏熒光屏，是由涂覆在玻璃殼內(nèi)的熒光粉和疊于熒光粉層上面的鋁膜共同組成的。余輝時(shí)間是熒光粉的重要特性參數(shù)。當(dāng)電子束轟擊熒光粉時(shí)，熒光粉的分子受激而發(fā)光，而當(dāng)電子束的轟擊停止后，熒光粉的發(fā)光并非立即消失，而是按指數(shù)規(guī)律衰減，這種特性稱為熒光粉的余輝特性。余輝時(shí)間是指熒光粉在電子束轟擊停止后，其亮度減小到電子轟擊時(shí)穩(wěn)定亮度的1/10所經(jīng)歷的時(shí)間。CRT顯示技術(shù)

25一般把余輝分成三類：余輝時(shí)間長于0.1s的稱為長余輝發(fā)光；余輝時(shí)間介于0.1s至0.001s的稱為中余輝發(fā)光；輝時(shí)間短于0.001s的稱為短余輝發(fā)光。余輝太長，則同一像素第一幀余輝未盡而第二幀掃描又到了，前一幀的余輝會(huì)重疊在后一幀圖像上，整個(gè)圖像便會(huì)模糊。若余輝時(shí)間太短，屏幕的平均亮度將會(huì)減低。CRT顯示技術(shù)

26如果已知熒光粉的發(fā)光時(shí)間特性，那么在一幀時(shí)間T內(nèi)平均亮度應(yīng)為：

(2-3)

屏幕亮度除了與余輝時(shí)間有關(guān)外，還取決于電子束的電流密度和屏幕電壓的高低。因此屏幕亮度可表示為

(2-4)

從上式可以看出，欲增大亮度可以加大電流密度和電壓。兩者中以提高電壓更為有效。CRT顯示技術(shù)

27

3.偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由于磁偏轉(zhuǎn)像差小，在高陽極電壓下適用于大角度偏轉(zhuǎn)，所以顯像管通常采用磁偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)線圈是CRT顯像管的重要部件。分為行偏轉(zhuǎn)線圈和場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈即水平偏轉(zhuǎn)線圈和垂直偏轉(zhuǎn)線圈。在行掃描和場(chǎng)掃描共同作用下，有規(guī)律的從上到下從左到右控制電子束的運(yùn)動(dòng)，屏幕上呈現(xiàn)一幅矩形的光柵。CRT顯示技術(shù)

28

4.蔭罩蔭罩、玻殼和電子槍是組成彩色顯像管的三大主要部件，在彩色顯象管內(nèi)，蔭罩裝于玻殼和電子槍之間，起分色作用。

5.玻璃管殼玻璃管殼通常由屏幕玻璃、錐體、管頸三部分組成。用普通玻璃做CRT的外圍器件，是因?yàn)橥该餍愿撸苣褪芨呖詹⒛芪諒膬?nèi)部發(fā)生的X射線。29

1.生成圖像

CRT的DeflectionCoil（偏轉(zhuǎn)線圈）用于電子槍發(fā)射器的定位，它能夠產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)，通過改變強(qiáng)度來移動(dòng)電子槍。線圈偏轉(zhuǎn)的角度有限，當(dāng)電子束傳播到一個(gè)平坦的表面時(shí)，能量會(huì)輕微地偏移目標(biāo)，僅有部分熒光粉被擊中，四邊的圖像都會(huì)產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問題，顯示器生產(chǎn)廠把顯像管制造成球形，讓熒光粉充分地接受到能量，缺點(diǎn)是屏幕將變得彎曲。2.2CRT顯示器的驅(qū)動(dòng)與控制2.2.1CRT顯示器相關(guān)技術(shù)

30

2.混合顏色

舊式的顯示器只有單一的電子槍，僅能產(chǎn)生黑白兩種顏色，即單色顯示器（MonochromeMonitor）。新一代顯示器有三只電子槍，每個(gè)電子槍都有獨(dú)立的偏轉(zhuǎn)線圈，分別發(fā)出R、G、B（Red、Blue、Green，紅、藍(lán)、綠）三束光線，混合光線可以產(chǎn)生1600萬種顏色，或者說真彩色。某些顯示器能用一個(gè)電子槍發(fā)出三束光線，經(jīng)過混合亦能生成其它顏色。生成彩色圖像電子槍要掃描屏幕三次，其過程比黑白圖像復(fù)雜得多。2.2.1CRT顯示器相關(guān)技術(shù)31

3.回轉(zhuǎn)變壓器（FlybackTransformer）

回轉(zhuǎn)變壓器類似發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火線圈，在特定時(shí)間發(fā)出一個(gè)低能量信號(hào)給回轉(zhuǎn)磁線圈，并生成磁場(chǎng)。當(dāng)?shù)湍芰吭搓P(guān)閉后，磁線圈的能量轉(zhuǎn)移到高能量輸出中，最后傳到電子槍發(fā)出電子束。依照CRT尺寸的不同，產(chǎn)生的能量也各有差異，通常在10000V至50000V之間。2.2.1CRT顯示器相關(guān)技術(shù)324.垂直和水平同步

垂直和水平是CRT中兩個(gè)基本的同步信號(hào)，水平同步信號(hào)決定了CRT畫出一條橫越屏幕線的時(shí)間，垂直同步信號(hào)決定了CRT從屏幕頂部畫到底部，再返回原始位置的時(shí)間，垂直同步也可以稱為刷新率。標(biāo)準(zhǔn)電視機(jī)的水平同步信號(hào)=512線×30幀/秒=15.75kHz，顯示器的水平同步信號(hào)可任意調(diào)節(jié)，幅度在15.75KGz~95KHz之間。2.2.1CRT顯示器相關(guān)技術(shù)335.掃描方式光柵掃描方式中有順序掃描(逐行掃描)方式和飛越掃描(隔行掃描)方式。在順序掃描方式中，當(dāng)場(chǎng)頻為50Hz，掃描行數(shù)為625，圖像寬高比為4:3時(shí)，則需要10.5MHz的信號(hào)帶寬。這將使電視設(shè)備復(fù)雜化，信道的頻帶利用率下降。實(shí)際系統(tǒng)采用隔行掃描方式來降低圖像信號(hào)的頻帶。2.2.2CRT顯示器驅(qū)控電路34(a)順序掃描方式(b)飛越掃描方式(c)行光柵的行掃描與場(chǎng)掃描波形圖2.5CRT掃描方式35

6.輝度及顏色單色CRT只需要對(duì)輝度進(jìn)行控制，對(duì)彩色CRT來說還需要對(duì)顏色進(jìn)行控制，輝度和顏色都是都是通過電流量來控制的。輝度和信號(hào)幅度的關(guān)系如圖2.6所示。電流控制方式中有柵極(G1)驅(qū)動(dòng)方式和陰極驅(qū)動(dòng)方式。在柵極(G1)驅(qū)動(dòng)方式中，在電子槍的柵極/陰極間施加不同的電壓，就可以得到相應(yīng)的輝度。彩色CRT的顏色顯示是通過3個(gè)電子束各自的電流（由電壓調(diào)制）來調(diào)制的。由各色輸入階數(shù)的乘積，決定顯示的色數(shù)，對(duì)于階數(shù)為16的情況，可顯示4096（163）種顏色。36圖2.6畫面的輝度與信號(hào)振幅的關(guān)系光電顯示技術(shù)377.CRT顯示器驅(qū)控器的電路構(gòu)成

CRT顯示器驅(qū)控器的電路，如圖所示，主要包括視頻電路、偏轉(zhuǎn)電路、高壓電路、電源電路等基本電路，以及所選擇的動(dòng)態(tài)聚焦電路、水平偏轉(zhuǎn)周波數(shù)切換電路等。2.2.2CRT顯示器驅(qū)控電路38圖2.7CRT顯示器驅(qū)控器的電路光電顯示技術(shù)392.3.1CRT顯示器的特點(diǎn)

CRT最大的優(yōu)勢(shì)在于高的性能價(jià)格比及大畫面高密度顯示，同時(shí)還具有其它一系列優(yōu)點(diǎn)。

1.價(jià)格低

2.亮度高

3.對(duì)比度高

4.色域廣

5.分辨率高

6.響應(yīng)速度快

7.視野角寬

8.顯示版式可以靈活變化

9.壽命長2.3CRT顯示器的特點(diǎn)、性能指標(biāo)及發(fā)展歷史402.3.2CRT顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)1.像素和分辨率像素是指屏幕能獨(dú)立控制其顏色與亮度的最小區(qū)域。分辨率就是屏幕圖像的密度，即顯示器屏幕的單位面積上有多少個(gè)基本像素點(diǎn)。對(duì)于電子顯示器件，常用單位面積上的掃描線數(shù)和兩光點(diǎn)之間的距離來表示分辨率。

分辨率每一條水平線上的點(diǎn)數(shù)乘以水平線的數(shù)目，如640×480、720×348、1024×768及1024×1024等。412.點(diǎn)距和柵距點(diǎn)距（DOTPITCH）是顯像管最重要的技術(shù)參數(shù)之一，單位為毫米。一般公認(rèn)的點(diǎn)距定義是熒光屏上兩個(gè)最臨近的同色熒光點(diǎn)的直線距離，即兩個(gè)紅色（或綠、藍(lán)）像素單元之間的距離。

點(diǎn)距越小越好，點(diǎn)距越小，顯示器顯示圖型越清晰細(xì)膩，顯示器的檔次越高，不過對(duì)于顯像管的聚焦性能要求就越高。幾年以前的顯示器多為0.31mm和0.39mm，如今大多數(shù)顯示器采用的都是0.28mm的點(diǎn)距。常見的顯示器點(diǎn)距0.28mm(水平方向?yàn)?.243mm)。

2.3.2CRT顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)422.3.2CRT顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)

3.場(chǎng)頻、行頻及視頻帶寬

視頻帶寬是指每秒鐘電子槍掃描過圖像點(diǎn)的個(gè)數(shù)，以兆赫茲為單位。這是顯示器非常重要的一個(gè)參數(shù)，能夠決定顯示器性能的好壞。帶寬越高則表明了顯示器電路可以處理的頻率范圍越大，顯示器性能越好。高的帶寬能處理更高的頻率，信號(hào)失真也越小，顯示的圖像質(zhì)量更好，它反映了顯示器的解像能力。

43

4.刷新率刷新率是指顯示屏幕刷新的速度，它的單位是赫茲。刷新頻率越低，圖像閃爍和抖動(dòng)的越厲害，眼睛觀看時(shí)疲勞的越快。刷新頻率越高，圖像顯示就越自然、越清晰。一般來說，垂直刷新率最好不要低于80Hz，如能達(dá)到85Hz以上的刷新頻率就可完全消除圖像閃爍和抖動(dòng)感。2.3.2CRT顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)44

5.亮度亮度是指顯示器熒光屏上熒光粉發(fā)光的總能量與其接受的電子束能量之比。所以某一點(diǎn)的光輸出正比于電子束電流、高壓及停留時(shí)間三者的乘積。簡單的講，亮度是控制熒光屏發(fā)亮的等級(jí)。

6.對(duì)比度對(duì)比度是指熒光屏畫面上最大亮度與最小亮度之比。一般顯示器最起碼應(yīng)有30：1的對(duì)比度。

7.灰度在圖形顯示方式中，灰度是指一系列從純白到純黑的陰影。

8.余輝時(shí)間熒光屏上的熒光粉在電子束停止轟擊后，其光輝并不會(huì)立即消失，而是要經(jīng)歷一個(gè)逐步消失的過程，在這個(gè)過程中觀察到的光輝稱之為余輝。

2.3.2CRT顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)45習(xí)題1.簡述CRT顯示的特點(diǎn)。2.說明陰極射線管構(gòu)成和驅(qū)動(dòng)控制電路。3.說明黑白CRT顯示系統(tǒng)工作原理。4.說明彩色CRT顯示系統(tǒng)工作原理。5.簡述CRT顯示的技術(shù)性能指標(biāo)。光電顯示技術(shù)463液晶顯示技術(shù)3.1液晶概述

3.1.1液晶的晶相

3.1.2液晶的物理性質(zhì)

3.1.3液晶的電氣光學(xué)效應(yīng)3.2

液晶顯示器件

3.2.1液晶顯示器件的構(gòu)造

3.2.2液晶顯示器件的顯像原理

3.2.3液晶顯示器件的分類

3.2.4液晶顯示器件的驅(qū)動(dòng)3.3液晶顯示器的技術(shù)參數(shù)、特點(diǎn)及發(fā)展史

3.3.1液晶顯示器件的技術(shù)參數(shù)

3.3.2液晶顯示器件的特點(diǎn)

3.3.3液晶顯示技術(shù)的發(fā)展史光電顯示技術(shù)47液晶顯示器件（LCD）的主要構(gòu)成材料為液晶。液晶是指在某一溫度范圍內(nèi)，從外觀看屬于具有流動(dòng)性的液體，同時(shí)又具有光學(xué)雙折射性的晶體。液晶物質(zhì)在熔融溫度首先變?yōu)椴煌该鞯臏啙嵋后w，此后通過進(jìn)一步的升溫繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)橥该饕后w。因此液晶包括兩種含義：其一:是指處于固體相和液體相中間狀態(tài)的液晶相其二：是指具有上述液晶相的物質(zhì)。

3液晶顯示技術(shù)4849

液晶的分子排列結(jié)構(gòu)并不像晶體結(jié)構(gòu)那樣堅(jiān)固，因此在磁場(chǎng)、溫度、應(yīng)力等外部刺激下，其分子容易發(fā)生再排列，液晶的各種光學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化。圖3.1液晶與其固態(tài)、液態(tài)分子排列對(duì)比3液晶顯示技術(shù)50液晶所具有的這種柔軟的分子排列正是其用于顯示器件、光電器件、傳感器件的基礎(chǔ)。在用于液晶顯示的情下，液晶這種特定的初始分子排列，在電壓及熱的作用下發(fā)生有別于其它分子排列的變化。伴隨這種排列的變化，液晶的雙折射性、旋旋光性、二色性、光散射性、旋光分散等各種光學(xué)性質(zhì)的變化可轉(zhuǎn)變?yōu)橐曈X變化，實(shí)現(xiàn)圖像和數(shù)字的顯示。液晶顯示是利用液晶的光變化進(jìn)行顯示，屬于非主動(dòng)發(fā)光型顯示。3液晶顯示技術(shù)513.1.1液晶的晶相1.液晶的分類液晶是白色渾濁的黏性液體，其分子形狀為棒狀（如圖所示）。從成分和出現(xiàn)液晶相的物理?xiàng)l件進(jìn)行歸納分類，液晶可以分為溶致液晶和熱致液晶兩大類。

3液晶顯示技術(shù)52

（1）溶致液晶：有些材料在溶劑中，處于一定的濃度區(qū)間時(shí)便會(huì)產(chǎn)生液晶，這類液晶稱之為溶致液晶。（2）熱致液晶：把某些有機(jī)物加熱熔解，由于加熱破壞了結(jié)晶晶格而形成的液晶稱為熱致液晶。

熱致型液晶又根據(jù)液晶晶相可分為3大類：向列型、近晶型和膽甾型。3液晶顯示技術(shù)532.液晶的晶相常見液晶的晶相有向列相（nematic）、膽甾相（cholesteric）和近晶相（smectic）等。圖3.33種常見液晶相3液晶顯示技術(shù)5455（1）向列相向列相亦稱絲狀相。它由長、徑比很大的棒狀分子組成。分子大致平行排列，質(zhì)心位置雜亂無序，具有類似于普通液體的流動(dòng)性。特點(diǎn)：向列液晶由于其液晶分子重心雜亂無序，并可在三維范圍內(nèi)移動(dòng)，表現(xiàn)出液體的特征——可流動(dòng)性。所有分子的長軸大體指向一個(gè)方向，使向列液晶具有單軸晶體的光學(xué)特性，一般是單軸正性。由于向列相液晶各個(gè)分子容易順著長軸方向自由移動(dòng)且分子的排列和運(yùn)動(dòng)比較自由，致使向列相液晶具有的黏度小、富于流動(dòng)性、對(duì)外界作用相當(dāng)敏感等特點(diǎn)。

3液晶顯示技術(shù)56（2）膽甾相膽甾相亦稱螺旋相。它可看作是由向列相平面重疊而成的，一個(gè)平面內(nèi)的分子互相平行，逐次平面的分子方向成螺旋式（螺距約3000?），與可見光波長同數(shù)量級(jí)。特點(diǎn)：光學(xué)上一般是單軸負(fù)性。向列相液晶與膽甾相液晶可以互相轉(zhuǎn)換，在向列相液晶中加入旋光材料，會(huì)形成膽甾相，在膽甾相液晶中加入消旋光向列相材料，能將膽甾相轉(zhuǎn)變成向列相。膽甾相液晶在顯示技術(shù)中很有用，扭曲向列、超扭曲向列、相變顯示都是在向列相液晶中加入不同比例的膽甾相液晶而獲得。3液晶顯示技術(shù)57（3）近晶相：它的分子分層排列，層內(nèi)分子互相平行，其方向可以是垂直于層面，或與層面傾斜，層內(nèi)分子質(zhì)心可以無序、能自由平移、似液體；或有序呈二維點(diǎn)陣。分子層與層之間的相關(guān)程度在不同的相中有強(qiáng)有弱。非扭曲型近晶相依其發(fā)現(xiàn)先后，以A、B、C等命名。近晶相因?yàn)樗母叨扔行蛐?，黏度大，分子不易轉(zhuǎn)動(dòng)，即響應(yīng)速度慢，一般不宜作顯示器件。圖3.4近晶相示意圖A相的分子與層面垂直，層內(nèi)分子質(zhì)心無序，像二維流體。層厚約等于或略小于分子長度。B相，片層內(nèi)的分子質(zhì)心排列成面心六角形，分子垂直于層面，片層之間的關(guān)聯(lián)隨材料不同各有強(qiáng)弱，B相在光學(xué)上是單軸正性.C相與A相在結(jié)構(gòu)上唯一不同之處是分子與層面傾斜，傾角各層相同并互相平行，因此C相在光學(xué)上是雙軸的。3液晶顯示技術(shù)583.1.3液晶的電氣光學(xué)效應(yīng)

液晶的特性與結(jié)構(gòu)介于固態(tài)晶體與各向同性液體之間。從宏觀物理性質(zhì)看，它既具有液體的流動(dòng)性、黏滯性，又具有晶體的各向異性，能像晶體一樣發(fā)生雙折射、布拉格反射、衍射及旋光效應(yīng)，也能在外場(chǎng)作用（如電、磁場(chǎng)作用）下產(chǎn)生熱光、電光或磁光效應(yīng)。液晶分子在某種排列狀態(tài)下，通過施加電場(chǎng)，將向著其它排列狀態(tài)變化，液晶的光學(xué)性質(zhì)也隨之變化。這種通過電學(xué)方法，產(chǎn)生光變化的現(xiàn)象稱為液晶的電氣光學(xué)效應(yīng)，簡稱電光效應(yīng)。3液晶顯示技術(shù)59液晶的電光效應(yīng)主要包括以下幾種:1）液晶的雙折射現(xiàn)象：液晶會(huì)像晶體那樣，因折射率的各向異性而發(fā)生雙折射現(xiàn)象，從而呈現(xiàn)出許多有用的光學(xué)性質(zhì)：能使入射光的前進(jìn)方向偏于分子長軸方向；能夠改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)或方向；能使入射偏振光以左旋光或右旋光進(jìn)行反射或透射。這些光學(xué)性質(zhì)，都是液晶能作為顯示材料應(yīng)用的重要原因.3液晶顯示技術(shù)60

2）電控雙折射效應(yīng)：對(duì)液晶施加電場(chǎng)，使液晶的排列方向發(fā)生變化，因?yàn)榕帕蟹较虻母淖?，按照一定的偏振方向入射的光，將在液晶中發(fā)生雙折射現(xiàn)象。這一效應(yīng)說明，液晶的光軸可以由外電場(chǎng)改變，光軸的傾斜隨電場(chǎng)的變化而變化，因而兩雙折射光束間的相位差也隨之變化.。

3）動(dòng)態(tài)散射：當(dāng)在液晶兩極加電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于電光效應(yīng)，液晶將產(chǎn)生不穩(wěn)定性，透明的液晶會(huì)出現(xiàn)一排排均勻的黑條紋，這些平行條紋彼此間隔數(shù)10μm，可以用作光柵。進(jìn)一步提高電壓，液晶不穩(wěn)定性加強(qiáng)，出現(xiàn)湍流，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的光散射，透明的液晶變得混濁不透明。斷電后液晶又恢復(fù)了透明狀態(tài)，這就是液晶的動(dòng)態(tài)散射。3液晶顯示技術(shù)61

4）旋光效應(yīng)：在液晶盒中充入向列型液晶，把兩玻璃片繞在與它們互相垂直的軸相扭轉(zhuǎn)90°，向列型液晶的內(nèi)部就發(fā)生了扭曲，這樣就形成了一個(gè)具有扭曲排列的向列型液晶的液晶盒。在這樣的液晶盒前、后放置起偏振片和檢偏器，并使其偏振化方向平行，在不施加電場(chǎng)時(shí)，讓一束白光射入，液晶盒會(huì)使入射光的偏振光軸順從液晶分子的扭曲而旋轉(zhuǎn)90°。

5）賓主效應(yīng)：將二向色性染料摻入液晶中，并均勻混合起來，處在液晶分子中的染料分子將順著液晶指向矢量方向排列。在電壓為零時(shí)，染料分子與液晶分子都平行于基片排列，對(duì)可見光有一個(gè)吸收峰，當(dāng)電壓達(dá)到某一值時(shí)，吸收峰值大為降低，使透射光的光譜發(fā)生變化?？梢?，加外電場(chǎng)就能改變液晶盒的顏色，從而實(shí)現(xiàn)彩色顯示。由于染料少，且以液晶方向?yàn)闇?zhǔn)，所以染料為“賓”，液晶則為“主”。3液晶顯示技術(shù)623.2液晶顯示器件3.2.1液晶顯示器件的構(gòu)造圖3.6典型LCD結(jié)構(gòu)截面將設(shè)有透明電極的兩塊玻璃基板用環(huán)氧類黏合劑以4～6μm間隙進(jìn)行封合，并把液晶封入其中而成，與液晶相接的玻璃基板表面有使液晶分子取向的膜。如果是彩色顯示，在一側(cè)的玻璃基板內(nèi)面與像素相對(duì)應(yīng)，設(shè)有由三基色形成的微彩色濾光片。

63

LCD由兩塊玻璃板構(gòu)成，厚約1mm，其間由5μm的液晶材料均勻隔開。背光板發(fā)出的光線在穿過第一層偏振過濾層之后進(jìn)入包含成千上萬水晶液滴的液晶層。液晶層中的水晶液滴都被包含在細(xì)小的單元格結(jié)構(gòu)中，一個(gè)或多個(gè)單元格構(gòu)成屏幕上的一個(gè)像素。在玻璃板與液晶材料之間是透明的電極，電極分為行和列，在行與列的交叉點(diǎn)上，通過改變電壓而改變液晶的旋光狀態(tài)，液晶材料的作用類似于一個(gè)個(gè)小的光閥。在液晶材料周邊是控制電路部分和驅(qū)動(dòng)電路部分。當(dāng)LCD中的電極產(chǎn)生電場(chǎng)時(shí)，液晶分子就會(huì)產(chǎn)生扭曲，從而將穿越其中的光線進(jìn)行有規(guī)則的折射，然后經(jīng)過第二層過濾層的過濾在屏幕上顯示出來。3液晶顯示技術(shù)64

LCD是非發(fā)光型的。其特點(diǎn)是視感舒適，而且是很緊湊的平板型。LCD的驅(qū)動(dòng)由于模式的不同而多少有點(diǎn)區(qū)別，但都有以下特點(diǎn)：（1）是具有電學(xué)雙向性的高電阻、電容性器件，其驅(qū)動(dòng)電壓是交流的。（2）在沒有頻率相依性的區(qū)域，對(duì)于施加電壓的有效值響應(yīng)（鐵電液晶除外）。（3）是低電壓、低功耗工作型，CMOS驅(qū)動(dòng)也是可以的。（4）器件特性以及液晶物理性質(zhì)常數(shù)的溫度系數(shù)比較大，響應(yīng)速度在低溫下較慢。3液晶顯示技術(shù)653.2.2液晶顯示器件的顯像原理1.液晶的基本顯示原理

液晶的物理特性是：當(dāng)通電時(shí)導(dǎo)通，排列變得有序，使光線容易通過；不通電時(shí)排列混亂，阻止光線通過。讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透，從技術(shù)上說，液晶面板包含了兩片相當(dāng)精致的無鈉玻璃素材，中間夾著一層液晶。當(dāng)光束通過這層液晶時(shí)，液晶本身會(huì)排排站立或扭轉(zhuǎn)呈不規(guī)則狀，因而阻隔或使光束順利通過。3液晶顯示技術(shù)6667（1）單色液晶顯示器的原理

LCD技術(shù)是把液晶灌入兩個(gè)列有細(xì)槽的平面之間。這兩個(gè)平面上的槽互相垂直（相交成90°）。也就是說，若一個(gè)平面上的分子南北向排列，則另一平面上的分子?xùn)|西向排列，而位于兩個(gè)平面之間的分子被強(qiáng)迫進(jìn)入一種90°扭轉(zhuǎn)的狀態(tài)。由于光線順著分子的排列方向傳播，所以光線經(jīng)過液晶時(shí)也被扭轉(zhuǎn)90°。但當(dāng)液晶上加一個(gè)電壓時(shí)，分子便會(huì)重新垂直排列，使光線能直射出去，而不發(fā)生任何扭轉(zhuǎn)。圖3.7光線穿透示意圖3液晶顯示技術(shù)68加電將光線阻斷，不加電則使光線射出。

圖3.8光線阻斷示意圖3液晶顯示技術(shù)69（2）彩色液晶顯示器的實(shí)現(xiàn)：

在液晶顯示器件的實(shí)際應(yīng)用中，采用最廣、技術(shù)最成熟的實(shí)現(xiàn)彩色顯示的方法是“微彩色膜方式”。微彩色膜方式將點(diǎn)陣像素分割成三個(gè)子像素，并在其對(duì)應(yīng)位置的器件內(nèi)表面設(shè)置R、G、B三個(gè)微型濾色膜。

3液晶顯示技術(shù)7071液晶顯示器件僅僅作為一個(gè)光閥，控制每個(gè)子像素光閥，即可控制R、G、B三個(gè)濾色膜透過光的通斷，控制三個(gè)子像素的灰度級(jí)，利用三個(gè)子像素透過的不同光亮，利用人眼的空間混色特性，制造出來千萬種鮮艷的色彩。這種方式也稱為濾色器方式，其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，色重現(xiàn)好。因此，彩色液晶顯示器、彩色液晶電視機(jī)采用這種方式最多。常見濾色膜的排列方式72ON背光源LightSourcepolarizer偏光器polarizerOFFLiquidcrystalelectrode

灰度實(shí)現(xiàn)：通過控制液晶分子相位而調(diào)節(jié)通過光的強(qiáng)度LCD液晶顯示屏圖像顯示原理LCD與CRT的優(yōu)缺點(diǎn)比較:LCD克服了CRT體積龐大、耗電和閃爍的缺點(diǎn)，但同時(shí)也帶來了造價(jià)高、視角不廣以及彩色顯示不理想等問題。CRT顯示可選擇一系列分辨率，而且能按屏幕要求加以調(diào)整，但LCD屏只含有固定數(shù)量的液晶單元，只能在全屏幕使用一種分辨率顯示。早期的LCD由于是非主動(dòng)發(fā)光器件，速度低、效率差、對(duì)比度小，雖然能夠顯示清晰的文字，但是在快速顯示圖像時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生陰影，影響視頻的顯示效果。現(xiàn)在，幾乎所有的應(yīng)用于筆記本或桌面系統(tǒng)的LCD都使用薄膜晶體管（TFT）激活液晶層中的單元格，TFT-LCD技術(shù)能夠顯示更加清晰、明亮的圖像。3液晶顯示技術(shù)74（3）液晶顯示器件的顯示方式可分為兩種：LCD面板本身為顯示面的直觀式；將LCD面板的圖像放大投影到投影屏，以供觀看的投影式

1）直觀式顯示方式：這是直接觀看顯示面的方式。直觀式中有透射型、反射型、透射反射兼用型。2）投影式顯示方式：投影式是將LCD上寫入的光學(xué)圖像放大，投影到投影屏上的方式，也稱為液晶光閥（LV）。圖像的放大率和亮度可以通過加大投影用光源的光強(qiáng)來提高。3液晶顯示技術(shù)753.2.3液晶顯示器的分類根據(jù)液晶驅(qū)動(dòng)方式分類，可將目前LCD產(chǎn)品分為扭曲向列（TN）型、超扭曲向列（STN）型及薄膜晶體管（TFT）型3大類。1）扭曲向列型（TN型）基本構(gòu)造為上下兩片導(dǎo)電玻璃基板，其間注入向列型的液晶，上下基板外側(cè)各加上一片偏光板，另外在導(dǎo)電膜上涂布一層、摩擦后具有極細(xì)溝紋的配向膜。由于液晶分子擁有液體的流動(dòng)特性，很容易順著溝紋方向排列，當(dāng)液晶填入上下基板溝紋方向，以90°垂直配置的內(nèi)部，接近基板溝紋的束縛力較大，液晶分子會(huì)沿著上下基板溝紋方向排列，中間部分的液晶分子束縛力較小，會(huì)形成扭轉(zhuǎn)排列，因?yàn)槭褂玫囊壕窍蛄行偷囊壕В乙壕Х肿优まD(zhuǎn)90°，故稱為TN型。以應(yīng)用產(chǎn)品數(shù)量來看，近10億臺(tái)LCD應(yīng)用產(chǎn)品中，TN型產(chǎn)品占7成左右，STN型占2.5成，TFT型僅占0.5成；若以產(chǎn)值來看，因TFT產(chǎn)品價(jià)格高，產(chǎn)值占LCD七成左右。76若不施加電壓，則進(jìn)入液晶組件的光會(huì)隨著液晶分子扭轉(zhuǎn)方向前進(jìn)，因上下兩片偏光板和配向膜同向，故光可通過形成亮的狀態(tài)；相反地，若施加電壓時(shí)，液晶分子朝施加電場(chǎng)方式排列，垂直于配向膜配列，則光無法通過第二片偏光板，形成暗的狀態(tài)，以此種亮暗交替的方式可作為顯示用途。772）超扭曲向列型（STN型）

TN型液晶顯示器在早期電子表上使用較多，但其最大缺點(diǎn)為光應(yīng)答速度較慢，容易形成殘影，因此后期發(fā)展出超扭曲向列（STN）型液晶顯示器。

STN顯示組件，其基本工作原理和TN型大致相同，不同的是液晶分子的配向處理和扭曲角度。STN顯示組件必須預(yù)做配向處理，使液晶分子與基板表面的初期傾斜角增加，此外，STN顯示組件所使用的液晶中加入微量膽石醇液晶使向列型液晶可以旋轉(zhuǎn)角度為80°～270°，為TN的2～3倍，故稱為STN型。78

區(qū)分項(xiàng)目TNSTN扭曲角90°180°～270°傾斜角1°～2°4°～7°厚度5～10μm3～8μm間隙誤差±0.5μm±0.1μm表3.2N與STN型組件的比較圖3.11STN與TN型液晶分子的扭曲狀態(tài)

79

(3)TFT-LCD型：薄膜晶體管（TFT）型液晶顯示器采用了兩夾層間填充液晶分子的設(shè)計(jì)。只不過是把左邊夾層的電極改為了場(chǎng)效應(yīng)晶體管，而右邊夾層的電極改為了共通電極。在光源設(shè)計(jì)上，TFT的顯示采用“背透式”照射方式。光源照射時(shí)先通過右偏振片向左透出，借助液晶分子來傳導(dǎo)光線。3液晶顯示技術(shù)80

利用TFT-LCD的彩色投影顯示有以下幾種方式：一是使用一個(gè)彩色LCD的單板式；二是將一個(gè)黑白型LCD和三原色雙色鏡組合起來的單板式；三是將3個(gè)黑白型LCD和雙色濾光片或棱鏡式三基色分離光學(xué)系統(tǒng)組合起來的三板式等。81表3.33種主要類型LCD產(chǎn)品的比較

項(xiàng)目TNSTNTFT驅(qū)動(dòng)方式單純矩陣驅(qū)動(dòng)的扭曲向列型單純矩陣驅(qū)動(dòng)的超扭曲向列型主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)視角大小?。ㄒ暯?30°/觀賞角度60°）中等（視角+40°）大（視角+70°）畫面對(duì)比最小（畫面對(duì)比在20:1）中等最大（畫面對(duì)比在150︰1）反應(yīng)速度最慢（無法顯示動(dòng)畫）中等（150ms）最快（40ms）顯示品質(zhì)最差（無法顯示較多像素，分辨率差）中等最佳顏色單色或黑色單色及彩色彩色價(jià)格最便宜中等最貴（約STN3倍）適合產(chǎn)品電子表、計(jì)算器、各種汽車、電器產(chǎn)品的數(shù)字顯示器移動(dòng)電話、PDA、電子辭典、掌上型電腦、低檔顯示器筆記本/掌上型電腦、PC顯示器、背投電視、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)823.3液晶顯示器的技術(shù)參數(shù)、特點(diǎn)及發(fā)展

3.3.1液晶顯示器的技術(shù)參數(shù)

1.可視面積液晶顯示器所標(biāo)示的可視面積尺寸就是實(shí)際可以使用的屏幕對(duì)角線尺寸。一個(gè)15.1英寸的液晶顯示器約等于17英寸CRT屏幕的可視范圍。2.點(diǎn)距液晶顯示器的點(diǎn)距是指在水平方向或垂直方向上的有效觀察尺寸與相應(yīng)方向上的像素之比，點(diǎn)距越小顯示效果就越好?，F(xiàn)在市售產(chǎn)品的點(diǎn)距一般有點(diǎn)28（0.28mm）、點(diǎn)26（0.26mm）、點(diǎn)25（0.25mm）3種。例如，一般14英寸LCD的可視面積為285.7mm×214.3mm，它的最大分辨率為1024×768，那么點(diǎn)距就等于可視寬度/水平像素,即285.7mm/1024=0.279mm。833.可視角度液晶顯示器的可視角度左右對(duì)稱，而上下則不一定對(duì)稱。由于每個(gè)人的視力不同，因此以對(duì)比度為準(zhǔn)，在最大可視角時(shí)所測(cè)得的對(duì)比度越大越好。當(dāng)背光源的入射光通過偏光板、液晶及取向膜后，輸出光便具備了特定的方向特性，也就是說，大多數(shù)從屏幕射出的光具備了垂直方向。4.亮度

液晶顯示器的最大亮度，通常由冷陰極射線管（背光源）來決定，亮度值一般都在200～250cd/m2之間。液晶顯示器的亮度若略低，會(huì)覺得發(fā)暗，而稍亮一些，就會(huì)好很多。雖然技術(shù)上可以達(dá)到更高亮度，但是這并不代表亮度值越高越好，因?yàn)樘吡炼鹊娘@示器有可能使觀看者眼睛受傷。845.響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間是指液晶顯示器各像素點(diǎn)對(duì)輸入信號(hào)反應(yīng)的速度，即像素由暗轉(zhuǎn)亮或亮轉(zhuǎn)暗的速度，此值越小越好。如果響應(yīng)時(shí)間太長，就有可能使液晶顯示器在顯示動(dòng)態(tài)圖像時(shí)有尾影拖曳的感覺。這是液晶顯示器的弱項(xiàng)之一，但隨著技術(shù)的發(fā)展而有所改善。6.色彩度

色彩度是LCD的重要指標(biāo)。LCD面板上是由1024×768個(gè)像素點(diǎn)組成顯像的，每個(gè)獨(dú)立的像素色彩是由紅、綠、藍(lán)（R、G、B）3種基本色來控制。大部分廠商生產(chǎn)出來的液晶顯示器，每個(gè)基本色（R、G、B）達(dá)到6位，即64種表現(xiàn)度，那么每個(gè)獨(dú)立的像素就有64×64×64=262144種色彩。857.對(duì)比度對(duì)比度是最大亮度值與最小亮度值的比值。CRT顯示器的對(duì)比度通常高達(dá)500︰1，以致在CRT顯示器上呈現(xiàn)真正全黑的畫面是很容易的。但對(duì)LCD來說就不是很容易了，由冷陰極射線管所構(gòu)成的背光源是很難去做快速的開關(guān)動(dòng)作，因此背光源始終處于點(diǎn)亮的狀態(tài)。為了要得到全黑畫面，液晶模塊必須完全把來自背光源的光完全阻擋，但在物理特性上，這些組件無法完全達(dá)到這樣的要求，總是會(huì)有一些漏光發(fā)生。

8.分辨率

TFT液晶顯示器分辨率通常用一個(gè)乘積來表示，例如800×600、1024×768、1280×1024等，它們分別表示水平方向的像素點(diǎn)數(shù)與垂直方向的像素點(diǎn)數(shù)，而像素是組成圖像的基本單位。863.3.2液晶顯示器的特點(diǎn)1.低壓微功耗2.平板型結(jié)構(gòu)3.被動(dòng)顯示型4.顯示信息量大5.易于彩色化6.無電磁輻射7.長壽命873.3.3液晶顯示技術(shù)的發(fā)展史

1.動(dòng)態(tài)散射模式

1968年6月，RCA公司向世界首次公布了LCD的誕生，后，Heilmeier等人對(duì)工作區(qū)在83～100℃的，一種稱為APAPA的液晶進(jìn)行研究，并公布了有關(guān)液晶最初的電氣光學(xué)效應(yīng)中動(dòng)態(tài)散射模式（DynamicScatteringMode，DSM）的內(nèi)容。在提出動(dòng)態(tài)散射模式的同時(shí)，也給出了文字顯示的實(shí)例。初期的液晶鐘表、計(jì)算器等在這一時(shí)期開始流行。

882.賓主模式液晶顯示也經(jīng)歷了從黑白顯示向彩色顯示的過渡時(shí)期。1974年有人發(fā)表了關(guān)于相變型G-H模式的研究報(bào)告，這是一種不需要偏振片的顯示方式。從1975年左右開始，曾進(jìn)行過以數(shù)字的顯示或車載使用為目的開發(fā)。但因是單色顯示而使其應(yīng)用受限，所以當(dāng)彩色濾光片方式出現(xiàn)時(shí)，這種研究就被放棄了。3.扭曲向列模式瑞士的Schadt等人于1971年首次公開了現(xiàn)在最為普遍的工作模式——扭曲向列模式。幾乎與此同時(shí)開發(fā)的TN模式液晶顯示器件，則是采用低電壓、低功耗的CMOS集成電路作驅(qū)動(dòng)器，首先應(yīng)用在鐘表、計(jì)算器和其它分段型數(shù)字顯示器上。894.超扭曲向列模式

1984年瑞士的Scheffer發(fā)表了有關(guān)扭曲角為270°的超雙折射效應(yīng)（Supertwisted

BirefringentEffect，SBE）的研究成果。超扭曲向列模式，從廣義上說也包含SBE模式，1985年日本將其實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化，采用了多掃描線選址（MultiLineAddressing，MLA）驅(qū)動(dòng)方式。5.雙折射控制模式雙折射控制（ElectricallyControlledBirefringence，ECB）模式是指通過電場(chǎng)改變液晶的分子排列，以改變透射率的方式。除了有垂直取向（DeformationofVerticalAlignedPhases，DAP）的LCD，還有其它取向方式。其特點(diǎn)是可以將顯示容量變大，但因其視角小，一般用于投影式。此后，有人提出了利用光學(xué)方法解決視角小問題的方案，推出了簡單矩陣型彩色LCD。

906.高分子分散液晶高分子分散液晶,是利用液晶與高分子聚合物的光散射現(xiàn)象的液晶。它是應(yīng)需要提高亮度的反射型要求而開發(fā)的，不需要偏振片。7.存儲(chǔ)功能突出的相變模式具有存儲(chǔ)功能的相變（PC）模式液晶比較適用于功耗低、電池驅(qū)動(dòng)的便攜式終端。美國肯特州州立大學(xué)開發(fā)的有存儲(chǔ)功能、比較亮、簡單矩陣驅(qū)動(dòng)的反射型高分子穩(wěn)定膽甾LCD，引起了人們的關(guān)注。8.高速響應(yīng)性突出的鐵電液晶

1980年Clark等人發(fā)表論文指出，表面穩(wěn)定鐵電液晶在電場(chǎng)與自發(fā)極化的作用下產(chǎn)生液晶響應(yīng)，其響應(yīng)速度在幾十微秒以內(nèi)。這引起了人們的關(guān)注。反鐵電相液晶具有自己修復(fù)取向破損的功能，人們也一直關(guān)注其在TFT-LCD上的應(yīng)用。919.液晶技術(shù)的新進(jìn)展（1）采用TFT型Active素子進(jìn)行驅(qū)動(dòng)為了創(chuàng)造更優(yōu)質(zhì)畫面構(gòu)造，新技術(shù)采用在每一個(gè)液晶像素上加裝上Active素子來進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制。（2）利用色濾光鏡制作工藝創(chuàng)造色彩斑斕的畫面在色濾光鏡本體還沒被制作成型以前，就先把構(gòu)成其主體的材料加以染色，之后再加以灌膜制造。這種類型的LCD，無論在分辨率、色彩特性還是使用的壽命來說，都有著非常優(yōu)異的表現(xiàn)。從而使LCD能在高分辨率環(huán)境下創(chuàng)造色彩斑斕的畫面。92（3）低反射液晶顯示技術(shù)在液晶顯示屏的最外層施以反射防止涂裝技術(shù)，液晶顯示屏所發(fā)出的光澤感、液晶顯示屏幕本身的透光率、液晶顯示屏的分辨率、防止反射等這四個(gè)方面都達(dá)到了更好的改善。（4）先進(jìn)的“連續(xù)料界結(jié)晶硅”液晶顯示技術(shù)采用“連續(xù)料界結(jié)晶硅”技術(shù)制造的低溫多晶硅薄膜晶體管液晶顯示方式，具有比舊式LCD屏快600倍的像素反應(yīng)速度，減少畫面出現(xiàn)的延遲現(xiàn)象。（5）超寬視角技術(shù)主要有平面控制模式寬視角技術(shù)和ASV廣視角技術(shù)。IPS技術(shù)是在液晶分子長軸取向上做文章，讓觀察者任何時(shí)候都只能看到液晶分子的短軸，因此在各個(gè)角度上觀看的畫面都不會(huì)有太大差別，這樣就比較完美地改善了液晶顯示器的視角。夏普公司的ASV技術(shù)主要通過縮小液晶面板上顆粒之間的間距、增大液晶顆粒上光圈，并整體調(diào)整液晶顆粒的排布來降低液晶電視的反射，增加亮度、可視角和對(duì)比度。應(yīng)用最新超寬視角技術(shù)的LCD顯示屏亮度可達(dá)700cd/m2，對(duì)比度1200︰1，平均灰階響應(yīng)速度6ms，視角176°。93（6）超黑晶技術(shù)超黑晶技術(shù)通過在屏幕表面加入數(shù)層帶有特殊化學(xué)涂層的光學(xué)薄膜物質(zhì)來進(jìn)行處理對(duì)外光線。一方面折射成不同的比例，使反射的光線得以改變方向并互相抵消；另一方面能最大限度地吸收外來光線，改變光線傳播的波長和反射。經(jīng)過這樣的處理后，令液晶顯示器能在惡劣的光線環(huán)境下使用。（7）超高開口率技術(shù)超高開口率是用特殊樹脂作為總布線和出入口布線的層與層之間絕緣膜，并將像素領(lǐng)域進(jìn)行擴(kuò)大。（8）反光低反射技術(shù)與超黑晶技術(shù)原理相似，通過液晶表面加上特殊的化學(xué)涂層，使外界光線在屏幕上的反射發(fā)生變化，從而使背光源的光線能更好地透過液晶層，使亮度更高、反射更低。94習(xí)題1.簡述液晶的種類與特點(diǎn)。用什么方法判斷液晶的純度？2.液晶材料的物理性質(zhì)與顯示技術(shù)之間存在何種關(guān)系？3.什么是液晶的熱光效應(yīng)？簡述液晶熱像顯示原理。4.液晶顯示器有哪些驅(qū)動(dòng)方法？5.液晶顯示器有哪些特點(diǎn)？954等離子顯示器4.1等離子體顯示器的發(fā)光機(jī)理1：等離子體：等離子體顯示器（PlasmaDisplayPanel），簡稱PDP，顧名思義，是一種利用等離子體工作的器件。所謂等離子體，指的是由分子、原子及被電離后產(chǎn)生的正負(fù)電子組成的氣體狀物質(zhì)，是一種擁有離子、電子和核心粒子的不帶電的離子化物質(zhì)，它包括有大量的離子和電子，從而是電的最佳導(dǎo)體，而且它會(huì)受到磁場(chǎng)的影響，當(dāng)溫度高時(shí)，電子便會(huì)從核心粒子中分離出來了。96電視圖像的顯示—等離子顯示器2：等離子體的發(fā)光機(jī)理：低壓氣體燈的發(fā)光原理：許多低壓氣體放電光源都直接或者間接地利用輝光放電。

日光燈管中充入水銀，管壁上所見的白色粉末為熒光粉；當(dāng)通電之后管內(nèi)的燈絲因?yàn)殡娮璁a(chǎn)生熱，提供能量讓燈絲內(nèi)的電子逸出。因?yàn)闊艄軆蛇呁娦纬呻妶?chǎng)，讓電子加速前進(jìn)，在此過程中管內(nèi)的水銀變?yōu)樗y蒸氣彌漫在電子行經(jīng)的路徑上，部分電子會(huì)和水銀產(chǎn)生碰撞，將汞原子中的電子由較低的能階激發(fā)到較高的能階，而這些具有較高能量的電子由高能階掉下來的同時(shí)，會(huì)將能量以紫外線的形式放射出來，這些紫外線的能量會(huì)被涂布在管壁上的熒光物質(zhì)吸收，進(jìn)而產(chǎn)生可見光；而所涂的熒光物質(zhì)不同，產(chǎn)生的顏色也不同。霓虹燈管多為五顏六色，就是在這個(gè)基礎(chǔ)上，通過涂上不同的熒光物質(zhì)或者玻璃紙濾光的方法來實(shí)現(xiàn)多彩顏色的。

97電視圖像的顯示—等離子顯示器3：彩色等離子體顯示器件的發(fā)光機(jī)理：等離子顯示器件的基本結(jié)構(gòu),98等離子體顯示器件的放電機(jī)理是在前、后屏玻璃之間，制成許多放電空間，通過輝光放電，即利用惰性氣體放電時(shí)所產(chǎn)生的真空紫外線激發(fā)彩色光致熒光粉后，再轉(zhuǎn)換至人眼可接受之可見光，從而實(shí)現(xiàn)彩色顯示。依據(jù)限流工作方式不同，等離子體顯示器件可分為直流型(DC)與交流型(AC)。

以交流型等離子體顯示器件的一個(gè)像素為例，我們來認(rèn)識(shí)一下彩色等離子體顯示器件的實(shí)現(xiàn)彩色顯示的機(jī)理。99等離子顯示器交流型等離子體顯示器件的每個(gè)放電空間充有Ne-Xe（氖-氙）混合氣體。100由于Ne的亞穩(wěn)能級(jí)大于Xe的電離能級(jí)，因此，Ne亞穩(wěn)原子與Xe原子碰撞可產(chǎn)生出電子，所產(chǎn)生的電子在電場(chǎng)的作用下于Ne發(fā)生反應(yīng)，再產(chǎn)生電子，如此循環(huán)，形成電離雪崩過程，由于使Xe的電離幾率極高，則大大提高了氣體電離截面，降低了等離子顯示器件的工作電壓。與此同時(shí)，電子被加速后也會(huì)與Xe碰撞并激發(fā)Xe原子的外圍電子，使之由較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)，產(chǎn)生碰撞躍遷，產(chǎn)生紫外光。101102電視圖像的顯示—等離子顯示器真空紫外光能量大，發(fā)光強(qiáng)度高，利用它來激發(fā)綠色熒光粉發(fā)光，從而產(chǎn)生綠色可見光。這樣，每一個(gè)像素采用這樣的機(jī)理分別激發(fā)三基色可見光，同時(shí)利用人眼的空間混色特性，來實(shí)現(xiàn)彩色顯示。103104PDP結(jié)構(gòu)示意圖105等離子顯示器★等離子體顯示器件如何控制發(fā)光亮度？等離子體顯示器件一旦產(chǎn)生放電，其發(fā)光亮度就恒定不變，只能通過控制有效放電時(shí)間的長短和強(qiáng)度，從而達(dá)到控制發(fā)光亮度的目的。106107等離子顯示器4.2彩色等離子體顯示器件1、等離子顯示器件的工作過程等離子體顯示器件根據(jù)限流工作方式的不同，主要分為直流型(DC)與交流型(AC)兩種基本類型。1：交流型等離子顯示器件工作過程：交流型等離子顯示器件運(yùn)行時(shí)，工作電極上需始終加有維持電壓，該電極稱為維持電極。108等離子顯示器平時(shí)維持電壓低于氣體放電點(diǎn)火電壓，當(dāng)需要點(diǎn)燃某像素時(shí)，對(duì)該像素加上大于點(diǎn)火電壓的書寫脈沖使該單元點(diǎn)火放電，放電產(chǎn)生的正離子和電子在電場(chǎng)的作用下向瞬時(shí)陰極和瞬時(shí)陽極運(yùn)動(dòng)，并在電介質(zhì)表面積累形成壁電荷，產(chǎn)生壁電壓。壁電壓于外加電場(chǎng)方向相反，隨著時(shí)間而增大，最終使放電停止。當(dāng)維持電壓變反時(shí)，則維持電壓和壁電壓方向相同；如果維持電壓大小合適，可使維持電壓和壁電壓之和大于點(diǎn)火電壓，從而再次產(chǎn)生放電，并重復(fù)前述過程。如果要發(fā)光單元停止發(fā)光，則施加一擦除脈沖產(chǎn)生一次微強(qiáng)放電，將壁電荷中和掉。由于維持電壓正負(fù)交替，故稱之為交流型等離子顯示器件（ACPDP）。

交流型等離子顯示器件中，最為典型的結(jié)構(gòu)為一維正交結(jié)構(gòu)。109等離子顯示彩色像素單元結(jié)構(gòu)示意圖RGBEye110PDP結(jié)構(gòu)示意圖111等離子顯示器2：直流型等離子體顯示器件工作過程：直流型等離子體顯示器件工作時(shí)，電極間直接加直流電壓，電極直接與放電氣體接觸，它不同于交流型等離子體顯示器件，不具有記憶體制，但采用平面脈沖存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)可使直流型等離子體顯示器件獲得記憶性。112脈沖存儲(chǔ)方式的工作機(jī)理是利用放電室產(chǎn)生一次放電后的消電離時(shí)間，在此期間，如果放電室重新加電壓，由于尚未消電離，離子的引火作用使氣體點(diǎn)火電壓下降，這樣即可采用低于氣體正常點(diǎn)火電壓的維持脈沖將放電持續(xù)下去。擦除時(shí)，則產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖疊加在維持脈沖上，使其低于點(diǎn)火電壓，由于點(diǎn)火粒子隨時(shí)間的減少，下一維持脈沖到來時(shí)，氣體點(diǎn)火電壓已高于維持脈沖，使放電停止。113等離子顯示器1、等離子體顯示器件的優(yōu)點(diǎn)等離子體顯示器件代表了當(dāng)前先進(jìn)的顯示設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)，無論是跟傳統(tǒng)的CRT顯示器件相比，還是跟LCD顯示器件相比，都具有諸多優(yōu)點(diǎn)：（1）重量輕，尺寸薄。相同尺寸的PDP，其深度只有CRT的1/3、重量只有1/3，因此可以輕易的掛在墻上，擺設(shè)上較不占空間。（2）不受磁場(chǎng)的影響，畫質(zhì)較穩(wěn)定。適合使用在交通運(yùn)輸工具上，甚至是航空、軍備等高端應(yīng)用上。114（3）影像不會(huì)扭曲。PDP是數(shù)字控制的顯示器件，所有像素的位置能精確掌控，即使在邊緣或轉(zhuǎn)角處；而CRT為模擬控制的顯示器，在顯示器的邊緣顏色會(huì)不均勻。（4）視角更寬廣。目前可大到160度，因此在任何角度都能輕松的觀賞。（5）壽命長（這里的壽命指的是亮度減為原有一半所需的時(shí)間）?？蛇B續(xù)使用超過20000小時(shí)，和CRT幾乎一樣，而LCD只有5000小時(shí)。（6）尺寸更大。115電視圖像的顯示—等離子顯示器2、等離子體顯示器件的缺點(diǎn)（1）成本太高。直接導(dǎo)致PDP產(chǎn)品價(jià)格太過昂貴。（2）PDP在發(fā)光的過程中會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體有害的電磁波。必須加上阻隔濾片，而這又影響了畫質(zhì)。（3）亮度不高。（4）耗電量過大。（5）分辨率不高。（6）輝光放電發(fā)光過程中產(chǎn)生的紅外線會(huì)影響遙控器的接收。也必須加裝濾片，也會(huì)影響畫質(zhì)。1165.DLP投影DLP投影技術(shù)DLP投影機(jī)中的DLP是一種新興的投影技術(shù)，這種技術(shù)是英文DigitalLightProcessing的縮寫，中文含義為數(shù)字光處理技術(shù)。該技術(shù)是由美國德州儀器公司研制推出的一種全數(shù)字的反射式投影技術(shù)，它可以被稱為是投影和顯示信息領(lǐng)域中的一個(gè)新思路。由DLP技術(shù)生成的投影機(jī)采用DMD（DigitalMicromirrorDevice）數(shù)字微鏡作為光學(xué)成像器件，來調(diào)制投影機(jī)中的視頻信號(hào)，驅(qū)動(dòng)DMD光學(xué)系統(tǒng)，通過投影透鏡來完成數(shù)字投影顯示的。這一技術(shù)的誕生，不僅打破了CRT、LCD、PDP“三足鼎立”的局面，更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化信息顯示。117一個(gè)DMD芯片中含有許許多多的細(xì)微的正方形反射鏡片，這些鏡片中的每一片微鏡都代表一個(gè)像素，每一個(gè)像素面積為16μm×16μm，鏡片與鏡片之間是按照行列的方式來緊密排列的，并可由相應(yīng)的存儲(chǔ)器控制在開或關(guān)的兩種狀態(tài)下切換轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制光的反射。

118數(shù)字光學(xué)處理(DLP)投影技術(shù)DLP（DigitalLightProcessor）投影儀采用數(shù)字技術(shù)，使圖像對(duì)比度、灰度等級(jí)(256-1024級(jí))、色彩（2563-10243種）、圖像信號(hào)噪聲比、畫面質(zhì)量穩(wěn)定等方面都非常出色。另外，由于反射式DMD器件的應(yīng)用，構(gòu)成DLP圖像像素的微鏡面之間的距離很小，使成像器件的反射效率達(dá)到60%以上。產(chǎn)生的圖像非常明亮，清晰度高、畫面均勻，色彩銳利，三片機(jī)可達(dá)到很高的亮度，且可隨意變焦，調(diào)整十分方便。119DLP是指使用了DMD的光學(xué)系統(tǒng)的總稱，

DLP投影機(jī)的核心部件為DMD芯片，其它的部件還有：燈泡、光學(xué)棱鏡和投射鏡頭。它與液晶投影機(jī)有很大的不同，它的成像是通過成千上萬個(gè)微小的鏡片反射光線來實(shí)現(xiàn)的。數(shù)字微反射器件數(shù)字微鏡120其基本原理：光束通過一高速旋轉(zhuǎn)的三色透鏡（色輪），通過色輪來完成對(duì)色彩的分離和處理，再投射在DMD部件上，然后通過光學(xué)透鏡投射在大屏幕上完成圖像投影。DLP產(chǎn)生色彩的原理是由微鏡負(fù)責(zé)在投影面上反射紅、綠、藍(lán)光。由于微鏡的晃動(dòng)及色輪的旋轉(zhuǎn)速度較快，給人的視覺器官造成錯(cuò)覺，人的肉眼錯(cuò)將這三種快速閃動(dòng)的有色光混在一起，于是在投影的圖像上看到混合后的顏色。

121將資料收集起來，輸入電腦，制作成圖文并茂，活潑生動(dòng)的演示軟件。一旦演示效果準(zhǔn)備好，將電腦接上DLP投影機(jī)以后，所有文字圖形及錄象就會(huì)被送入DLP電路板。工作過程122一個(gè)典型的DLP電腦板由模數(shù)解碼器，內(nèi)存芯片，一個(gè)影象處理器及幾個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)組成，所有文字圖象就是經(jīng)過這塊板產(chǎn)生一個(gè)純粹的數(shù)字信號(hào)，其影像的色調(diào)和色彩質(zhì)量直逼攝影膠片。123經(jīng)過處理，數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)到DLP系統(tǒng)的心臟--DMD。這塊革命性的DMD運(yùn)作簡單得象一個(gè)電燈開關(guān)。