《电视原理与数字电视》-05电子显示技术

1.3电子显示技术1.3.1CRT显示技术4231.3.2背投显示技术1.3.3液晶显示技术1141.3.4等离子显示技术复习上节内容1、行场扫描原理？即电子束在屏幕上靠什么运动的？2、当场扫描不同步时，图像发生什么现象？3、当行扫描不同步时，图像发生什么现象？4、行场扫描的频率是是多少？1.3电子显示技术

由于人们对视觉效果的不断提高，显示技术在现代电视技术中的地位愈来愈重要。伴随着现代信号处理技术和大规模集成电路技术的飞速发展，显示技术正在发生一场革命，低功耗、小型化、数字化、便携式、成为主流。1.3电子显示技术CRT（CathodeRayTube阴极射线管LCD(LiquidCrystalDisplayer液晶显示器)PDP(PlasmaDisplayPanels等离子显示)DLP（DigitalLightProcessing数字光源处理器）LCOS（LiquidCrystalOnSilicon硅液晶显示面板）新兴显示技术，代表了数字电视时代电视机技术发展的方向，注定成为显像管电视机的替代品。1.3.1CRT显示技术

CRT（CathodeRayTube）阴极射线管在传统的显示技术中占有重要的地位。清晰度高，成本低、寿命长、技术成熟，最大的不足在于体积大、重量重、功耗大。高压嘴偏转线圈光电与电光变换

电视图像的传送，在发端是基于光电转换器件，在收端是基于电光转换器件，实现这两种转换的器件分别称为：摄像管显像管

介绍摄像与显像原理。摄像与显像是电视技术的前端和终端，摄像是在输入端完成光电转换，显像是在输出端完成电光转换，无论是光电转换或是电光转换，都是电视技术的关键部分，可以说决定了电视图像的质量。摄像管：

在发送端完成光电转换。（在摄像管前方内壁镀一层透明金属导电膜，作为光通路信号输出电极，后面是光电靶）

1、摄像原理：摄像管结构：光电靶、电子枪、玻璃外壳

光电靶：称光电二极管分三层

P层：P型半导体。

I层：氧化铅半导体光敏材料。

N层：N型半导体。1、摄像原理：

当电子束扫描整个靶内侧时，将依次逐个接通各个象素，依所受光强的大小，产生强弱不同的象素电容充电电流。它们依次流过负载电阻，即在其上产生代表图象内容的图象信号。

对于光强的象素，充电电流大，对于光弱的象素，充电电流小。这个充电电流流过负载电阻时，就产生代表该象素的信号电流，输出图像信号。在负载RL中就有电流流过，产生图像信号：低电平：亮信号高电平：暗信号故图像信号是负极性信号光照强处，对应阻值较小、流过负载的电流就较大，因而RL两端产生的压降也就较大。显像管是在接收端重现图像的电真空器件，主要由电子枪、荧光屏、偏转线圈等组成。由阴极发射出的电子束，在偏转线圈所产生的磁场力作用下，按从左到右，从上到下的顺序依次轰击荧光屏。屏面上涂有荧光粉，在电子束轰击下荧光粉发光，其发光亮度正比于电子束携带的能量。

2．显像管显像管高压嘴偏转线圈显像管结构

显像结构：

显像管：在接收端完成电光转换的装置。

结构：荧光屏、电子枪、玻璃外壳。

荧光屏：玻璃内壁涂有一层荧光粉，在电子束轰击下发光。

电子枪：灯丝、阴极、栅极、加速极、聚焦极和高压阳极组成。

显像管结构示意图灯丝F：加热阴极6.3V，0.6A

阴极K：发射电子（阴极涂有受热后易激发电子的氧化物）接电视信号几十V—100V栅极G：控制电子的数量。负电压调节亮度，低于阴极几十伏。截止电压-20V—-90V加速极：A1（第一阳极）使电子加速，120V—400V聚焦极：A3（第三阳极）使电子聚焦。

0V—400V第二、第四阳极：高压级进一步加速聚焦。（一般2万伏以上）显像管各电极的作用石墨层：涂黑

1）蔽光。

2）吸收二次电子。

3）形成高压滤波电容。

显像管各电极的作用彩色显像管彩色显像管与黑白显像管不同，由于黑白显像管只有只有亮度信号输入，只需一个电子枪，而彩色显像管由于要显示三基色，故设有红、绿、蓝三个电子枪。彩色显像管结构荧光屏上涂有品字形的彩色荧光粉，三只电子枪射出的电子束通过荫罩板，荫照板是上面布满小孔的金属板，每个孔对一组三色点，三色电子束的强弱分别受红绿蓝三个信号电压控制，并使三条电子束会聚在荫照板的小孔内，穿过小孔后又分别去轰击对应的RGB荧光点使之发光，如图1-21所示。3．显像管外部组件显像管工作时，还需要外部组件进行配合，如来自高压包的高压供电、偏转线圈提供的锯齿波电流、消磁线圈及汇聚和色纯调整磁环等，如图1-22所示。图1-22显像管外部组件偏转线圈其中，显像管电子枪发射的电子，必须在行场偏转线圈中锯齿波电流的作用下完成扫描。所以偏转线圈的作用是非常重要的，没有偏转电子只能打在荧光屏的中央。行场偏转线圈外部结构如图1-23所示。图1-22偏转线圈的结构图1-23偏转线圈结构图1-22偏转线圈的结构图1-23偏转线圈结构1.3.2背投显示技术

由于CRT阴极射线管受到制作工艺的限制，显示屏不可能做的很大，目前最大的只能到45英寸。随着人们对显示屏幕大尺寸越来越高的要求，出现了利用投影管来加大显示屏幕的电视，一般称背投电视。将投影机放在盒子里，利用反射原理将影像放大投影到电视屏幕上，虽然没有显像管，因投射需距离，故背投影电视有一定厚度，体积也较大。背投显示器结构如图1-24所示背投电视结构图1-24背投显示结构1．背投显示分类背投影技术从以往CRT三枪背投影，演进到目前LCD、LCOS、DLP三种数字投影方式。DLP（DigitalLightProcessing）为数字光源处理器，采用曲光滤镜系统投影原理；

LCOS（LiquidCrystalOnSilicon）则为硅液晶显示面板，采用半导体制程，在硅芯片上直接加上液晶的技术；LCD则为高温多晶硅的制作技术。2．背投显示原理DLP技术的核心是数字微镜器件（DMD），它是一个拇指指甲大小的半导体器件。DMD由120万（适合标清电视）或200万个（适合高清电视）甚至更多（用于数字电影放映机）的精微镜面组成，起着光开关的作用。每一个镜面都能前后翻动（开启或关闭），每秒可达5000次。输入的影像或图形信号被转换成数字代码，即由0和1组成的二进制数据。这些代码再被用来推动DMD镜面。2．背投显示原理DLP技术的核心是数字微镜（DMD），它是一个拇指指甲大小的半导体器件。DMD由120万（适合标清电视）或200万个（适合高清电视）甚至更多（用于数字电影放映机）的精微镜面组成，起着光开关的作用。DLP投影机按其中的DMD装置的数目分为单片DLP投影系统和三片DLP投影系统，如图1-25所示。2．背投显示原理图1-25三片DMD数字微镜投影系统DLP投影机由DMD数字微镜、

色轮、投影灯、投影镜头组成。演示：DMD讲解3．背投显示的特点

1）DLP固有的数字化性质，是真正的数字化显示设备；2）DLP的数字化性质可以获得具有精确灰度等级的图像质量以及颜色再现。和透射式的LCD相比，因为它以反射式DMD为基础，不需要偏振光，效率更高；3）作为反射器件，它有超过60%的光效率，使得DMD系统比LCD投影显示更有效率。这一效率是反射率、填充因子、衍射效率和实际镜片“开”时间产生的结果；4）由于每个微镜每秒钟可以翻转5000次以上，因此没有LCD存在的响应滞后的问题，因此更适合电视和电影；5）无缝图像优势，DMD上的微镜面积为131μm2甚至更小，每个间隔只有1μm，不像LCD和PDP那样存在较大的像素结构，再现的图像更加完美。3．背投显示的特点

6)可靠性高，DLP系统结构坚固可靠，使用寿命远远超过显像管、LCD、PDP等各种电视，DMD的使用寿命可以达到20年。7）视频处理技术和音频技术：背投中的视频处理技术与高端彩电的这些技术相同，但由于背投画面的整体质量不及大屏幕彩电的画面好，故视觉效应的提高不及高端彩电。由于背投的机身大，功放的功率和喇叭口径可以用得较大，两只喇叭跨距大，虚拟环绕声的效果明显，音质比彩电好。1.3.3液晶显示技术1．液晶显示原理液晶显示器(LCD/LiquidCrystalDisplay)的显像原理，是将液晶置于两片导电玻璃之间，靠两个电极间电场的驱动，引起液晶分子扭曲向列的电场效应，以控制光源透射或遮蔽功能，在电源关开之间产生明暗而将影像显示出来，若加上彩色滤光片，则可显示彩色影像。各色各样的液晶产品液晶是一种介于固态和液态之间的物质，是具有规则性分子排列的有机化合物，如果把它加热会呈现透明状的液体状态，把它冷却则会出现结晶颗粒的混浊固体状态。正是由于它的这种特性，所以被称之为液晶（LiquidCrystal）。用于液晶显示器的液晶分子结构排列类似细火柴棒，称为Nematic液晶，采用此类液晶制造的液晶显示器也就称为LCD（LiquidCrystalDisplay）。而液晶电视是在两张玻璃之间的液晶内，加入电压，通过分子排列变化及曲折变化再现画面，屏幕通过电子群的冲撞，制造画面并通过外部光线的透视反射来形成画面1．液晶显示原理

液晶显示器(LCD/LiquidCrystalDisplay)的显像原理，是将液晶置于两片导电玻璃之间，靠两个电极间电场的驱动，引起液晶分子扭曲向列的电场效应，以控制光源透射或遮蔽功能，在电源关开之间产生明暗而将影像显示出来，若加上彩色滤光片，则可显示彩色影像。在两片玻璃基板上装有配向膜，所以液晶会沿着沟槽配向，由于玻璃基板配向膜沟槽偏离90度，所以液晶分子成为扭转型，当玻璃基板没有加入电场时，光线透过偏光板跟着液晶做90度扭转，通过下方偏光板，液晶面板显示白色（如图1-26左）；当玻璃基板加入电场时，液晶分子产生配列变化，光线通过液晶分子空隙维持原方向，被下方偏光板遮蔽，光线被吸收无法透出，液晶面板显示黑色（如图1-25右）液晶显示器便是根据此电压有无，使面板达到显示效果。图1-26液晶显示原理图液晶电视屏幕由超过二百万个红、绿、蓝三色液晶光阀组成，液晶光阀在极低的电压驱动下被激活，此时位于液晶屏后的背光灯发出的光束从液晶屏通过，产生1024×768点阵(点距为0.297mm)、分辨率极高的图像。先进的电子控制技术使液晶光阀产生1677万种颜色变化（红256×绿256×蓝256），还原真实的亮度、色彩度，再现自然纯真的画面。液晶显像从根本上改变了传统彩电以“行”为基础的模拟扫描方式，实现了以“点”为基础的数字显示技术。光电显示技术

区分项目TNSTN扭曲角90°180°～270°倾斜角1°～2°4°～7°厚度5～10μm3～8μm间隙误差±0.5μm±0.1μm表3.2N与STN型组件的比较图3.11STN与TN型液晶分子的扭曲状态

2．液晶显示器结构

液晶电视是在两张玻璃之间的液晶内，加入电压，通过分子排列变化及曲折变化,再现画面，屏幕通过电子群的冲撞，制造画面并通过外部光线的透视反射来形成画面。如图1-27所示。图1-27液晶显示器结构液晶电视的优点液晶电视与传统显像管(CRT)电视相比有如下优点⑴画面稳定。去掉了场、行扫描方式，从而避免了因扫描带来的画面闪烁和不稳定；⑵图像逼真。采用数字点阵显示模式，将画面的几何失真率降为零。采用高亮度、高对比度、防反光的液晶屏，大大增加了电视画面的透亮度和对比度。减少光线的反射和散射，可看到更明亮、清晰、细腻的画面；⑶消除辐射。采用荧光灯透过液晶屏成像，彻底消除了CRT电子束高压加速轰击荧光粉产生的辐射和静电.⑷节省空间。抛掉了庞大的CRT及其它元器件，使整机机身厚度不超过6cm，薄得可以贴在墙上，能节省存放空间。⑸节省能耗。液晶电视的最大耗电量为35W，比传统电视机节能70%。⑹延长寿命。其供电是用电源适配器将220V的电压转为12V，整机的使用寿命超过5万小时。即使一天开8小时，也可使用20年以上。3．液晶板主要技术参数亮度液晶是一种介于液体和晶体之间的物质，它可以通过电流来控制光线的穿透度，从而显示出图像。但是，液晶本身并不会发光，因此所有的液晶显示器都需要背光照明，背光的亮度也就决定了显示器的亮度。亮度高决定画面显示的层次也就更丰富，从而提高画面的显示质量。对比度液晶显示器实现全黑的画面非常困难。而同等亮度下，黑色越深，显示色彩的层次就越丰富，所以液晶显示器的对比度非常重要。一般人眼可以接受的对比度一般在250：1左右，低于这个对比度就会感觉模糊或有灰蒙蒙的感觉。对比度越高，图像的锐利程度就越高，图像也就越清晰。响应时间响应时间决定了显示器每秒所能显示的画面帧数，通常当画面显示速度超过每秒25帧时，人眼会将快速变换的画面视为连续画面，不会有停顿的感觉，所以响应时间会直接影响视觉感受。当响应时间为30ms时，显示器每秒钟能显示1/0.030=33帧画面；而响应时间25ms，每秒钟就能显示1/0.025=40帧画面，响应时间越短，显示器每秒显示的画面就越多。分辨率液晶面板的显示就好像排列好的一个个小门或开关来让光通过，液晶屏所能表现的像素便是，这些小门和开关的数量决定的，所以液晶显示器的物理分辨率是固定不变的。对于液晶显示器就复杂得多了，必须通过运算来模拟出显示效果。可视角度LCD的显示是背光通过液晶和偏振玻璃射出，原理很象百叶窗帘，其中绝大多数的光都是垂直射出。这样，当我们从非垂直的方向观看液晶显示器的时候，往往看到显示屏会呈现一片漆黑或者是颜色失真。这就是液晶显示器的视角问题。对于目前技术来说，水平视角90~100度，垂直视角50~60度就能满足平常的使用了。选择时注意在这个参数以上即可，毕竟显示器很少会有多人同时观看，特别对于家庭用户，可视角度的重要性相对较小。3．液晶板主要技术参数1.3.4等离子显示技术

等离子显示（PlasmaDisplayPanel，PDP）也称电浆显示，是一种利用气体放电的显示技术。它采用了等离子管作为发光元件，屏幕以玻璃作为基板，基板间隔一定距离，四周密封形成一个放电空间，放电空间内充入氖、氙等混合惰性气体。当向玻璃板电极上加入电压，放电空间内的混合气体便发生等离子体放电现象，放电产生紫外线，紫外线激发荧光屏，荧光屏发射出可见光，经过适当的技术处理，现出彩色图像。1．等离子显示器结构

等离子显示器屏幕采用了等离子管作为发光元件。大量的等离子管排列在一起构成屏幕。每个等离子对应的每个小室内部充有氖氙气体。在等离子管电极间加上高压后，封在两层玻璃之间的等离子管小室中的气体会产生紫外光，从而激励平板显示器上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光。每个离子管做为一个像素，等离子电视彩色图像由各个独立的荧光粉像素发光综合而成，因此图像鲜艳、明亮、干净而清晰。等离子显示器的三层结构如图1所示。一般由三层玻璃板组成。在第一层的里面涂有导电材料的垂直，中间层是灯泡阵列，第三层表面涂有导电材料的水平条。要点亮某个地址的灯泡，开始要在相应行上加较高的电压，等该灯泡点亮后，可用低电压维持氖气灯泡的亮度。关掉某个灯泡，只要将相应的电压降低。灯泡开关的周期时间是15ms，通过改变控制电压，可以使等离子板显示不同灰度的图形。等离子电视彩色图像由各个独立的荧光粉像素发光综合而成，因此图像鲜艳、明亮、干净而清晰。图1-28等离子显示器三层结构图PDP与CRT和LCD比较：1)与直视型显像管彩电相比：PDP显示器的体积更小、重量更