《顯示技術》課件第1章

第1章緒論1.1信息顯示的意義

1.2顯示技術的發(fā)展

1.3顯示器件的分類

1.4顯示技術的研究內容

習題1

1.1信息顯示的意義

顯示技術是用電子學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。顯示技術的任務是根據(jù)人的心理和生理特點,采用適當?shù)姆椒ǜ淖児獾膹娙?、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中最重要的方式。

顯示技術具有技術新、應用廣、發(fā)展快等特點。

(1)顯示技術傳輸與處理信息具有準確、實時、直觀、信息量大的特點。

(2)顯示技術有很強的綜合性與應用性。

(3)顯示技術發(fā)展快。

1.2顯示技術的發(fā)展

作為成像器件,陰極射線管(CRT)是實現(xiàn)最早、應用最為廣泛的一種電子顯示技術。陰極射線管是德國物理學家布勞恩(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換,成為電子顯示技術發(fā)展的起點。

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,并設想利用硒元素的光電轉換作用來實現(xiàn)圖像信號的遠距離傳

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·尼普科夫被后人譽為“電視鼻祖”。

1925年,英國人拜爾德(J.L.Baird)利用“機械掃描圓盤”試驗成功了無線電傳影機,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,這意味著機械掃描黑白電視時代的開始。所以人們在談論電視的發(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)由機械掃描電視進入電子掃描電視時代的大門,從此進入了電子掃描黑白電視時代,20世紀30年代到50年代初電子掃描黑白電視進入了它的全盛時期。

1950年美國無線電公司(RCA)研制出第一只彩色顯像管,標志著圖像顯示進入了彩色階段,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準,并于1954年1月正式開播,這標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60年代以后,由于世界各大企業(yè)的努力,不僅改進了彩色顯像管的結構,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準,標志著當今世界廣播電視進入數(shù)字化時代。

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

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

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

(3)電子顯示技術的發(fā)展也表明,它與其他學科的進步,如材料科學、微電子技術、半導體集成電路技術等都有著密不可分的關系。

(4)顯示技術的發(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器之間的媒介物,是一種人機接口器件。顯示器件把光信息轉變?yōu)閿?shù)字、符號、文字、圖形、圖像等形式,以供人們觀看。

電子顯示技術在原理上利用了電致發(fā)光和電光效應兩種物理現(xiàn)象。所謂電光效應,是指物質在加上電壓后其折射率、反射率、透射率等光學性質發(fā)生變化的現(xiàn)象,利用電光效應可顯示圖像、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構及顯示原理來分類,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。

1.陰極射線管(CRT)顯示

陰極射線管(CRT,CathodeRayTube)是一種電真空器件,通過驅動電路控制電子發(fā)射和偏轉掃描,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。其主要特點是:可用磁偏轉或靜電偏轉驅動,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最初在雷達顯示器和電子示波器上使用,后來用于家用電視機和計算機終端顯示。

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制外界光,從而達到顯示的目的。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,既有液體的流動性,又有類似晶體結構的有序性。在一定溫度范圍內,它既有液體的流動性、黏度、形變等力學性質,又具有晶體的熱、光、電、磁等物理性質。

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成屏幕。每個等離子對應的每個小密封室內都充有氖、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型半導體和N型半導體相鄰接而構成的PN結結構。當對PN結施加正向電壓時,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散、復合而發(fā)光。利用PN結少數(shù)載流子的注入、復合發(fā)光現(xiàn)象所制得的半導體器件稱為注入型發(fā)光二極管。

6.有機電致發(fā)光二極管(OLED)顯示

有機電致發(fā)光二極管(OLED,OrganicLight-EmittingDiode)由非常薄的有機材料涂層和玻璃基板構成。當有電荷通過時,這些有機材料就會發(fā)光。OLED發(fā)光的顏色取決于有機發(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,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顯示技術的研究內容圖11信息顯示的基本過程

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

信息顯示技術涉及多學科的綜合知識。本書主要討論以下幾個方面的內容:

(1)電子顯示技術的主要作用是在將電信號或原本是圖像的光信號轉換成電信號,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

以及光度學和色度學的基本概念就成為研究顯示技術的必備知識。

(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)電子顯示技術包括了傳統(tǒng)的真空器件顯示以及各類平板顯示技術,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,如像素排列、尋址方法、亮度調制等。本書的又一內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用中已經(jīng)淘汰,但其成熟的工作原理、巧妙的驅動方式仍具有重要的學習和借鑒意義。

(5)液晶顯示、