《顯示技術(shù)》課件第1章

第1章緒論1.1信息顯示的意義

1.2顯示技術(shù)的發(fā)展

1.3顯示器件的分類

1.4顯示技術(shù)的研究內(nèi)容

習(xí)題1

1.1信息顯示的意義

顯示技術(shù)是用電子學(xué)手段將各種信息以文字、符號、圖形、圖像的形式付諸人眼視覺的技術(shù)。顯示技術(shù)的任務(wù)是根據(jù)人的心理和生理特點(diǎn),采用適當(dāng)?shù)姆椒ǜ淖児獾膹?qiáng)弱、光的波長(即顏色)和光的其他特征,組成不同形式的視覺信息。視覺信息的表現(xiàn)形式一般為字符、圖形和圖像,而圖像顯示成為顯示技術(shù)中最重要的方式。

顯示技術(shù)具有技術(shù)新、應(yīng)用廣、發(fā)展快等特點(diǎn)。

(1)顯示技術(shù)傳輸與處理信息具有準(zhǔn)確、實時、直觀、信息量大的特點(diǎn)。

(2)顯示技術(shù)有很強(qiáng)的綜合性與應(yīng)用性。

(3)顯示技術(shù)發(fā)展快。

1.2顯示技術(shù)的發(fā)展

作為成像器件,陰極射線管(CRT)是實現(xiàn)最早、應(yīng)用最為廣泛的一種電子顯示技術(shù)。陰極射線管是德國物理學(xué)家布勞恩(K.F.Braun)發(fā)明的,1897年被用于一臺示波器中而首次與世人見面,用于測量并顯示快速變化的電信號。這只采用氣體放電產(chǎn)生電子束并激發(fā)熒光質(zhì)發(fā)光的電子顯示器件,成功地實現(xiàn)了電信號向光輸出的轉(zhuǎn)換,成為電子顯示技術(shù)發(fā)展的起點(diǎn)。

1883年,德國工程師保羅·尼普科夫(P.G.Nipkov)提出了著名的“圓盤掃描理論”,解決了圖像的掃描方法問題,并設(shè)想利用硒元素的光電轉(zhuǎn)換作用來實現(xiàn)圖像信號的遠(yuǎn)距離傳

送。保羅提出的順序掃描與同步重現(xiàn)的“圓盤掃描理論”被后人稱為解決電視掃描問題的經(jīng)典理論。因此,德國人保羅·尼普科夫被后人譽(yù)為“電視鼻祖”。

1925年,英國人拜爾德(J.L.Baird)利用“機(jī)械掃描圓盤”試驗成功了無線電傳影機(jī),并由他所主持的拜爾德公司與英國國家廣播公司合作,首次播出電視試驗節(jié)目,這意味著機(jī)械掃描黑白電視時代的開始。所以人們在談?wù)撾娨暤陌l(fā)明時,都把英國人拜爾德看作“電視發(fā)明者”。

1931年,英國靜電聚焦高真空型陰極射線管的研制成功,取代了充氣放電的布勞恩管,而1933年由被稱為“電視之父”的俄裔美國科學(xué)家佐利金發(fā)明的光電攝像管和顯像管打開了電視系統(tǒng)由機(jī)械掃描電視進(jìn)入電子掃描電視時代的大門,從此進(jìn)入了電子掃描黑白電視時代,20世紀(jì)30年代到50年代初電子掃描黑白電視進(jìn)入了它的全盛時期。

1950年美國無線電公司(RCA)研制出第一只彩色顯像管,標(biāo)志著圖像顯示進(jìn)入了彩色階段,1953年美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)通過了NTSC(NationalTelevisionSystems

Committee)制模擬信號彩色廣播電視標(biāo)準(zhǔn),并于1954年1月正式開播,這標(biāo)志著人類正式開始了模擬信號彩色電視廣播階段。

1956年法國和蘇聯(lián)共同研制成功了SECAM(SequentialColourAndMemory)制模擬信號彩色廣播電視制式。

1962年德國德律風(fēng)根(Telefunken)公司研制成功了PAL(PhaseAlternationLine)制模擬信號彩色廣播電視制式。

20世紀(jì)60年代以后,由于世界各大企業(yè)的努力,不僅改進(jìn)了彩色顯像管的結(jié)構(gòu),提高了性能,更重要的是解決了大量生產(chǎn)的一系列難題,使電子顯示形成了很大的產(chǎn)業(yè)并促進(jìn)了它的快速發(fā)展。

1996年美國高級電視系統(tǒng)委員會(ATSC)正式制定了美國數(shù)字信號彩色廣播電視國家標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)志著當(dāng)今世界廣播電視進(jìn)入數(shù)字化時代。

在追本溯源,回顧了顯示技術(shù)發(fā)展史后,我們可以看到顯示技術(shù)的發(fā)展有以下幾個特點(diǎn):

(1)電子顯示技術(shù)能有今天如此輝煌的成就,這是許多國家不同學(xué)科的眾多科學(xué)工作者長期辛勤努力的結(jié)果。

(2)一種重要的新技術(shù)原理顯示器件的出現(xiàn)往往標(biāo)志著顯示技術(shù)進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段。

(3)電子顯示技術(shù)的發(fā)展也表明,它與其他學(xué)科的進(jìn)步,如材料科學(xué)、微電子技術(shù)、半導(dǎo)體集成電路技術(shù)等都有著密不可分的關(guān)系。

(4)顯示技術(shù)的發(fā)展有著無限光明的前景。

1.3顯示器件的分類

顯示器件從作用上講是人和機(jī)器之間的媒介物,是一種人機(jī)接口器件。顯示器件把光信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字、符號、文字、圖形、圖像等形式,以供人們觀看。

電子顯示技術(shù)在原理上利用了電致發(fā)光和電光效應(yīng)兩種物理現(xiàn)象。所謂電光效應(yīng),是指物質(zhì)在加上電壓后其折射率、反射率、透射率等光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象,利用電光效應(yīng)可顯示圖像、圖形和字符。

顯示器件的品種類型之多是驚人的。最常見的一種分類方法是按顯示器件的結(jié)構(gòu)及顯示原理來分類,其大體分為如下幾種:陰極射線管(CRT)顯示、液晶顯示(LCD)、等離子體顯示板(PDP)顯示、電致發(fā)光顯示(ELD)、發(fā)光二極管(

LED)顯示、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示、場致發(fā)射顯示(FED)。上述顯示器件中,只有LCD為非主動發(fā)光顯示,而其他六種都為主動發(fā)光顯示。

它們的組成及特點(diǎn)。

1.陰極射線管(CRT)顯示

陰極射線管(CRT,CathodeRayTube)是一種電真空器件,通過驅(qū)動電路控制電子發(fā)射和偏轉(zhuǎn)掃描,受控電子束激發(fā)涂在屏幕上的熒光材料而發(fā)出可見光。其主要特點(diǎn)是:可用磁偏轉(zhuǎn)或靜電偏轉(zhuǎn)驅(qū)動,亮度高、色彩鮮艷、灰度等級多、壽命長、實現(xiàn)畫面及活動圖像顯示容易;但需要上萬伏的高壓,且體積大、笨重、功耗大。CRT最初在雷達(dá)顯示器和電子示波器上使用,后來用于家用電視機(jī)和計算機(jī)終端顯示。

2.液晶顯示(LCD)

液晶顯示(LCD,LiquidCrystalDisplay)是基于在電場中液晶分子排列的改變而調(diào)制外界光,從而達(dá)到顯示的目的。液晶是液態(tài)晶體的總稱,是一種介于液體和晶體之間的中間態(tài)物質(zhì),既有液體的流動性,又有類似晶體結(jié)構(gòu)的有序性。在一定溫度范圍內(nèi),它既有液體的流動性、黏度、形變等力學(xué)性質(zhì),又具有晶體的熱、光、電、磁等物理性質(zhì)。

3.等離子體顯示板(PDP)顯示

等離子體顯示板(PDP,PlasmaDisplayPanel)是一種利用氣體放電的顯示裝置。這種屏幕采用了等離子管作為發(fā)光元件。大量的等離子管排列在一起構(gòu)成屏幕。每個等離子對應(yīng)的每個小密封室內(nèi)都充有氖、氙等惰性氣體。在等離子管電極間加上高壓后,封在兩層玻璃之間的等離子管小室中的氣體會產(chǎn)生紫外光,從而激勵平板顯示屏上的紅、綠、藍(lán)三基色熒光粉發(fā)出可見光。

4.電致發(fā)光顯示(ELD)

電致發(fā)光顯示(ELD,ElectroLuminescentDisplay)是在半導(dǎo)體、熒光粉為主體的材料上施加電壓而發(fā)光的一種現(xiàn)象,可分為本征型電致發(fā)光(本征EL)和電荷注入型電致發(fā)光

(注入EL)兩大類。本征型電致發(fā)光是把ZnS等類型的熒光粉混入纖維素之類的電介質(zhì)中,直接地或間接地夾在兩電極之間,施加電壓后使之發(fā)光。

5.發(fā)光二極管(LED)顯示

發(fā)光二極管(LED,Light-EmittingDiode)是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體相鄰接而構(gòu)成的PN結(jié)結(jié)構(gòu)。當(dāng)對PN結(jié)施加正向電壓時,就會產(chǎn)生少數(shù)載流子的電注入,少數(shù)載流子在傳輸過程中不斷擴(kuò)散、復(fù)合而發(fā)光。利用PN結(jié)少數(shù)載流子的注入、復(fù)合發(fā)光現(xiàn)象所制得的半導(dǎo)體器件稱為注入型發(fā)光二極管。

6.有機(jī)電致發(fā)光二極管(OLED)顯示

有機(jī)電致發(fā)光二極管(OLED,OrganicLight-EmittingDiode)由非常薄的有機(jī)材料涂層和玻璃基板構(gòu)成。當(dāng)有電荷通過時,這些有機(jī)材料就會發(fā)光。OLED發(fā)光的顏色取決于有機(jī)發(fā)光層的材料,故人們可用改變發(fā)光層材料的方法得到所需顏色。

7.場致發(fā)射顯示(FED)

場致發(fā)射顯示(FED,FieldEmissionDisplay)是平板顯示器中的又一新型顯示器件。FED兼有陰極射線管(CRT)和液晶顯示器(LCD)的優(yōu)點(diǎn),此外還有體積小、重量輕、電流

密度高、能耗低、色彩飽和度好、響應(yīng)快、視角寬、壽命長、耐高溫及微輻射等優(yōu)良特性,顯示出極富潛力的應(yīng)用前景,是未來有可能替代LCD和PDP的理想顯示終端。

1.4顯示技術(shù)的研究內(nèi)容圖11信息顯示的基本過程

顯示系統(tǒng)一般需要配備適當(dāng)?shù)妮斎胙b置和必要的記錄設(shè)備,以便實現(xiàn)人機(jī)交流。圖11給出了信息顯示技術(shù)的基本過程。

信息顯示技術(shù)涉及多學(xué)科的綜合知識。本書主要討論以下幾個方面的內(nèi)容:

(1)電子顯示技術(shù)的主要作用是在將電信號或原本是圖像的光信號轉(zhuǎn)換成電信號,經(jīng)處理傳輸后再變成光信號并作用于人的視覺系統(tǒng),因此,人眼的視覺空間特性和時間特性

以及光度學(xué)和色度學(xué)的基本概念就成為研究顯示技術(shù)的必備知識。

(2)在顯示器件中,彩色顯像管、液晶顯示屏、等離子體顯示屏、電致發(fā)光屏等是電子顯示系統(tǒng)的核心部件,電信號最終都是在這些器件上變成光信號。

(3)電子顯示技術(shù)包括了傳統(tǒng)的真空器件顯示以及各類平板顯示技術(shù),盡管它們原理迥然不同,各有優(yōu)劣,但作為圖像顯示系統(tǒng),它們有其共同的要求和特點(diǎn),如像素排列、尋址方法、亮度調(diào)制等。本書的又一內(nèi)容是介紹對顯示系統(tǒng)的基本要求和圖像顯示的基本參量。

(4)雖然傳統(tǒng)的CRT顯示器件在民用顯示器應(yīng)用中已經(jīng)淘汰,但其成熟的工作原理、巧妙的驅(qū)動方式仍具有重要的學(xué)習(xí)和借鑒意義。

(5)液晶顯示、