光電子技術第七章

7.1光電顯示技術基礎7.1.1顯示技術與顯示器件1897年德國的布勞恩（Braun）發(fā)明了陰極射線管（CRT）雛形。全球第一只球形彩色顯示器CRT于1950年問世。CRT顯示圖像的質量，如亮度、對比度、分辨率、視角和動態(tài)響應是最佳的，但體積和重量大，而且只能做到40英寸以下。1968年美國的Heilmeier發(fā)現(xiàn)液晶雙折射的電光效應可以用于制作顯示裝置，即現(xiàn)在的液晶顯示器（LCD）；1983年日本制造出透射式型彩色LCD。20世紀90年代，液晶顯示器首先在筆記本電腦領域取得了絕對優(yōu)勢。目前。TFT-LCD已進入TV領域，形成龐大的顯示器件產業(yè)。第七章光電顯示20世紀90年代，彩色等離子體顯示器（PDP）出現(xiàn)，目前已有40英寸以上的高清晰度電視（HDTV）。21世紀，出現(xiàn)LED顯示器和有機發(fā)光二極管顯示器（OLED）。LED顯示亮度高、色彩豐富，但分辨力差，適用室外大屏幕顯示；OLED可用于可視移動電話及小型顯示器。場發(fā)射（FED）可用于可視移動電話及小型顯示器。各種顯示器的應用范圍不斷擴大，目前全世界顯示器銷售額達到幾千億美元。顯示器件主要性能指標1.亮度B亮度是描述發(fā)光面或反光面上光的明亮程度的光度量。單位時間通過某截面積的所有波長的光能，單位lm（流明）。40W白熾燈光通量為350lm，36W熒光燈光通量為2500lm（1）光通量（2）發(fā)光強度一個光源在單位立體角內所發(fā)出的光通量稱為該光源的光強，單位是坎德拉，符號：cd，1cd=1lm/sr?？諝庵胁ㄩL555nm的單色輻射體在給定方向上的輻射強度為(1/683)WSr-1

時，則在該方向上的發(fā)光強度為1cd。對于555nm，1W=683lm。555nm是明視覺曲線中人眼最敏感的波長，即，其它波長處，。對含有多種波長的輻射通量，它對應的光通量為：注：輻射通量---單位時間通過某截面的所有波長的總輻射能量，單位W。定義為明視覺最大光譜光視效能，可建立同一波長下，輻射通量與光通量之間的換算關系：（3）光亮度亮度是描述發(fā)光面或反光面上光的明亮程度的光度量。并且，亮度考慮了光的輻射方向，所以它是表征發(fā)光面在不同方向上的光學特性的物理量。亮度的單位是尼特(nt)，1nt=1cd/m2。即1m2發(fā)光面沿其法線方間發(fā)出1cd光強時，該發(fā)光面在其法線方向上呈現(xiàn)的亮度為1nt。一般室內觀看清晰可見亮度要在70cd/m2以上，室外要在300cd/m2以上。人眼可見的亮度范圍為0.03-50000cd/m2。3分辨力

分辨力是人眼觀察圖像清晰程度的標志。用光柵高度（幀高）范圍內能分辨的等寬度黑白條紋（對比度100%）數(shù)目或電視掃描行數(shù)來表示（如：通常電視垂直分辨力為500線，線越多，分辨力越高）；也可用光點直徑來表示,約為幾微米到幾毫米，電腦顯示器分辨力常為0.28mm，CCD則可小到數(shù)微米以下（點越小，分辨率越高）。2對比度和灰度對比度：指畫面上最大亮度與最小亮度之比。一般顯示器對比度應達30:1?；叶龋褐笀D像畫面上亮度的等級差別。灰度越多，圖像層次越分明，圖像越柔和。電視圖像畫面應有8級左右灰度，人眼可分辨的最大灰度級別為100級左右。4發(fā)光（顯示）顏色發(fā)光（顯示）顏色可用發(fā)射光譜或顯示光譜的峰值及帶寬來衡量，或用色度坐標來表示。包括顏色的種類、層次與范圍。一、發(fā)光

定義:指固體受到某種形式的能量激勵后所產生的光發(fā)射現(xiàn)象，也即以某種方式(紫外線、高能電子、X射線、//射線等高能輻射)來激發(fā)某些物質，使其部分能量以可見或近可見光譜形式重新發(fā)射出來的現(xiàn)象。7.1.2發(fā)光、色彩與視覺根據(jù)激勵方式分類：

(1)光致發(fā)光：激勵來自對光子（通常是紫外光）的吸收。熒光燈是這類發(fā)光的代表，燈內的水銀蒸汽在外電場作用下放電而輻射出紫外光，紫外光激發(fā)管壁上的熒光粉而發(fā)光。(2)陰極射線發(fā)光：發(fā)光體在加速電子的轟擊下激發(fā)發(fā)光。典型的器件有顯像管(CRT)，其中的電子槍在加速場作用下產生高速電子束。(3)場致發(fā)光：發(fā)光體在外電場或電流作用下激發(fā)發(fā)光。如交流粉末顯示器、直流粉末顯示器、發(fā)光二極管、等離子體顯示器等。(4)化學發(fā)光：發(fā)光體在化學反應過程中由化學能激發(fā)的發(fā)光。如磷在氧化時所發(fā)的磷光?！獰晒猓喊l(fā)光時間≤10ns——磷光：發(fā)光時間>10ns根據(jù)發(fā)光時間長短：可分為長余輝(>0.1s)、中余輝(1ms-0.1s)、短余輝(<1ms)發(fā)光；根據(jù)發(fā)光機理不同：可分為分立中心發(fā)光、復合發(fā)光。(5)生物發(fā)光：螢火蟲、發(fā)光細菌等的生物發(fā)光。顏色是喚起人的第一視覺作用的重要媒質，因為人眼只有通過光作用在物體上造成的色彩才能獲得深刻印象。1.顏色的形成

顏色起源于光，波長不同的單色光，具有不同的顏色。顏色是不同波長的可見光作用于人的視覺器官后所產生的心理感受。顏色是一種和物理、生理及心理學都有關的復雜現(xiàn)象，由此有色盲、色弱等。二、顏色2.顏色的分類

（1）非彩色

是指黑色、白色和介于兩者之間的深淺不同的灰色。非彩色可以排成一個系列，稱作黑白系列或無色系列，從黑色開始，依次逐漸地到深灰色、中灰色、淺灰色、直到白色。（2）彩色

是指黑白系列以外的各種顏色。根據(jù)波長不同，彩色可以依次排成一個系列，稱為彩色系列。波長由長到短依次為：紅、橙、黃、綠、青、籃、紫。3.物體的顏色（1）物體的光源色（2）物體的固有色（3）物體的環(huán)境色（1）色調可見光譜不同波長的光在視覺上的表現(xiàn)稱為色調。色調是區(qū)分不同顏色的特征。因為可見光的波長有無數(shù)種，即光譜色有無數(shù)種，但實際上，相近波長的單色光用肉眼是很難區(qū)分它們的顏色。為了能用文字描述不同的顏色，通常把各種光譜色歸納成有限種色調,以表示色刺激的主觀屬性，以紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等區(qū)分。4.顏色的基本特征：色調、彩度和明度。（2）彩度（又稱飽和度）

彩度是指顏色的深淺程度。某種顏色的彩度高，則表示這種顏色深；反之，則顏色淺。實際上，彩度是色調的表現(xiàn)程度，它可以反映光線波長范圍的大小。波長范圍越窄,顏色越純，彩度越高，包含的白光成分越少，彩度越高。（3）明度：指顏色的明暗程度。物體表面色的明度主要取決于物體表面的反射比?！锶粑矬w表面為彩色，反射比越高則顏色越明亮，反射比越低則顏色發(fā)暗，反射比中等則顏色發(fā)灰?！锶粑矬w表面為黑白色，當物體表面的反射比在0~0.05之間時，物體呈黑色；當反射比高于0.8時，物體就呈白色；而反射比處于0.05~0.8時，物體呈灰色，且反射比越低，灰色越暗，即反射比增加時，灰色就會由深到淺變化。

各種顏色都可以用上述三個基本特征來表示，但只有彩色系列具有完整的三個特征；而黑白系列只有明度；彩度為零，沒有色調。5.顏色的性質(1)連續(xù)性：指光波長連續(xù)變化時顏色連續(xù)變化的性質，表示為顏色c為波長的函數(shù)：(2)可分性：指白光可分為其他顏色成分，如三棱鏡將白光分為7彩顏色。(3)可合性：任何一種顏色的光都可以看作是其它顏色按一定比例混合。6.三基（原）色原理（1）任一給定顏色可以用三種原色(紅、綠、藍)按一定比例混合而成，或者說各種顏色的光都可以分解成紅、綠、藍三種原色。（2)三原色理論認為，人眼視網膜上的錐狀細胞包含著紅、綠、藍三種反映色素，它們分別對不同波長的光發(fā)生反應，視覺神經中樞綜合這三種刺激的相對強度而產生一種顏色感覺，三種刺激的相對強度不同時，就產生不同的顏色視覺。所以，當眼睛受到單一波長的光刺激時產生一種顏色視覺，而當受到—束包含不同波長的復合光刺激時也只產生一種顏色視覺。(3)三原色的選取原則：其一，三原色中任意一種原色不能由另外兩種原色混合而成；其二，應該使三原色按不同比例混合時能產生盡量多的顏色。

為此，CIE規(guī)定的三原色為700nm的紅色、546.1nm的綠色和435.8nm的藍色。根據(jù)三原色原理，任意顏色可以用下式表示：式中[C]為某一特定的混合色，即被匹配的顏色；[R]、[G]、[B]為紅、綠、藍的單位三原色；R、G、B為混合色中所含紅、綠、藍三原色的量值，稱為色的三刺激值。三原色雖然能混合成所有不同色調的顏色，但當要求混合成高彩度的顏色時就很難實現(xiàn)。這時需將三原色之一加到被匹配的顏色一方。假設將紅原色R[R]加到被匹配的顏色一方，則其顏色方程可表示為：或7.混色方法把三原色按照不同的比例混合獲得彩色的方法稱為混色法。混色法有相加混色和相減混色之分。可根據(jù)需要相加或相減調配顏色。相加混色圖由右圖可見:紅色+綠色=黃色紅色+藍色=紫色(品紅)綠色+藍色=青色紅色+綠色+藍色=白色黃色、青色、品紅都是由兩種原色相混合而成，所以它們又稱相加二次色。另外：

紅色+青色=白色綠色+品紅=白色藍色+黃色=白色所以青色、黃色、品紅分別又是紅色、藍色、綠色的補色。以上各色即均是按照三基色光等量相加的結果；若改變它們之間的混合比例，經相加可獲得各種顏色的彩色。由三基色混合而成的顏色只表示被匹配顏色的外貌，而不能表示它的光譜成分。例如，由紅、綠、藍三基色混合而成的白光與連續(xù)光譜的白光（如太陽光）在視覺上一樣，但它們的光譜組成成分卻不一樣，成為同色異譜。1853年格拉斯曼教授總結了下列相加混色定律：1.補色律：自然界任一顏色都有其補色，它與它的補色按一定比例混合，可以得到白色或灰色。2.中間律：兩個非補色相混合，便產生中間色。其色調決定于兩個顏色的相對數(shù)量，其彩度決定于二者在顏色順序上的遠近。3、代替律：相似色混合，混合色仍相似?？捎霉奖硎救缦拢侯伾獳=顏色B，顏色C=顏色D，顏色(A+C)=顏色(B+D)代替律表明，在混色中，某種顏色用外貌相同的另外顏色代替，最后效果不變。4、亮度相加律：混合色的亮度等于各分色的亮度之和。三、視覺人眼彩色視覺特性包括：

(1)人眼有三種錐狀色感細胞，分別對紅、綠、藍最敏感；(2)人眼具有空間混色特性，指同一時刻當空間三種不同顏色的點靠得足夠近，使得人眼不能分辨出其各自顏色，而只能感覺到其混合色的特性。視覺是指光射入眼睛后產生的一種知覺，即視覺依賴于光。視覺的功用：人們通過視覺可以察覺某些物體的存在，鑒別并確定它在空間中的位置，闡明它與其它事物的關系，辨認它的運動、顏色、明亮程度或形狀等等。(3)人眼具有時間混色特性，指同一空間不同顏色的變換時間小于人眼的視覺惰性時，人眼不能分辨出其各自顏色，而只能感覺到他們的混合色。

(4)人眼具有生理混色特性，指兩只眼睛同時分別觀看兩種不同顏色的同一景象時，人眼不能分辨出其各自顏色，而只能感覺到他們的混合色。1.眼睛人眼的工作狀態(tài)很像一架簡單的照相機，把倒立的實像投射到視網膜上，它的焦距由晶狀體控制。透鏡的孔徑即瞳孔的大小由虹膜控制，在低照度下瞳孔變大，而在高照度下瞳孔孔徑縮小。視網膜

視網膜是視覺的光學過程和電生理過程的接口，是人眼感受光的部分。其邊緣部位主要分布著桿狀細胞，中央部位主要分布著錐狀細胞。當光落在視網膜上時，視細胞吸收了光能，使視細胞中含有的視紫質分解、并刺激神經末梢，形成生物脈沖(生物電流)，通過視神經把信息傳導到大腦后部的視覺皮層，經大腦綜合處理而形成視知覺。視覺過程產生視覺的首要條件就是要有光的存在，并射入眼睛中。光線→角膜→瞳孔→晶狀體（折射光線）→玻璃體（固定眼球）→視網膜（形成物像）→視神經（傳導視覺信息）→大腦視覺中樞（形成視覺）2.視覺特性由于視網膜上的錐狀細胞和桿狀細胞對光的感受性不同，因而當視野(是指當頭和眼睛不動時，眼睛所能觀察到的空間)亮度發(fā)生變化時，人眼就會產個不同的視覺特性。人眼在可見光范圍內的視覺靈敏度是不均勻的，它隨波長而變化。另外，人眼的光譜靈敏度，隨環(huán)境亮度的改變而變化。（1）人眼的光譜靈敏度（2）明視覺、暗視覺和中間視覺明視覺：視場亮度超過10cd/m2時，錐狀細胞的工作起著主要作用，這種視覺狀態(tài)稱為明視覺(或稱錐狀視覺)。錐狀細胞的最大的視覺靈敏度在555nm處。所以，明視覺錐狀細胞工作時，波長較長的光譜如紅色光顯得特別明亮。在明視覺狀態(tài)下，正常人的眼睛都能有良好的顏色感覺。

暗視覺：在微弱的照度(10-6-10-2cd/m2)下，只有桿狀細胞工作，錐狀細胞不工作的視覺狀態(tài)稱為暗視覺(或稱桿狀視覺)。桿狀細胞的最大的視覺靈敏度在507nm處。所以，暗視覺桿狀細胞工作時，綠光和藍光顯得特別明亮。特征：對物體細節(jié)的分辨能力很差，且對顏色也無法分辨。因此，暗視覺條件下，只有當目標足夠大，才能被看到；并且世界是無色的，各種顏色的物體都給人以藍、灰色感。中間視覺：視場亮度在10-2-10cd/m2時，桿狀細胞和錐狀細胞同時起作用，這種視覺狀態(tài)稱為中間視覺。（3）視覺閾限

能引起視覺的最低限度的光量稱為視覺的閾限，一般用亮度來度量，故又稱為亮度閾限。視覺的亮度閾限與目標物的大小有關。目標物的大小一般用目標物對眼睛所張的角度表示，稱為視角。視角越小，則亮度閾限越高；視角越大，亮度閾限就越低。但當視角超過300時，亮度閾限不再降低。

視覺的亮度閾限與目標物發(fā)出的光的顏色有關。在相同的視角下．對波長較長的光，例如紅光、黃光，其亮度閾限就高；對于波長較短的光，例如藍光，則亮度閾限值要低一些。這是因為在暗視覺條件下，光譜光效率向短波方向偏移的緣故。一般來說，亮度越高，越有利于視覺。但當視野亮度值超過106cd/m2時，視網膜可能被灼傷，所以人們只能忍受不超過106cd／m2的亮度。視覺的亮度閾限與觀察目標物的時間有關。目標物呈現(xiàn)的時間越長，亮度閾限值就越低；呈現(xiàn)時間越短，亮度閾限值就越高。（4）明適應、暗適應和眩光明適應和暗適應是指視覺對現(xiàn)場亮度變化的適應過程。（a）明適應眼睛由暗(視野亮度低于10-3cd/m2)到亮(高于幾個cd／m2)的視覺適應過程。在明適應過程中，桿狀細胞和錐狀細胞的替換工作大約需要經過1分鐘多的時間才能完成。（b）暗適應眼睛由明(高于幾個cd／m2)到暗(視野亮度低于10-3cd/m2)的視覺適應過程。暗適應過程的長短與適應前后的光環(huán)境有關。適應前后兩種光環(huán)境的亮度之差越大，則適應的時間也就越長。同時還與一些生理因素有關。當視場內明暗急劇變化時，人們會因眼睛不能很快適應而視力下降。有些場合要考慮明暗適應的過渡照明，以滿足眼睛適應性的要求。（3）眩光當視野內由于亮度分布或亮度不適宜，或存在著極端的亮度對比，以致引起不舒適感覺和降低目標可見度的視覺現(xiàn)象，統(tǒng)稱為眩光。

可見度是指人眼辨認物體存在或物體形狀的難易程度。

通常將眩光分為不舒適眩光和失能眩光：(a)不舒適眩光：產生不舒適感覺，但并不一定是降低視覺功效或可見度的眩光。

(b)失能眩光：降低視覺功效和可見度的眩光。用日常語言描述顏色，會因人的感受差異產生多樣性結論，而且不能說明相近顏色之間的細小差別。色度坐標就是為了能精確地標定顏色的一種規(guī)定體系。常用的色度坐標有孟塞爾表色系統(tǒng)和CIE表色系統(tǒng)(國際照明委員會)，而CIE是應用最廣泛的色度坐標系。CIE表色系統(tǒng)是以三基色學說為依據(jù)，由色刺激表示的系統(tǒng)。它能夠定量地分析光源色的相加混合，也可以用于表示物體固有色，是比較完善和精確的系統(tǒng)。CIE表色系統(tǒng)有多種，其中1931CIE—RGB系統(tǒng)較為直觀，1931CIE—XYZ系統(tǒng)是應用最廣泛的系統(tǒng)。7.1.3色度坐標系與彩色重現(xiàn)一、色度坐標系1.CIE-RGB計色系統(tǒng)波長700nm、光通量為1lm的紅光為一個紅基色單位，用(R)表示；波長546.1nm、光通量4.5907lm的綠光為一個綠基色單位，用(G)表示；波長435.8nm、光通量0.0601lm的藍光為一個藍基色單位，用(B)表示。任一彩色光F總可以通過下列配色方程配出：式中，R(R)、G(G)、B(B)稱為F的三色分量，R、G、B稱為三色系數(shù)（多少單位）;m稱為色模，代表F所含三基色單位的總量，r、g、b稱為色度坐標或相對色系數(shù)，分別代表F所用三基色單位總量為１時所需的各基色量的數(shù)值。特殊情況是，用各一個單位的紅、綠、藍混合相加（1lm的紅光、4.5907lm的綠光、0.0601lm的藍光）可得到等能（5.6508lm）的白光，稱E光源，所以白光的

當r、g、b或R、G、B按相同比例增加或減少時，混合成的顏色的色調和彩度不變，所改變的只是亮度。

在平面直角坐標系中，以r、g作為坐標，則平面上任一點都有一確定的r、g和b=1-g-r。這樣一個表示顏色的平面稱為CIE-RGB色度（品）圖。

三個色度坐標中，只要已知r和g的值，就能得到b的值，于是把原來的三維空間坐標問題簡化為二維平面問題。1931CIE-RGB色度圖色度軌跡形狀呈馬蹄形，故又稱之為馬蹄形軌跡。

★凡在馬蹄形軌跡上的點都表示光譜色的色度坐標。或者說，各種不同波長可見單色光的顏色色度坐標都落在該軌跡上；因此，軌跡上的每一點代表的顏色必然是高彩度的單一波長的可見光顏色。

★馬蹄形軌跡兩端的連線稱為底線,它是380nm和780nm色度坐標的連接線。底線代表的是紫與紅的混合色。凡是在底線上的點所代表的顏色也是高彩度，但它們的色調無法用波長來表示，僅說明它們不是光譜色，而是混合色。★在馬蹄形軌跡和底線包圍內，任意點都有相應的顏色與之對應，但均屬于混合色，而該范圍之外的各點將不再有任何彩色與之對應?！飯D中以435.8、546.1、700nm光譜色的色度坐標為頂點的三角形，稱為顏色三角形。凡在三角形內(包括三條邊)的各點所對應的顏色均可用三原色直接混合而成；而在三角形之外與光譜軌跡和底線包圍范圍之內的各點所對應的顏色，將無法用三原色直接混合而成，必須將其中的一種原色加到被匹配的顏色中，才能與其它兩種顏色混合而成?！锶切蔚闹匦淖鴺藶榈饶馨坠馍鴺?。CIE-RGB計色系統(tǒng)存在缺陷：1)色坐標出現(xiàn)負值，不易理解且計算不便；2)光譜軌跡不全在坐標第一象限內，作圖不便；3)色度圖上沒有直接表示出亮度，需要經過計算才能求出。2.CIE-XYZ標準計色系統(tǒng)CIE-XYZ標準計色系統(tǒng):任意彩色光F的配色方程為：式中，(X)、(Y)、(Z)為三基色單位，X(X)、Y(Y)、Z(Z)稱為F的三色分量（多少流明），X、Y、Z稱為三色系數(shù)，m’稱為色模，x、y、z為色度坐標或相對色系數(shù)，該計色系統(tǒng)中三基色單位(X)、(Y)、(Z)的選擇保證了色度坐標系中三色系數(shù)均為正，并規(guī)定Y(Y)既含色度又包含亮度，而另兩基色為純色分量不含亮度，還保證了X=Y=Z時仍代表等能白光。

該計色系統(tǒng)包含了位于舌形曲線上的單色坐標（x，y），這條曲線的下端為一條直線（紫線）所閉合。馬蹄形曲線包圍的部分構成了所有實際色彩。在曲線內部，畫出表示不同溫度下黑體輻射源色度點的軌跡（普朗克軌跡）。從大約2500K起的黑體輻射源軌跡近鄰的區(qū)域確定為白色。紅、綠、藍色調位于由圖中白色向對應的頂角上伸展的區(qū)域中。CIE數(shù)據(jù)也包含四個標準光源：A（鎢絲燈，2856K），B（陽光直射，約4870K），C（陰天的日光，約6770K）和D65（日光，6504K）。E點是三基色坐標值相等的點（x=y=1/3)。CIE色度圖提供了配色的簡便方法。用二基色光源可以得到色坐標位于連接這兩個光源色坐標的直線上的顏色。例如：標準白光C可以用藍和黃兩個顏色組成。用三個或更多個光源，可以產生色坐標在以光源色坐標為頂點的多邊形內的顏色。同樣，標準C光源能夠由三基色或四基色（橙、黃綠、綠和粉紅）等獲得。圖7-4XYZ色域圖注意：各種顏色在CIE色度圖上都有一個對應的點，但對視覺來說，當這種顏色的坐標位置變化很小時，人眼是感覺不出它的變化的，仍認為它是原來的顏色。即每一種顏色在色度圖上雖然占有一個點的位置，而對視覺來說，它實際上是一個范圍。色域圖：二、彩色重現(xiàn)電視彩色圖像的獲得需經過景物彩色畫面的分色、攝像器件的光電轉換、電信號的處理和傳輸、顯像器件的電光轉換等主要過程。彩色攝像機是在CCD片上制作彩色膜，目前大都采用棋盤格式濾色膜，常見的是行間排列（GCFS）和Bayer排列，如圖所示。景物經過攝像鏡頭和濾色膜形成R、G、B三個基色，再在CCD上成像。Bayer排列行間排列對圖像的亮度、色調和飽和度三參量的電信號進行色度編碼，通過矩陣電路使其成為發(fā)送端的編碼矩陣。在接收端，用矩陣電路實現(xiàn)解碼，用取出的三基色圖像信號控制彩色顯像管的三個電子束，激發(fā)相應熒光粉發(fā)光，即可實現(xiàn)彩色重現(xiàn)。為保證好的觀看效果，必須選擇一個合適的參考白場，并保證白場亮度達到100cd/cm2。不同制式采用的參考白場不同，國際電視NTSC采用標準照明體C光源（陰天的日光，約6770K）作白場，我國的PAL制和歐洲的EBU制均采用標準照明體D65（日光，6504K)作白場，比C更符合實際日光的品色。目前模擬D65的人工光源有帶濾光器的高壓氙燈、白熾燈和熒光燈。7.2陰極射線顯示7.2.1發(fā)光機理1復合發(fā)光晶態(tài)發(fā)光體是復合發(fā)光。特點：能量吸收在基質中進行，而能量輻射則在激活劑上產生，即發(fā)光過程在整個晶體內完成。由于全過程中晶體內伴隨有電子和空穴的漂移或擴散，從而常常產生特征性光電導現(xiàn)象，因而這類發(fā)光一般又稱光電導型發(fā)光。

它由晶體基質所決定的價帶和導帶、制備發(fā)光體摻入的激活劑離子所產生的局部能級G(一般為基態(tài)能級)以及晶體結構缺陷或加入的協(xié)同激活劑而產生的局部能級T（一般為電子陷阱能級）等幾部分組成。發(fā)光的微觀過程包括：(1)吸收激發(fā)能電離過程晶體吸收外界激發(fā)能，引起基質價帶電子和激活劑G能級上的電子（遠少于基質電子）激發(fā)、電離而到達導帶，從而在價帶中引入空穴，導帶中引入電子。(2)電子和空穴的中介運動過程電離產生的電子和空穴分別在導帶和價帶中擴散?？昭〝U散到價帶頂附近后被激活劑離子G能級俘獲。電子擴散到導帶底附近時，有的不經過亞穩(wěn)態(tài)，直接落入激活劑離子G能級相應的激發(fā)態(tài)A（a過程）；有的被淺層亞穩(wěn)態(tài)的陷阱能級T俘獲，之后借助熱運動回到導帶，繼而失去部分能量落入激發(fā)態(tài)A（b過程）；有的被深層陷阱能級T俘獲，之后在外界能量激發(fā)下回到導帶，繼而失去部分能量落入激發(fā)態(tài)A（c過程）。(3)電子空穴對復合發(fā)光過程激活劑離子A能級上的電子與G能級上的空穴復合并向外輻射光子。上述a過程中的電子在導帶中停留時間少于0.1ns即復合發(fā)光，因而稱短時復合發(fā)光；而b、c過程的電子由于存在T能級(即亞穩(wěn)態(tài))俘獲過程，因而復合發(fā)光滯后于電子受激發(fā)躍遷，存在余輝時間，稱為長時復合發(fā)光。硫化物型發(fā)光體是這類發(fā)光體的典型代表。發(fā)光過程中，除了基質ZnS本身提供的導帶(由Zn2+構成)和價帶(由S2-構成)外，不僅需要激活劑(最有效的有Cu,Ag,Au)提供基態(tài)能級G，還需要協(xié)同激活劑(最有效的有Cl,Ar,I等)提供陷阱能級T。晶態(tài)發(fā)光體的能帶結構示意圖

當一束高能（≥１keV）粒子打到某一固體上時，小部分(約10%)被反向散射，剩余部分穿透到固體中并在其中失去能量，使圖中處于基態(tài)1上位置A處的電子吸收外界高能量子而躍遷到激發(fā)態(tài)2上位置A,處。由于電子在A,處不穩(wěn)定，因而必然經由狀態(tài)B’下降到激發(fā)態(tài)能量最低點G’。當電子從激發(fā)態(tài)G’躍遷到基態(tài)G點時，便發(fā)生發(fā)光現(xiàn)象。其特點是，能量吸收和輻射均發(fā)生在晶體單分子中的激活劑附近，即發(fā)光中心上，因而稱為短時非光電導型發(fā)光，俗稱熒光。2分立發(fā)光分立發(fā)光機理的位形坐標模型

由于其發(fā)射光子的能量總小于吸收的能量，體現(xiàn)為發(fā)射光譜的峰值相對吸收光譜峰值向長波方向移動的現(xiàn)象，稱斯托克斯位移。斯托克斯位移在熒光燈中，通過由氬氣和水銀蒸氣組成的混合氣體放電，發(fā)出淺藍色的光和具有大量紫外線。如果在熒光燈的管壁上涂上適當?shù)陌l(fā)光材料，就可發(fā)生斯托克斯位移，把紫外線變?yōu)榭梢姽?，從而大大增加熒光燈發(fā)光效率。7.2.2陰極射線管(CRT)

1黑白顯像管工作原理：電子槍發(fā)射出的電子束被加在電子槍柵極或陰極上的視頻電信號調制后，經過加速、聚焦、掃描、發(fā)光等一系列過程最終變?yōu)闊晒馄辽习纯臻g分布的、亮度隨電信號強弱而變化的相應光信號，從而得到與原被攝景物幾何相似、明暗對應的適合人眼視覺特性要求的光學圖像。黑白顯像管的基本結構

燈絲2.陰極3.控制極4.加速極5.聚焦極6.高壓陽極7.電子束8.玻殼

(1)電子槍單電位電子槍結構：燈絲Hf；陰極K；控制極G1；加速極G2；聚焦極G3高壓陽極G4電子槍作用：發(fā)射并加速電子，加速極電壓一般在700伏左右。用視頻信號調制電子束流，一般采用陰極調制方式，也就是控制極接地，將視頻信號加到陰極上，此時陰極電壓越向負極變化，電子束流就越大，所以稱負極性調制。利用電子透鏡會聚電