第三章--光电显示技术2013-1课件

1、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。生视觉效果

2、。 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：Liquid Crystal Display）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 51.2 光电显示器件分类光电显示器件分类 v如果根

4、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）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

5、）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）

6、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:Laser Projection Display)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

7、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）、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

8、 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：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、电致发光显示器器(ELD)、电

9、致变色显示器（、电致变色显示器（ECD）、激光显示）、激光显示器器(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)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

10、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 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

11、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。通过电压调节电子枪发射电子束的功率，就会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，形成各种图案在屏幕上形成明暗不同的光点，形成各种图案和文字。和文字。 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 1 TV-field: 扫描过程构建全图的周期 CRT显像管图像显示原理electron gun 电子枪电子束

12、electron beamPixel像素scan line 扫描线1TV-field1场信号14v 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 黑白黑白CRT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

13、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

14、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 16v 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 彩色彩色CRT利用三基色图

15、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

16、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，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

17、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。3MgqL PS/()SMPPLLqqLgSMPSPCRT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，

18、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

19、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

20、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，彩色显像管有三个阴极，分别用RK、GK、BK表表示）、栅极（用示）、栅极（用G1表示）、加速极（用表示）、加速极（用G2表示）、高压阳表示）、高压阳极（用极（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：

21、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通电后将电能转变成热能并对阴极加热，使阴极表面产生加热，使阴极表面产生600-800度的高温，创造一个度的高温，创造一个使阴极发射电子的外部条件。使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

22、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。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，使电子束会聚成一束轰击荧光屏荧光粉层。会聚成一束轰击荧光屏荧光粉层。 (6

23、) 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

24、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 一般把余辉分成三类：一般把余辉分成三类： 余辉时间长于余辉时间长于0.1s的称为长余辉发光；的称为长余辉发光； 余辉时间介于余辉时间介于0.1s至至0.001s的称为中余辉发光；的称为中余辉发光；辉时间短于辉时间短于0.001s的称为短余辉发光。的称为短余辉发光。

25、 余辉太长，则同一像素第一帧余辉未尽而第二帧余辉太长，则同一像素第一帧余辉未尽而第二帧扫描又到了，前一帧的余辉会重叠在后一帧图像上，扫描又到了，前一帧的余辉会重叠在后一帧图像上，整个图像便会模糊。若余辉时间太短，屏幕的平均整个图像便会模糊。若余辉时间太短，屏幕的平均亮度将会减低。亮度将会减低。CRT显示技术显示技术 27 如果已知荧光粉的发光时间特性如果已知荧光粉的发光时间特性 ，那么在一帧时，那么在一帧时间间T内平均亮度应为：内平均亮度应为： (2-3) 屏幕亮度除了与余辉时间有关外，还取决于电子束的屏幕亮度除了与余辉时间有关外，还取决于电子束的电流密度和屏幕电压的高低。因此屏幕亮度可表示为

26、电流密度和屏幕电压的高低。因此屏幕亮度可表示为 (2-4) 从上式可以看出，欲增大亮度可以加大电流密度和电压。从上式可以看出，欲增大亮度可以加大电流密度和电压。两者中以提高电压更为有效。两者中以提高电压更为有效。01( )TLLt d tT tL2aLAjU SCRT显示技术显示技术 28 3. 偏转系统偏转系统 由于磁偏转像差小，在高阳极电压下适用于大由于磁偏转像差小，在高阳极电压下适用于大角度偏转，所以显像管通常采用磁偏转。角度偏转，所以显像管通常采用磁偏转。 偏转线圈是偏转线圈是CRT显像管的重要部件。分为显像管的重要部件。分为行偏转线圈和场偏转线圈即水平偏转线圈和垂直偏行偏转线圈和场偏

27、转线圈即水平偏转线圈和垂直偏转线圈。在行扫描和场扫描共同作用下，有规律的转线圈。在行扫描和场扫描共同作用下，有规律的从上到下从左到右控制电子束的运动，屏幕上呈现从上到下从左到右控制电子束的运动，屏幕上呈现一幅矩形的光栅。一幅矩形的光栅。CRT显示技术显示技术 29 4. 荫罩荫罩 荫罩、玻壳和电子枪是组成彩色显像管的三荫罩、玻壳和电子枪是组成彩色显像管的三大主要部件，在彩色显象管内，荫罩装于玻壳和电大主要部件，在彩色显象管内，荫罩装于玻壳和电子枪之间，起分色作用。子枪之间，起分色作用。 5. 玻璃管壳玻璃管壳 玻璃管壳通常由屏幕玻璃、锥体、管颈三部玻璃管壳通常由屏幕玻璃、锥体、管颈三部分组成。

28、用普通玻璃做分组成。用普通玻璃做CRT的外围器件，是因为透的外围器件，是因为透明性高，能耐受高空并能吸收从内部发生的明性高，能耐受高空并能吸收从内部发生的X射线。射线。30 1. 生成图像生成图像 CRT的的Deflection Coil（偏转线圈）用于电子枪发（偏转线圈）用于电子枪发射器的定位，它能够产生一个强磁场，通过改变强度来移动射器的定位，它能够产生一个强磁场，通过改变强度来移动电子枪。电子枪。 线圈偏转的角度有限，当电子束传播到一个平坦的表面时，线圈偏转的角度有限，当电子束传播到一个平坦的表面时，能量会轻微地偏移目标，仅有部分荧光粉被击中，四边的图能量会轻微地偏移目标，仅有部分荧光粉

29、被击中，四边的图像都会产生弯曲现象。为了解决这个问题，显示器生产厂把像都会产生弯曲现象。为了解决这个问题，显示器生产厂把显像管制造成球形，让荧光粉充分地接受到能量，缺点是屏显像管制造成球形，让荧光粉充分地接受到能量，缺点是屏幕将变得弯曲。幕将变得弯曲。v2.2 CRT显示器的驱动与控制显示器的驱动与控制v2.2.1 CRT显示器相关技术显示器相关技术 31 2. 混合颜色混合颜色 旧式的显示器只有单一的电子枪，仅能产生黑白两种颜旧式的显示器只有单一的电子枪，仅能产生黑白两种颜色，即单色显示器（色，即单色显示器（Monochrome Monitor）。新一代）。新一代显示器有三只电子枪，每个电子

30、枪都有独立的偏转线圈，分显示器有三只电子枪，每个电子枪都有独立的偏转线圈，分别发出别发出R、G、B（Red、Blue、Green，红、蓝、绿），红、蓝、绿）三束光线，混合光线可以产生三束光线，混合光线可以产生1600万种颜色，或者说真彩万种颜色，或者说真彩色。某些显示器能用一个电子枪发出三束光线，经过混合亦色。某些显示器能用一个电子枪发出三束光线，经过混合亦能生成其它颜色。生成彩色图像电子枪要扫描屏幕三次，其能生成其它颜色。生成彩色图像电子枪要扫描屏幕三次，其过程比黑白图像复杂得多。过程比黑白图像复杂得多。 v2.2.1 CRT显示器相关技术显示器相关技术32 3. 回转变压器（回转变压器（F

31、lyback Transformer） 回转变压器类似发动机点火线圈，在特定时间回转变压器类似发动机点火线圈，在特定时间发出一个低能量信号给回转磁线圈，并生成磁场。发出一个低能量信号给回转磁线圈，并生成磁场。当低能量源关闭后，磁线圈的能量转移到高能量输当低能量源关闭后，磁线圈的能量转移到高能量输出中，最后传到电子枪发出电子束。依照出中，最后传到电子枪发出电子束。依照CRT尺寸尺寸的不同，产生的能量也各有差异，通常在的不同，产生的能量也各有差异，通常在10000V至至50000V之间。之间。v2.2.1 CRT显示器相关技术显示器相关技术33v4. 垂直和水平同步垂直和水平同步 垂直和水平是垂直

32、和水平是CRT中两个基本的同步信号，水中两个基本的同步信号，水平同步信号决定了平同步信号决定了CRT画出一条横越屏幕线的时间，画出一条横越屏幕线的时间，垂直同步信号决定了垂直同步信号决定了CRT从屏幕顶部画到底部，再从屏幕顶部画到底部，再返回原始位置的时间，垂直同步也可以称为刷新率。返回原始位置的时间，垂直同步也可以称为刷新率。 标准电视机的水平同步信号标准电视机的水平同步信号=512线线30帧帧/秒秒=15.75kHz，显示器的水平同步信号可任意，显示器的水平同步信号可任意调节，幅度在调节，幅度在15.75KGz95KHz之间。之间。v2.2.1 CRT显示器相关技术显示器相关技术34v5.

33、 扫描方式扫描方式 光栅扫描方式中有顺序扫描光栅扫描方式中有顺序扫描(逐行扫描逐行扫描)方式和飞方式和飞越扫描越扫描(隔行扫描隔行扫描)方式。方式。 在顺序扫描方式中，当场频为在顺序扫描方式中，当场频为50Hz，扫描行，扫描行数为数为625，图像宽高比为，图像宽高比为4:3时，则需要时，则需要10.5MHz的信号带宽。这将使电视设备复杂化，的信号带宽。这将使电视设备复杂化，信道的频带利用率下降。实际系统采用隔行扫描方信道的频带利用率下降。实际系统采用隔行扫描方式来降低图像信号的频带。式来降低图像信号的频带。v2.2.2 CRT显示器驱控电显示器驱控电路路35(a) 顺序扫描方式 (b) 飞越扫

34、描方式(c) 行光栅的行扫描与场扫描波形图图2.5 CRT扫描方式扫描方式36 6. 辉度及颜色辉度及颜色 单色单色CRT 只需要对辉度进行控制，对彩色只需要对辉度进行控制，对彩色CRT来说来说还需要对颜色进行控制，辉度和颜色都是都是通过电流量来还需要对颜色进行控制，辉度和颜色都是都是通过电流量来控制的。辉度和信号幅度的关系如图控制的。辉度和信号幅度的关系如图2.6所示。电流控制方所示。电流控制方式中有栅极式中有栅极(G1)驱动方式和阴极驱动方式。驱动方式和阴极驱动方式。 在栅极在栅极(G1)驱动方式中，在电子枪的栅极驱动方式中，在电子枪的栅极/阴极间施阴极间施加不同的电压，就可以得到相应的辉

35、度。加不同的电压，就可以得到相应的辉度。 彩色彩色CRT的颜色显示是通过的颜色显示是通过3个电子束各自的电流个电子束各自的电流（由电压调制）来调制的。由各色输入阶数的乘积，决定显（由电压调制）来调制的。由各色输入阶数的乘积，决定显示的色数，对于阶数为示的色数，对于阶数为16的情况，可显示的情况，可显示4096（163）种颜色。种颜色。37图图2.6 画面的辉度与信号振幅的关系画面的辉度与信号振幅的关系 光光 电电 显显 示示 技技 术术387. CRT显示器驱控器的电路构成显示器驱控器的电路构成 CRT显示器驱控器的电路，如显示器驱控器的电路，如图图所示，主所示，主要包括视频电路、偏转电路、高

36、压电路、电源电要包括视频电路、偏转电路、高压电路、电源电路等基本电路，以及所选择的动态聚焦电路、水路等基本电路，以及所选择的动态聚焦电路、水平偏转周波数切换电路等。平偏转周波数切换电路等。 v2.2.2 CRT显示器驱控电路39图图2.7 CRT显示器驱控器的电路显示器驱控器的电路 光光 电电 显显 示示 技技 术术40v 2.3.1 CRT显示器的特点显示器的特点 CRT 最大的优势在于高的性能价格比及大画面高密最大的优势在于高的性能价格比及大画面高密度显示，同时还具有其它一系列优点。度显示，同时还具有其它一系列优点。 1. 价格低价格低 2. 亮度高亮度高 3. 对比度高对比度高 4. 色

37、域广色域广 5. 分辨率高分辨率高 6. 响应速度快响应速度快 7. 视野角宽视野角宽 8. 显示版式可以灵活变化显示版式可以灵活变化 9. 寿命长寿命长v2.3CRT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 41v 2.3.2 CRT显示器的技术性能指标显示器的技术性能指标1. 像素和分辨率像素和分辨率 像素是指屏幕能独立控制其颜色与亮度的最小区域。像素是指屏幕能独立控制其颜色与亮度的最小区域。分辨率就是屏幕图像的密度，即显示器屏幕的单位面积上有分辨率就是屏幕图像的密度，即显示器屏幕的单位面积上有多少个基本像素点。对于电子显示器件，常用单位面积上的多少个基本像素点。对

38、于电子显示器件，常用单位面积上的扫描线数和两光点之间的距离来表示分辨率。扫描线数和两光点之间的距离来表示分辨率。 分辨率每一分辨率每一条水平线上的点数乘以水平线的数目，如条水平线上的点数乘以水平线的数目，如640480、720348、1024768及及10241024等。等。422. 点距和栅距点距和栅距 点距（点距（DOT PITCH）是显像管最重要的技术参数之）是显像管最重要的技术参数之一，单位为毫米。一般公认的点距定义是荧光屏上两个最一，单位为毫米。一般公认的点距定义是荧光屏上两个最临近的同色荧光点的直线距离，即两个红色（或绿、蓝）临近的同色荧光点的直线距离，即两个红色（或绿、蓝）像素单

39、元之间的距离。像素单元之间的距离。 点距越小越好，点距越小，显示器显示图型越清晰细点距越小越好，点距越小，显示器显示图型越清晰细腻，显示器的档次越高，不过对于显像管的聚焦性能要求腻，显示器的档次越高，不过对于显像管的聚焦性能要求就越高。几年以前的显示器多为就越高。几年以前的显示器多为0.31mm和和0.39mm，如，如今大多数显示器采用的都是今大多数显示器采用的都是0.28mm的点距。常见的显示的点距。常见的显示器点距器点距0.28mm (水平方向为水平方向为0.243mm)。 2.3.2 CRT显示器的技术性能指标432.3.2 CRT显示器的技术性能指标 3. 场频、行频及视频带宽场频、行

40、频及视频带宽 视频带宽视频带宽是指每秒钟电子枪扫描过图像点的个数，以是指每秒钟电子枪扫描过图像点的个数，以兆赫兹为单位。这是显示器非常重要的一个参数，能够决定兆赫兹为单位。这是显示器非常重要的一个参数，能够决定显示器性能的好坏。带宽越高则表明了显示器电路可以处理显示器性能的好坏。带宽越高则表明了显示器电路可以处理的频率范围越大，显示器性能越好。高的带宽能处理更高的的频率范围越大，显示器性能越好。高的带宽能处理更高的频率，信号失真也越小，显示的图像质量更好，它反映了显频率，信号失真也越小，显示的图像质量更好，它反映了显示器的解像能力。示器的解像能力。 44 4. 刷新率刷新率 刷新率是指显示屏幕

41、刷新的速度，它的单位是刷新率是指显示屏幕刷新的速度，它的单位是赫兹。刷新频率越低，图像闪烁和抖动的越厉害，赫兹。刷新频率越低，图像闪烁和抖动的越厉害，眼睛观看时疲劳的越快。刷新频率越高，图像显示眼睛观看时疲劳的越快。刷新频率越高，图像显示就越自然、越清晰。就越自然、越清晰。 一般来说，垂直刷新率最好不要低于一般来说，垂直刷新率最好不要低于80Hz，如，如能达到能达到85Hz以上的刷新频率就可完全消除图像闪以上的刷新频率就可完全消除图像闪烁和抖动感。烁和抖动感。 2.3.2 CRT显示器的技术性能指标45 5. 亮度亮度 亮度是指显示器荧光屏上荧光粉发光的总能量与其接亮度是指显示器荧光屏上荧光粉

42、发光的总能量与其接受的电子束能量之比。所以某一点的光输出正比于电子束电受的电子束能量之比。所以某一点的光输出正比于电子束电流、高压及停留时间三者的乘积。简单的讲，亮度是控制荧流、高压及停留时间三者的乘积。简单的讲，亮度是控制荧光屏发亮的等级。光屏发亮的等级。 6. 对比度对比度 对比度是指荧光屏画面上最大亮度与最小亮度之比。对比度是指荧光屏画面上最大亮度与最小亮度之比。一般显示器最起码应有一般显示器最起码应有30：1的对比度。的对比度。 7. 灰度灰度 在图形显示方式中，灰度是指一系列从纯白到纯黑的在图形显示方式中，灰度是指一系列从纯白到纯黑的阴影。阴影。 8. 余辉时间余辉时间 荧光屏上的荧

43、光粉在电子束停止轰击后，其光辉并不荧光屏上的荧光粉在电子束停止轰击后，其光辉并不会立即消失，而是要经历一个逐步消失的过程，在这个过程会立即消失，而是要经历一个逐步消失的过程，在这个过程中观察到的光辉称之为余辉。中观察到的光辉称之为余辉。 2.3.2 CRT显示器的技术性能指标46习题习题1. 简述简述CRT显示的特点。显示的特点。2. 说明阴极射线管构成和驱动控制电路。说明阴极射线管构成和驱动控制电路。3. 说明黑白说明黑白CRT显示系统工作原理。显示系统工作原理。4. 说明彩色说明彩色CRT显示系统工作原理。显示系统工作原理。5. 简述简述CRT显示的技术性能指标。显示的技术性能指标。光光

44、电电 显显 示示 技技 术术473 液晶显示技术液晶显示技术v 3.1液晶概述液晶概述 3.1.1液晶的晶相液晶的晶相 3.1.2液晶的物理性质液晶的物理性质 3.1.3液晶的电气光学效应液晶的电气光学效应 v 3.2 液晶显示器件液晶显示器件 3.2.1 液晶显示器件的构造液晶显示器件的构造 3.2.2 液晶显示器件的显像原理液晶显示器件的显像原理 3.2.3 液晶显示器件的分类液晶显示器件的分类 3.2.4 液晶显示器件的驱动液晶显示器件的驱动v 3.3 液晶显示器的技术参数、特点及发展史液晶显示器的技术参数、特点及发展史 3.3.1 液晶显示器件的技术参数液晶显示器件的技术参数 3.3.

45、2 液晶显示器件的特点液晶显示器件的特点 3.3.3 液晶显示技术的发展史液晶显示技术的发展史光光 电电 显显 示示 技技 术术48 液晶显示器件（液晶显示器件（LCD）的主要构成材料为液晶。液）的主要构成材料为液晶。液晶是指在某一温度范围内，从外观看属于具有流动性的晶是指在某一温度范围内，从外观看属于具有流动性的液体，同时又具有光学双折射性的晶体。液晶物质在熔液体，同时又具有光学双折射性的晶体。液晶物质在熔融温度首先变为不透明的浑浊液体，此后通过进一步的融温度首先变为不透明的浑浊液体，此后通过进一步的升温继续转变为透明液体。升温继续转变为透明液体。 因此液晶包括两种含义：因此液晶包括两种含义

46、： 其一其一: 是指处于固体相和液体相中间状态的液晶相是指处于固体相和液体相中间状态的液晶相 其二：是指具有上述液晶相的物质其二：是指具有上述液晶相的物质。 3 液晶显示技术液晶显示技术4950 液晶的分子排列结构并不液晶的分子排列结构并不像晶体结构那样坚固，因像晶体结构那样坚固，因此在磁场、温度、应力等此在磁场、温度、应力等外部刺激下，其分子容易外部刺激下，其分子容易发生再排列，液晶的各种发生再排列，液晶的各种光学性质会发生变化。光学性质会发生变化。图图3.1 液晶与其固态、液态分子排列对比液晶与其固态、液态分子排列对比3 液晶显示技术液晶显示技术51 液晶所具有的这种柔软的分子排列正是其用

47、于显液晶所具有的这种柔软的分子排列正是其用于显示器件、光电器件、传感器件的基础。在用于液晶显示示器件、光电器件、传感器件的基础。在用于液晶显示的情下，液晶这种特定的初始分子排列，在电压及热的的情下，液晶这种特定的初始分子排列，在电压及热的作用下发生有别于其它分子排列的变化。伴随这种排列作用下发生有别于其它分子排列的变化。伴随这种排列的变化，液晶的双折射性、旋旋光性、二色性、光散射的变化，液晶的双折射性、旋旋光性、二色性、光散射性、旋光分散等各种光学性质的变化可转变为视觉变化，性、旋光分散等各种光学性质的变化可转变为视觉变化，实现图像和数字的显示。实现图像和数字的显示。 液晶显示是利用液晶的光变

48、化进行显示，属于非液晶显示是利用液晶的光变化进行显示，属于非主动发光型显示。主动发光型显示。3 液晶显示技术液晶显示技术523.1.1 液晶的晶相液晶的晶相1. 液晶的分类液晶的分类 液晶是白色浑浊的黏性液体，其分子形状液晶是白色浑浊的黏性液体，其分子形状为棒状（如图所示）。从成分和出现液晶相为棒状（如图所示）。从成分和出现液晶相的物理条件进行归纳分类，液晶可以分为溶的物理条件进行归纳分类，液晶可以分为溶致液晶和热致液晶两大类。致液晶和热致液晶两大类。 3 液晶显示技术液晶显示技术53 （1）溶致液晶：有些材料在溶剂中，处于一定的浓度）溶致液晶：有些材料在溶剂中，处于一定的浓度区间时便会产生液

49、晶，这类液晶称之为溶致液晶。区间时便会产生液晶，这类液晶称之为溶致液晶。 （2）热致液晶：把某些有机物加热熔解，由于加热破坏）热致液晶：把某些有机物加热熔解，由于加热破坏了结晶晶格而形成的液晶称为热致液晶。了结晶晶格而形成的液晶称为热致液晶。 热致型液晶又根据液晶晶相可分为热致型液晶又根据液晶晶相可分为3大类：向列型、大类：向列型、近晶型和胆甾型。近晶型和胆甾型。3 液晶显示技术液晶显示技术542. 液晶的晶相液晶的晶相 常见液晶的晶相有向列相（常见液晶的晶相有向列相（nematic）、胆甾）、胆甾相（相（cholesteric）和近晶相（）和近晶相（smectic）等。）等。图图3.3 3种

50、常见液晶相种常见液晶相3 液晶显示技术液晶显示技术5556（1）向列相）向列相 向列相亦称丝状相。它由长、径比很大的棒状分子组成。向列相亦称丝状相。它由长、径比很大的棒状分子组成。分子大致平行排列，质心位置杂乱无序，具有类似于普通分子大致平行排列，质心位置杂乱无序，具有类似于普通液体的流动性。液体的流动性。特点：特点：l向列液晶由于其液晶分子重心杂乱无序，并可在三维范围向列液晶由于其液晶分子重心杂乱无序，并可在三维范围内移动，表现出液体的特征内移动，表现出液体的特征可流动性。可流动性。l所有分子的长轴大体指向一个方向，使向列液晶具有单轴所有分子的长轴大体指向一个方向，使向列液晶具有单轴晶体的光

51、学特性，一般是单轴正性。晶体的光学特性，一般是单轴正性。l由于向列相液晶各个分子容易顺着长轴方向自由移动且分由于向列相液晶各个分子容易顺着长轴方向自由移动且分子的排列和运动比较自由，致使向列相液晶具有的黏度小、子的排列和运动比较自由，致使向列相液晶具有的黏度小、富于流动性、对外界作用相当敏感等特点。富于流动性、对外界作用相当敏感等特点。 3 液晶显示技术液晶显示技术57（2）胆甾相）胆甾相 胆甾相亦称螺旋相。它可看作是由向列相平面重叠而成胆甾相亦称螺旋相。它可看作是由向列相平面重叠而成的，一个平面内的分子互相平行，逐次平面的分子方向成螺的，一个平面内的分子互相平行，逐次平面的分子方向成螺旋式（

52、螺距约旋式（螺距约3000 ），与可见光波长同数量级。），与可见光波长同数量级。特点：特点：v 光学上一般是单轴负性。光学上一般是单轴负性。v 向列相液晶与胆甾相液晶可以互相转换，在向列相液晶中加向列相液晶与胆甾相液晶可以互相转换，在向列相液晶中加入旋光材料，会形成胆甾相，在胆甾相液晶中加入消旋光向入旋光材料，会形成胆甾相，在胆甾相液晶中加入消旋光向列相材料，能将胆甾相转变成向列相。列相材料，能将胆甾相转变成向列相。v 胆甾相液晶在显示技术中很有用，扭曲向列、超扭曲向列、胆甾相液晶在显示技术中很有用，扭曲向列、超扭曲向列、相变显示都是在向列相液晶中加入不同比例的胆甾相液晶而相变显示都是在向列相

53、液晶中加入不同比例的胆甾相液晶而获得。获得。3 液晶显示技术液晶显示技术58（3）近晶相：它的分子分层排列，层内分子互相平行，其近晶相：它的分子分层排列，层内分子互相平行，其方向可以是垂直于层面，或与层面倾斜，层内分子质心方向可以是垂直于层面，或与层面倾斜，层内分子质心可以无序、能自由平移、似液体；或有序呈二维点阵。可以无序、能自由平移、似液体；或有序呈二维点阵。分子层与层之间的相关程度在不同的相中有强有弱。非分子层与层之间的相关程度在不同的相中有强有弱。非扭曲型近晶相依其发现先后，以扭曲型近晶相依其发现先后，以A、B、C等命名等命名 。近。近晶相因为它的高度有序性，黏度大，分子不易转动，即晶

54、相因为它的高度有序性，黏度大，分子不易转动，即响应速度慢，一般不宜作显示器件。响应速度慢，一般不宜作显示器件。图图3.4 近晶相示意图近晶相示意图A相的分子与层面垂直，相的分子与层面垂直，层内分子质心无序，像二层内分子质心无序，像二维流体。层厚约等于或略维流体。层厚约等于或略小于分子长度。小于分子长度。B相，片层内的分子质心排相，片层内的分子质心排列成面心六角形，分子垂列成面心六角形，分子垂直于层面，片层之间的关直于层面，片层之间的关联随材料不同各有强弱，联随材料不同各有强弱，B相在光学上是单轴正性相在光学上是单轴正性.C相与相与A相在结构上唯一不同相在结构上唯一不同之处是分子与层面倾斜，倾之

55、处是分子与层面倾斜，倾角各层相同并互相平行，因角各层相同并互相平行，因此此C相在光学上是双轴的。相在光学上是双轴的。3 液晶显示技术液晶显示技术593.1.3 液晶的电气光学效应液晶的电气光学效应 液晶的特性与结构介于固态晶体与各向同性液体之间。液晶的特性与结构介于固态晶体与各向同性液体之间。从宏观物理性质看，它既具有液体的流动性、黏滞性，又从宏观物理性质看，它既具有液体的流动性、黏滞性，又具有晶体的各向异性，能像晶体一样发生双折射、布拉格具有晶体的各向异性，能像晶体一样发生双折射、布拉格反射、衍射及旋光效应，也能在外场作用（如电、磁场作反射、衍射及旋光效应，也能在外场作用（如电、磁场作用）下

56、产生热光、电光或磁光效应。液晶分子在某种排列用）下产生热光、电光或磁光效应。液晶分子在某种排列状态下，通过施加电场，将向着其它排列状态变化，液晶状态下，通过施加电场，将向着其它排列状态变化，液晶的光学性质也随之变化。这种通过电学方法，产生光变化的光学性质也随之变化。这种通过电学方法，产生光变化的现象称为液晶的电气光学效应，简称电光效应。的现象称为液晶的电气光学效应，简称电光效应。 3 液晶显示技术液晶显示技术60液晶的电光效应主要包括以下几种液晶的电光效应主要包括以下几种: 1）液晶的双折射现象：）液晶的双折射现象：液晶会像晶体那样，因液晶会像晶体那样，因折射率的各向异性而发生双折射现象，从而

57、呈现出折射率的各向异性而发生双折射现象，从而呈现出许多有用的光学性质：许多有用的光学性质：能使入射光的前进方向偏于能使入射光的前进方向偏于分子长轴方向；能够改变入射光的偏振状态或方向；分子长轴方向；能够改变入射光的偏振状态或方向；能使入射偏振光以左旋光或右旋光进行反射或透射。能使入射偏振光以左旋光或右旋光进行反射或透射。这些光学性质，都是液晶能作为显示材料应用的重这些光学性质，都是液晶能作为显示材料应用的重要原因要原因 . 3 液晶显示技术液晶显示技术61 2）电控双折射效应：）电控双折射效应：对液晶施加电场，使液晶的排对液晶施加电场，使液晶的排列方向发生变化，因为排列方向的改变，按照一定的偏

58、列方向发生变化，因为排列方向的改变，按照一定的偏振方向入射的光，将在液晶中发生双折射现象。振方向入射的光，将在液晶中发生双折射现象。这一效这一效应说明，液晶的光轴可以由外电场改变，光轴的倾斜随应说明，液晶的光轴可以由外电场改变，光轴的倾斜随电场的变化而变化，因而两双折射光束间的相位差也随电场的变化而变化，因而两双折射光束间的相位差也随之变化之变化.。 3）动态散射：）动态散射：当在液晶两极加电压驱动时，由于电光当在液晶两极加电压驱动时，由于电光效应，液晶将效应，液晶将产生产生不稳定性，透明的液晶会出现一排排均匀不稳定性，透明的液晶会出现一排排均匀的黑条纹，这些平行条纹彼此间隔数的黑条纹，这些平

59、行条纹彼此间隔数10 m，可以用作光栅。，可以用作光栅。进一步提高电压，液晶不稳定性加强，出现湍流，从而产生进一步提高电压，液晶不稳定性加强，出现湍流，从而产生强烈的光散射，透明的液晶变得混浊不透明。断电后液晶又强烈的光散射，透明的液晶变得混浊不透明。断电后液晶又恢复了透明状态，这就是液晶的动态散射。恢复了透明状态，这就是液晶的动态散射。3 液晶显示技术液晶显示技术62 4）旋光效应：）旋光效应：在液晶盒中充入向列型液晶，把两玻璃片在液晶盒中充入向列型液晶，把两玻璃片绕在与它们互相垂直的轴相扭转绕在与它们互相垂直的轴相扭转90，向列型液晶的内部就，向列型液晶的内部就发生了扭曲，这样就形成了一个

60、具有扭曲排列的向列型液晶的发生了扭曲，这样就形成了一个具有扭曲排列的向列型液晶的液晶盒。在这样的液晶盒前、后放置起偏振片和检偏器，并使液晶盒。在这样的液晶盒前、后放置起偏振片和检偏器，并使其偏振化方向平行，在不施加电场时，让一束白光射入，液晶其偏振化方向平行，在不施加电场时，让一束白光射入，液晶盒会使入射光的偏振光轴顺从液晶分子的扭曲而旋转盒会使入射光的偏振光轴顺从液晶分子的扭曲而旋转90。 5）宾主效应：）宾主效应：将二向色性染料掺入液晶中，并均匀混合起将二向色性染料掺入液晶中，并均匀混合起来，处在液晶分子中的染料分子将顺着液晶指向矢量方向排列。来，处在液晶分子中的染料分子将顺着液晶指向矢量