光电显示技术20131.pptx
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1、光电显示技术光电显示技术2光光电电显显示示技技术术 光电显示技术是将电子设备输出的电信号转换成光电显示技术是将电子设备输出的电信号转换成视觉可见的图像、图形、数码以及字符等光信号的视觉可见的图像、图形、数码以及字符等光信号的一门技术。一门技术。显示(显示(display),就是指对信息的表示。在信),就是指对信息的表示。在信息工程学领域中,把显示技术限定在基于光电子手息工程学领域中,把显示技术限定在基于光电子手段产生的视觉效果上,即根据视觉可识别的亮度、段产生的视觉效果上,即根据视觉可识别的亮度、颜色,将信息内容以光电信号的形式传达给眼睛产颜色,将信息内容以光电信号的形式传达给眼睛产生视觉效果
2、。生视觉效果。1、概述、概述31.1 显示技术的发展历史显示技术的发展历史1897年德国人布劳恩(年德国人布劳恩(Braun)发明阴极射线管)发明阴极射线管(CRT)以来。以来。全世界第一只球形彩色布劳恩管(全世界第一只球形彩色布劳恩管(CRT)于)于1950年问世。年问世。1983年,科技人员对传统反射型的液晶显示器(年,科技人员对传统反射型的液晶显示器(LCD:LiquidCrystalDisplay)作了一些改进,除偏光片外,又)作了一些改进,除偏光片外,又在其背面加上了背景光源,在前面加上了微型彩色滤光片,在其背面加上了背景光源,在前面加上了微型彩色滤光片,改变为透射型彩色改变为透射型
3、彩色LCD。从此开创了平板显示的新纪元。从此开创了平板显示的新纪元。另一方面,显示技术已不再局限于以前的另一方面,显示技术已不再局限于以前的CRT和和LCD,等离,等离子体显示器(子体显示器(PDP)和有机电致发光效应()和有机电致发光效应(EL)等多种新型)等多种新型的显示技术和显示方式已在多媒体市场上闪亮登场。的显示技术和显示方式已在多媒体市场上闪亮登场。最近几年还出现了有机发光二极管平板显示器(最近几年还出现了有机发光二极管平板显示器(OLED)及场致发射显示器(及场致发射显示器(FED)。)。光光电电显显示示技技术术4显示器件显示器件显示器件显示器件 发展趋势发展趋势发展趋势发展趋势
4、显示器件显示器件显示器件显示器件 发展趋势发展趋势发展趋势发展趋势 阴极射线管阴极射线管阴极射线管阴极射线管 提高分辨率,小提高分辨率,小提高分辨率,小提高分辨率,小型化,平板化型化,平板化型化,平板化型化,平板化电致变色显示电致变色显示电致变色显示电致变色显示器器器器 改进可靠性改进可靠性改进可靠性改进可靠性 真空荧光显真空荧光显真空荧光显真空荧光显示器示器示器示器 多色,矩阵显示多色,矩阵显示多色,矩阵显示多色,矩阵显示的实际使用的实际使用的实际使用的实际使用 液晶显示器液晶显示器液晶显示器液晶显示器 彩色,小电视彩色,小电视彩色,小电视彩色,小电视的实际使用的实际使用的实际使用的实际使用
5、交流等离子交流等离子交流等离子交流等离子体显示器体显示器体显示器体显示器驱动的简化驱动的简化驱动的简化驱动的简化 发光二极管发光二极管发光二极管发光二极管 高亮度高亮度高亮度高亮度直流等离子直流等离子直流等离子直流等离子体显示器体显示器体显示器体显示器提高电视显示效提高电视显示效提高电视显示效提高电视显示效率率率率 电致发光显示电致发光显示电致发光显示电致发光显示器器器器矩阵显示商品矩阵显示商品矩阵显示商品矩阵显示商品化化化化51.2光电显示器件分类光电显示器件分类v如果根据收视信息的状态分类,可分成:如果根据收视信息的状态分类,可分成:v 1.直观型直观型(Direct View Type)
6、v 2.投影型投影型(Projection Type)v 3.空间成像型空间成像型(Space Imaging Type)原则上把显示设备上出现的视觉信息直接观看原则上把显示设备上出现的视觉信息直接观看的方式称为直观型的方式称为直观型把由显示设备或者光控装置所产生的比较把由显示设备或者光控装置所产生的比较小的光信息经过一定的光学系统放大投射小的光信息经过一定的光学系统放大投射到大屏幕后收看的方式称为投影型。到大屏幕后收看的方式称为投影型。指采用某种光学手段(如激光)在空间形成可供指采用某种光学手段(如激光)在空间形成可供观看图像的方式,从原理上说,图像大小与显示观看图像的方式,从原理上说,图像
7、大小与显示器无关器无关,可以很大。空间成像显示因为图像具有可以很大。空间成像显示因为图像具有纵深而大大提高了真实感和现场感。纵深而大大提高了真实感和现场感。6v从显示原理的本质来看,光电显示技术利用了发从显示原理的本质来看,光电显示技术利用了发光和电光效应两种物理现象。所谓电光效应是指光和电光效应两种物理现象。所谓电光效应是指加上电压后物质的光学性质(如折射率、反射率、加上电压后物质的光学性质(如折射率、反射率、透射率等)发生改变的现象。因此,根据像素本透射率等)发生改变的现象。因此,根据像素本身发光与否,又可将显示器件分为以下两大类:身发光与否,又可将显示器件分为以下两大类:1.主动发光(主
8、动发光(emissive)型)型 2.被动显示被动显示(passive)型型在外加电信号作用下,主动发光型器件在外加电信号作用下,主动发光型器件本身产生光辐射刺激人眼而实现显示。本身产生光辐射刺激人眼而实现显示。比如比如CRT、PDP、ELD、激光显示器、激光显示器(LPD:LaserProjectionDisplay)等。等。在外加电信号作用下,被动显示型器件在外加电信号作用下,被动显示型器件单纯依靠对光的不同反射呈现的对比度单纯依靠对光的不同反射呈现的对比度达到显示目的。达到显示目的。7v按显示屏幕大小分类有:超大屏幕(按显示屏幕大小分类有:超大屏幕(4m2)、大屏幕)、大屏幕(14m2)
9、、中屏幕()、中屏幕(0.21m2)和小屏幕()和小屏幕(0.2m2)。)。v按色调显示功能分类有:黑白二值色调显示、多值色调按色调显示功能分类有:黑白二值色调显示、多值色调显示(三级以上灰度)和全色调显示。显示(三级以上灰度)和全色调显示。v按色彩显示功能分类有:单色(按色彩显示功能分类有:单色(monochrome)黑白)黑白或红黑显示、多色(或红黑显示、多色(multi color)显示(三种以上)显示(三种以上)和全色显示。和全色显示。v按成像空间坐标分类有:二维平面显示和三维立体显示。按成像空间坐标分类有:二维平面显示和三维立体显示。8v按所用显示材料分类有:固体按所用显示材料分类有
10、:固体(晶体和非晶体晶体和非晶体)、液、液体、气体、等离子体、液晶体显示等。体、气体、等离子体、液晶体显示等。v按显示原理分类有:阴极射线管按显示原理分类有:阴极射线管(CRT)、真空荧光、真空荧光管管(VFD)、辉光放电管(、辉光放电管(GDD)、液晶显示器)、液晶显示器(LCD)、等离子体显示器、等离子体显示器(PDP)、发光二极管、发光二极管(LED)、场致发射显示器、场致发射显示器(FED)、电致发光显示器、电致发光显示器(ELD)、电致变色显示器(、电致变色显示器(ECD)、激光显示器)、激光显示器(LPD)、电泳显示器、电泳显示器(EPD)、铁电陶瓷显示器、铁电陶瓷显示器(PLZT
11、)等等。等等。9显示器件分类显示器件分类10显示技术内容安排显示技术内容安排v其他显示技术(3D显示)显示技术vOLED原理与应用vCRT显示技术vDLP显示器v等离子体显示器vLCD原理与应用112 阴极射线管阴极射线管(CRT)显示技术显示技术 v 2.1 CRT显示器的基本结构与工作原理显示器的基本结构与工作原理 2.1.1 黑白黑白CRT显示器的基本结构与工作原理显示器的基本结构与工作原理 2.1.2 彩色彩色CRT显示器的基本结构与工作原理显示器的基本结构与工作原理 2.1.3 CRT显示器的主要单元显示器的主要单元v 2.2 CRT显示器的驱动与控制显示器的驱动与控制 2.2.1
12、CRT显示器相关技术显示器相关技术 2.2.2 CRT显示器驱控电路显示器驱控电路 v 2.3 CRT显示器的特点、性能指标及发展历史显示器的特点、性能指标及发展历史 2.3.1 CRT显示器的特点显示器的特点 2.3.2 CRT显示器的性能指标显示器的性能指标 2.3.3 CRT显示技术的发展历史显示技术的发展历史 光光电电显显示示技技术术12vCRT显像管使用电子枪发射高速电子,经过垂显像管使用电子枪发射高速电子,经过垂直和水平的偏转线圈控制高速电子的偏转角度,直和水平的偏转线圈控制高速电子的偏转角度,最后高速电子轰击屏幕上的磷光物质使其发光。最后高速电子轰击屏幕上的磷光物质使其发光。通过
13、电压调节电子枪发射电子束的功率,就会在通过电压调节电子枪发射电子束的功率,就会在屏幕上形成明暗不同的光点,形成各种图案和文屏幕上形成明暗不同的光点,形成各种图案和文字。字。vCRT显像管分为黑白和彩色两种。显像管分为黑白和彩色两种。2.1阴极射线管阴极射线管(CRT)显示技术显示技术灰度实现:控制每个像素的电子束强度1TV-field:扫描过程构建全图的周期CRT显像管图像显示原理electrongun电子枪电子束electronbeamPixel像素scanline扫描线1TV-field1场信号14v2.1.1 黑白黑白CRT显示器的基本结构与工作原理显示器的基本结构与工作原理 黑白黑白C
14、RT主要由圆锥形玻壳、玻壳正面用于显示的荧光屏、主要由圆锥形玻壳、玻壳正面用于显示的荧光屏、封入玻壳中发射电子束用的电子枪系统和位于玻壳之外控制封入玻壳中发射电子束用的电子枪系统和位于玻壳之外控制电子束偏转扫描的磁轭器件四部分组成。它的主要用途是在电子束偏转扫描的磁轭器件四部分组成。它的主要用途是在电视机中显示图像,以及在工业控制设备中用作监视器。电视机中显示图像,以及在工业控制设备中用作监视器。CRT显示技术显示技术15 结构中灯丝、阴极(结构中灯丝、阴极(K)、第一控制栅极()、第一控制栅极(G1或称调或称调制器)、加速极(制器)、加速极(G2或称屏蔽极)构成发射系统;第二阳或称屏蔽极)构
15、成发射系统;第二阳极极G3、聚焦极、聚焦极G4、高压阳极、高压阳极G5构成聚焦系统。工作时,构成聚焦系统。工作时,电子枪中阴极(电子枪中阴极(K)被灯丝加热至)被灯丝加热至200K时,阴极(时,阴极(K)大)大量发射电子。电子束首先被加在第一控制栅极的视频电信号量发射电子。电子束首先被加在第一控制栅极的视频电信号所调制,然后经加速和聚焦后,高速轰击荧光屏上的荧光体,所调制,然后经加速和聚焦后,高速轰击荧光屏上的荧光体,荧光体发出可见光。电子束的电流是受显示信号控制的,信荧光体发出可见光。电子束的电流是受显示信号控制的,信号电压高,电子枪发射的电子束流也越大,荧光体发光亮度号电压高,电子枪发射的
16、电子束流也越大,荧光体发光亮度也越高。最后通过偏转磁轭控制电子束,在荧光屏上从上到也越高。最后通过偏转磁轭控制电子束,在荧光屏上从上到下,从左到右依次扫描,从而将原被摄图像或文字完整地显下,从左到右依次扫描,从而将原被摄图像或文字完整地显示在荧光屏上。示在荧光屏上。CRT显示技术显示技术16v2.1.2 彩色彩色CRT显示器的基本结构与工作原理显示器的基本结构与工作原理 彩色彩色CRT利用三基色图像叠加原理实现彩色图像的显示。利用三基色图像叠加原理实现彩色图像的显示。CRT显示技术显示技术17v 彩色彩色CRT是通过红是通过红(R)、绿、绿(G)、蓝、蓝(B)三原色组合产生三原色组合产生彩色视
17、觉效果。荧光屏上的每一个像素由产生红彩色视觉效果。荧光屏上的每一个像素由产生红(R)、绿、绿(G)、蓝、蓝(B)的三种荧光体组成,同时电子枪中设有的三种荧光体组成,同时电子枪中设有3个阴个阴极,分别发射电子束,轰击对应的荧光体。为了防止每个电极,分别发射电子束,轰击对应的荧光体。为了防止每个电子束轰击另外两个颜色的荧光体,在荧光面内侧设有选色电子束轰击另外两个颜色的荧光体,在荧光面内侧设有选色电极极荫罩。荫罩。v 在荫罩型彩色在荫罩型彩色CRT中,玻壳荧光屏的内面形成点状红、中,玻壳荧光屏的内面形成点状红、绿、蓝三色荧光体,荧光面与单色绿、蓝三色荧光体,荧光面与单色CRT相同,在其内侧均有相同
18、,在其内侧均有膜金属覆层。在离荧光面一定距离处设置荫罩。荫罩焊接在膜金属覆层。在离荧光面一定距离处设置荫罩。荫罩焊接在支持框架上,并通过显示屏侧壁内面设置的紧固钉将荫罩固支持框架上,并通过显示屏侧壁内面设置的紧固钉将荫罩固定在显示屏内侧。定在显示屏内侧。CRT显示技术显示技术18图图2.3彩色彩色CRT工作原理工作原理CRT显示技术显示技术19 荫罩与荧光屏的距离可根据几何关系由下式确定:荫罩与荧光屏的距离可根据几何关系由下式确定:(2-1)(2-2)式中:式中:为荫罩与荧光屏的距离;为荫罩与荧光屏的距离;为孔距放大率;为孔距放大率;为从电子枪到荧光面的距离;为从电子枪到荧光面的距离;为电子枪
19、的束间距;为电子枪的束间距;为电子束排列方向的荫罩孔距;为电子束排列方向的荫罩孔距;为电子束排列方向的荧为电子束排列方向的荧光屏上同一色荧光体的点间距。光屏上同一色荧光体的点间距。CRT显示技术显示技术20 整体工作过程:由灯丝、阴极、控制栅组成电子枪,整体工作过程:由灯丝、阴极、控制栅组成电子枪,通电后灯丝发热,阴极被激发,发射出电子流,电子流通电后灯丝发热,阴极被激发,发射出电子流,电子流受到带有高电压的内部金属层的加速,经过透镜聚焦形受到带有高电压的内部金属层的加速,经过透镜聚焦形成极细的电子束,在阳极高压作用下,获得巨大的能量,成极细的电子束,在阳极高压作用下,获得巨大的能量,以极高的
20、速度去轰击荧光粉层。这些电子束轰击的目标以极高的速度去轰击荧光粉层。这些电子束轰击的目标就是荧光屏上的三原色。就是荧光屏上的三原色。电子枪发射的电子束不是一束,而是三束,电子束电子枪发射的电子束不是一束,而是三束,电子束在偏转磁轭产生的磁场作用下,可以控制其射向荧光屏在偏转磁轭产生的磁场作用下,可以控制其射向荧光屏的指定位置,去轰击各自的荧光粉单元。一般荫罩式的指定位置,去轰击各自的荧光粉单元。一般荫罩式CRT的内部有一层类似筛子的网罩,电子束通过网眼打的内部有一层类似筛子的网罩,电子束通过网眼打在呈三角形排列的荧光点上,以防止每个电子束轰击另在呈三角形排列的荧光点上,以防止每个电子束轰击另外
21、两个颜色的荧光体。外两个颜色的荧光体。CRT显示技术显示技术21v2.1.3 CRT显示器的主要单元显示器的主要单元 1.电子枪电子枪 电子枪用来产生电子束,以轰击荧光屏上的荧光粉发电子枪用来产生电子束,以轰击荧光屏上的荧光粉发光。在光。在CRT中,为了在屏幕上得到亮而清晰的图像,要求电中,为了在屏幕上得到亮而清晰的图像,要求电子枪产生大的电子束电流,并且能够在屏幕上聚成细小的扫子枪产生大的电子束电流,并且能够在屏幕上聚成细小的扫描点(约描点(约0.2mm)。)。电子枪是由灯丝(用电子枪是由灯丝(用H、HT或或F表示)、阴极(用表示)、阴极(用K表示,彩色显像管有三个阴极,分别用表示,彩色显像
22、管有三个阴极,分别用RK、GK、BK表示)表示)、栅极(用、栅极(用G1表示)、加速极(用表示)、加速极(用G2表示)、高压阳极表示)、高压阳极(用(用G或或V表示)组成。表示)组成。CRT显示技术显示技术22图图2.4电子枪结构示意图电子枪结构示意图CRT显示技术显示技术23 电子枪中各部分的作用:电子枪中各部分的作用:(1)灯丝灯丝通电后将电能转变成热能并对阴极加通电后将电能转变成热能并对阴极加热,使阴极表面产生热,使阴极表面产生600-800度的高温,创造一个使度的高温,创造一个使阴极发射电子的外部条件。阴极发射电子的外部条件。(2)阴极阴极呈圆筒状,装在圆筒内部,顶端涂有呈圆筒状,装在
23、圆筒内部,顶端涂有钡锶钙的氧化物,灯丝通电时,阴极受热后发射大量电钡锶钙的氧化物,灯丝通电时,阴极受热后发射大量电子。子。(3)栅极栅极栅极套在阴极外面,是一个金属圆筒,栅极套在阴极外面,是一个金属圆筒,顶端开有小孔,让电子束通过。改变与阴极的相对电位顶端开有小孔,让电子束通过。改变与阴极的相对电位可以控制电子束的强弱。可以控制电子束的强弱。CRT显示技术显示技术24 (4)加速极加速极它也是顶部开有小孔的金属筒,其位置它也是顶部开有小孔的金属筒,其位置紧靠栅极。通常在加速极上加有几百伏的正电压,它能控制紧靠栅极。通常在加速极上加有几百伏的正电压,它能控制阴极发射的电子束到达荧光屏的速度。阴极
24、发射的电子束到达荧光屏的速度。(5)聚集极聚集极彩色显像管聚集极通常加彩色显像管聚集极通常加58KV电位。聚电位。聚集极、加速极及高压极一起构成一个电子透镜,使电子束会集极、加速极及高压极一起构成一个电子透镜,使电子束会聚成一束轰击荧光屏荧光粉层。聚成一束轰击荧光屏荧光粉层。(6)高压阳极高压阳极建立一个强电场,使电子束以极快的速建立一个强电场,使电子束以极快的速度轰击荧光屏上的荧光粉。高压阳极通常为度轰击荧光屏上的荧光粉。高压阳极通常为2234KV。CRT显示技术显示技术25 2.荧光屏荧光屏 荧光屏,是由涂覆在玻璃壳内的荧光粉和叠于荧光粉荧光屏,是由涂覆在玻璃壳内的荧光粉和叠于荧光粉层上面
25、的铝膜共同组成的。层上面的铝膜共同组成的。余辉时间是荧光粉的重要特性参数。余辉时间是荧光粉的重要特性参数。当电子束轰击荧光粉时,荧光粉的分子受激而发光,而当电子束轰击荧光粉时,荧光粉的分子受激而发光,而当电子束的轰击停止后,荧光粉的发光并非立即消失,而是当电子束的轰击停止后,荧光粉的发光并非立即消失,而是按指数规律衰减,这种特性称为荧光粉的余辉特性。余辉时按指数规律衰减,这种特性称为荧光粉的余辉特性。余辉时间是指荧光粉在电子束轰击停止后,其亮度减小到电子轰击间是指荧光粉在电子束轰击停止后,其亮度减小到电子轰击时稳定亮度的时稳定亮度的1/10所经历的时间。所经历的时间。CRT显示技术显示技术26
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