光电子复习参考第6章.pptx
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1、 6.1 6.1 阴极射线管阴极射线管(Cathode Ray Tube,CRT)一、黑白显像管一、黑白显像管 目前,黑白显像管主要用于电视机中显示图像,目前,黑白显像管主要用于电视机中显示图像,工业控制设备中用做监视器。工业控制设备中用做监视器。1.1.显像管结构显像管结构 (1 1)电子枪结构及工作原理)电子枪结构及工作原理 电子枪用来产生电子束,以轰击荧光幕上的荧光粉发光。为电子枪用来产生电子束,以轰击荧光幕上的荧光粉发光。为 了在屏幕上得到亮而清晰的图像,要求电子枪满足如下的要求:了在屏幕上得到亮而清晰的图像,要求电子枪满足如下的要求:电子枪产生大的电子束电流,束流在电子枪产生大的电子
2、束电流,束流在50A-200A50A-200A,屏幕电压,屏幕电压 为为10KV-20KV10KV-20KV,屏幕大的显像管电子束流较大,电压较高。,屏幕大的显像管电子束流较大,电压较高。在屏幕上形成细小的扫描点(约在屏幕上形成细小的扫描点(约0.2mm0.2mm),屏幕越大,光点尺),屏幕越大,光点尺 寸越大;寸越大;电子枪应有良好的调制特性,调制特性陡。电子枪应有良好的调制特性,调制特性陡。灯丝加电发热时,阴极被间接均匀加热;灯丝加电发热时,阴极被间接均匀加热;顶端涂有氧化物材料、镍金属制成的阴极为圆筒状,氧化物阴极比其它金属顶端涂有氧化物材料、镍金属制成的阴极为圆筒状,氧化物阴极比其它金
3、属 制成的阴极更容易发射电子。当热至制成的阴极更容易发射电子。当热至2000K2000K时,阴极便大量发射电子。时,阴极便大量发射电子。栅极是一个套在阴极外面的小圆筒,中心处有一小孔,使电子流成束飞出。栅极是一个套在阴极外面的小圆筒,中心处有一小孔,使电子流成束飞出。栅极离阴极通常在栅极离阴极通常在1mm1mm以下,栅极中心孔直径为以下,栅极中心孔直径为0.6-0.8mm0.6-0.8mm。*当栅极上所加电压比阴极低时,对从阴极来的电子起排斥作用,只有部分电当栅极上所加电压比阴极低时,对从阴极来的电子起排斥作用,只有部分电 子能通过栅极到达屏幕,其余电子被排斥阻挡回到阴极附近,形成电子云。子能
4、通过栅极到达屏幕,其余电子被排斥阻挡回到阴极附近,形成电子云。*改变栅极负电压的大小,可改变电子被排斥的程度,从而改变电子束的电流改变栅极负电压的大小,可改变电子被排斥的程度,从而改变电子束的电流 大小,控制光点亮暗。大小,控制光点亮暗。*栅极距阴极越近,控制作用越强。电流为零时的电压,称为栅极截止电压。栅极距阴极越近,控制作用越强。电流为零时的电压,称为栅极截止电压。加速极中间也开有小孔,加速极的电压相对阴极为正电压(加速极中间也开有小孔,加速极的电压相对阴极为正电压(300-450V300-450V),),聚焦极直流电压可调,以改变电子聚焦的质量,所以叫聚焦极。聚焦极直流电压可调,以改变电
5、子聚焦的质量,所以叫聚焦极。高压阳极与荧光粉后面的铝背膜相连,使电子束以足够高的速度轰击荧光高压阳极与荧光粉后面的铝背膜相连,使电子束以足够高的速度轰击荧光 屏,激发荧光粉发出亮光。聚焦极和高压阳极构成主聚焦透镜,将交叉点成屏,激发荧光粉发出亮光。聚焦极和高压阳极构成主聚焦透镜,将交叉点成 像在荧光屏上。像在荧光屏上。以上五个电极用玻璃绝缘柱支撑组装成一个坚实的整体,总称为电子枪。以上五个电极用玻璃绝缘柱支撑组装成一个坚实的整体,总称为电子枪。2 2 荧光屏荧光屏 荧光屏一般由荧光屏一般由玻璃基板玻璃基板、荧光粉层荧光粉层、铝膜铝膜 构成。构成。荧光屏的尺寸荧光屏的尺寸 人眼的最大视角人眼的最
6、大视角-水平方向约水平方向约1717,垂直方向,垂直方向13,13,画面的宽高比为画面的宽高比为-4:3-4:3 或或 5:45:4,我国取,我国取4:34:3。为减小环境光的影响,提高图像对比度,荧光屏玻为减小环境光的影响,提高图像对比度,荧光屏玻璃采用具有中性吸光性能的烟灰玻璃。此外还要满足光璃采用具有中性吸光性能的烟灰玻璃。此外还要满足光洁度、均匀性、耐压性、耐张力、防爆性等要求。洁度、均匀性、耐压性、耐张力、防爆性等要求。2.何为液晶?其分子结构有何特点?液晶的结构类型主要有几种?液晶的特性有哪些(如:折射率,介电常数,光学特性)一、液晶的基本知识一、液晶的基本知识 1 1 什么是液晶
7、什么是液晶 液晶液晶液态晶体的简称(液态晶体的简称(Liquid Crystal)最早报告液晶的是奥地利植物学家莱尼采尔。最早报告液晶的是奥地利植物学家莱尼采尔。18881888年,他在研究植物生理作用时,加热一种有机化年,他在研究植物生理作用时,加热一种有机化合物晶体时发现。合物晶体时发现。发发 现:现:晶体熔化时晶体熔化时-首先呈现为浑浊不透明的液体,它具有首先呈现为浑浊不透明的液体,它具有 流动性,又有像晶体那样的各向异性;流动性,又有像晶体那样的各向异性;继续升温时继续升温时-液体变成透明,各项异性的特征也消失液体变成透明,各项异性的特征也消失 了,成了普通的液体。了,成了普通的液体。
8、因此,因此,把既有液体的流动性,又有晶体的各向异把既有液体的流动性,又有晶体的各向异 性的物质状态称为液态晶体性的物质状态称为液态晶体,简称液晶。,简称液晶。液晶分为两大类:液晶分为两大类:溶致晶体溶致晶体:溶解在一定溶剂中才呈现液晶性(人体溶解在一定溶剂中才呈现液晶性(人体 内存在)内存在),热致晶体热致晶体 :一定的温度范围内才呈现液晶性一定的温度范围内才呈现液晶性(显示用显示用 液晶液晶)。显示用的液晶都是一些有机化合物,分子量一显示用的液晶都是一些有机化合物,分子量一般在般在200-500200-500范围内。范围内。液晶分子的形状呈棒状,很像液晶分子的形状呈棒状,很像“雪茄烟雪茄烟”
9、,宽,宽不足一纳米,长约数纳米,长为宽的不足一纳米,长约数纳米,长为宽的4-84-8倍。倍。*棒状分子结构如下图所示,其中棒状分子结构如下图所示,其中 X X 和两个苯环称和两个苯环称 为为中央基团中央基团,y y 和和 y y为为末端基团末端基团。*液晶的各种物理、化学性质完全由这些基团决定,液晶的各种物理、化学性质完全由这些基团决定,可通过改变基团的种类而改变液晶的某种性质。可通过改变基团的种类而改变液晶的某种性质。*采用单一种类的液晶,无法满足显示器件的多种要采用单一种类的液晶,无法满足显示器件的多种要 求,所以求,所以 彩色电视和彩色计算机终端显示器,所用彩色电视和彩色计算机终端显示器
10、,所用 的液晶材料通常由的液晶材料通常由2020种以上的单质液晶混合而成。种以上的单质液晶混合而成。液晶的结构类型液晶的结构类型 液晶分子中含有极性基团,分子间相互吸引,并液晶分子中含有极性基团,分子间相互吸引,并 按一定的规律有序排列。按一定的规律有序排列。排列方式可分成以下排列方式可分成以下3 3 种类种类型:型:近晶相近晶相 *棒状分子按分子长轴方向互相平行,分层排列,棒状分子按分子长轴方向互相平行,分层排列,*分子只能在层内转动或滑分子只能在层内转动或滑 动,不能在层间移动,动,不能在层间移动,*晶体的粘度、表面张力大,晶体的粘度、表面张力大,对电、磁、温度等变化不对电、磁、温度等变化
11、不 敏感敏感.向列相向列相 *棒状分子按分子长轴棒状分子按分子长轴 方向互相平行交错排方向互相平行交错排 列,不分层,列,不分层,*分子可以上下左右、分子可以上下左右、前后滑动,流动性好,前后滑动,流动性好,对外界反应敏感,是对外界反应敏感,是 目前显示器的主要材目前显示器的主要材 料。料。胆甾相胆甾相 甾甾有机化合物的一类,存在于动植物的体内。有机化合物的一类,存在于动植物的体内。分子排列成层,层内分子相互平行,分子长轴平行于层平面,分子排列成层,层内分子相互平行,分子长轴平行于层平面,不同层的分子长轴方向稍有变化,相邻两层分子,其长轴彼此不同层的分子长轴方向稍有变化,相邻两层分子,其长轴彼
12、此 有一轻微的扭角(约有一轻微的扭角(约1515分),分),扭转成螺旋形,旋转扭转成螺旋形,旋转360360的的 层间距离称螺距,螺距大致与层间距离称螺距,螺距大致与 可见光波长相当。可见光波长相当。胆甾相实际上是向列项的一种胆甾相实际上是向列项的一种 畸变状态,胆甾相在一定条件畸变状态,胆甾相在一定条件 下可变为向列相。下可变为向列相。3 3 液晶的光电特性液晶的光电特性 液晶物质的折射率液晶物质的折射率n n,介电常数,介电常数、磁化率、磁化率、电、电 导率导率、粘度、粘度等各种物理性质,存在各向异性。等各种物理性质,存在各向异性。正是基于液晶的各向异性,通过施加电压或加热正是基于液晶的各
13、向异性,通过施加电压或加热 等,分子出现再排列的现象,使液晶得到广泛的应用。等,分子出现再排列的现象,使液晶得到广泛的应用。液晶分子的介电常数液晶分子的介电常数 液晶分子的取向对液晶的显示起决定性作用。液晶分子的取向对液晶的显示起决定性作用。无外加电场时无外加电场时 液晶分子排列的有序程度表示:液晶分子排列的有序程度表示:其中:其中:S S:有序化参数:有序化参数 :个别液晶分子长轴方向与:个别液晶分子长轴方向与n n偏离偏离 的角度的角度 :分子长轴的择优取向的单位矢量分子长轴的择优取向的单位矢量。:表示对全部液晶分子取平均。:表示对全部液晶分子取平均。S S 的取值与温度有关,向列相液晶的
14、的取值与温度有关,向列相液晶的 s s 取值在取值在0.3-0.80.3-0.8之间之间 对液晶施加电场时对液晶施加电场时 设设/和和 分别为测得的液晶介电常数,其中:分别为测得的液晶介电常数,其中:/:电场与取向矢量:电场与取向矢量 平行时的介电常数平行时的介电常数(与长轴平行与长轴平行),:电场与取向矢量:电场与取向矢量 垂直时的介电常数垂直时的介电常数(与长轴垂直与长轴垂直),),*P *P型液晶型液晶-0-0,具有正的介电各向异性,在外电场下,具有正的介电各向异性,在外电场下,分子长轴平行外电场方向;分子长轴平行外电场方向;*N N型液晶型液晶-0-Vth V Vth 时,液晶分子的长
15、轴开始向电场方向倾斜,时,液晶分子的长轴开始向电场方向倾斜,V2Vth V2Vth 时,大部分分子长轴与电场方向平行排列,时,大部分分子长轴与电场方向平行排列,当:当:*上下偏振片偏振方向平行:上下偏振片偏振方向平行:光透过,亮态,黑底白字,负显示光透过,亮态,黑底白字,负显示 *上下偏振片偏振方向垂直:上下偏振片偏振方向垂直:光遮断,暗态,白底黑字,正显示光遮断,暗态,白底黑字,正显示 4.请分别给出二端和三端有源矩阵液晶显示驱动的电路原理图,并分别说明其工作原理。四、有源矩阵液晶显示器件(四、有源矩阵液晶显示器件(AM-LCDAM-LCD)STN-LCDSTN-LCD采用简单矩阵驱动,没有
16、从根本上克采用简单矩阵驱动,没有从根本上克 服交叉效应,也没有解决因扫描行数增加,占空比服交叉效应,也没有解决因扫描行数增加,占空比 下降所带来的显示质量变化问题。下降所带来的显示质量变化问题。所以,如果每个象素可以被所以,如果每个象素可以被独立驱动独立驱动,就可以,就可以 克服交叉效应。克服交叉效应。目前,主要有以下二种显示方式:目前,主要有以下二种显示方式:1.1.二端有源矩阵液晶显示二端有源矩阵液晶显示 结构:结构:在每个象素回路中串入一个二端器件在每个象素回路中串入一个二端器件-MIM-MIM(金属(金属-绝缘体绝缘体-金属)二极管,要求其满足如金属)二极管,要求其满足如下要求:下要求
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