《光电子技术》PPT课件

第7章光电显示技术,7.2阴极射线显示,7.3液晶显示,7.4等离子体显示,7.1光电显示技术基础,7.5场致发光显示,绪论,显示技术是多学科交叉综合技术，是信息时代重要标志之一。1897年，德国的布朗发明了阴极射线管（CRT）（CathodeRayTube）的雏形。阴极射线管做作为一种传统的信息显示器件，显示质量优良，制作和驱动比较简单，有很好的性能价格比。CRT一直占据了光电显示的主导地位，如今其技术已极其成熟。,显示技术的发展,CRT的缺点：从大屏幕显示方面来讲，100cm以上的CRT质量要超过100kg，体积大，搬动困难，不能适应现代家庭对高清晰度电视（HDTV）和现代战争对大屏幕显示器的要求。,随着CRT应用的延伸，期望一种显示质量如同CRT，而又具有体积小，重量轻，工作电压低，功耗小的新产品。,平板显示技术应运面生，且迅速发展。平板显示在国际上尚没有严格定义，一般是指显示器的厚度小于显示屏幕对角线尺寸四分之一的显示技术。这种显示器厚度较薄，看上去就像一块平板，平板显示因此而得名。,液晶LCD平板显示器,等离子体PDP平板显示器,按显示媒质和工作原理分：阴极射线显示（CRT）、液晶显示（LCD）、等离子体显示（PDP）、电致发光显示（ELD）等。CRT每个像素的性能价格比要比其他显示器件高得多，因此它不会在短期内消失。LCD主要在微型和中小屏幕占优势。PDP由于制作工艺相对简单，易于制作大屏幕，是发展多媒体显示、壁挂式电视和HDTV最有竞争力的显示技术。,显示的分类,光电显示的性能指标,亮度、对比度和灰度、分辨力、发光颜色,光电显示分类,发光类型,结构状态,显示内容,显示原理,CRT,VFD,PDP,ELD,LCD,LED,LD,ECD,主动型,被动型,CRT,PDP,ELD,LCD,平板显示,体显示,CRT,PDP,ELD,LCD,数码、字符、轨迹,图表、图形、图像,显示屏幕,超大屏幕、大屏幕,中屏幕、小屏幕,一、光电显示的物理基础发光、色彩与视觉,1.发光,固体受到某种形式的能量激励后所产生的光发射现象。,由于离子跃迁产生的,时间约0.1纳秒.,发光的激励方式：光致发光荧光灯阴极射线发光显像管场致发光LED、PDP、ELD化学发光磷,2.颜色(色彩),1)连续性:,颜色波长(nm)红622-760橙597-622黄577-597绿492-577蓝455-492靛435-455紫390-435,光谱色是最饱和的纯色标准色,2)可分性:,3)可合性:,4)三基色原理:,自然界中客观存在的颜色均可以为三个确定的相互独立的基色的线性组合.,颜色的三个特征参量:亮度（视觉强度）色调（色品、颜色种类）饱和度（色纯度）,相加混合色：彩电,相减混合色：彩印,亮度：,颜色的光功率越大则感觉越亮。,被动发光，物体反射的光功率越大则感觉越亮。,色调：,颜色彼此区分的特征。,光波的色调取决于光波的光谱成分。,物体的色调取决于物体表面的光源光谱，,或取决于物体表面反射的光波光谱。,例如：衣服在白光照射下呈现红色：,将红光分量反射出来,物体呈色机理及影响因素物体色：物体对光的选择性吸收是物体呈色的主要原因。,花,叶子本身没有色彩，光是色彩的源泉。,红色表面用绿光来照射，呈现黑色，因为绿光的辐射被全部吸收，它不包含可反射的红光波长。,花是红色是因为它吸收了白色光中400500nm的蓝色光和500600nm的绿色光，仅仅反射了600700nm的红色光。,同理对于叶子是由于反射了绿光才呈现出绿色。,光源色是影响物体颜色的重要因素。光源色的变化会影响物体的颜色。,亮度变化：例如白炽灯，亮度增大时，颜色趋向于白；亮度减弱时，颜色趋向于红。距离变化：光源与观察者距离的变化，会使光源色发生改变。如白炽灯光，随着距离的推远，其颜色由黄逐渐向橙、橙红、红色变化。传播媒质的变化，环境色对物体颜色的影响。,饱和度：,指颜色光所呈现的颜色的深浅程度。,对于同一色调的颜色光，饱和度越高颜色越深。,高饱和度的颜色光因掺入白光而被冲淡，变成低饱和度的颜色光。所以饱和度反映了某种颜色光的纯度。,通常所说色度是色调和饱和度的总称。,度量颜色常用色度图或色度坐标系。,3.视觉标准分辨3000种颜色；一般分辨120种。,人眼的三种感色细胞具有合色的能力。当一复色光刺激人眼时，人眼感色细胞可将其分解为红、绿、蓝三种单色光，然后混合成一种颜色。,加法混合：两种或两种以上的色光相混合时，同时或者在极短的时间内连续刺激视觉器官，产生一种新的色彩感觉。混合色光的总亮度等于相混各色光亮度之和。,颜色旋转混合：把两种或多种色并置于一个圆盘上，通过动力令其快速旋转看到的新的色彩。颜色旋转混合效果在色相方面与加法混合的规律相似，但在明度上却是相混各色的平均值。空间混合：将不同颜色并置在一起，当它们在视网膜上的投影小到一定程度时，不同颜色刺激就会同时作用到视网膜非常邻近的感光细胞，以致眼睛很难将它们独立地分辨，在视觉中产生色彩的混合。,感红细胞感绿细胞感蓝细胞,红绿蓝,人眼视网膜的三种感色视锥细胞,加法混色常用的相加混色方法有以下三种：时间混色法：将三基色按一定比例轮流投射到同一屏幕上，由于人眼的视觉惰性，只要交替速度足够快，产生的彩色视觉与三基色直接相混时一样。这是顺序制彩色电视图像显示的基础。空间混色法：将三基色同时投射到彼此距离很近的点上，利用人眼分辨力有限的特性而产生混色，或者使用空间坐标相同的三基色光的同时投射产生合成光，这是同时制彩色电视图像和计算机图像的显示基础。生理混色法：利用两只眼睛分别观看两个不同颜色的同一景象，也获得混色效果。,二、色度坐标系与彩色重现,为使各种颜色可以通过人的视觉系统良好地重现，建立了许多种色度坐标系：1）CIE-RGB计色系统在色度学中国际照明委员会（CEI）于1931年规定了三基色（RGB）计色系统。三基色是：波长700nm、光通量1lm的红光为一个红基色单位，用（R）表示；波长546.1nm、光通量为4.5907lm的绿光为一个绿色单位，用（G）表示；波长435.8nm、光通量为0.0601lm的蓝光为一个蓝基色单位，用（B）表示；等量的RGB能配出等能白光。,当用1lm的波长700nm红光做为基准时，要配出白光，需要4.507lm的546.1nm绿光和0.0601lm的435.8nm蓝光，白光的光通量为5.6508lm。,其中，R（R）、G（G）B（B）称为F的三色分量，R、G、B称为三色系数，m称为色模，代表F所含三基色单位总量，r、g、b称为色度坐标或相对色系数，分别代表F所用三基色单位总量为1所需的各基色量的数值，r+g+b=1。,任一彩色光F总可以通过下列配色议程配出,CIE色度图r-g图,r有负数轨迹复杂无亮度值,2）CIE-XYZ计色系统因1931CIE-RGB坐标系统出现了坐标负值，不易理解，1931年CIE推荐了一个新的国际色度学系统，1931CIE-XYZ系统，又称XYZ国际坐标制。在XYZ系统中，X、Y、Z不是真实的三基色，而是假想红、绿、蓝三基色或数学计算三基色。X、Y、Z均为正值，XYZ中只有Y（Y）基色分量一项有亮度，令（Y）的光通量为1lm，而另外两个基色不含有亮度，但其色度仍有X、Y、Z的比值确定，这样X=Y=Z时仍代表等能白光。XYZ系统是由RGB系统推导而来的。由于（X）和（Z）的光通量应为零，（X）、（Z）的连线应为光通量等于零的轨迹。,XYZ在RGB系统中的位置,XYZ色域图,3）CIE-UCS均匀计色系统CIE-XYZ系统不均匀性给颜色差别的衡量带来不便，为此提出均匀计色系统CIE-UCS。CIE1976UCS图是CIE在1976年规定的，对亮度大致相同的颜色提供一种在视觉上更为均匀的色空间。,CIE-UCS色度图u-v图,亮度,CIE-UCS色度图u-v图,彩色重现,电视彩色重现经过景物彩色画面的分色。摄像器件的光电转换、电信号的处理和传输、显像器件的电光转换等过程。彩色显像管利用红绿蓝三种荧光粉为显像三基色，利用相加混合色实现彩色重现。,阴极射线管发光：光致发光中的分立发光（荧光）和阴极射线发光中的复合发光（磷光）,CRT（Cathoderaytube）,7.2阴极射线显示,一、发光机理,发光余晖较短10ns,发光余晖较长,阴极射线显示的典型发光物质为晶态发光体（离子型晶体）。,复合发光,晶态发光体发光，能量吸收在基质中进行，能量辐射在激活剂上产生，发光过程在整个晶体内完成。常常伴有电子空穴的漂移或扩散，产生光电导特性，为光电导发光。发光余辉长为磷光。207页图电视机、监视器,分立发光,晶态发光体发光，能量吸收和能量辐射均在晶体单分子中的激活剂（发光中心）上产生。短时非光电导特性，为荧光。日光灯发光,2.黑白显像通过光电转换重现电视图像的一种窄束强流电子束管。,基本结构：四部分,1灯丝；2阴极；3控制极；4加速极；5聚焦极；6高压电极；7电子束；8玻壳,(1)电子枪,(1)电子枪：,(2)偏转系统：,控制电子束的发射、调制、加速、聚焦,控制电子束的方向.电偏转和磁偏转,(3)荧光屏：,余辉时间定义为亮度减少到1/10时所用的时间，余辉时间长于0.1秒的叫长余辉荧光粉，介于0.10.001秒的称为中余辉荧光粉，短于0.001秒的称为短余辉荧光粉。,荧光屏一般由玻璃基板、荧光粉层和和铝膜层构成，也称屏幕。,面玻璃尺寸宽度与高度之比有4：3、16：9等类型，习惯上将屏幕对角线长度定为显像管的规格，用厘米（或英寸）表示。,余辉太长运动画面会有拖影，余辉太短平均亮度降低，电视采用中余辉荧光粉，示波器等则采用长余辉荧光粉。,黑白显像管在电子轰击下荧光粉发白光，一般采用颜色互补的发蓝光的ZnSAg与发黄光的ZnS、CdSAg两者荧光粉以55：45的比例混合制得P4荧光粉，或直接采用单一白色荧光粉。,铝层：0.1-0.5微米，作用三个，1.与电子枪的阳极相连，可防止介电性的荧光粉负电荷积累导致荧光面电位下降，限制亮度；2.可将荧光粉所发出的光发射出来，增加亮度，改善对比度；3.有效阻挡管内负离子对荧光粉的轰击，防止荧光屏出现离子斑。,(4)玻壳：,将电子枪、偏转系统和荧光屏封闭在真空的玻璃罩内。,玻璃外壳由管颈、锥体和面玻璃三部分组成。,玻璃锥体将面玻璃和管颈连接起来，其张开角代表最大电子束偏转角度。同样尺寸的荧光屏，偏转角越大，管子长度就越短，可以减少电视机的厚度，国产标准显像管主要有70、90、110和114等。,玻璃锥体内，外壁涂有石墨导电层。,在显像管中电子束的扫描是通过磁偏转来实现的。在电视技术中，将一幅画面称为一帧，并规定每秒传送25帧。每帧只要分解为几十万个像素，这些像素又分割成625行，这样每帧就要传送25625=15625行，要实现这样的速度，必须采用电子扫描来实现。按电子束运动的规则可分为直线扫描、圆扫描、螺旋扫描等。在电视系统中，为了充分利用矩形屏幕并使扫描设备简单可靠，采用了匀速单向直线扫描方式，而单向直线扫描又分为逐行扫描和隔行扫描两种方式。,扫描方式,枕型失真,桶型失真,偏转线圈磁场的非均匀性产生枕型失真。,偏转线圈水平和垂直磁场的非正交性产生桶型失真。,2.彩色显像管,荫罩式彩色CRT的基本结构：,电子枪，偏转系统，荧光屏，荫罩,穿透式彩管和矩形式彩管（荫罩、聚焦荫罩、束指引）,荫罩式彩色CRT的发展过程：,三枪三束单枪三束自会聚,三枪三束:,