平板顯示器技術.doc

v 顯示技術是多學科交叉綜合技術，是信息時代重要的標志之一。v 1897年，德國的布朗發(fā)明了陰極射線管（CRT）（Cathode Ray Tube）的雛形。v CRT的缺點：從大屏幕顯示方面來講，100cm以上的CRT質(zhì)量要超過100kg，體積大，搬動困難，不能適應現(xiàn)代家庭對高清晰度電視（HDTV）和現(xiàn)代戰(zhàn)爭對大屏幕顯示器的要求。v 在這種情況下平板顯示技術應運面生，而且獲得了迅速發(fā)展。平板顯示在國際上尚沒有嚴格的定義，一般是指顯示器的厚度小于顯示屏幕對角線尺寸四分之一的顯示技術。這種顯示器厚度較薄，看上去就像一塊平板，平板顯示因此而得名。1-2 平板顯示器的種類及其特性平板顯示器因其結構上，與傳統(tǒng)的顯示器有很大的不同，因而平板顯示器的種類，也因基本原理、元件結構和去方式的變化，而有不同的分類，而且其物理特性也是各有不同的表示。v 平板顯示器依其光源機制(應用層面)，可分為： 直視型(Direct View) 反射型(Reflective)v 直視型 發(fā)光型 非發(fā)光型v 反射型 液晶平板顯示器1-2-1 平板顯示器的種類區(qū)分v 發(fā)光型平板顯示器 交流或直流電式的等離子體平板顯示器 有機或無機電致發(fā)光平板顯示器 發(fā)光二級管平板顯示器 冷陰極電子發(fā)射型平板顯示器v 非發(fā)光型平板顯示器 二端子型的薄膜二級管元件 金屬絕緣金屬元件 三端子型的非晶硅的或高溫/低溫多晶硅的薄膜電晶體元件v 反射式的液晶平板顯示器v 早期所使用之LCD如筆記型電腦的TFT-LCD面板均為穿透式平板顯示器，附有一個級為耗損電量的背光源模組，藉由電壓控制液晶的排列，進而調(diào)節(jié)穿透光線的強度，當使用于戶外明亮的環(huán)境時，背光源模組的光強度較周邊環(huán)境的光線為弱時，就會造成影像畫質(zhì)的劣化。v 一般簡單型反射式平板顯示器，亦就是無所謂的背光源模組，藉由液晶分子調(diào)制反射光的強度，并用以顯示所需的信息，因而既省電量，同時也非常適合于強光環(huán)境下使用。v 反射式彩色高解析度之薄膜液晶平板顯示器因應而生。v 平板顯示的種類較多，按顯示媒質(zhì)和工作原理分：有液晶顯示（LCD）、等離子體顯示（PDP）、電致發(fā)光顯示（ELD）等。從目前的技術發(fā)展水平看，CRT每個像素的性能價格比要比其他顯示器件高得多，LCD主要在微型和中小屏幕占優(yōu)勢。v PDP由于制作工藝相對簡單，易于制作大屏幕，是發(fā)展多媒體顯示，壁掛式電視和HDTV最有競爭力的顯示技術。v 隨著RGB激光技術的迅速發(fā)展，激光電視技術已向我們靠近，它具有色域?qū)?，色彩更逼真，且成像面積大的特點，是公眾媒體及娛樂場所多媒體顯示的又一發(fā)展方向。本章介紹幾種主要的顯示技術。 人眼的生理特性眼睛的內(nèi)部結構眼球壁 (三層): 1.鞏膜 Sclera 保持眼球的形狀 保護易受損的內(nèi)層 讓眼肌附在鞏膜表面 2.脈絡膜 Choroid含有很多血管和黑色素 血管為眼球提供營養(yǎng)素和氧 , 將代謝廢物移走 黑色素可吸收光線 , 減少眼球內(nèi)的光反射3.視網(wǎng)膜 Retina 含感光細胞 視桿 Rods 負責黑白視覺 (不能分別顏色) 視錐 Cones 分辨顏色黃點 Yellow spot 滿布視錐細胞 沒有視桿細胞 能準確地分析影像的顏色和提供清晰的影像盲點 Blind spot 視神經(jīng)由此離開眼球 沒有任何感光細胞不能偵查任何影像角膜Cornea 鞏膜伸延至眼球前端形成角膜 受結膜 conjunctiva 保護 容許光線通過 將光線折射到視網(wǎng)膜上瞳孔 Pupil 虹膜中央的小孔 , 容許光線通過進入眼球虹膜 Iris 脈絡膜的前端形成虹膜 含有色素 控制瞳孔的大小晶體 Lens 透明, 富彈性, 變凸的結構 可改變凸度 , 控制進入眼球的光線折射程度 將光線聚焦在視網(wǎng)膜上懸韌帶 Suspensory ligaments 將晶體固定在眼球內(nèi)睫狀體 Ciliary body 控制睫狀肌收縮或放松可使晶體的凸度增加或減少前室 Anterior chamber 充滿水狀液 折射光線到視網(wǎng)膜上 維持眼球的形狀 為結膜 , 角膜和晶體提供營養(yǎng)素后室 Posterior chamber 充滿玻璃狀液 折射光線到視網(wǎng)膜上 維持眼球的形狀視神經(jīng) Optic nerve 將神經(jīng)脈沖送到位于大腦皮層的視覺中心翻譯 光學過程化學過程神經(jīng)處理過程 客觀景物（發(fā)光體或者散射體）發(fā)出的光束，攜帶光能量進入左右眼睛并同時作用在視網(wǎng)膜上引起視感覺。光刺激在視網(wǎng)膜上經(jīng)神經(jīng)處理產(chǎn)生的神經(jīng)沖動（電流脈沖）沿視神經(jīng)纖維傳到大腦皮層，產(chǎn)生視知覺。 錐體和桿體細胞錐體細胞：分布在視網(wǎng)膜中央，是明視覺器官，能分辨顏色，能辨別細節(jié)。桿體細胞：分布在較邊緣部分，對弱光反應靈敏，不能感受顏色，不能辨別精細物像。我們俗語所說的“黑眼珠”和“白眼球”分別應當是眼球的哪部分結構？“黑眼珠”：虹膜；“白眼球”：鞏膜 可覺察的最小亮度韋伯定律在均勻亮度背景下，（韋伯費赫涅爾系數(shù)）。其中，B 是背景亮度，是人眼差。 說明人眼的亮度感覺不僅與物體自身亮度有關，還與周圍環(huán)境亮度有關。 一般地，背景越亮，越不易分辨 暗適應和明適應 暗適應的兩種基本過程 亮暗：慢（1030秒左右） 1、瞳孔大小變化 2、視網(wǎng)膜感光物質(zhì)的變化：中央視覺變?yōu)檫吘壱曈X 明適應的兩種基本過程 暗亮：快（12秒左右） 1、瞳孔大小變化 2、桿體細胞作用轉(zhuǎn)為錐體細胞作用光譜光效率函數(shù)眼睛的靈敏度與波長的依賴關系，稱為光譜光視效率。所謂光譜光效率函數(shù)就是達到同樣亮度時，不同波長所需能量的倒數(shù)，即V（）=1/E。人眼視覺特性 視敏度 的定義在相同亮度感覺的情況下，測出各種波長光的輻射功率 。輻射功率越大，說明人眼對該波長的光越不敏感，輻射功率越小，人眼對該波長的光越敏感。 習慣上定義輻射功率的倒數(shù)為光譜光視效率函數(shù)相對視敏度曲線（光譜響應曲線）明亮環(huán)境下，對黃綠光視敏度的歸一化曲線觀察視敏度曲線可以發(fā)現(xiàn)：在等能量分布的光譜中，人眼感覺最暗的是紅色，其次是藍色和紫色，感覺最亮的是黃綠色（波長為555nm）。人眼亮度感覺特性 譜爾金效應 不同亮度下，人眼的視敏度曲線會發(fā)生變化。弱光條件下，視敏度曲線會向左移。源于視網(wǎng)膜內(nèi)錐狀細胞和柱狀細胞的不同工作特點問：明視覺、暗視覺光譜光效率函數(shù)的含義是什么?人眼對不同色光感受性不一樣，可用光譜光效率函數(shù)來表征，并用光譜光效率曲線來表示。所謂光譜光效率函數(shù)就是達到同樣亮度時，不同波長所需能量的倒數(shù)。由于視網(wǎng)膜包含兩種不向的感光細胞，在不同照明水平時，V(l)函數(shù)會發(fā)生變化。當亮度大于3cd/m2時，為明視覺，錐體細胞起主要作用，V(l)的峰值產(chǎn)生在0.550.56mm部位；當亮度小于0.03cd/m2時，為暗視覺，桿體細胞起主要作用，V(l)的峰值向短波方向移動，相當于0.500.51mm的藍綠色部位。人眼分辨力： 對景物細節(jié)的分辨能力。 一般將被觀察物體上剛能分辨的最近鄰兩黑點或兩白點的視角的倒數(shù)稱為人眼的分辨力。P15：分辨率1，0.03mm是分辨極限 分辨力 分辨力是指人眼在觀看景物時對細節(jié)的分辨能力。 對人眼進行分辨力測試的方法 如圖1-4所示，在眼睛的正前方放一塊白色的屏幕，屏幕上面有兩個相距很近的小黑點，逐漸增加畫面與眼睛之間的距離，當距離增加到一定長度時，人眼就分辨不出有兩個黑點存在，感覺只有一個黑點，這說明眼睛分辨景色細節(jié)的能力有一個極限值。 我們將這種分辨細節(jié)的能力稱為人眼的分辨力或視覺銳度。 分辨力的定義是： 眼睛對被觀察物上相鄰兩點之間能分辨的最小距離所對應的視角的倒數(shù)， 即 分辨力=1/視角第一章 彩色與視覺特性 人眼的最小視角取決于相鄰兩個視敏細胞之間的距離。對于正常視力的人，在中等亮度情況下觀看靜止圖像時，為11.5。 分辨力在很大程度上取決于景物細節(jié)的亮度和對比度，當亮度很低時，視力很差，這是因為亮度低時錐狀細胞不起作用。但是亮度過大時，視力不再增加，甚至由于眩目現(xiàn)象，視力反而有所降低。 此外，細節(jié)對比度愈小，也愈不易分辨，會造成分辨力降低。在觀看運動物體時，分辨力更低。 人眼對彩色細節(jié)的分辨力比對黑白細節(jié)的分辨力要低，例如，黑白相間的等寬條子，相隔一定距離觀看時，剛能分辨出黑白差別，如果用紅綠相間的同等寬度條子替換它們， 此時人眼已分辨不出紅綠之間的差別， 而是一片黃色。 實驗還證明，人眼對不同彩色，分辨力也各不相同。如果眼睛對黑白細節(jié)的分辨力定義為100%，則實驗測得人眼對各種顏色細節(jié)的相對分辨力用百分數(shù)表示如表1-1所示一般將人眼亮度感覺變化滯后于實際亮度變化，以及視覺暫留特性，總稱為視覺惰性。 視覺惰性是人眼的重要特性之一，它描述了主觀亮度與光作用時間的關系。圖 1-5 人眼的視覺惰性 (a) 作用于人眼的光脈沖亮度；(b) 主觀亮度感覺如果光脈沖頻率不高，會使人眼產(chǎn)生一明一暗的閃爍感覺，長期觀看容易疲勞。與視覺惰性緊密聯(lián)系的還有臨界閃爍頻率，它是指剛好不引起閃爍感覺的最低頻率。 不引起閃爍感覺的最低重復頻率， 稱為臨界閃爍頻率。臨界閃爍頻率與很多因素有關， 其中最重要的是光脈沖亮度，隨著光脈沖亮度的提高，臨界閃爍頻率也會提高。 臨界閃爍頻率還與亮度變化幅度有關 亮度變化幅度越大， 臨界閃爍頻率越高。人眼的臨界閃爍頻率約為46 Hz。對于重復頻率在臨界閃爍頻率以上的光脈沖，人眼不再感覺到閃爍，這時主觀感覺的亮度等于光脈沖亮度的平均值。 不同頻率顯示圖像對人眼的造成的不同感覺。一般在電影播放中每秒放24幅固定的畫面，電視每秒傳送2530幅圖像，就可以使人眼感覺為連續(xù)活動的圖像。 當人眼接受光刺激后，不但有延時效應，而且有暫留現(xiàn)象。在眼睛接受光脈沖刺激之后，大約要過百分之一秒，才達到響應的最大值。其殘留時間大約為0.1秒。 閃爍消失時對應的頻率稱為臨界閃爍頻率。 臨界頻率的影響因素：（1）光信號強弱，n=alogL+b；（2）發(fā)光面積，n=clogA+d；（3）視網(wǎng)膜的部位；（4）光的顏色；（5）背景光。光度學與色度學物體的發(fā)光方式：熱光：又叫熱輻射，是指物質(zhì)在高溫下發(fā)出的光。冷光：某種能源在較低溫度時所發(fā)出的光。發(fā)冷光時，某個原子的一個電子受外力作用從基態(tài)激發(fā)到較高的能態(tài)。由于這種狀態(tài)是不穩(wěn)定的，該電子通常以光的形式將能量釋放出來，回到基態(tài)。白熾燈：當鎢絲在真空或是惰性氣體中加熱至很高的溫度，就會發(fā)出白光。生物發(fā)光：螢火蟲化學發(fā)光：熒光粉陰極射線發(fā)光：熒光燈、 金鹵燈場致發(fā)光：無極燈電致發(fā)光：LED電致發(fā)光原理：電場的作用激發(fā)電子由低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，當這些電子從高能態(tài)回到低能態(tài)的時候，根據(jù)能量守恒原理，多余的能量將以光的形式釋放出來。光的本質(zhì)是什么？ 光是一種能量的形態(tài)，是一種電磁波。 在同一介質(zhì)中，能量從能源出發(fā)沿直線向四面八方傳播,這種能量傳遞的方式通常叫做輻射。 通?？梢杂貌ㄩL來表達人眼所能感受到的可見光的輻射能量。光的特性光是一種電磁波！在真空的速度是每秒30萬公里 波長在380780nm范圍內(nèi)的電磁波能夠使人眼產(chǎn)生顏色感覺，稱為可見光?？梢姽庠谡麄€電磁波譜中只占極小的一段 。 可見光譜的波長由780nm向380nm變化時， 人眼產(chǎn)生的顏色感覺依次是紅、橙、黃、綠、青、藍、 紫7色。 一定波長的光譜呈現(xiàn)的顏色稱為光譜色。太陽光包含全部可見光譜，給人以白色感覺。光譜完全不同的光，人眼有時會有相同的色感。 用波長540nm的綠光和700nm的紅光按一定比例混合可以使人眼得到580nm黃光的色感。 這種由不同光譜混合出相同色光的現(xiàn)象叫同色異譜。 光色 波長（nm) 代表波長紅（Red） 780630 700橙（Orange） 630600 620黃（Yellow） 600570 580綠（Green） 570500 550青（Cyan） 500470 500藍（Blue） 470420 470 紫（Violet 420380 420 光的峰值波長與發(fā)光區(qū)域的半導體材料禁帶寬度g有關，即 1240/Eg（mm） 電子由導帶向價帶躍遷時以光的形式釋放能量，大小為禁帶寬度Eg。 Eg越大，所發(fā)出的光子波長就越短，顏色就會藍移。反之， Eg越小，所發(fā)出的光子波長就越長，顏色就會紅移。 若要產(chǎn)生可見光（波長在380nm紫光780nm紅光），半導體材料的Eg應該在1.593.26 eV之間。 在此能量范圍之內(nèi)，帶隙為直接帶的-族或-族半導體材料只有GaN、 GaP等少數(shù)材料，也可以利用-族或-族二元化合物組成新的三元或四元-族或-族固溶體，通過改變固溶體的組分來改變禁帶寬度與帶隙類型。 物體的顏色 物體分為發(fā)光體和不發(fā)光體。發(fā)光體的顏色由它本身發(fā)出的光譜所確定，如白熾燈發(fā)黃和熒光燈發(fā)白，各自有其特定的光譜色。 不發(fā)光體的顏色與照射光的光譜和不發(fā)光體對照射光的反射、透射特性有關。紅旗反射太陽光中的紅色光、吸收其他顏色的光而呈紅色； 綠葉反射綠色的光、 吸收其他顏色的光而呈綠色；白紙反射全部太陽光而呈白色； 黑板能吸收全部太陽光而呈黑色。綠葉拿到暗室的紅光下觀察成了黑色， 這是因為紅光源中沒有綠光成分， 樹葉吸收了全部紅光而呈黑色。 光的度量單位 1. 光通量 光通量是按人眼的光感覺來度量的輻射功率， 用符號表示。 其單位名稱為流明(lm)， 當555 nm的單色光輻射功率為1 W時， 產(chǎn)生的光通量為683 lm， 或稱1光瓦。 在其他波長時， 由于相對視敏度V()下降， 相同輻射功率所產(chǎn)生的光通量隨之下降。 40 W的鎢絲燈泡輸出的光通量為468 lm， 發(fā)光效率為11.7 lm/W； 40 W的日光燈可以輸出2100 lm的光通量， 發(fā)光效率為52.5 lm/W； 電視演播室鹵鎢燈發(fā)光效率可達80100 lm/W 2. 光照度 光照度E，單位勒(克斯),符號為lx。 勒(克斯)等于1流明的光通量均勻分布在1平方米面積上的光照度。 為了對光照度單位勒有個大概的印象。下列數(shù)據(jù)可供參考：室外晴天光照度約為10000勒，多云約為500勒，傍晚約為50勒，月光約為10-1勒，黃昏約為10-2勒，星光約為10-4勒。 發(fā)光強度：為了描述光源在某一指定方向上發(fā)出光通量能力的大小，定義在指定方向上的一個很小的立體角元內(nèi)所包含的光通量值，除以這個立體角元，所得的商為光源在此方向上的發(fā)光強度。單位為坎德拉（cd）。 亮度：單位面積上的發(fā)光強度，單位為坎德拉/平方米（cd/m2）。 彩色三要素 描述一種色彩需要用亮度、色調(diào)和飽和度三個基本參量，這三個參量稱為彩色三要素。 亮度反映光的明亮程度。彩色光輻射的功率越大，亮度越高，反之亮度越低。不發(fā)光物體的亮度取決于它反射光功率的大小。若照射物體的光強度不變，物體的反射性能越好，物體越明亮，反之越暗。對于一定的物體，照射光越強， 物體越明亮，反之越暗色調(diào)反映彩色的類別，例如紅、橙、 黃、綠、青、藍、紫等不同顏色。發(fā)光物體的色調(diào)由光的波長決定，不同波長的光呈現(xiàn)不同的色調(diào)，不發(fā)光物體的色調(diào)由照明光源和該物體的吸收、反射或透射特性共同決定。 色飽和度反映彩色光的深淺程度。 同一色調(diào)的彩色光， 會給人以深淺不同的感覺， 深紅、 粉紅是兩種不同飽和度的紅色， 深紅色飽和度高， 粉紅色飽和度低。飽和度與彩色光中的白光比例有關， 白光比例越大，飽和度越低。高飽和度的彩色光可加白光來沖淡成低飽和度的彩色光。 飽和度最高稱為純色或飽和色。 譜色光就是純色光，其飽和度為100%。飽和度低于100%的彩色稱為非飽和色，日常生活中所見到的大多數(shù)彩色是非飽和色。 白光的飽和度為0。 色飽和度和色調(diào)合稱為色度，它表示彩色的種類和彩色的深淺程度。 三基色原理根據(jù)人眼的視覺特性，在電視機中重現(xiàn)圖像時并不要求完全重現(xiàn)原景物反射或透射光的光譜成分，而應獲得與原景物相同的彩色感覺。 因此仿效人眼三種錐狀細胞，可以任選三種基色，三種基色必須是相互獨立的，任一種基色都不能由其他兩種基色混合得到，將它們按不同比例進行組合，可得到自然界中絕大多數(shù)的彩色。具有這種特性的三個單色光叫基色光， 這三種顏色叫三基色。并總結出三基色原理： 自然界中絕大多數(shù)的彩色可以分解為三基色，三基色按一定比例混合，可得到自然界中絕大多數(shù)彩色。 混合色的色調(diào)和飽和度由三基色的混合比例決定， 混合色的亮度等于三種基色亮度之和。 因為人眼的三種錐狀細胞對紅光、 綠光和藍光最敏感， 所以在紅色、綠色和藍色光譜區(qū)中選擇三個基色按適當比例混色可得到較多的彩色。在彩色電視中，選用了紅、 綠、 藍作為三基色，分別用R、 G、 B來表示。 國際照明委員會(CIE)選定了紅基色的波長為700 nm， 綠基色的波長為546.1 nm， 藍基色的波長為435.8 nm。三基色原理是彩色電視技術的基礎， 攝像機把圖像分解成三基色信號， 電視機又用三基色信號還原出原圖像的色彩。 三基色光相混合得到的彩色光的亮度等于三種基色亮度之和， 這種混合色稱為相加混色。 將三束等強度的紅、綠、藍圓形單色光同時投射到白色屏幕上，會出現(xiàn)三基色的圓圖，其混合規(guī)律如圖1-6所示。顏色視覺 相加混色規(guī)律紅色綠色藍色白色 紅色綠色黃色 紅色藍色品紅（紫） 綠色藍色青色 色度坐標系 為了使各種顏色可以通過人的視覺系統(tǒng)良好地重現(xiàn)，人們建立了許多種色度坐標系，總的來說有以下幾種：1、 CIE-RGB計色系統(tǒng) 在色度學中，國際照明委員會（CEI）于1931年規(guī)定了三基色（RGB）計色系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的三基色是：波長700nm、光通量1lm的紅光為一個紅基色單位，用（R）表示；波長546.1nm、光通量為4.5907lm的綠光為一個綠色單位，用（G）表示；波長435.8nm、光通量為0.0601lm的藍光為一個藍基色單位，用（B）表示；等量的RGB能配出等能白光；調(diào)節(jié)三基色光的強度， 直至兩塊白板上彩色光引起的視覺效果完全相同。 記下三基色調(diào)節(jié)器上的光通量讀數(shù)， 便可寫出配色方程： FR(R)+G(G)+B(B) （1-3）式中，F(xiàn)為待配色的彩色光的彩色量，(R)、 (G)、 (B)為三基色單位量，其中1(R)=1lm， 1(G ) =4.5907lm ，1 (B)=0.0601 lm，R、G、B為三色分布系數(shù)。要配出彩色量F，必須將R單位的紅基色、G單位的綠基色和B單位的藍基色加以混合。 R、G、B的比例關系確定了所配彩色光的色度(含色調(diào)和飽和度)，R、G、 B數(shù)值確定了所配彩色光的光通量（亮度）。R(R)、G(G)、B(B)分別代表彩色量F中所含三基色的光通量成分，又稱為彩色分量。2. XYZ制色度圖 配色實驗的物理意義明確， 但進行定量計算卻比較復雜， 實際使用很不方便， 為此進行了坐標變換： （X）=0.4185（R）-0.0912（G）+0.0009（B） （Y）=-0.1587（R）+0.2524（G）+0.0025（B） （Z）=-0.0828（R）+0.0157（G）+0.1786（B） (1-4) 但是(X)、(Y)、(Z)不代表實際彩色，故稱其為計算三基色 。 在XYZ計色制中， 任何一種彩色的配色方程式可表示為 F=X（X）+Y（Y）+Z（Z） （1-5） 式中， X、 Y、 Z為標準三色系數(shù)， (X)、 (Y)、 (Z)為標準三基色單位。 在XYZ計色制中標準三色系數(shù)均為正數(shù)， 系數(shù)Y的數(shù)值等于合成彩色光的全部亮度， 系數(shù)X、 Z不包含亮度, 合成彩色光色度仍由X、 Y、 Z的比值決定。 當X=Y=Z時， 配出等能白光E白。 該色度圖具有如下特點:舌形曲線全部位于第一象限，所有的單色光都位于舌形曲線上，舌形曲線稱為譜色軌跡。它們的飽和度均為100%，曲線旁注有單色光波長值。 舌形曲線上任一點與E白點的連線稱為等色調(diào)線。不在同一等色調(diào)線上的任意兩點，表示了兩種不同的顏色，由這兩種顏色組成的全部混合色都處在這兩點的連線上。 飽和度相同的彩色所對應的各點的連線稱為等飽和度線，見圖中所注。在譜色曲線內(nèi)任取三點對應的彩色作基色(例如,圖中R1、G1、B1)，則由此三基色混合而成的所有彩色都包含在以這三點為頂點的三角形內(nèi)。陰極射線管顯示v 陰極射線管（Cathode Ray Tube, CRT）的發(fā)展可追溯到1897年布朗的示波管，1938年德國人W. Fleching提出彩色顯像管專利，1950年美國的RCA公司研制出三槍三束蔭罩式彩色顯像管，1953年實用化。20世紀60年代，玻殼由圓形發(fā)展為角矩形管，尺寸由21英寸發(fā)展到25英寸,偏轉(zhuǎn)角由70增大到90，熒光粉由發(fā)光效率較低的磷酸鹽型發(fā)展為硫化物藍綠熒光粉和稀土類紅色熒光粉。70年代后，彩色顯示管進行了一系列的改進，熒光屏由平面直角發(fā)展到超平，純平，尺寸發(fā)展到主流29英寸以上，偏轉(zhuǎn)角由90增大到110，橫縱比不斷增大，采用自會聚管以提高顯示分辨率。近年來，高分辨率彩電已成為發(fā)展方向。v CRT（Cathode-Ray-Tube）顯示器，即陰極射線管顯示器，是最早使用的顯示器，它技術成熟，價格便宜，壽命長，可靠性高。v 一、 黑白顯像管 v 二、 彩色顯像管黑白顯像管是通過電光轉(zhuǎn)換重現(xiàn)電視圖像的一種窄束強流電子束管，是單色CRT。主要用途是在電視機中顯示圖像。其基本工作原理是：電子槍發(fā)射出電子束，電子槍受陰極或柵極所加的視頻信號電壓的調(diào)制，電子束經(jīng)過加束極的加速，聚焦極的聚焦，偏轉(zhuǎn)磁場的偏轉(zhuǎn)掃描到屏幕前面的熒光涂層上，產(chǎn)生復合發(fā)光，最終形成滿足人眼視覺特性要求的光學圖像。其結構如圖1.1所示。黑白顯像管由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏和錐體外殼組成。電子槍是顯像管中極為重要的組成部分。它是電子束源，用來發(fā)射電子，并將其加速和聚焦成細束，同時外加電信號控制電子束的強度。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)能依據(jù)輸入的有電子束位置信息的信號使電子束在向熒光屏行進途中軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)，以控制電子束到達熒光屏上的位置。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以用靜電式偏轉(zhuǎn)或磁偏轉(zhuǎn)，電子槍與偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)合稱顯示器件的電子光學系統(tǒng)。v 玻璃外殼由管頸、錐體和面玻璃三部分組成。管頸內(nèi)部安裝電子槍。玻璃錐體將面玻璃和管頸連接起來，其張開角代表最大電子束偏轉(zhuǎn)角度。同樣尺寸的熒光屏，偏轉(zhuǎn)角越大，管子長度就越短，可以減少電視機的厚度，國產(chǎn)標準顯像管主要有70、90、110和114等。v 熒光屏一般由玻璃基板、熒光粉層和和鋁膜層構成。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。v 熒光粉層完成顯像管內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換功能，黑白顯像管要求在電子轟擊下熒光粉發(fā)白光，一般采用顏色互補的兩種熒光粉混合起來發(fā)白光。v 熒光粉的另一個重要參數(shù)是余輝時間，余輝時間定義為亮度減少到1/10時所用的時間，余輝時間長于0.1秒的叫長余輝熒光粉，介于0.10.001秒的稱為中余輝熒光粉，短于0.001秒的稱為短余輝熒光粉。余輝太長運動畫面會有拖影，余輝太短平均亮度降低，電視采用中余輝熒光粉，示波器等則采用長余輝熒光粉。v 彩色顯像管采用紅綠藍（簡稱RGB）三基色相加混色原理實現(xiàn)彩色圖像的顯示。v 彩色顯像管產(chǎn)生三束電子流，確保受三個基色信號控制的三束電子束準確轟擊相應的熒光粉，是彩色顯像管技術的關鍵。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)。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)。象素也即發(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。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。最終就形成了你所看到的顯示畫面了。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點距是指屏幕上兩個相鄰熒光點的距離。 點距是衡量顯示器性能的重要指標，點距越小，顯示器顯示圖形越清晰。 常見點距規(guī)格有0.31mm、0.28mm、0.25mm等，目前高清晰大屏幕顯示器通常采用0.25mm的點距，某些產(chǎn)品甚至達到0.21mm。彩色顯像管分為單槍三束和三槍三束兩種。三槍三束彩色顯像管有三個陰極，發(fā)射出的三束電子束分別由三個電子槍聚焦。單槍三束彩色顯像管有三個陰極，但發(fā)射出的三束電子束共用同一個電子槍聚焦。單槍三束彩色顯像管采用蔭柵式v 條狀蔭柵由固定在一個拉力極大的鐵框中的互相平行的鐵線陣列組成。v 用條狀結構熒光屏代替點狀結構熒光屏，蔭罩板也做成柵縫狀，提高了電子束的透過率（電子透過率達到90%以上） ，圖像亮度高 2 液晶顯示器件（LCD）什么是液晶？v 液晶的發(fā)現(xiàn)可追溯到19世紀末，1888年奧地利的植物學家FReinitzer在作加熱膽甾醇的苯甲酸脂實驗時發(fā)現(xiàn)，當加熱使溫度升高到一定程度后，結晶的固體開始溶解。但溶化后不是透明的液體，而是一種呈混濁態(tài)的粘稠液體，并發(fā)出多彩而美麗的珍珠光澤。當再進一步升溫后，才變成透明的液體。這種混濁態(tài)粘稠的液體是什么呢？v 他把這種粘稠而混濁的液體放到偏光顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)這種液體具有雙折射性。v 于是德國物理學家DLeimann將其命名為“液晶”，簡稱為“LC”。在這以后用它制成的液晶顯示器件被稱為LCD。液體與氣體因為基本個體間拘束力很低，所以，一旦受力時與一個基本個體相鄰的其他基本個體一直替換，此現(xiàn)象即為流動。液晶態(tài)是物質(zhì)的一種形態(tài)v 液晶實際上是物質(zhì)的一種形態(tài)，也有人稱其為物質(zhì)的第四態(tài)。v 液晶分為兩大類：溶致液晶和熱致液晶。前者要溶解在水或有機溶劑中才顯示出液晶態(tài)，后者則要在一定的溫度范圍內(nèi)才呈現(xiàn)出液晶狀態(tài)。v 作為顯示技術應用的液晶都是熱致液晶。3.1、液晶基本知識v 1. 互變相變（可逆相變）2. 單變相變液晶分類（按熱致液晶分子排列狀態(tài)）向列相液晶（Nematic）又稱絲狀液晶 v 向列型液晶由長徑比很大的棒狀分子組成，保持與軸向平行的排列狀態(tài)。因為分子的重心雜亂無序，并容易順著長軸方向自由移動，所以像液體一樣富于流動性。正由于向列型液晶分子的這種一致排列，使得它的光學特性很像單軸晶體，呈正的雙折射性。對外界的電、磁、溫度、應力都比較敏感，是顯示器件上廣泛使用的材料。近晶相液晶（Smectic）又稱層狀液晶 近晶相液晶按層狀排列，由棒狀或條狀分子呈二維有序排列組成。層內(nèi)分子長軸相互平行，其方向可以垂直于層面或與層面成傾斜排列。層與層之間的作用較弱，容易滑動，因此具有二維的流動特性。近晶相液晶的粘度與表面張力都較大，用手摸有似肥皂的滑澀感，對外界的電、磁、溫度變化都不敏感。這種液晶光學上顯示正的雙折射性。 膽甾相液晶（Cholestevic），也稱螺旋狀液晶 膽甾型液晶和近晶型一樣具有層狀結構，但層內(nèi)分子排列則與向列型液晶類似，分子長軸在層內(nèi)是相互平行的，而在垂直這個平面上，每層分子都會旋轉(zhuǎn)一個角度。 液晶整體呈螺旋結構。螺距的長度是可見光波長的數(shù)量級。 由于膽甾型液晶的分子排列旋轉(zhuǎn)方向可以是左旋，也可以是右旋，當螺距與某一波長接近時，會引起這個波長光的布拉格散射，呈某一種色彩。 膽甾型液晶具有負的雙折射性質(zhì)。一定強度的電場、磁場也可使膽甾相液晶轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛄邢嘁壕А?膽甾相液晶易受外力的影響，特別對溫度敏感，由于溫度主要引起螺距的改變，因此膽甾相液晶隨溫度改變顏色。 液晶的電光效應v 液晶材料在施加電場（電流）時，其光學性質(zhì)會發(fā)生變化，這種效應稱為液晶的電光效應。v 液晶的電光效應在液晶顯示器的設計中被廣泛采用。目前發(fā)現(xiàn)的電光效應種類很多，產(chǎn)生電光效應的機理也較為復雜，但就其本質(zhì)來講都是液晶分子在電場作用下改變其分子排列或造成分子變形的結果。TN-LCD的信息容量小，只能用于筆段式數(shù)字顯示及低路數(shù)（16線以下）驅(qū)動的簡單字符顯示。 v 屬第二代液晶顯示器件。它是最常見的一種液晶顯示器件。v 將兩塊涂有導電透明電極氧化銦錫In2O3-SnO2（簡稱ITO）薄膜的玻璃板中間夾有介電各向異性玻璃基板表面做平行取向處理，即涂敷一層聚酰亞胺聚合物薄膜，用摩擦的方法在表面開成方向一致的微細溝糟。在保證兩塊基板上溝糟方向正交的前提下，形成一個間隙為幾個微米的液晶盒。v 由于內(nèi)表面涂有定向?qū)幽?，在盒?nèi)液晶分子沿玻璃表面平行排列。但由于兩片玻璃內(nèi)表面定向?qū)佣ㄏ蛱幚淼姆较蚧ハ啻怪?，液晶分子在兩片玻璃之間呈90扭曲，這就是扭曲向列液晶器件名稱的由來。 v 為正的向列相液晶，厚度約為數(shù)微米。v 當入射光通過偏振片后成為線偏振光，在外電場作用時，由線偏光經(jīng)過扭曲向列液晶的旋光特性決定，在出射處，檢偏片與起偏片相互垂直，旋轉(zhuǎn)了90的偏振光可以通過。因此呈透光態(tài)。v 在有電場作用時，當電場大于閾值場強后，液晶盒內(nèi)液晶分子長軸都將沿電場方向排列，即與表面呈垂直排列，此時入射的線偏振光不能得到旋轉(zhuǎn)，因而在出射處不能通過檢偏片，呈暗態(tài)。超扭曲向列液晶顯示器件（STN-LCD）（19851990年）v 第三代液晶顯示器件。顧名思義，“超扭曲”即扭曲角大于90。 v TN型液晶顯示器件缺點： 電光響應前沿不夠陡峭， 反應速度慢， 閾值效應不明顯。 使得大量顯示和視頻顯示等受到了限制。 v 80年代初，人們經(jīng)過理論分析和實驗發(fā)現(xiàn)，只要將分子的扭曲角增加到180270時，就可大大提高電光特性的響應速度。v 隨著扭曲角的增大，曲線的斜率增加，當扭角達到270時，斜率達到無究大。v 曲線斜率的提高可以允許多路驅(qū)動，且可獲得敏銳的銳度和寬的視角。 由于STN-LCD具有掃描線多、視角較寬、對比度好等特點 ,很快在大信息容量顯示的膝上型、筆記本型、掌上型微機及中英文打字機、圖形處理機、電子翻譯機及其它辦公和通信設備（手機）中獲得廣泛應用,并成為該時代的主流產(chǎn)品有源矩陣液晶顯示器件（AM-LCD） v 屬于第4代液晶顯示器。 v 普通簡單矩陣液晶顯示器TN型及STN型的電光特性，對多路、視頻運動圖像的顯示很難滿足要求。 v 有所謂的“交叉效應”。由于每個像素相當于一個電容，必產(chǎn)生串擾。當一個像素被先通時，相鄰行，列像素將處于半選通狀態(tài)。v 人們在第一個像素上設計一個非線性的有源器件，使每個像素可以被獨立驅(qū)動，克服了“交叉效應”。 v 有源矩陣液晶顯示采用了像質(zhì)最優(yōu)的扭曲向列型液晶顯示材料。有源矩陣液晶顯示根據(jù)有源器件的種類分為二端型和三端型兩種。 v 二端型以MIM（金屬-絕緣體-金屬）二極管陣列為主；v 三端型以薄膜晶體管（TFT）為主。 3.7、背照燈v 液晶顯示器是被動顯示器件，本身不會發(fā)光，往往工作在透光模式下。v 因此，為了了獲得高對比度與全色顯示，需要采用背照明光源。v 由于背照光源的功率是整個器件的90%以上，因此體積和功率是首先要考此的因素。 v 目前采用的背照光源主要有： 1）熱電致發(fā)光板EL 2）平板熒光燈（VFD） 3）冷陰極熒光燈（CCF） 4）平板場發(fā)射（FED） 5）有機電致發(fā)光（OEL）等。 照明方式又分為邊光式與背光式背光式兩種。v 電致發(fā)光（EL）是一種冷光源，它是靠熒光粉在交變電場作用下的本征發(fā)光，但亮度低，壽命僅有5000小時。v 平板熒光燈（VFD）是一種熱陰級、低壓、平板型熒光燈，如果將陽極和熒光粉制作成像素狀，就是平板熒光顯示器件，可用于電子稱，DVD等顯示用，做為背光源可以將陽極連成一片，全部涂覆一層熒光粉，其亮度大于150lm，壽命大于5000小時。冷陰極熒光燈（CCF）是一種依靠冷陰極氣體放電，激發(fā)熒光粉的光源。摻有少量水銀的衡薄蒸氣在高電壓下會產(chǎn)生電離，被電離的氣體二次電子發(fā)射，轟擊水銀蒸氣，使水銀蒸氣被激發(fā)，發(fā)射出紫外線，紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光。亮度大于150lm，其特點是壽命達20000小時，功耗在14W，有U形、M形和直管形。對液晶材料的要求：v （1）在使用和存儲的溫度環(huán)境下都表現(xiàn)為液晶相；v （2）具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、光化學穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性，使用壽命長；v （3）粘度低，具有優(yōu)良的響應特性；v （4）介電各向異性大，適于低電壓工作；v 對于TN型顯示器件： Vth（eD)-1/2 v （5）雙折射率的大小適合于顯示對比度的增加；v （6）彈性系數(shù)均衡，適合于多路傳輸驅(qū)動；v 彈性模量均衡表示各種變形的應變程度均衡，有利于電光特性曲線變陡，即有利于多路傳輸。v （7） 分子排列的有序度高，適合于提高顯示對比度。液晶電視對液晶顯示屏的要求：v （1）顯示屏必須具有大的像素容量，只有有源矩陣驅(qū)動的液晶屏才能勝任。v （2）必須采用背光源。v 電視圖象所要求的對比度、灰度級和高亮度是液晶屏本身達不到的。此外，液晶的閾值特性使它難于進行灰度調(diào)制，只有把液晶單元作為光調(diào)制器，并且采用外光源和復雜的驅(qū)動方式，才能得到符合電視圖象要求。v （3）足夠的響應速度v 在簡單矩陣尋址時，只有經(jīng)過多次掃描積累才能達到完全響應，必然產(chǎn)生響應滯后。但是在有源矩陣尋址時，信號電壓作用的時間已接近一幀周期，即要求液晶的響應時間達到40ms即可以了。v 4）彩色化v 全彩色液晶顯示的辦法是用白色背光源、透射液晶顯示屏和具有精細排列結構的彩色濾光片。v （5）必須采用有源矩陣驅(qū)動v 簡單矩陣驅(qū)動也能顯示低像素密度、低分辨率的小畫面圖象，但是要在響應速度、分辨率、亮度和灰度等級上全面符合電視圖象的要求，只能使用有源矩陣驅(qū)動。v （6）加大視角v 液晶顯示的視角小，是液晶顯示的光學原理決定的。彩色液晶顯示背光源發(fā)出白光，經(jīng)過濾色膜后變成RGB色光，通過TFT陣列可以調(diào)節(jié)加在液晶上的電壓，從而改變各顏色比例，實現(xiàn)彩色顯示。液晶顯示 液晶顯示的特點（1）優(yōu)點：（1）低壓、微功耗 工作電壓:23V，工作電流：幾個mA，功耗：10-6 10-5 W/cm2。（2）平板結構 LCD基本結構是兩片平板導電玻璃（厚1mm），中間灌有液晶（厚度10 mm）的薄形盒。（3）被動顯示型 液晶靠調(diào)制外界光達到顯示的目的。（4）顯示信息容量大 像素之間不采用隔離區(qū)，所以像素尺寸可以作小，利于制成高清晰度電視。（5）易于彩色化 采用彩色濾光膜可以方便實現(xiàn)彩色。（6）長壽命 由于工作電壓低，工作電流小，所以液晶幾乎不會劣化。（7）無輻射、無污染 CRT顯示中有X射線，PDP中有高頻電磁輻射，而LCD無此類問題。缺點：（1）顯示視角小 由于液晶顯示的原理是依靠液晶分子的光學各向異性，因此視覺范圍較小。 1994年AM LCD產(chǎn)品的典型視角性能為垂直方向-10- +30，水平方向45；1995年垂直方向和水平方向視角增大到60。目前水平視角達到160的水平，但制作成本大大增加。（2）響應速度慢 液晶顯示是依靠在外加電場作用下，液晶分子的排列發(fā)生變化，所以響應速度受材料的粘滯度的影響。（3）由于是非主動發(fā)光，暗時看不清 七. 液晶的光學特性（3）從偏振性方面，光可分為偏振光、自然光和部分偏振光。 偏振光 光的矢量方向和大小有規(guī)則變化的光為偏振光。它又分為三種： 線偏振光： 在傳播過程中，光矢量的方向不變，其大小隨相位變化的光。它在垂直于傳播方向的平面上，光矢量的端點軌跡是一直線。圓偏振光： 在傳播過程中，光矢量的大小不變，其方向規(guī)則變化的光。它在垂直于傳播方向的平面上，光矢量的端點軌跡是一個圓。 橢圓偏振光： 在傳播過程中，光矢量的端點沿橢圓軌跡轉(zhuǎn)動。自然光 普通光源(如太陽、電燈)發(fā)出的光的無偏振態(tài)。8 每個發(fā)光原子的發(fā)光持續(xù)時間只有10-8秒，它發(fā)出的是有一定長度的光波列，對于每一個波列，它的振動方向是確定的，即每個波列是一列線偏振光。8 但是同一原子前后兩次發(fā)出的波列卻是彼此獨立的，它們的振動方向沒有固定的聯(lián)系。光源中含有大量發(fā)光原子，這些發(fā)光原子在同一時刻各自發(fā)出的波列其振動也可取任意方向。 因此普通光源發(fā)出的光是由一段段振動方向不同、振幅大小不等、初相位各異的許多線偏振波列所組成。在遠大于發(fā)光持續(xù)時間的觀察時間內(nèi)，從統(tǒng)計平均來看，它包含了各種可能的振動方向的線偏振光，每種線偏振光的振幅相等，且彼此之間無固定位相關系。 部分偏振光 介于自然光與線偏振光之間的一種偏振光，在某個方向上振幅最大，而在與它正交的方向上振幅最小。消光比：檢偏器相對被測起偏器轉(zhuǎn)動時的最小透過光強與最大透過光強之比。 一般晶體偏振器的消光比為10-410-5，二色性偏振器的消光比為10-3。液晶顯示器件的工作原理: 在電場、熱等外場的作用下，使液晶分子從特定的初始排列狀態(tài)變?yōu)槠渌肿优帕袪顟B(tài)，隨著分子排列的變化，液晶元件的光學特性發(fā)生變化，從而變換為視覺變化。三種基本分子取向處理：（1）垂直取向處理 通過對基板表面處理，可使液晶分子的長軸方向與基板表面垂直排列；（2）平行取向處理 通過對基板表面處理，可使液晶分子的長軸方向與基板表面平行排列；（3）傾斜取向處理 通過對基板表面處理，可使液晶分子的長軸方向與基板表面構成確定的角度傾斜排列。三種取向處理的方法（1）基板表面直接處理法： 用具有垂直取向能力或平行取向能力的取向劑對基片表面進行直接處理。在取向劑與液晶分子之間產(chǎn)生的范德華力、偶極子之間的引力和氫鍵等物理化學的相互作用力是液晶分子的主要作用力。具體方法： 在基板表面涂布取向劑溶液，再通過加熱干燥等去除溶劑，從而在基板表面形成取向劑的薄層。 等離子體放電聚合法 將有取向能力的低分子量物質(zhì)（如六甲基二甲硅烷等）通過等離子放電而在基片表面上聚合而形成有吸附能力的取向?qū)印?噴涂取向處理法 將具有取向能力的高分子量物質(zhì)（如聚四氟乙烯），在高電場作用下在基片表面上形成有吸附能力的取向?qū)印?（2）基板表面間接處理法： 將取向劑（如卵磷脂、二元脂肪酸等）溶入液晶中，使其隨液晶一起注入液晶盒，溶于液晶中的取向劑被基板表面吸附，形成取向劑層。 優(yōu)點：取向工藝很簡單。 缺點：在液晶中加入較多的取向劑，會使液晶性能劣化，而其取向效果的可靠性和耐久性一般比基片直接取向處理法差。（3）在基板表面變形處理法： 8用棉布等沿某一方向輕輕摩擦，一般是在對基板表面通過平行取向劑直接處理之后，再經(jīng)摩擦處理，通過這種方法可使液晶分子的平行排列方位取向一致； 8用氧化硅等取向劑相對于基板表面以一定傾斜方向蒸發(fā)沉積，蒸鍍角小(5q20）時可實現(xiàn)液晶分子的傾斜排列，蒸鍍角大(20q45）時可實現(xiàn)平行排列。九. 液晶顯示器的主要性能參量（1）1. 電光特性 液晶在電場作用下將引起透光強度的變化，透光強度與外加電壓的關系，稱為電光特性。2. 溫度特性 當溫度過高，液晶態(tài)會消失，不能顯示。而溫度過低時，響應速度會明顯變慢，直至結晶，致使液晶顯示器件損壞。 普通型靜態(tài)驅(qū)動型使用溫度稍寬，也僅有040 ，在-5時，勉強可用，但響應速度變慢。而動態(tài)驅(qū)動型，由于多路驅(qū)動所要求的特性較嚴，故使用溫度范圍則僅在540。寬溫度的器件一般為1050。十. 各種液晶顯示器（1）液晶顯示分類 電流效應型: 利用液晶電導率的各向異性與介電常數(shù)各向異性實現(xiàn)顯示的液晶顯示器。 電場效應型: 利用液晶介電常數(shù)各向異性實現(xiàn)顯示的液晶顯示器。 熱效應型: 在施加電場的同時還需要加熱的液晶顯示器。液晶顯示的三種方式1. 反射式 反射器由一個漫反射器和一個鏡面組成，它們粘附在底玻璃外表面上。特點： 可以利用外界光，節(jié)省功耗，在陽光下圖