漫谈现代光电显示技术及其应用作者：瞿海涵 2012301540053 城市设计学院摘要：学习这门课之前，我只知道浅显的光电显示技术知识。通过老师的专业指导和相关知识的传授，我对这门课有所心得，它十分贴近我们的生活，比如我们寸步不离的手机就涉及到这方面知识。随着光电子技术的发展，对信息显示的要求越来越高，人们经各种感觉器官从外界获得信息时视觉占以上，现如今许多信息都是通过显示技术提供的。近几年显示技术发展迅速，已经渗透到当今工业生产、社会生活和军事领域中。关键词： 光电显示 CRT 显示器 球面显像管 台式显示器 平面直角显像管 液晶显示器各类标准 等离子显示 PDP正文 ： 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、图形及字符等光信号的一门技术。它已成为现代人类社会生活的一项不可缺少的技术。显示器件作为人机交换的窗口。在信息技术高度发展时期得到了长足的进展。一、现代光电显示器的技术现状和技术特点目前流行的几种显示技术有阴极射线显示( CRT ) 、液晶显示( LCD ) 、等离子显示( PDP) 、场致发射显示 ( FED) 、发光二极管( LED) 、有机电致发光显示( OLED) 、DLP 投影显示和液晶硅微显示( LCOS) 等。1、阴极射线管技术 CRTCRT 是利用高能量电子束激发荧光屏而发光的器件, 迄今已有一百多年的历史, 是实现最早、应用最为广泛的一种主动式显示技术。其工作原理是高速电子束扫描荧光屏背后所带的红、绿、蓝彩色发光点, 使其发光, 这样就在屏幕上形成所要显示的彩色图像。 CRT 最大的优势在于高的性能价格比及大画面高密度显示, 它成本较低、亮度高、色彩还原度高、色度均匀、分辨率高、全视角且可以长期连续使用，CRT 技术很成熟，生产规模巨大，主要用于彩电显像管和电脑显示器。对于球面显像管，我们现在已经很难看到最早的采用绿显、单显显像管的显示器 就连初期的 14彩色显示器也很少见到。当时这些显示器都是阴极射线管（CRT 显示器）采用的是孔状荫罩，其显像管断面基本上都是球面的，因此被称做球面显像管，这种显示器的屏幕在水平和垂直方向上都是弯曲的。这种弯曲的屏幕造成了图像失真及反光现象，也使实际的显示面积较小。在此阶段,对屏幕图像的调整也由于受操作系统(主要是 DOS 系统) 的限制,而只能采用电位器模拟调节,也就是显示器下方的一排旋钮,通过这些旋钮可以对显示效果进行简单的调整,包括亮度、对比度以及屏幕大小及方向,这种方法缺乏直观的控制度量。在进行模式转换时容易造成图像显示不正常出现故障的几率也比较大。 图一：台式显示器随着显示器技术和软件技术的发展，这种采用电位器对显示器进行模拟调节的技术也将慢慢被淘汰。随着电脑整体水平的进步 人们对显示器的要求也越来越高。到了 1994 年 为了减小球屏四角的失真和反光 新一代的“平面直角”显像管诞生了。当然 它并不是真正意义上的平面 只是其球面曲率半径大于 2000 毫米 四角为直角。它使反光和四角失真程度都减轻不少 再加上屏幕涂层技术的应用 使画面质量有了很大的提高。因此 各个显示器厂商都迅速推出了使用“平面直角”显像管的显示器 并逐渐取代了采用球面显像管的显示器。近几年的 14 英寸和大多数的 15、17 英寸及以上的显示器都采用了这种“平面直角”显像管。 在此之后 日本索尼公司开发出了柱面显像管 采用了条栅荫罩技术 即特丽珑 Trinitron 技术的出现 三菱公司也紧随其后 开发出钻石珑 Diamondtron 技术 这使得屏幕在垂直方向实现完全的笔直 只在水平方向仍略有弧度 另外加上栅状荫罩的设计 使显示质量大幅度上升。各大厂商纷纷采用这些新技术推出新一代产品。 从 1998 底开始 一种崭新的完全平面显示器出现了 它使 CRT显示器达到了一个新的高度。这种显示器的屏幕在水平和垂直方向上都是笔直的 图像的失真和屏幕的反光都被降低到最小的限度。例如 LG 公司推出的采用 Flatron 显像管的“未来窗”显示器 它的荫罩是点栅状的 使显示效果更出众。与 LG 的 Flatron 性能类似的还有 SamSung 的丹娜 DynaFlat 显像管。另外 ViewSonic、Philips 等也推出了自己的完全平面显示器。 纵观 CRT 显示器的发展趋势 由于人们对完美显示效果的不断追求 今后的 CRT 显示器也将会更高的高度迈进。 这一段时间内 由于WINDOWS 操作系统的发展 特别是 WINDOWS95、98 的成熟 VESA 的 DDC 协议允许显示器和主机间通过数据通道进行信息交换 从而出现了数控调节。这时的显示器内部带有专用的微处理器 可记忆显示模式 切换时无须调整 量化调节更精确 按钮为轻触型。所有的这些优点 使得显示器的寿命更长 故障率降低 因而数控调节技术得以迅速推广 其操控方式也从普通的按键式变成新颖的单键飞梭。菜单控制 OSD 是一种新出现的屏幕调控技术 它通过和按键的结合以量化的方式将屏幕的调节情况直观的显示出来 具有较强的易用性 使用舒适 符合人体工程学 更贴近用户。 CRT显示器历经发展 显示质量越来越好 但显像管要求电子枪发出的电子束从一侧偏向另一侧的角度不能大于 90 度 这使得显示器的厚度要与屏幕的对角线一样长 对于具有更大可视面积的显示器来说 就意味着更厚的机身和更大的体积。 为了使大屏幕显示器更为普及 厂商又开发出广角偏转线圈技术 它能使电子束的最大偏转角度达到 100度或更高一点 这样在较短的距离内就可以实现电子束的完全覆盖 从而缩短显像管以至机身的厚度 2 英寸左右。还有一种办法就是采用短颈显像管 在显像管的电子枪末端使用更小的部件 这也可以使机身的厚度减少 1 英寸左右。2、液晶显示 LCD介绍：液晶是一种介于固体和液体之间的物质, 是具有规则性分子排列的有机化合物。 LCD 是利用液晶分子对外照光进行调制而实现显示的一种技术, 它本身器件不发光, 环保性能好, 工作电压低, 功耗小, 最早诞生于 1968 年的美国， LCD 是目前唯一在亮度、对比度、色彩、功耗、寿命、体积、质量等综合性能方面全面赶上和超过 CRT 的平板显示器件, LCD 不存在画面闪烁的问题, 操作者眼睛不易感到疲劳，LCD 也不存在辐射,对用户健康产生的危害较小, 同时不会干扰其他电子装置的工作, 被称之为绿色显示器. 因此,LCD 在各类平板显示器的竞争中具有明显的优势, 其应用范围十分广泛。但 LCD 也有不足之处,它属于非主动发光型即被动光源, 显示视角小, 对比度和亮度受环境的影响较大, 响应速度较慢且工艺复杂， 而长期困扰 LCD 视角、色饱和度、亮度等 3 大难题在今天已经获得重大突破,液晶平板显示技术已经步入成熟阶段。液晶显示器件（LCD）是众多平板显示器件中发展最为成熟、应用面最广、已经产业化并且仍在迅猛发展着的一种显示器。液晶显示器一般具有如下优点： (1) 功耗低，显示板每平方厘米仅数微瓦至数十微瓦的功率耗散，使液晶显示器能用电池长时间供电。 (2) 工作电压低，仅十伏左右，能用集成电路直接驱动，驱动电子线路可得到简化，并做成小型化装置。如不采用背照光源，液晶显示器件不仅体积小而且是厚度仅数毫米的薄型器件，它的显示面积从数平方毫米到数十厘米可任意制作，很适于便携式电子显示仪器。 (3) 液晶显示属于非自发光型显示，因此在明亮场合显示越加鲜明。同时液晶显示易于彩色化。 (4) 液晶投影显示能得到数平方米的高质量大型显示。 液晶显示的低功耗、低工作电压是他最突出的特点，但同时液晶显示也有几个明显的缺点，主要是： (1) 因本身是非自发光型显示，在环境较暗时难以显示。 (2) 显示视角小，对比度受视角影响大。 (3) 液晶响应时间很慢并且受环境影响较大。 但是近几年来随着技术的不断发展，液晶显示器件在其相对薄弱的环节都得到了极大的改善，显示视角得到增大，响应时间得到缩小，随着生产规模的扩大，成本进一步降低，液晶显示器将逐渐的显露出其优势地位，特别是薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD ） ，其应用领域不断的扩展，从手机、笔记本电脑、监视器到电视机，应用尺寸跨越了1.850in（1in=0.0245m ）的主要显示领域。现在市场上已出现了不少短管显示器，例如Philips 的 19109B 和 17107B、ADI 的 19MicroScanG66、ViewSonic 的19PS790、17PS775、17GS771 等。都是采用广角偏转线圈技术的，由于使用了短管技术，加之对显示器内部进行了结构优化，19显示器的厚度与 15的差不多，17显示器的厚度则与 14的很接近。由于 CRT 显示器物理结构的限制和电磁辐射的弱点，人们开始寻找更新的显示媒体-液晶显示器。它无辐射、全平面、无闪烁、无失真、可视面积大、体积重量小、抗干扰能力强，而视角太小、亮度和对比度不够大等缺陷也随着技术的提高有了相当的进步。例如新产品 TFT-LCD 显示器。目前限制液晶显示器普及的唯一原因，是昂贵的石英基板和不高的良品率造成的高价位。随着新近的低温多结晶 Si-TFT 技术的成熟和大规模生产带来的低成本。TFT-LCD 有望在 2000 年后占领 CRT 显示器一半以上的市场。但是液晶显示器的图像色彩和饱和度不够完善，而且其响应时间太长，一旦出现画面的剧烈更新，它的弱点就表露无异。在液晶显示器不断发展的同时，其它平面显示器也在进步中，如等离子显示器、场致显示器、发光聚合体显示器。各类标准：在显示器的发展过程中 由于对显示器的辐射、节电、环保等方面的要求 显示器的认证标准也应运而生。1987 年 瑞典技术认可局就电磁放射对人体健康的影响提出了一个标准 即 MPR-1。到了 1990 年 MPR-1 进一步扩展成 MPR-2 更详细的列出了 21 项显示器标准 包括闪烁度、跳动、线性、光亮度、反光度、字体大小等 对超低频和更低频辐射提出了最大限制 成为一种比较严格的电磁辐射标准。随着时间的推移 人们对健康投入了更多的关注 如今 MPR-2 已经成为显示器最基本的低辐射标准 现在市场上的显示器基本上都通过了该标准。 1992 年 瑞典专业雇员联盟 TCO 在 MPR-2的基础上对节能、辐射提出了更高的环保要求 即 TCO92 标准。TCO 标准经过不断扩充和改进 逐渐演变成现在通用的世界性标准 TCO92 包括了对显示器的电磁辐射、自动电源关闭、耗电量、防火及用电安全、TCO 验证证明这五个方面的标准 TCO95 又加入了对环保和人体工程学的要求 范围扩大到整个微机系统 TCO99 则提出了更全面、更严格的环保及用户舒适度的标准。当然通过 TCO 认证的显示器的售价也有所提高 但是物有所值。图二3、等离子显示 PDPPDP 是伴随惰性气体等离子体放电, 利用行列矩阵电极交点发光的显示器件, 其中等离子体是指正负电荷共存, 处于电中性的放电气体的状态，其特点是高亮度、高对比度、视角广、响应速度快，这种显示采用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, 每个等离子对应的小室内都充有氖氙气体，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激励平板显示屏上的红绿蓝 3 基色荧光粉发出可见光，每个等离子管作为一个像素, 都由少量的等离子或者充电气体照亮, 由这些像素的明暗和颜色变化组合, 使之产生各种灰度和色彩的图像, 这与显像管发光很相似。 等离子体显示的工作机理类似于普通荧光灯， 显示的彩色图像由各个独