第七章 显示技术

1、1阴极射线管阴极射线管(CRT)(CRT)发光二极管显示发光二极管显示(LED)(LED)液晶显示液晶显示(LCD)(LCD)等离子体显示等离子体显示(PDP)(PDP)电致发光显示电致发光显示(ELD)(ELD)激光显示激光显示(LD)(LD) 显示技术显示技术2显示技术的主要性能指标显示技术的主要性能指标亮度亮度对比度和灰度对比度和灰度分辨率分辨率发光颜色发光颜色余晖时间余晖时间响应时间响应时间观察视角观察视角色域与色域覆盖率色域与色域覆盖率其他：显示面积、存储时间、稳定性、可靠性、驱动电路、其他：显示面积、存储时间、稳定性、可靠性、驱动电路、寿命、功耗、体积、重量、性价比等等寿命、功耗、

2、体积、重量、性价比等等7.1 7.1 阴极射线管阴极射线管(CRT)(CRT)4n阴极射线管（阴极射线管（Cathode Ray Tube, CRTCathode Ray Tube, CRT）的发展可追溯到）的发展可追溯到18971897年布朗的示波管年布朗的示波管n19381938年德国人年德国人W. FlechingW. Fleching提出彩色显像管专利提出彩色显像管专利n19501950年美国的年美国的RCARCA公司研制出三枪三束荫罩式彩色显像管，公司研制出三枪三束荫罩式彩色显像管，19531953年实用化。年实用化。n2020世纪世纪6060年代，玻壳由圆形发展为角矩形管，尺寸由年

3、代，玻壳由圆形发展为角矩形管，尺寸由2121英英寸发展到寸发展到2525英寸英寸, ,偏转角由偏转角由7070增大到增大到9090，荧光粉由发，荧光粉由发光效率较低的磷酸盐型发展为硫化物蓝绿荧光粉和稀土类光效率较低的磷酸盐型发展为硫化物蓝绿荧光粉和稀土类红色荧光粉。红色荧光粉。n7070年代后，彩色显示管进行了一系列的改进，荧光屏由平年代后，彩色显示管进行了一系列的改进，荧光屏由平面直角发展到超平、纯平，尺寸发展到主流面直角发展到超平、纯平，尺寸发展到主流2929英寸以上，英寸以上，偏转角由偏转角由9090增大到增大到110110，横纵比不断增大，采用自会，横纵比不断增大，采用自会聚管以提高显

4、示分辨率。聚管以提高显示分辨率。阴极射线管的发展阴极射线管的发展 黑白显像管黑白显像管结构：电子枪、偏转系统、荧光屏、玻璃外壳结构：电子枪、偏转系统、荧光屏、玻璃外壳 黑白显像管黑白显像管电子枪：电子枪： 实现电子束的发射、控制和聚焦实现电子束的发射、控制和聚焦H Hf f灯丝灯丝K K阴极阴极G G1 1第一控制栅极第一控制栅极( (调制极调制极) )G G2 2加速极加速极( (屏蔽极、第一阳极屏蔽极、第一阳极A A1 1) )G G3 3聚焦极聚焦极( (第二阳极第二阳极A A2 2) )G G4 4高压阳极高压阳极( (第三阳极第三阳极A A3 3) ) 黑白显像管黑白显像管电子枪的基

5、本要求电子枪的基本要求束宽大小符合扫描线宽的要求；束宽大小符合扫描线宽的要求；束流足够强；束流足够强；调制特性陡调制特性陡 黑白显像管黑白显像管偏转系统偏转系统PALPAL制式特征：制式特征：每帧每帧625625行；行；每秒每秒2525帧；帧；隔行扫描，每秒隔行扫描，每秒5050场；场；每行水平扫描正程每行水平扫描正程5252 s s，逆程逆程1212 s s；场正程时间；场正程时间 18.4ms18.4ms；场逆程时间；场逆程时间 1.6ms1.6ms；垂直方向实际显示垂直方向实际显示575575行，行，行频为行频为15525Hz15525Hz，场频为，场频为50Hz50Hz。偏转角、功率、

6、管长的偏转角、功率、管长的关系关系 黑白显像管黑白显像管荧光屏：玻璃基板、荧光粉层、铝层荧光屏：玻璃基板、荧光粉层、铝层荧光粉光谱特性荧光粉光谱特性余辉时间余辉时间 彩色显像管彩色显像管三枪三束彩色显像管三枪三束彩色显像管 彩色合成原理彩色合成原理三基色的确定三基色的确定相加混色原理相加混色原理减色混色法减色混色法色度坐标系色度坐标系)(r )(g)(b三基色的确定三基色的确定三基色基本特征：独立性；其他色彩可以按一定比例混合出来三基色基本特征：独立性；其他色彩可以按一定比例混合出来三基色种类：三基色种类：红、绿、蓝；红、绿、蓝； 黄、青、品红黄、青、品红生理学原理：三种感色细胞生理学原理：三

7、种感色细胞(2)(2)相加混色原理相加混色原理色光加色法色光加色法三基色合成白光时亮度比例三基色合成白光时亮度比例(3)(3)减色混色法减色混色法减色混色法原理减色混色法原理三基色合成白光时亮度比例三基色合成白光时亮度比例(4)(4)色度坐标体系色度坐标体系1 1） CIE-RGBCIE-RGB计色系统计色系统）B（1G)（1）R（1白EF06010590741.:.:BGRlm5.6508lm0.06014.59071.000E白 等量的等量的R R、G G、B B能配出等能白光能配出等能白光 任一彩色光任一彩色光F F总可以通过下列配色公式配出总可以通过下列配色公式配出）（）（）（）（Bb

8、G)gRrmBBG)GRRF1bgr三色系数三色系数色度坐标色度坐标色模色模CIE-RGBCIE-RGB计色系统计色系统只用只用3 3个色坐标中的两个就个色坐标中的两个就可以明确表示可以明确表示RGBRGB色度图色度图彩色三角形彩色三角形中心点中心点E E缺陷缺陷CIE-XYZCIE-XYZ计色系统计色系统xyz-xyz-假想红绿蓝三基色假想红绿蓝三基色XYZXYZ色域图色域图等色调波长线与等饱和度线等色调波长线与等饱和度线等色差域图等色差域图7.2 7.2 半导体发光显示器件半导体发光显示器件(LED)(LED)7.2.1 PN7.2.1 PN结发光原理结发光原理7.2.2 LED7.2.2

9、 LED的伏安特性的伏安特性mkteuexpIi0m m值值开启电压开启电压7.2.3 7.2.3 亮度与电流的关系亮度与电流的关系diL 不考虑非辐射复合及隧道电流不考虑非辐射复合及隧道电流mdiL 考虑非辐射复合及隧道电流考虑非辐射复合及隧道电流7.2.4 LED7.2.4 LED的驱动的驱动FFccLIUUR基本直流电路基本直流电路7.2.5 LED7.2.5 LED光源的特点光源的特点电压电压效能效能适用性适用性稳定性稳定性响应时间响应时间对环境污染对环境污染颜色颜色价格价格7.2.6 LED7.2.6 LED的发展历史的发展历史6060年代：年代：LEDLED问世。红光，问世。红光，

10、0.1lm/W0.1lm/W7070年代：绿光、黄光，年代：绿光、黄光，1lm/W1lm/W8080年代：红色达年代：红色达10lm/W10lm/W9090年代：各色年代：各色LEDLED光效大幅提高光效大幅提高0000年代：效能进一步提高白光年代：效能进一步提高白光LEDLED投入生产投入生产7.2.7 LED7.2.7 LED的应用的应用仪器仪表信号指示灯仪器仪表信号指示灯交通信号灯交通信号灯汽车信号灯汽车信号灯照明照明LEDLED显示屏显示屏7.3 7.3 液晶显示液晶显示LCDLCD液晶显示液晶显示液晶显示器件：液晶显示器件：LCDLCD优点：优点：尺寸尺寸驱动电压驱动电压功耗功耗色彩

11、色彩显示质量显示质量缺点：缺点：成本成本视角视角环境影响环境影响 什么是液晶什么是液晶 液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。一般的液体内部分子排列一般的液体内部分子排列是无序的，而液晶既具有液体的流动性，其分子又按一定规律有序排列，使是无序的，而液晶既具有液体的流动性，其分子又按一定规律有序排列，使它呈现晶体的各向异性。它呈现晶体的各向异性。 液晶分子是含有极性基团的极性分子液晶分子是含有极性基团的极性分子，在电场作用下，偶极子会按电场，在电场作用下，偶极子会按电场方向取向，导致分子原有的排列方式发生变化，从而液晶的光学性质也随之方向取向，导致分子原

12、有的排列方式发生变化，从而液晶的光学性质也随之发生改变，这种因外电场引起的液晶光学性质的改变称为发生改变，这种因外电场引起的液晶光学性质的改变称为液晶的电光效应液晶的电光效应。 大多数液晶材料都是由有机化合物构成的大多数液晶材料都是由有机化合物构成的。这些有机化合物分子多为细。这些有机化合物分子多为细长的棒状结构，长度为数长的棒状结构，长度为数nmnm，粗细约为，粗细约为0.1nm0.1nm量级，并按一定规律排列。量级，并按一定规律排列。 当光通过液晶时，会产生偏振面旋转、双折射等效应当光通过液晶时，会产生偏振面旋转、双折射等效应。 固体液晶液体T1T2n液晶的发现可追溯到液晶的发现可追溯到1

13、919世纪末，世纪末，18881888年奥地利的植物学家年奥地利的植物学家FReinitzerFReinitzer在作加热胆甾醇的苯甲酸脂实验时发现，当加在作加热胆甾醇的苯甲酸脂实验时发现，当加热使温度升高到一定程度后，结晶的固体开始深解。但溶化热使温度升高到一定程度后，结晶的固体开始深解。但溶化后不是透明的液体，而是一种呈混浊态的粘稠液体，并发出后不是透明的液体，而是一种呈混浊态的粘稠液体，并发出多彩而美丽的珍珠光泽。当再进一步升温后，才变成透明的多彩而美丽的珍珠光泽。当再进一步升温后，才变成透明的液体。这种混浊态粘稠的液体是什么呢？液体。这种混浊态粘稠的液体是什么呢？ 他把这种粘稠而他把这

14、种粘稠而混浊的液体放到偏光显微镜下观察，发现这种液体具有双折混浊的液体放到偏光显微镜下观察，发现这种液体具有双折射性。射性。 液晶的分类液晶的分类根据排列的方式不同，液晶一般被分为三大类：根据排列的方式不同，液晶一般被分为三大类： 图图1 1 近晶相液晶近晶相液晶 图图2 2 向列相液晶向列相液晶 图图3 3 胆甾相液晶胆甾相液晶 1 1、近晶相液晶近晶相液晶( (如图如图1 1）：分子分层排列，每一层内的分子长轴相互平行且）：分子分层排列，每一层内的分子长轴相互平行且垂直或倾斜于层面。垂直或倾斜于层面。34n近晶相液晶（近晶相液晶（Smectic）又称）又称层状液晶层状液晶 隧道显微镜下的近

15、晶相隧道显微镜下的近晶相层状液晶层状液晶 液晶的分类液晶的分类根据排列的方式不同，液晶一般被分为三大类：根据排列的方式不同，液晶一般被分为三大类： 图图1 1 近晶相液晶近晶相液晶 图图2 2 向列相液晶向列相液晶 图图3 3 胆甾相液晶胆甾相液晶 2 2、向列相液晶向列相液晶( (如图如图2 2）：分子的位置比较杂乱，不再分层排列，但各分子）：分子的位置比较杂乱，不再分层排列，但各分子的长轴方向仍大致相同的长轴方向仍大致相同, ,光学性质上有点像单轴晶体。光学性质上有点像单轴晶体。36n向列相液晶（向列相液晶（Nematic）又称丝状液晶又称丝状液晶 向列液晶在偏光显微镜下的图向列液晶在偏光

16、显微镜下的图 液晶的分类液晶的分类根据排列的方式不同，液晶一般被分为三大类：根据排列的方式不同，液晶一般被分为三大类： 图图1 1 近晶相液晶近晶相液晶 图图2 2 向列相液晶向列相液晶 图图3 3 胆甾相液晶胆甾相液晶 3 3、胆甾相液晶胆甾相液晶( (如图如图3 3）：分子也是分层排列，每）：分子也是分层排列，每一层内的分子长轴方向基本相同并平行于分层面一层内的分子长轴方向基本相同并平行于分层面, ,但相但相邻的两个层中分子长轴的方向逐渐转过一个角度邻的两个层中分子长轴的方向逐渐转过一个角度, ,总体总体来看分子长轴方向呈现一种螺旋结构。来看分子长轴方向呈现一种螺旋结构。 液晶的光电特性液

17、晶的光电特性1. 1. 电场中液晶分子的取向电场中液晶分子的取向指向矢量指向矢量 介电各向异性介电各向异性/ P P型液晶型液晶 N N型液晶型液晶 液晶的光电特性液晶的光电特性 2. 2. 线偏振光在向列液晶中的传播线偏振光在向列液晶中的传播P P型液晶的折射率分布型液晶的折射率分布 线偏振光在向列液晶中的传播线偏振光在向列液晶中的传播/znncoennnn/nzktazktEEox/coscoscoszktbzktEEoycoscossin 合成光场矢量方程：合成光场矢量方程：222sincos2abEEbEaEyxyx =0 =0 或或 /2 /2 时出射光的传播特性时出射光的传播特性

18、= = /4 /4 时出射光的传播特性时出射光的传播特性2222sin2cos2oyxyxEEEEE 液晶的光电特性液晶的光电特性 3. 3. 线偏振光在扭曲向列液晶中的传播线偏振光在扭曲向列液晶中的传播入射偏振光的偏振方向与上表面分子取向垂直时的传播特点入射偏振光的偏振方向与上表面分子取向垂直时的传播特点扭曲向列液晶扭曲向列液晶的旋光特性的旋光特性 扭曲向列型液晶显示扭曲向列型液晶显示(TN-LCD) (TN-LCD) 液晶盒液晶盒包含：玻璃基板、包含：玻璃基板、彩色滤光片、偏振片、取彩色滤光片、偏振片、取向膜、印制电路板等向膜、印制电路板等 将液晶材料夹在两个玻璃基片之间，并对将液晶材料夹

19、在两个玻璃基片之间，并对四周进行密封（如上图）。将基片的内表面进四周进行密封（如上图）。将基片的内表面进行适当的处理，步骤是：行适当的处理，步骤是：1 1、涂覆取向膜，在、涂覆取向膜，在基片表面形成一种膜。基片表面形成一种膜。2 2、摩擦取向，用棉花、摩擦取向，用棉花或绒布按一个方向摩擦取向膜。或绒布按一个方向摩擦取向膜。3 3、涂覆接触、涂覆接触剂。经过这三个步骤后，就可以控制紧靠玻璃剂。经过这三个步骤后，就可以控制紧靠玻璃基片的液晶分子，使其平行于基片并按摩擦方基片的液晶分子，使其平行于基片并按摩擦方向排列。如果我们使上下两个基片的取向成一向排列。如果我们使上下两个基片的取向成一定角度，则

20、两个基片间的液晶分子就会形成扭定角度，则两个基片间的液晶分子就会形成扭曲向列液晶盒。曲向列液晶盒。 扭曲向列型液晶显示扭曲向列型液晶显示(TN-LCD) (TN-LCD) 1. 1. 工作原理工作原理常白型和常黑型常白型和常黑型正显示和负显示正显示和负显示 扭曲向列型液晶显示扭曲向列型液晶显示(TN-LCD) (TN-LCD) 2. TN-LCD2. TN-LCD的电光特性的电光特性阈值电压阈值电压 饱和电压饱和电压陡度陡度陡度、多路驱动能力、灰度性能的关系陡度、多路驱动能力、灰度性能的关系thsatVVLCDLCD的对比度的对比度 视角与对比度视角与对比度 对比度反转对比度反转 扭曲向列型液

21、晶显示扭曲向列型液晶显示(TN-LCD) (TN-LCD) 3. TN-LCD3. TN-LCD的时间特性的时间特性LCDLCD的驱动电压的驱动电压延迟时间、上升时延迟时间、上升时间、下降时间间、下降时间影响时间特性的因素影响时间特性的因素 扭曲向列型液晶显示扭曲向列型液晶显示(TN-LCD) (TN-LCD) 4. TN-LCD4. TN-LCD的驱动的驱动电极电极：段型电极；固定图形电极；矩阵型电极：段型电极；固定图形电极；矩阵型电极LCDLCD驱动的特点：驱动的特点：必须采用交流驱动，并减小交流驱动波形不对称产生的必须采用交流驱动，并减小交流驱动波形不对称产生的直流成分；直流成分；驱动频

22、率低于数千赫兹时，驱动频率低于数千赫兹时，LCDLCD的透光率只与驱动电压有的透光率只与驱动电压有效值有关；效值有关； 驱动时驱动时LCDLCD像素是一个无极性的容性负载；像素是一个无极性的容性负载； 扭曲向列型液晶显示扭曲向列型液晶显示(TN-LCD) (TN-LCD) 4. TN-LCD4. TN-LCD的驱动的驱动 静态驱动静态驱动LCDLCD驱动的类型驱动的类型 矩阵寻址法驱动液晶矩阵寻址法驱动液晶 优点：对比度高优点：对比度高 缺点：驱动元件多缺点：驱动元件多 优点：可实现大容量显示优点：可实现大容量显示 缺点：缺点：交叉效应交叉效应7.4 7.4 等离子体显示等离子体显示简简 介介

23、等离子体显示板（等离子体显示板（PDPPDP）：利用气体放电来发光的平板显示器件。）：利用气体放电来发光的平板显示器件。特点：特点：1 1、自发光显示，有较好的发光效率和亮度；、自发光显示，有较好的发光效率和亮度；2 2、适于大屏幕、高分辨率显示；、适于大屏幕、高分辨率显示；3 3、显示单元具有很强的非线性（开关特性）、显示单元具有很强的非线性（开关特性）4 4、存储特性；、存储特性；5 5、气体放电可向电极四周扩散；、气体放电可向电极四周扩散；6 6、有合适的阻抗特性；、有合适的阻抗特性；7 7、响应快；、响应快；8 8、刚性结构。、刚性结构。气体放电基本知识气体放电基本知识ABAB段：非自持放电段：非自持放电 线性线性饱和饱和气体放电基本知识气体放电基本知识BCBC段：非自持暗放电区段：非自持暗放电区/ /汤生放电汤生放电气体放电基本知识气体放电基本知识CDCD段：自持暗放电段：自持暗放电 C C点点击穿电压击穿电压气体放电基本知识气体放电基本知识DEDE段：过渡区段：过渡区/ /欠辉区欠辉区气体放电基本知识气体放电基本知识EFEF段：正常辉光放电区段：正常辉光放电区 出现明暗相间的辉光出现明暗相间的辉光气体放电基本知识气体