光电子复习参考第6章ppt课件

1、1.CRT主要有哪几部分组成？各起什么作用？据此说明CRT显示器的工作原理。 6.1 6.1 阴极射线管阴极射线管Cathode Ray Cathode Ray Tube, CRTTube, 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机中显示图像，工业控制设备中用做监视器。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电子枪用来产生电子束，以轰击荧光幕上的荧光粉发光。为发光。为 了在屏幕上得到亮而清晰的图像，要求电子枪满

2、足如下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：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，屏幕大的显像管电子束流较大，电压较高。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，），屏幕越大，光点尺光点尺 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

3、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

4、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

5、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

6、枪。 2 2 荧光屏荧光屏 荧光屏一般由玻璃基板、荧光粉层、铝膜荧光屏一般由玻璃基板、荧光粉层、铝膜 构构成。成。 荧光屏的尺寸荧光屏的尺寸 人眼的最大视角人眼的最大视角-水平方向约水平方向约1717，垂直方，垂直方向向1313, , 画面的宽高比为画面的宽高比为- 4:3 - 4:3 或或 5:4 5:4，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，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。荧光屏玻璃采用具有中性吸光性能的烟灰玻璃。此外还要满足光洁度、均匀性、耐压性、耐张力、此外还要满足光洁度、均匀性、耐压性、耐张力、防爆性等要求。防

7、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 什么是液晶什么是液晶 液晶液晶液态晶体的简称液态晶体的简称Liquid Liquid CrystalCrystal） 最早报告液晶的是奥地利植物学家最早报告液晶的是奥地利植物学家莱尼采尔。莱尼采尔。18881888年，他在研究植物生理年，他在研究植物生理作用时，加热一种有机化合物晶体时发作用时，加热一种有机化合物晶体时发现。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，首先呈现为浑浊不透明的液体，

8、它具有它具有 流动性，又有像晶体那样的各向流动性，又有像晶体那样的各向异性；异性； 继续升温时继续升温时- - 液体变成透明，各项异性的特征液体变成透明，各项异性的特征也消失也消失 了，成了普通的液体。了，成了普通的液体。 因此，把既有液体的流动性，又有晶体的因此，把既有液体的流动性，又有晶体的各向异各向异 性的物质状态称为液态晶体，简称液晶。性的物质状态称为液态晶体，简称液晶。 液晶分为两大类：液晶分为两大类： 溶致晶体：溶解在一定溶剂中才呈现液晶性溶致晶体：溶解在一定溶剂中才呈现液晶性人体人体 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

9、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，分显示用的液晶都是一些有机化合物，分子量一般在子量一般在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“雪茄雪茄烟烟”，宽不足一纳米，长约数纳米，长为宽的，宽不足一纳米，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 和两个苯和两个苯环称环称 为中央基团，为中央基团，y y 和和 y y为末端基团。为末端基团。 * * 液晶的各种物理、化学性质完全由这些基团液晶的各种物理、化学性质完全由这些基团决定

10、，决定， 可通过改变基团的种类而改变液晶的某种性可通过改变基团的种类而改变液晶的某种性质。质。 * * 采用单一种类的液晶，无法满足显示器件的采用单一种类的液晶，无法满足显示器件的多种要多种要 求，所以求，所以 彩色电视和彩色计算机终端显示器，彩色电视和彩色计算机终端显示器，所用所用 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种以上的单质液晶混合而成。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，分子间相互吸液晶分子中含有极性基团，分子间相互吸引，并引，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 种类型：种类型

11、： 近晶相近晶相 * * 棒状分子按分子长轴方向互相平行，分层排棒状分子按分子长轴方向互相平行，分层排列，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

12、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，存在于动植物的体有机化合物的一类，存在于动植物的体内。内。 分子排列成层，层内分子相互平行，分子长轴分子排列成层，层内分子相互平行，分子长轴平行于层平面，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，其长轴彼此子，其长轴彼此 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

13、，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，存在各向异等各种物理性质，存在各向异性。性。 正是基于液晶的各向异性，通过施加电压正是基于液晶的各向异性，通过施加电压或加热或加热 等，分子出现再排列的现象，使液晶得到广泛等，分子出现再排列的现象，使液晶得到广泛的应用。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

14、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) 1cos3(221sn() 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： /

15、/：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，液晶分子的长轴开始时，液晶分子的长轴开始向电场方向倾斜，向电场方向倾斜， V2Vth V2Vth 时，大部分分子长轴与电时，大部分分子长轴与电场方向平行排列，场方向平行排列， 当：

16、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，光透过，亮态，黑底白字，负显示负显示 * * 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，光遮断，暗态，白底黑字，正显示正显示 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-AM-LCDLCD） STN-LCD STN-LCD采用简单矩阵驱动，采用简单矩阵驱动，没有从根本上克没有从根本上克 服交叉效应，也没有解决因扫服交叉效应，也没有解决因扫描行数增加，占空比描行数增加，占空比 下降所带来

17、的显示质量变化问下降所带来的显示质量变化问题。题。 所以，如果每个象素可以所以，如果每个象素可以被独立驱动，就可以被独立驱动，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目前，主要有以下二种显示方式：方式： 1. 1. 二端有源矩阵液晶显示二端有源矩阵液晶显示 构造：构造： 在每个象素回路中串入一个二端器在每个象素回路中串入一个二端器件件-MIM-MIM金属金属- - 绝缘体绝缘体-金属二金属二极管，要求其满足如下要求：极管，要求其满足如下要求： 具有正、反向对称的非线性伏安特性具有正、反向对称的非线性伏安特性( (即正、反向即正、反向 开关特性开关特性) ) CMIM CM

18、IMCLC CLC ， MIM MIM的面积的面积 液液晶单元的面积晶单元的面积 二端有源矩阵液晶显示的电极排列和等效电路二端有源矩阵液晶显示的电极排列和等效电路如图如图. . CMIM CMIM 和和 RMIM RMIM 分别是它的等效电容和等效电阻，分别是它的等效电容和等效电阻， CLC CLC 和和 RLC RLC 分别是液晶单元的等效电容和等分别是液晶单元的等效电容和等效电阻。效电阻。 工作原理工作原理 当扫描电压和信号电压同时作用到象素单元时，二端当扫描电压和信号电压同时作用到象素单元时，二端 器件处于断态器件处于断态OFFOFF）。由于）。由于 RMIN RMIN 很大，且：很大，

19、且： CMIN CMINCLCCLC，电压主要降在，电压主要降在 RMIN RMIN 上上 当当CMINCMIN上的电压大于二端器件的阈值电压时，二端器上的电压大于二端器件的阈值电压时，二端器 件进入通态件进入通态ONON），），RMIN RMIN 迅速减小，大的通态电流迅速减小，大的通态电流对对 CLC CLC 充电。一旦充电。一旦 CLC CLC 上电压的有效值上电压的有效值 Vrms VrmsVthVth时，时，该该 单元显示。单元显示。 当扫描移到下一行时，原来单元上的外加电压消失，当扫描移到下一行时，原来单元上的外加电压消失， 二端器件恢复到断态，二端器件恢复到断态，RMIN RMI

20、N 很大，接近开路，这时很大，接近开路，这时 CLC CLC 上充的信号电荷只能通过上充的信号电荷只能通过 RLc RLc 缓慢放电。缓慢放电。 如果设计得当，可使此放电在此后一帧时间内还维持如果设计得当，可使此放电在此后一帧时间内还维持在：在： Vrms VrmsVthVth，则该单元不光在选址期内，而且在以，则该单元不光在选址期内，而且在以后的一帧时间内都保持显示状态，这就清除了简单矩阵后的一帧时间内都保持显示状态，这就清除了简单矩阵随着占空比的下降而引起对比度下降的弊病。随着占空比的下降而引起对比度下降的弊病。 综上所述，串接有源器件以后，液晶象素不再具综上所述，串接有源器件以后，液晶象

21、素不再具有双向导电的特性，从而因电压在矩阵阻抗电路上的有双向导电的特性，从而因电压在矩阵阻抗电路上的分配形成的串扰得以克服。分配形成的串扰得以克服。 依靠存储电容的帮助，液晶象素二端电压可以在依靠存储电容的帮助，液晶象素二端电压可以在一帧时间内保持不变，从而使占空比提高到接近一帧时间内保持不变，从而使占空比提高到接近1 1，这就从原理上清除了扫描行数增加时对比度下降的矛这就从原理上清除了扫描行数增加时对比度下降的矛盾，从而获得很高的显示质量。盾，从而获得很高的显示质量。 2 2 三端有源矩阵液晶显示三端有源矩阵液晶显示 构造：三端有源矩阵液晶显示的结构和等效构造：三端有源矩阵液晶显示的结构和等

22、效电路如图示。电路如图示。 * * 每个象素上都有串入一个三端器件，即每个象素上都有串入一个三端器件，即 MOS MOS 场效应管或薄场效应管或薄 膜晶体管膜晶体管TFTTFT）。）。 * * 栅极栅极(G)(G)接扫描电压，漏极接扫描电压，漏极(D)(D)接信号电压，源极接信号电压，源极(S)(S)接接 ITO ITO 象素电极，与液晶象素串联。象素电极，与液晶象素串联。 * * 液晶象素可以等效为一个电阻液晶象素可以等效为一个电阻 RLC RLC 和一个电容和一个电容 CLC CLC 的并联。的并联。 工作原理工作原理 * * 当扫描脉冲加到当扫描脉冲加到 G G 上时，使上时，使 D-S

23、 D-S 导通，器件导通电阻很小导通，器件导通电阻很小 * * 信号电压产生大的通态电流信号电压产生大的通态电流 Ion Ion 并对并对 CLC CLC 充电，很快充到充电，很快充到信信 号电压数值。号电压数值。 * * 一旦一旦 CLC CLC 上的充电电压上的充电电压 Vrms Vrms 值大于液晶象素的阈值电压值大于液晶象素的阈值电压VthVth 时，该象素产生显示。时，该象素产生显示。 * * 当扫描电压移到下一行时，单元上的栅极消失，当扫描电压移到下一行时，单元上的栅极消失，D-S D-S 断开，断开， 因器件断态电阻很大，因器件断态电阻很大，CLC CLC 上的电压只能通过上的电

24、压只能通过RLC RLC 缓慢放电缓慢放电. . 只要选择电阻率高的液晶材料，可维持此后的一帧时间只要选择电阻率高的液晶材料，可维持此后的一帧时间 内内CLCCLC上的电压始终大于上的电压始终大于VthVth，使该单元象素在一帧时间内都在，使该单元象素在一帧时间内都在 显示，这就是所谓的存储效应。显示，这就是所谓的存储效应。 存储效应使存储效应使 TFT-LCD TFT-LCD 的占空比为的占空比为1111，不管扫描行数增，不管扫描行数增 加多少，都可以得到对比度很高的显示质量。加多少，都可以得到对比度很高的显示质量。 以上可见，三端以上可见，三端 AM-LCD AM-LCD 的工作原理和二端

25、的工作原理和二端 AM-LCD AM-LCD 根本根本 一样，只是由于一样，只是由于 TFT TFT 性能更优越，它的通态电流性能更优越，它的通态电流IonIon更大，断更大，断 态电流态电流IoffIoff更小，开关特性的非线性更陡，因而其显示性能也更小，开关特性的非线性更陡，因而其显示性能也 更好。更好。 现在用现在用TFTTFT制作的彩色液晶显示器其图像质量可做到与彩制作的彩色液晶显示器其图像质量可做到与彩 色色 CRT CRT 媲美。媲美。 TFT-LCD TFT-LCD 的液晶盒工艺和的液晶盒工艺和 TN-LCD TN-LCD类似，只是面积大，精类似，只是面积大，精 度高，环境要求严

26、，设备体系的自动化程度高几个量级。度高，环境要求严，设备体系的自动化程度高几个量级。5.请画图说明单色AC-PDP的基本结构及其工作原理 三、单色等离子体显示三、单色等离子体显示 1 1、基本结构、基本结构 单色单色PDPPDP是利用是利用NeArNeAr混合气体在一定电压混合气体在一定电压作用下产生气作用下产生气 体放电，直接发射出体放电，直接发射出582nm 582nm 橙红色光而制作的橙红色光而制作的平板显示器件。平板显示器件。 工作方式分为交流和直流两种。但工作方式分为交流和直流两种。但DCPDPDCPDP由于无故有的由于无故有的 储存特性，亮度比较低，目前已不大流行。储存特性，亮度比

27、较低，目前已不大流行。 ACPDP ACPDP由于有固有的存储特性，所以亮度由于有固有的存储特性，所以亮度可以做得很可以做得很 高，是目前等离子体显示技术的主要发展方向。高，是目前等离子体显示技术的主要发展方向。 在两块平板玻璃上制作电极，矩阵型的条形电极彼此正交，在两块平板玻璃上制作电极，矩阵型的条形电极彼此正交， 交点处构成一个放电单元。电极材料采用交点处构成一个放电单元。电极材料采用AgAg、Ag-CrAg-Cr合金、透合金、透 明的明的SnO2SnO2。 在电极表示淀积一层厚约在电极表示淀积一层厚约10m50m10m50m的介质层。的介质层。 为保护介质层在放电过程中不受离子轰击，在介

28、质表面再涂为保护介质层在放电过程中不受离子轰击，在介质表面再涂 复一层复一层 MgO MgO 的保护层，的保护层，MgOMgO的二次电子发射系数较大，可得的二次电子发射系数较大，可得 到稳定的放电和较低的维持电压，并能延长器件的寿命。到稳定的放电和较低的维持电压，并能延长器件的寿命。 两块玻璃用衬垫保持间隙为两块玻璃用衬垫保持间隙为80m120m80m120m，周边用低熔点玻璃，周边用低熔点玻璃 密封，充入密封，充入NeArNeAr混合气，气压约混合气，气压约0.50.5个大气压或更高些。个大气压或更高些。 2 2 工作原理工作原理 2 2 工作原理工作原理 ACPDP ACPDP工作时，所有

29、行、列电极之间都工作时，所有行、列电极之间都加上交变的维持电压脉冲加上交变的维持电压脉冲VsVs，其幅值不足，其幅值不足以引燃单元放电，但能维持已有的放电。以引燃单元放电，但能维持已有的放电。此时，各行、列电极交点形成的像素均未此时，各行、列电极交点形成的像素均未放电发光。放电发光。 如果在被选单元相对应的一对电极间叠如果在被选单元相对应的一对电极间叠加一个书写脉加一个书写脉 冲冲VBVB，其幅值超过着火电压，其幅值超过着火电压VsVs，则该单，则该单元产生放电而元产生放电而 发光。发光。 放电形成的电子、离子在电场作用下，分别向瞬时放电形成的电子、离子在电场作用下，分别向瞬时 加有正电压和负电压的电极移动。加有正电压和负电压的电极移动。 由于电极表面是介质，电子、离子不能直接进由于电极表面是介质，电子、离子不能直接进 入电极而在介质表面累积起来，形成壁电荷。入电极而在介质表面累积起来，形成壁电荷。 壁电荷产生的电场与外加电场方向相反，则放壁电荷产生的电场与外加电场方向相反，则放 电空腔上的电压为外加电压和壁电压之和，它将小电空腔上的电压为外加电压和壁电压之和，它将小 于维持电压于维持电压VsV