目目录录1.绪论绪论2.阴极射线管阴极射线管(CRT)显示技术显示技术3.液晶显示器件液晶显示器件4.发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术5.等离子显示器件等离子显示器件6.激光显示技术激光显示技术7.新型光电显示技术新型光电显示技术8.大屏幕显示技术大屏幕显示技术光 电 显 示 技 术第第1章章绪论绪论v1.1光电显示技术概述光电显示技术概述1.1.1显示技术研究的意义显示技术研究的意义1.1.2光电显示器件分类光电显示器件分类v1.2显示参量与人的因素显示参量与人的因素1.2.1光的基本特性光的基本特性1.2.2人眼视觉特性人眼视觉特性1.2.3色彩学基础色彩学基础1.2.4显示器件主要性能指标显示器件主要性能指标v习题一习题一光光电电显显示示技技术术v1.1光电显示技术概述光电显示技术概述 1.1.1.显示技术研究的意义显示技术研究的意义1.显示技术研究的意义显示技术研究的意义光电子（光电子（OpticalElectronic）技术是由光学、激）技术是由光学、激光、电子学和信息技术互相渗透、交叉而形成的一门高光、电子学和信息技术互相渗透、交叉而形成的一门高新技术学科，具有广泛应用背景。光电子技术以物理学新技术学科，具有广泛应用背景。光电子技术以物理学为基础，涉及激光技术、光波导技术、光检测技术、光为基础，涉及激光技术、光波导技术、光检测技术、光计算和信息处理技术、光存储技术、光电显示技术、激计算和信息处理技术、光存储技术、光电显示技术、激光加工与激光生物技术、光生伏特技术、光电照明技术，光加工与激光生物技术、光生伏特技术、光电照明技术，已逐渐形成了光电子材料与元件产业、光信息产业、现已逐渐形成了光电子材料与元件产业、光信息产业、现代光学产业、光通信产业、激光器与激光应用产业等五代光学产业、光通信产业、激光器与激光应用产业等五大类光电子信息产业，开创出了大类光电子信息产业，开创出了“光电子时代光电子时代”！第第1章章绪论绪论光 电 显 示 技 术光 电 显 示 技 术光电子技术也是当今世界上竞争最为激烈的高技光电子技术也是当今世界上竞争最为激烈的高技术领域之一，许多科学家认为：光电子技术、纳米术领域之一，许多科学家认为：光电子技术、纳米技术及生物工程技术构成当今三大高新技术，是技术及生物工程技术构成当今三大高新技术，是21世纪的代表产业。世纪的代表产业。 显示（显示（display），就是指对信息的表示，即），就是指对信息的表示，即informationdisplay。在信息工程学领域中，把。在信息工程学领域中，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、颜色，将信息内上，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生视觉效果。容以光电信号的形式传达给眼睛产生视觉效果。光电显示技术是将电子设备输出的电信号转换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成视觉可见的图像、图形、数码以及字符等光信号的一门技术。它作为光电子技术的重要组成部号的一门技术。它作为光电子技术的重要组成部分，近年来发展迅速，应用广泛。分，近年来发展迅速，应用广泛。第第1章章绪论绪论2.显示技术的发展历史显示技术的发展历史自自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:CathodeRayTube)以来，随着电视广播媒体和计以来，随着电视广播媒体和计算机等媒体的出现和发展，显示器件产业取得了极大的算机等媒体的出现和发展，显示器件产业取得了极大的进步。进步。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年问年问世。当时因为它的体积大、重量沉，而且还拖了一个世。当时因为它的体积大、重量沉，而且还拖了一个“尾巴尾巴”，就有人认为不超过，就有人认为不超过10年，它就会被某些平板显年，它就会被某些平板显示器所替代。殊不知，体积和重量不是它的缺点，而是示器所替代。殊不知，体积和重量不是它的缺点，而是存在的问题，如存在的问题，如CRT电视机只能做到电视机只能做到40英寸英寸1)以下。但以下。但人们关心的屏幕上显示图像的质量，如亮度、对比度、人们关心的屏幕上显示图像的质量，如亮度、对比度、分辨率、视野角、刷新频率和响应时间等综合性的视觉分辨率、视野角、刷新频率和响应时间等综合性的视觉性能。性能。迄今为止，任何平板显示器件的工作性能都不如迄今为止，任何平板显示器件的工作性能都不如CRT。而且，由于它的工作原理很巧妙，本身及相应配。而且，由于它的工作原理很巧妙，本身及相应配合线路也简单，成本低，所以在显示器件中，合线路也简单，成本低，所以在显示器件中，CRT的性的性能价格比是最高的。能价格比是最高的。2001年，市场规模达到了年，市场规模达到了2.74亿只、亿只、250亿美元。亿美元。第第1章章绪论绪论光 电 显 示 技 术然而，到了然而，到了1983年，日本的科技人员对传统反射型的液晶显年，日本的科技人员对传统反射型的液晶显示器（示器（LCD：LiquidCrystalDisplay）作了一些改进，除偏光）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，改变为透射型彩色光片，改变为透射型彩色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。接着，日本政府又组织企业和高等院校的研究所，共同攻关，接着，日本政府又组织企业和高等院校的研究所，共同攻关，先后投资达先后投资达200亿美元，在此基础上研制出薄模晶体管液晶显示亿美元，在此基础上研制出薄模晶体管液晶显示器（器（TFT-LCD）。如今）。如今TFT-LCD已逐步替代了计算机显示器的已逐步替代了计算机显示器的彩色显示器（彩色显示器（CDT:ColorDisplayTube），并向大屏幕发展，），并向大屏幕发展，进入进入TV领域，领域，2005年已形成一个年已形成一个240亿美元的庞大显示器件产亿美元的庞大显示器件产业。也就是说，业。也就是说，CRT构筑了大众媒体时代的现代工业社会，构筑了大众媒体时代的现代工业社会，LCD则构筑了个人媒体为主导的现代信息社会。则构筑了个人媒体为主导的现代信息社会。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，等离子体显示器（离子体显示器（PDP:PlasmaDisplayPanel）和有机电致发光）和有机电致发光效应（效应（EL:ElectroLuminescence）等多种新型的显示技术和）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。显示方式已在多媒体市场上闪亮登场。PDP不仅用于不仅用于40英寸以英寸以上的彩色显示器，用于高清晰度电视（上的彩色显示器，用于高清晰度电视（HDTV）的）的PDP已进入家已进入家庭用显示器领域，并成为一个新兴显示器件产业。庭用显示器领域，并成为一个新兴显示器件产业。第第1章章绪论绪论光 电 显 示 技 术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:OrganicLightEmittingDiode）及场致发射）及场致发射显示器（显示器（FED:FieldEmissionDisplay）。）。OLED甚至甚至可以折叠，被誉为可以折叠，被誉为“梦幻显示器梦幻显示器”，可用于可视移动多，可用于可视移动多媒体。媒体。在大屏幕显示方面，除了当前教学和商业用投影器在大屏幕显示方面，除了当前教学和商业用投影器的主流产品透射式的主流产品透射式TFT-LCD投影仪外，近期开发的直观投影仪外，近期开发的直观式式HDTV大屏幕显示系统把大屏幕显示系统把HDTV、PAL和和NTSC制式普制式普通电视以及计算机的通电视以及计算机的VGA、SVGA、XGA等全在一个大等全在一个大屏幕上显示，被称为屏幕上显示，被称为“多媒体大屏幕显示墙多媒体大屏幕显示墙”（MultimediaDisplayWall)，还有蓝光，还有蓝光LED（LightEmittingDiode）和高亮度、超高亮度）和高亮度、超高亮度LED组成的三基组成的三基色全彩色色全彩色LED大显示屏由于使用寿命长、环境适应能力大显示屏由于使用寿命长、环境适应能力强、价格性能比高、使用成本低等特点，在大屏幕显示强、价格性能比高、使用成本低等特点，在大屏幕显示领域得到了广泛的应用。领域得到了广泛的应用。第第1章章绪论绪论另一方面，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，等离子体显示器（，等离子体显示器（PDP:PlasmaDisplayPanel）和有）和有机电致发光效应（机电致发光效应（EL:ElectroLuminescence）等多种）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。新型的显示技术和显示方式已在多媒体市场上闪亮登场。PDP不仅用于不仅用于40英寸以上的彩色显示器，用于高清晰度英寸以上的彩色显示器，用于高清晰度电视（电视（HDTV）的）的PDP已进入家庭用显示器领域，并成为已进入家庭用显示器领域，并成为一个新兴显示器件产业。一个新兴显示器件产业。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:OrganicLightEmittingDiode）及场致发射显）及场致发射显示器（示器（FED:FieldEmissionDisplay）。）。OLED甚至可以甚至可以折叠，被誉为折叠，被誉为“梦幻显示器梦幻显示器”，可用于可视移动多媒体。，可用于可视移动多媒体。第第1章章绪论绪论在大屏幕显示方面，除了当前教学和商业用投影器的主在大屏幕显示方面，除了当前教学和商业用投影器的主流产品透射式流产品透射式TFT-LCD投影仪外，近期开发的直观式投影仪外，近期开发的直观式HDTV大屏幕显示系统把大屏幕显示系统把HDTV、PAL和和NTSC制式普通制式普通电视以及计算机的电视以及计算机的VGA、SVGA、XGA等全在一个大屏等全在一个大屏幕上显示，被称为幕上显示，被称为“多媒体大屏幕显示墙多媒体大屏幕显示墙”（MultimediaDisplayWall)，还有蓝光，还有蓝光LED（LightEmittingDiode）和高亮度、超高亮度）和高亮度、超高亮度LED组成的三基组成的三基色全彩色色全彩色LED大显示屏由于使用寿命长、环境适应能力大显示屏由于使用寿命长、环境适应能力强、价格性能比高、使用成本低等特点，在大屏幕显示强、价格性能比高、使用成本低等特点，在大屏幕显示领域得到了广泛的应用。领域得到了广泛的应用。如今的显示器件世界，无论是市场还是技术都处于急剧如今的显示器件世界，无论是市场还是技术都处于急剧变化的时期，可谓是百花齐放、争奇斗艳。各种显示器变化的时期，可谓是百花齐放、争奇斗艳。各种显示器的应用范围不断扩大，争夺未来潜在的大市场。的应用范围不断扩大，争夺未来潜在的大市场。2002年年全世界显示器件销售额为全世界显示器件销售额为500亿美元，估计到亿美元，估计到2025年将达年将达到到5000亿美元。显示器行业群雄争霸，前景难料。亿美元。显示器行业群雄争霸，前景难料。第第1章章绪论绪论显显示器示器示器示器件件件件 发发展展展展趋势趋势 显显示器示器示器示器件件件件 发发展展展展趋势趋势 阴极射阴极射阴极射阴极射线线管管管管 提高分辨率，小型化，提高分辨率，小型化，提高分辨率，小型化，提高分辨率，小型化，平板化平板化平板化平板化电致变电致变电致变电致变色显示色显示色显示色显示器器器器改进可靠性改进可靠性改进可靠性改进可靠性真空真空真空真空荧荧光光光光显显示示示示器器器器 多色，矩阵显示的实多色，矩阵显示的实多色，矩阵显示的实多色，矩阵显示的实际使用际使用际使用际使用液晶显液晶显液晶显液晶显示器示器示器示器彩色，小电视的实际彩色，小电视的实际彩色，小电视的实际彩色，小电视的实际使用使用使用使用交流等交流等交流等交流等离子体离子体离子体离子体显显示器示器示器示器驱动的简化驱动的简化驱动的简化驱动的简化发光二发光二发光二发光二极管极管极管极管高亮度，蓝高亮度，蓝高亮度，蓝高亮度，蓝LEDLED的实的实的实的实际使用际使用际使用际使用直流等直流等直流等直流等离子体离子体离子体离子体显显示器示器示器示器提高电视显示效率提高电视显示效率提高电视显示效率提高电视显示效率电电致致致致发发光光光光显显示示示示器器器器矩矩矩矩阵显阵显示商品化示商品化示商品化示商品化电电泳泳泳泳显显示器示器示器示器改进可靠性改进可靠性改进可靠性改进可靠性第第1章章绪论绪论1.1.2光电显示器件分类光电显示器件分类v如果根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：v1.直观型直观型（DirectViewType）v2.投影型投影型（ProjectionType）v3.空间成像型空间成像型（SpaceImagingType）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）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。第第1章章绪论绪论v从显示原理的本质来看，光电显示技术利用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。所谓电光了发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（如折效应是指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。射率、反射率、透射率等）发生改变的现象。因此，根据像素本身发光与否，又可将显示因此，根据像素本身发光与否，又可将显示器件分为以下两大类：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，主动发光型器件本身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。比如产生光辐射刺激人眼而实现显示。比如CRT、PDP、ELD、激光显示器、激光显示器(LPD:LaserProjectionDisplay)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的对比度达到显示目的。达到显示目的。人类视觉所感受的外部信息中，人类视觉所感受的外部信息中，90%以上是由外以上是由外部物体对光的反射，而不是来自物体发光。所以，部物体对光的反射，而不是来自物体发光。所以，被动显示更适合人的视觉习惯，不会引起疲劳。被动显示更适合人的视觉习惯，不会引起疲劳。当然，被动显示在黑暗的环境下是无法显示的，当然，被动显示在黑暗的环境下是无法显示的，这时我们必须为器件配上外光源。比如这时我们必须为器件配上外光源。比如LED、各、各种光阀管（种光阀管（lightvalve）投影仪等。）投影仪等。第第1章章绪论绪论v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）和小屏幕（幕（0.2m2）。）。v按色调显示功能分类有：黑白二值色调显示、多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。值色调显示（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）黑白或红黑显示、多色）黑白或红黑显示、多色（multicolor）显示（三种以上）和全色显示。）显示（三种以上）和全色显示。v按显示内容、形式分类有：数码、字符、轨迹、按显示内容、形式分类有：数码、字符、轨迹、图表、图形和图像显示。图表、图形和图像显示。v按成像空间坐标分类有：二维平面显示和三维立按成像空间坐标分类有：二维平面显示和三维立体显示。体显示。第第1章章绪论绪论v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)、液体、气体、等离子体、液晶体显示等。液体、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、真空荧光管空荧光管(VFD)、辉光放电管（、辉光放电管（GDD）、液）、液晶显示器晶显示器(LCD)、等离子体显示器、等离子体显示器(PDP)、发、发光二极管光二极管(LED)、场致发射显示器、场致发射显示器(FED)、电、电致发光显示器致发光显示器(ELD)、电致变色显示器、电致变色显示器（ECD）、激光显示器）、激光显示器(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。第第1章章绪论绪论图图1.1光电显示器件的种类光电显示器件的种类 第第1章章绪论绪论v1.2显示参量与人的因素显示参量与人的因素1.2.1光的基本特性光的基本特性光是一种波长很短的电磁波，可见光是光刺光是一种波长很短的电磁波，可见光是光刺激人眼的感觉，波长范围为激人眼的感觉，波长范围为380780nm），频率），频率为为7.51084.0108MHz，波谱很窄；而电磁波，波谱很窄；而电磁波的波谱范围很广，包括甚低频（的波谱范围很广，包括甚低频（VLF）超长波、）超长波、低频（低频（LF）长波、中频（）长波、中频（MF）中波、高频）中波、高频（HF）短波、甚高频（）短波、甚高频（VHF）超短波、特高频）超短波、特高频（UHF）分米微波、超高频（）分米微波、超高频（SHF）厘米微波、）厘米微波、极高频（极高频（EHF）毫米微波、红外线、光波、紫外）毫米微波、红外线、光波、紫外线、线、X射线、射线、射线等射线等。第第1章章绪论绪论图图1.2电磁波的波谱电磁波的波谱第第1章章绪论绪论对光量的测量称为测光（对光量的测量称为测光（Photometry）。）。介绍几个主要的测光量的定义及其基本单位：介绍几个主要的测光量的定义及其基本单位：v光通量光通量(Luminousflux)光源单位时间内发出的光量称为光通量，符号光源单位时间内发出的光量称为光通量，符号为为，单位为流明（，单位为流明（lm）。）。v发光强度（发光强度（Luminousintensity）光源在给定方向的单位立体角（光源在给定方向的单位立体角（）辐射的光）辐射的光通量称为发光强度，符号为通量称为发光强度，符号为，单位为坎德拉，单位为坎德拉（cd）。发光强度）。发光强度可由下式表示：可由下式表示：第第1章章绪论绪论v光照度光照度单位受光面积上（单位受光面积上（S）所接收的光通量）所接收的光通量称为光照度，符号为称为光照度，符号为E，单位为勒克斯，单位为勒克斯（lx）。光照度）。光照度E可由下式表示：可由下式表示：v亮度亮度垂直于传播方向单位面积（垂直于传播方向单位面积（）上的）上的发光强度称为亮度，符号为发光强度称为亮度，符号为L，单位为，单位为cd/m2。亮度。亮度L可由下式表示：可由下式表示：第第1章章绪论绪论v1.2.2 人眼视觉特性 1.人眼的视觉生理基础人眼的视觉生理基础：外界信息以光波形式射入眼帘，通过眼睛的外界信息以光波形式射入眼帘，通过眼睛的光学系统在视网膜上成像。视网膜内的视觉细胞光学系统在视网膜上成像。视网膜内的视觉细胞把光信息变换为电信号，传递给视神经。由左右把光信息变换为电信号，传递给视神经。由左右眼引出的视神经在视交叉处把左右眼分别获得的眼引出的视神经在视交叉处把左右眼分别获得的右视觉信号和左视觉信号进行整理，然后传向外右视觉信号和左视觉信号进行整理，然后传向外侧膝状体。外界右半部分的视觉信息传入左侧的侧膝状体。外界右半部分的视觉信息传入左侧的外侧膝状体，而左半部分的视觉信息传入右侧的外侧膝状体，而左半部分的视觉信息传入右侧的外侧膝状体。两个外侧膝状体经视放射线神经连外侧膝状体。两个外侧膝状体经视放射线神经连接于左右后头部的大脑视觉区域。接于左右后头部的大脑视觉区域。图图1.3信息从人眼到大脑的路径信息从人眼到大脑的路径 第第1章章绪论绪论v人的眼睛很像一部精巧的照相机，图人的眼睛很像一部精巧的照相机，图1.4是眼球是眼球的截面图。该图是把右眼沿垂直方向剖切后，的截面图。该图是把右眼沿垂直方向剖切后，从前部所见的构造。眼球为直径约从前部所见的构造。眼球为直径约24mm的球的球状体，光线通过瞳孔射入眼球内，再经晶状体状体，光线通过瞳孔射入眼球内，再经晶状体在位于眼球后部内侧的视网膜上成像。在位于眼球后部内侧的视网膜上成像。v角膜的作用类似照相机的第一组镜片，承担着角膜的作用类似照相机的第一组镜片，承担着为了能在视网膜上成像所必需的光线折射作用。为了能在视网膜上成像所必需的光线折射作用。v虹膜紧贴在晶状体上，虹膜中心有一个小孔称虹膜紧贴在晶状体上，虹膜中心有一个小孔称为瞳孔。瞳孔的直径可以从为瞳孔。瞳孔的直径可以从2mm调节到调节到8mm左左右（右（16倍）。改变瞳孔的大小，就可以调节进倍）。改变瞳孔的大小，就可以调节进入眼睛的光通量，类似于照相机光圈的作用。入眼睛的光通量，类似于照相机光圈的作用。图图1.4眼球的构造眼球的构造 第第1章章绪论绪论v晶状体起着照相机透镜的作用，四周的睫状肌收缩、晶状体起着照相机透镜的作用，四周的睫状肌收缩、松缓可以调节其凸度，亦即调节了焦距，以便使不松缓可以调节其凸度，亦即调节了焦距，以便使不同距离的景物成像在视网膜上；晶状体同时吸收一同距离的景物成像在视网膜上；晶状体同时吸收一部分紫外线，对眼睛起到保护作用。晶状体的弹力部分紫外线，对眼睛起到保护作用。晶状体的弹力会随着年龄增加而减小，到会随着年龄增加而减小，到60岁左右，会失去调节岁左右，会失去调节能力而变得扁平。能力而变得扁平。v视网膜广泛分布于眼球的后部，其作用很像照相机视网膜广泛分布于眼球的后部，其作用很像照相机中的感光胶片。视网膜主要由许多感光细胞组成，中的感光胶片。视网膜主要由许多感光细胞组成，感光细胞把光变换为电信号，它又分为两大类：一感光细胞把光变换为电信号，它又分为两大类：一类叫杆状（类叫杆状（rod）细胞，另一类叫锥状（）细胞，另一类叫锥状（cone）细）细胞。胞。第第1章章绪论绪论v锥状细胞大部分集中分布在视网膜上正对者瞳孔的中央部分锥状细胞大部分集中分布在视网膜上正对者瞳孔的中央部分直径约为直径约为2mm的区域，因呈黄色，称为黄斑区。在黄斑区的区域，因呈黄色，称为黄斑区。在黄斑区中央有一个下陷的区域，称为中央凹（中央有一个下陷的区域，称为中央凹（fovea）。在中央凹）。在中央凹内锥状细胞密度最大，视觉的精细程度主要由这一部分所决内锥状细胞密度最大，视觉的精细程度主要由这一部分所决定。在黄斑区中心部分，每个锥状细胞连接着一个视神经末定。在黄斑区中心部分，每个锥状细胞连接着一个视神经末梢。根据对光谱敏感度的不同，锥状细胞又可分为三类，即梢。根据对光谱敏感度的不同，锥状细胞又可分为三类，即红视锥状细胞（吸收峰值为红视锥状细胞（吸收峰值为700nm）、绿视锥状细胞（吸收）、绿视锥状细胞（吸收峰值为峰值为540nm）和蓝视锥状细胞（吸收峰值为）和蓝视锥状细胞（吸收峰值为450nm）。）。v在远离黄斑区的视网膜上分布的视觉细胞大部分是杆状细胞，在远离黄斑区的视网膜上分布的视觉细胞大部分是杆状细胞，而且视神经末梢分布较稀，每个锥状细胞和几个杆状细胞合而且视神经末梢分布较稀，每个锥状细胞和几个杆状细胞合接在一条视神经上。所有视神经都通过视网膜后面的一个空接在一条视神经上。所有视神经都通过视网膜后面的一个空穴，称为乳头（穴，称为乳头（nipple）的通到大脑去。在乳头处没有感光）的通到大脑去。在乳头处没有感光细胞，不能感受光线，故又称为盲点。细胞，不能感受光线，故又称为盲点。第第1章章绪论绪论v2.人眼视觉特性人眼视觉特性 光射入眼睛会引起视觉反应，单一波长光射入眼睛会引起视觉反应，单一波长成分的光称为单色光，人眼感觉到的单色光成分的光称为单色光，人眼感觉到的单色光按波长由长到短的顺序为：红、橙、黄、绿、按波长由长到短的顺序为：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，参考图青、蓝、紫，参考图1.2。包含两种或两种以。包含两种或两种以上波长成分的光称为复合光。太阳光就是一上波长成分的光称为复合光。太阳光就是一种复合光，且波长范围宽、能量几乎均匀分种复合光，且波长范围宽、能量几乎均匀分布，给人以白光的综合感觉。布，给人以白光的综合感觉。（1）光谱光效率。人眼对不同波长光的敏感）光谱光效率。人眼对不同波长光的敏感程度。相同主观亮度感觉情况下，程度。相同主观亮度感觉情况下，=555nm的黄绿光，所需光的辐射功率最小。的黄绿光，所需光的辐射功率最小。第第1章章绪论绪论v（2）视觉二重功能。人的视觉具有明视觉功）视觉二重功能。人的视觉具有明视觉功能和暗视觉功能。锥状细胞的感光灵敏度比能和暗视觉功能。锥状细胞的感光灵敏度比较低，大约在较低，大约在104个光子数量级，只有在明亮个光子数量级，只有在明亮条件下才起作用。锥状细胞密集地分布在视条件下才起作用。锥状细胞密集地分布在视网膜中央凹区域，且每个锥状细胞连接一根网膜中央凹区域，且每个锥状细胞连接一根视神经，因此它能够分辨颜色和物体细节，视神经，因此它能够分辨颜色和物体细节，是一种明视觉器官。杆状细胞的感光灵敏度是一种明视觉器官。杆状细胞的感光灵敏度比较高，大约在比较高，大约在102个光子数量级，是一种暗个光子数量级，是一种暗视觉器官。视觉器官。第第1章章绪论绪论v（3）暗适应。从明亮处向昏暗处移动时，视）暗适应。从明亮处向昏暗处移动时，视觉系统灵敏度会逐渐变化，大约觉系统灵敏度会逐渐变化，大约40min左右达左右达到最大灵敏度。到最大灵敏度。当我们从明亮的地方进入黑暗环境，或当我们从明亮的地方进入黑暗环境，或突然关掉电灯，要经过一段时间才能看清物体，突然关掉电灯，要经过一段时间才能看清物体，这就是暗适应现象。这就是暗适应现象。第第1章章绪论绪论v（4）明适应。从黑暗环境到明亮环境变化的逐渐习）明适应。从黑暗环境到明亮环境变化的逐渐习惯过程，称为明适应。与暗适应比较，其时间要快惯过程，称为明适应。与暗适应比较，其时间要快得多，大约仅需得多，大约仅需1min左右即可完成。左右即可完成。v（5）视觉惰性。在外界光作用下，感光细胞内视敏）视觉惰性。在外界光作用下，感光细胞内视敏感物质经过暴光染色过程是需要时间的，响应时间感物质经过暴光染色过程是需要时间的，响应时间大约为大约为40ms；另一方面，当外界光消失后，亮度；另一方面，当外界光消失后，亮度感觉还会残留一段时间，大约为感觉还会残留一段时间，大约为100ms。第第1章章绪论绪论v（6）闪烁（）闪烁（flicker）。）。以周期性光脉冲形式反复刺激眼睛，频率以周期性光脉冲形式反复刺激眼睛，频率低时，可以出现闪烁现象；随着频率逐渐提高低时，可以出现闪烁现象；随着频率逐渐提高就观察不到闪烁了，视觉变得稳定而均匀。将就观察不到闪烁了，视觉变得稳定而均匀。将此闪烁感刚刚消失时的频率称为临界闪烁频率此闪烁感刚刚消失时的频率称为临界闪烁频率（CFF:CriticalFusionFrequency）。此时）。此时视野内的明亮度等于亮度的时间平均值。视野内的明亮度等于亮度的时间平均值。第第1章章绪论绪论v（7）视角。）视角。眼睛的视野是比较大的，由视线方向眼睛的视野是比较大的，由视线方向的中心与鼻侧的夹角约为的中心与鼻侧的夹角约为65，与耳侧的夹，与耳侧的夹角约为角约为100104，向上方约为，向上方约为65，向下，向下方为方为75。第第1章章绪论绪论1.2.3.色彩学基础色彩学基础 彩色是物体反射光作用于人眼的视觉效果。自然彩色是物体反射光作用于人眼的视觉效果。自然界中的景物，在太阳光照射下，由于反射了可见光中界中的景物，在太阳光照射下，由于反射了可见光中的不同成分而吸收其余部分，从而引起人眼的不同彩的不同成分而吸收其余部分，从而引起人眼的不同彩色感觉。色感觉。l1.三基色原理三基色原理自然界中任意一种颜色均可以表示为三个确定的自然界中任意一种颜色均可以表示为三个确定的相互独立的基色的线性组合。国际照明委员会（相互独立的基色的线性组合。国际照明委员会（CIE）的色彩学的色彩学CIE-RGB计色系统规定：波长计色系统规定：波长700nm，光通，光通量为量为1lm的红光为一个红基色单位，用（的红光为一个红基色单位，用（R）表示；波）表示；波长长546.1nm，光通量为，光通量为4.95lm的绿光为一个绿基色单的绿光为一个绿基色单位，用（位，用（G）表示；波长）表示；波长435.8nm，光通量为，光通量为0.060lm的蓝光为一个蓝基色单位，用（的蓝光为一个蓝基色单位，用（B）表示。）表示。第第1章章绪论绪论将三基色按一定比例相加混合，就可以将三基色按一定比例相加混合，就可以模拟出各种颜色，如：模拟出各种颜色，如：红色红色+绿色绿色=黄色黄色绿色绿色+蓝色蓝色=青色青色红色红色+蓝色蓝色=紫色紫色红色红色+绿色绿色+蓝色蓝色=白色白色等量的等量的RGB能配出等能的白光。这样三能配出等能的白光。这样三基色按不同比例就能合成出如图基色按不同比例就能合成出如图1.5所示的以所示的以三基色为顶点的三角形所包围的各种颜色。三基色为顶点的三角形所包围的各种颜色。第第1章章绪论绪论光电 显 示 技 术图图1.5三基色原理示意图三基色原理示意图第第1章章绪论绪论v2. 色彩再现 显示器中的色彩再现，不是把实际的色彩完全忠实显示器中的色彩再现，不是把实际的色彩完全忠实地再现，只要再现出的色彩令收看者满意就可以了。图地再现，只要再现出的色彩令收看者满意就可以了。图1.6所示为一个彩色显像管（所示为一个彩色显像管（CPT）荧光粉点的布局图，）荧光粉点的布局图，红（红（R）、绿（）、绿（G）、蓝（）、蓝（B）三色荧光粉点各自在相应）三色荧光粉点各自在相应的红、绿、蓝电子束的轰击下发光从而产生颜色。的红、绿、蓝电子束的轰击下发光从而产生颜色。三个荧光粉点虽然在荧光屏上占有不同的空间位置，三个荧光粉点虽然在荧光屏上占有不同的空间位置，但它们产生的不同颜色的光却落在同一个视觉细胞上，但它们产生的不同颜色的光却落在同一个视觉细胞上，产生出三色相加的视觉效果。可见，彩色再现是对人眼产生出三色相加的视觉效果。可见，彩色再现是对人眼视觉特性的巧妙利用，荧光屏上所显示的颜色实际上是视觉特性的巧妙利用，荧光屏上所显示的颜色实际上是在观察者自己的视觉上混合产生的。色彩再现的过程如在观察者自己的视觉上混合产生的。色彩再现的过程如图图1.7所示。所示。第第1章章绪论绪论图图1.6彩色显像管荧光粉点布局图彩色显像管荧光粉点布局图图图1.7色彩再现过程示意图色彩再现过程示意图 第第1章章绪论绪论v3.颜色的特征参数：颜色的特征参数：u颜色包括三个特征参数：亮度、色度、饱和度。颜色包括三个特征参数：亮度、色度、饱和度。u亮度亮度表示各种颜色的光对人眼所引起的视觉强度，它与光表示各种颜色的光对人眼所引起的视觉强度，它与光的辐射功率有关。的辐射功率有关。u色调色调表示颜色彼此区分特性，不同波长的光辐射在物体上表示颜色彼此区分特性，不同波长的光辐射在物体上表现出不同色调特性。表现出不同色调特性。u饱和度饱和度表示颜色光所呈现的颜色深浅程度（或纯度）。饱表示颜色光所呈现的颜色深浅程度（或纯度）。饱和度越高，则颜色越深，如深红、深绿等。饱和度越低，和度越高，则颜色越深，如深红、深绿等。饱和度越低，则颜色越浅，如浅红、浅绿等。则颜色越浅，如浅红、浅绿等。u色调与饱和度又合称为色度色调与饱和度又合称为色度，它既说明彩色光的颜色类别，它既说明彩色光的颜色类别，又说明颜色的深浅程度。又说明颜色的深浅程度。第第1章章绪论绪论1.2.4.显示器件主要性能指标显示器件主要性能指标 1.像素（像素（pixel）：）： 像素指构成像素指构成图像的最小面像的最小面积单位，具有一位，具有一定的亮度和色彩属性。在定的亮度和色彩属性。在显示器中，像素点的示器中，像素点的大小可依据大小可依据该系系统的的观看条件（如看条件（如观看距离、看距离、照明照明环境等）下，肉眼所能分辨的最小尺寸而境等）下，肉眼所能分辨的最小尺寸而确定。确定。实际系系统的具体例子，如表的具体例子，如表1-3所列。所列。第第1章章绪论绪论器件器件显示器制式示器制式有效像素数有效像素数宽高比高比宽高高总像素数像素数比比3）彩色彩色显像管像管PAL7205764032001.3143NTSC7204903528001.1543HDTV1920108020736006.75169彩色彩色显示器示器VGA6404803072001.0043SVGA8006004800001.5643XGA10247687864322.5643SXGA1280102413107204.2754UXGA1600120019200006.2543QXGA20481536314572810.243QXGA25602048524288017.154表表1-3显示器制式与像素数、宽高比显示器制式与像素数、宽高比第第1章章绪论绪论2.亮度：亮度：显示器件的亮度指从给定方向上观察的任意表面显示器件的亮度指从给定方向上观察的任意表面的单位投射面积上的发光强度。亮度值用的单位投射面积上的发光强度。亮度值用cd/m2表示。表示。一般显示器应有一般显示器应有70cd/m2的亮度，具有这种亮度图像在的亮度，具有这种亮度图像在普通室内照度下清晰可见。在室外观看要求亮度更高，普通室内照度下清晰可见。在室外观看要求亮度更高，可达可达300cd/m2以上。人眼可感觉的亮度范围为以上。人眼可感觉的亮度范围为0.0350000cd/m2。3.亮度均匀性：亮度均匀性：亮度均匀性反应的是显示器件在不同显示区域所亮度均匀性反应的是显示器件在不同显示区域所产生的亮度的均匀性。通常也用它的反面概念产生的亮度的均匀性。通常也用它的反面概念不不均匀性来描述，或者用规定取样点的亮度相对于平均均匀性来描述，或者用规定取样点的亮度相对于平均亮度的百分比来描述。亮度的百分比来描述。第第1章章绪论绪论4.对比度和灰度对比度和灰度对比度指画面上最大亮度和最小亮度之比。对比度指画面上最大亮度和最小亮度之比。该指标与环境光线有很大关系，另外测试信号一般该指标与环境光线有很大关系，另外测试信号一般采用棋盘格信号，并将亮度控制器调整到正常位置，采用棋盘格信号，并将亮度控制器调整到正常位置，对比度调整到最大位置，此时对比度为白色亮度和对比度调整到最大位置，此时对比度为白色亮度和黑色亮度的比值。一般显示器应有黑色亮度的比值。一般显示器应有301对比度。对比度。5.灰度灰度指画面上亮度的等级差别。例如，一幅电视画指画面上亮度的等级差别。例如，一幅电视画面图像应有八级左右的灰度。人眼可分辨的最大灰面图像应有八级左右的灰度。人眼可分辨的最大灰度级大致为度级大致为100级。级。6.分辨率（分辨率（resolution）分辨率指单位面积显示像素的数量。分辨率指单位面积显示像素的数量。第第1章章绪论绪论7.清晰度（清晰度（definition）清晰度是指人眼能察觉到的图像细节清晰的清晰度是指人眼能察觉到的图像细节清晰的程度，用光高度程度，用光高度(帧高帧高)范围内能分辨的等宽度黑白范围内能分辨的等宽度黑白条纹条纹(对比度为对比度为100)数目或电视扫描行数来表示。数目或电视扫描行数来表示。如果在垂直方向能分辨如果在垂直方向能分辨250对黑白条纹，就称垂直对黑白条纹，就称垂直清晰度为清晰度为500行行(线线)。第第1章章绪论绪论8.分辨力分辨力是人眼观察图像清晰程度的标志，与清晰度定是人眼观察图像清晰程度的标志，与清晰度定义近似，分辨力可以用图像小投影点的数量表示，义近似，分辨力可以用图像小投影点的数量表示，如如SVGA彩色显示器的分辨力是彩色显示器的分辨力是800600，就代表，就代表画面是由画面是由800600个点所构成，组成方式为每条线个点所构成，组成方式为每条线上有上有800个投影点，共有个投影点，共有600条线。条线。分辨力有时也用光点直径来表示。用光栅高度分辨力有时也用光点直径来表示。用光栅高度除以扫描线数，即可算出一条亮线的宽度，此宽度除以扫描线数，即可算出一条亮线的宽度，此宽度即为荧光屏上光点直径的大小。在显示器件中，光即为荧光屏上光点直径的大小。在显示器件中，光点直径大约几微米到几千微米。一般对角线为点直径大约几微米到几千微米。一般对角线为2353cm的电视显像管其光点直径约为的电视显像管其光点直径约为0.20.5mm。第第1章章绪论绪论9.发光颜色发光颜色发光颜色发光颜色(或显示颜色或显示颜色)的衡量方法，可用发的衡量方法，可用发射光谱或显示光谱的峰值及带宽，或用色度坐标射光谱或显示光谱的峰值及带宽，或用色度坐标表示。显示器件的颜色显示能力，包括颜色的种表示。显示器件的颜色显示能力，包括颜色的种类、层次和范围，是彩色显示器件的一个重要指类、层次和范围，是彩色显示器件的一个重要指标。真（全）色彩的色彩数目为标。真（全）色彩的色彩数目为16777216色，即色，即红、绿、蓝各红、绿、蓝各256级灰度，级灰度，256256256=1677721616M。10.余辉时间余辉时间余辉时间指荧光粉的发光，从电子轰击停止余辉时间指荧光粉的发光，从电子轰击停止后起，到亮度减小到电子轰击时稳定亮度的后起，到亮度减小到电子轰击时稳定亮度的l/10所所经历的时间，余辉时间主要决定于荧光粉，一般经历的时间，余辉时间主要决定于荧光粉，一般阴极射线荧光粉的余辉时问从几百纳秒到几十秒。阴极射线荧光粉的余辉时问从几百纳秒到几十秒。第第1章章绪论绪论11.解析度解析度DPI（DotPerInch）解析度指图片解析度指图片1英寸长度上小投影点的数量，英寸长度上小投影点的数量，分为水平解析度和垂直解析度。解析度越高显示出分为水平解析度和垂直解析度。解析度越高显示出来的影像也就越清晰。来的影像也就越清晰。12.收看距离收看距离收看距离可以用绝对值表示，也可以用与画收看距离可以用绝对值表示，也可以用与画面高度面高度H的比值来表示（即相对收看距离）。的比值来表示（即相对收看距离）。13.周围光线环境周围光线环境周围光线环境主要指观看者所在的水平照度周围光线环境主要指观看者所在的水平照度以及照明装置。以及照明装置。第第1章章绪论绪论14.图像的数据率图像的数据率数据率指在一定时间内、一定速度下，显数据率指在一定时间内、一定速度下，显示系统能将多少单元的信息转换成图形或文字并示系统能将多少单元的信息转换成图形或文字并显示出来。如果已知一个字符或像素是以显示出来。如果已知一个字符或像素是以n比特）比特）（bit）计算机符号表示，数据率可以换算成比特）计算机符号表示，数据率可以换算成比特/秒（秒（bps）。图像的信息量是惊人的，比如：一）。图像的信息量是惊人的，比如：一张张A4文件的数据量大约是文件的数据量大约是2KB），一张），一张A4黑白照黑白照片的数据量大约是片的数据量大约是40KB，一张，一张A4彩色照片的数彩色照片的数据量大约是据量大约是5MB，一分钟家用录像系统，一分钟家用录像系统（VHS:VideoHomeSystem）质量的全活动图）质量的全活动图像的数据量约为像的数据量约为10MB，一分钟广播级全动态影，一分钟广播级全动态影像（像（FMV:Full-motionVideo）的数据量就约为）的数据量就约为40MB。第第1章章绪论绪论15.其它其它其它指标如辐射，其它指标如辐射，CRT明显大于其他显示器明显大于其他显示器件，其它显示器件之间差别不大。在显示相应时件，其它显示器件之间差别不大。在显示相应时间方面，间方面，LCD类的显示器件劣于其他器件。在显类的显示器件劣于其他器件。在显示屏的缺陷点方面，示屏的缺陷点方面，CRT一般不会出现这样的问一般不会出现这样的问题，而其它显示器件虽然在出厂时该指标控制的题，而其它显示器件虽然在出厂时该指标控制的较严，但用户在使用过程中有时会出现缺陷点。较严，但用户在使用过程中有时会出现缺陷点。在可靠性方面（在可靠性方面（MTBF值），基本上都可以达到值），基本上都可以达到15000h，需要注意的是投影设备里往往使用了灯，需要注意的是投影设备里往往使用了灯泡作为光源，灯泡的寿命有限，只能作为消耗品，泡作为光源，灯泡的寿命有限，只能作为消耗品，也就是说在使用过程中需要定期更换这些部件。也就是说在使用过程中需要定期更换这些部件。 第第1章章绪论绪论习题一习题一v1.光电显示器件有哪些分类？光电显示器件有哪些分类？v2.测光量有哪些？单位分别是什么？测光量有哪些？单位分别是什么？v3.简述人眼的视觉生理基础。简述人眼的视觉生理基础。v4.简述色彩再现原理？简述色彩再现原理？光 电 显 示 技 术v5.表征显示器件的主要性能指标有哪些？表征显示器件的主要性能指标有哪些？v6.计算：一个满帧图像，分辨力为计算：一个满帧图像，分辨力为VGA制式制式640480像素，每像素量化量为像素，每像素量化量为8bits，刷新频率为，刷新频率为30Hz，则一秒钟视频图像的资料长度为多少字节。，则一秒钟视频图像的资料长度为多少字节。假设拨号上网的速率为假设拨号上网的速率为33.6kbps，以这样的速率来，以这样的速率来传送一分钟的图像资料大约需要多少时间才能完成传送一分钟的图像资料大约需要多少时间才能完成？假如图像压缩比为？假如图像压缩比为501，实时传输图像需要多，实时传输图像需要多大的传输速率？大的传输速率？光 电 显 示 技 术第第2章章阴极射线管阴极射线管(CRT)显示技术显示技术v2.1CRT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工作原理显示器的基本结构与工作原理2.1.3CRT显示器的主要单元显示器的主要单元v2.2CRT显示器的驱动与控制显示器的驱动与控制2.2.1CRT显示器相关技术显示器相关技术2.2.2CRT显示器驱控电路显示器驱控电路 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 2.3.1CRT显示器的特点显示器的特点2.3.2CRT显示器的性能指标显示器的性能指标2.3.3CRT显示技术的发展历史显示技术的发展历史v习题二习题二光 电 显 示 技 术vCRT显示器即为一种使用阴极射线管显示器即为一种使用阴极射线管(CathodeRayTube)的显示器，主要分为黑白的显示器，主要分为黑白CRT显示器和彩色显示器和彩色CRT显示器两大类。它的核心部件是显示器两大类。它的核心部件是CRT显像管（即阴极射显像管（即阴极射线管），其主要由五部分组成：电子枪线管），其主要由五部分组成：电子枪(ElectronGun)、偏转线圈偏转线圈(Defiectioncoils)、荫罩、荫罩(Shadowmask)、荧、荧光粉层光粉层(Phosphor)及玻璃外壳，其中电子枪是显像管的及玻璃外壳，其中电子枪是显像管的核心。核心。vCRT显示器的工作原理和我们家中电视机的显像管基本显示器的工作原理和我们家中电视机的显像管基本一样，我们可以把它看作是一个图像更加精细的电视机。一样，我们可以把它看作是一个图像更加精细的电视机。经典的经典的CRT显像管使用电子枪发射高速电子，经过垂直显像管使用电子枪发射高速电子，经过垂直和水平的偏转线圈控制高速电子的偏转角度，最后高速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。通过电压调节电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，就会在屏幕上形成明暗不同的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，形成各种图案和文字。光点，形成各种图案和文字。第第2章章阴极射线管阴极射线管(CRT)显示技术显示技术 v2.1.1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即单色即单色(MonochromeMonitor)CRT，只有单一的电子枪，仅能产生黑白，只有单一的电子枪，仅能产生黑白两种颜色。它的主要用途是在电视机中显示图像，两种颜色。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。黑白以及在工业控制设备中用作监视器。黑白CRT主要主要由圆锥形玻壳、玻壳正面用于显示的荧光屏、封入由圆锥形玻壳、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。控制电子束偏转扫描的磁轭器件四部分组成。 第第2章章阴极射线管阴极射线管(CRT)显示技术显示技术 l第2章 阴极射线管(CRT)显示技术 图图2.1单色单色CRT的结构示意图的结构示意图 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或称调制器）、加速极（或称调制器）、加速极（G2或称屏蔽极）构成发射或称屏蔽极）构成发射系统；第二阳极系统；第二阳极G3、聚焦极、聚焦极G4、高压阳极、高压阳极G5构成构成聚焦系统。工作时，电子枪中阴极（聚焦系统。工作时，电子枪中阴极（K）被灯丝加）被灯丝加热至热至200K时，阴极（时，阴极（K）大量发射电子。电子束首）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所调制，然后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，荧经加速和聚焦后，高速轰击荧光屏上的荧光体，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，的，信号电压高，电子枪发射的电子束流也越大，荧光体发光亮度也越高。最后通过偏转磁轭控制电荧光体发光亮度也越高。最后通过偏转磁轭控制电子束，在荧光屏上从上到下，从左到右依次扫描，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示在荧光屏上。从而将原被摄图像或文字完整地显示在荧光屏上。l第2章 阴极射线管(CRT)显示技术 v2.1.2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利用三基色图像叠加原理实现彩利用三基色图像叠加原理实现彩色图像的显示。荫罩式彩色色图像的显示。荫罩式彩色CRT是目前占主导地是目前占主导地位的彩色显像管，这种管子的原始设想是德国人位的彩色显像管，这种管子的原始设想是德国人弗莱西（弗莱西（Fleshsig）在）在1938年提出的。荫罩式年提出的。荫罩式彩色彩色CRT的基本结构如图的基本结构如图2.2所示。所示。 l第2章 阴极射线管(CRT)显示技术 图图2.2彩色彩色CRT的结构示意图的结构示意图 光 电 显 示 技 术v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产生彩色视觉效果。荧光屏上的每一个像素由产生红红(R)、绿、绿(G)、蓝、蓝(B)的三种荧光体组成，同时电子的三种荧光体组成，同时电子枪中设有枪中设有3个阴极，分别发射电子束，轰击对应的个阴极，分别发射电子束，轰击对应的荧光体。为了防止每个电子束轰击另外两个颜色的荧光体。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极荧光体，在荧光面内侧设有选色电极荫罩。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，荧光面与单色状红、绿、蓝三色荧光体，荧光面与单色CRT相同，相同，在其内侧均有膜金属覆层。在离荧光面一定距离处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。荫罩焊接在支持框架上，并通过显示屏设置荫罩。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定在显示屏内侧。侧壁内面设置的紧固钉将荫罩固定在显示屏内侧。l第2章 阴极射线管(CRT)显示技术 图图2.3彩色彩色CRT工作原理工作原理 光 电 显 示 技 术荫罩与荧光屏的距离可根据几何关系由下式确定：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；为电子枪的束间为电子枪的束间距；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；为电子束为电子束排列方向的荧光屏上同一色荧光体的点间距。排列方向的荧光屏上同一色荧光体的点间距。l第2章 阴极射线管(CRT)显示技术 整体工作过程：由灯丝、阴极、控制栅组整体工作过程：由灯丝、阴极、控制栅组成电子枪，通电后灯丝发热，阴极被激发，发射成电子枪，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，经过透镜聚焦形成极细的电子束，在阳的加速，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，以极高的速度极高压作用下，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就是荧去轰击荧光粉层。这些电子束轰击的目标就是荧光屏上的三原色。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的指定位置，去轰击各自的荧光粉其射向荧光屏的指定位置，去轰击各自的荧光粉单元。一般荫罩式单元。一般荫罩式CRT的内部有一层类似筛子的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外两个颜色的荧点上，以防止每个电子束轰击另外两个颜色的荧光体。光体。l第2章 阴极射线管(CRT)显示技术 受到高速电子束的激发，这些荧光粉单元分别受到高速电子束的激发，这些荧光粉单元分别发出强弱不同的红、绿、蓝三种光。根据空间混色发出强弱不同的红、绿、蓝三种光。根据空间混色法法(将三个基色光同时照射同一表面相邻很近的三个将三个基色光同时照射同一表面相邻很近的三个点上进行混色的方法点上进行混色的方法)产生丰富的色彩，这种方法利产生丰富的色彩，这种方法利用人们眼睛在超过一定距离后分辨力不高的特性，用人们眼睛在超过一定距离后分辨力不高的特性，产生与直接混色法相同的效果。产生与直接混色法相同的效果。用这种方法可以产生不同色彩的像素，而大量用这种方法可以产生不同色彩的像素，而大量的不同色彩的像素可以组成一张漂亮的画面，而不的不同色彩的像素可以组成一张漂亮的画面，而不断变换的画面就成为可动的图像。断变换的画面就成为可动的图像。l第2章 阴极射线管(CRT)显示技术 v2.1.3CRT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。在光粉发光。在CRT中，为了在屏幕上得到亮而清晰中，为了在屏幕上得到亮而清晰的图像，要求电子枪产生大的电子束电流，并且能的图像，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描点（约够在屏幕上聚成细小的扫描点（约0.2mm）。此外，）。此外，由于电子束电流受电信号的调制，因而电子枪应有由于电子束电流受电信号的调制，因而电子枪应有良好的调制特性。在调制信号控制过程中，扫描点良好的调制特性。在调制信号控制过程中，扫描点不应有明显的散焦现象。不应有明显的散焦现象。电子枪是由灯丝（用电子枪是由灯丝（用H、HT或或F表示）、阴极表示）、阴极（用（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表示）、栅极（用表示）、栅极（用G1表示）、加速极（用表示）、加速极（用G2表示）、高压阳极（用表示）、高压阳极（用G或或V表示）组成。表示）组成。l第2章 阴极射线管(CRT)显示技术 图图2.4电子枪结构示意图电子枪结构示意图光 电 显 示 技 术电子枪中各部分的作用：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通电后将电能转变成热能并对阴极加热，使阴极表面产生阴极加热，使阴极表面产生600-800度的高温，度的高温，创造一个使阴极发射电子的外部条件。创造一个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，阴极受热涂有钡锶钙的氧化物，灯丝通电时，阴极受热后发射大量电子。后发射大量电子。(3)栅极栅极栅极套在阴极外面，是一个金属栅极套在阴极外面，是一个金属圆筒，顶端开有小孔，让电子束通过。改变与圆筒，顶端开有小孔，让电子束通过。改变与阴极的相对电位可以控制电子束的强弱。阴极的相对电位可以控制电子束的强弱。l第2章 阴极射线管(CRT)显示技术 (4)加速极加速极它也是顶部开有小孔的金属筒，其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，它能控制阴极发射的电子束到达荧光屏的速度。压，它能控制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电电位。聚集极、加速极及高压极一起构成一个电子透位。聚集极、加速极及高压极一起构成一个电子透镜，使电子束会聚成一束轰击荧光屏荧光粉层。镜，使电子束会聚成一束轰击荧光屏荧光粉层。(6)高压阳极高压阳极建立一个强电场，使电子束以极建立一个强电场，使电子束以极快的速度轰击荧光屏上的荧光粉。高压阳极通常为快的速度轰击荧光屏上的荧光粉。高压阳极通常为2234KV。l第2章 阴极射线管(CRT)显示技术 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。工作的时候荧光荧光粉层上面的铝膜共同组成的。工作的时候荧光屏后面的电子枪发射电子束打在荧光粉上，于是一屏后面的电子枪发射电子束打在荧光粉上，于是一部分荧光粉亮起来，显示出字符或者图像。部分荧光粉亮起来，显示出字符或者图像。荧光屏是实现荧光屏是实现CRT显像管电光转换的关键部位显像管电光转换的关键部位之一，要求发光亮度和发光效率足够高，发光光谱之一，要求发光亮度和发光效率足够高，发光光谱适合人眼观察，图像分辨力高、传递效果好，余辉适合人眼观察，图像分辨力高、传递效果好，余辉时间适当，机械、化学、热稳定性好，寿命高。时间适当，机械、化学、热稳定性好，寿命高。l第2章 阴极射线管(CRT)显示技术 CRT的发光性能首先取决于所用的荧光粉的发光性能首先取决于所用的荧光粉材料，因为主要由荧光粉层完成显像管内的光电材料，因为主要由荧光粉层完成显像管内的光电转换功能。转换功能。荧光粉的发光效率是指每瓦电功率能获得荧光粉的发光效率是指每瓦电功率能获得多大的发光强度。余辉时间是荧光粉的重要特性多大的发光强度。余辉时间是荧光粉的重要特性参数。参数。当电子束轰击荧光粉时，荧光粉的分子受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，而是按指数规律衰减，这种发光并非立即消失，而是按指数规律衰减，这种特性称为荧光粉的余辉特性。余辉时间是指荧光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。l第2章 阴极射线管(CRT)显示技术 一般把余辉分成三类：余辉时间长于一般把余辉分成三类：余辉时间长于0.1s的称的称为长余辉发光；余辉时间介于为长余辉发光；余辉时间介于0.1s至至0.001s的称为的称为中余辉发光；余辉时间短于中余辉发光；余辉时间短于0.001s的称为短余辉发的称为短余辉发光。余辉太长，则同一像素第一帧余辉未尽而第二光。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帧扫描又到了，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，屏幕的上，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。平均亮度将会减低。屏幕的亮度取决于荧光粉的发光效率、余辉时屏幕的亮度取决于荧光粉的发光效率、余辉时间及电子束轰击的功率。荧光粉的发光效率高时屏间及电子束轰击的功率。荧光粉的发光效率高时屏幕较亮，余辉时间长平均亮度也较大。幕较亮，余辉时间长平均亮度也较大。l第2章 阴极射线管(CRT)显示技术 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，那么在一帧时间一帧时间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。电压。两者中以提高电压更为有效。l第2章 阴极射线管(CRT)显示技术 3.偏转系统偏转系统如果不加偏转电压，经过加速、聚焦的具有很高动能的如果不加偏转电压，经过加速、聚焦的具有很高动能的电子束轰击荧光面时，仅能在荧光屏中心位置产生亮度很高电子束轰击荧光面时，仅能在荧光屏中心位置产生亮度很高的光点，难以成像；为了显示一幅图像，必须让电子束在水的光点，难以成像；为了显示一幅图像，必须让电子束在水平方向和垂直方向上同时偏转，使整个荧光屏上的任何一点平方向和垂直方向上同时偏转，使整个荧光屏上的任何一点都能发光而形成光栅，这就是偏转系统的作用。由于磁偏转都能发光而形成光栅，这就是偏转系统的作用。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。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。分为行偏转线圈显像管的重要部件。分为行偏转线圈和场偏转线圈即水平偏转线圈和垂直偏转线圈。行偏转线圈和场偏转线圈即水平偏转线圈和垂直偏转线圈。行偏转线圈通有由行扫描电路提供的锯齿波电流，产生在垂直方向上线通有由行扫描电路提供的锯齿波电流，产生在垂直方向上线性变化的磁场，使电子束作水平方向扫描。场偏转线圈通有性变化的磁场，使电子束作水平方向扫描。场偏转线圈通有由场扫描电路提供的锯齿波电流，产生一个水平方向线性变由场扫描电路提供的锯齿波电流，产生一个水平方向线性变化的磁场，使电子束作垂直方向扫描。在行扫描和场扫描共化的磁场，使电子束作垂直方向扫描。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，同作用下，有规律的从上到下从左到右控制电子束的运动，屏幕上呈现一幅矩形的光栅。屏幕上呈现一幅矩形的光栅。l第2章 阴极射线管(CRT)显示技术 我国采用的我国采用的PAL制式规定，每帧制式规定，每帧625行，行，每秒每秒25帧。隔行扫描，每帧两场，每秒帧。隔行扫描，每帧两场，每秒50场；每行水平扫描正程为场；每行水平扫描正程为52s，逆程为，逆程为12s，场正程时间，场正程时间18.4ms，逆程时间，逆程时间1.6ms，垂直方向显示，垂直方向显示575行。行。l第2章 阴极射线管(CRT)显示技术 4.荫罩荫罩荫罩、玻壳和电子枪是组成彩色显像管荫罩、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，荫罩装的三大主要部件，在彩色显象管内，荫罩装于玻壳和电子枪之间，起分色作用。于玻壳和电子枪之间，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、管颈玻璃管壳通常由屏幕玻璃、锥体、管颈三部分组成。用普通玻璃做三部分组成。用普通玻璃做CRT的外围器件，的外围器件，是因为透明性高，能耐受高空并能吸收从内是因为透明性高，能耐受高空并能吸收从内部发生的部发生的X射线。射线。l第2章 阴极射线管(CRT)显示技术 1.生成图像生成图像CRT的的DeflectionCoil（偏转线圈）用于电子（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电子枪。线圈偏转的角度有限，当电变强度来移动电子枪。线圈偏转的角度有限，当电子束传播到一个平坦的表面时，能量会轻微地偏移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，四边的图像都会产目标，仅有部分荧光粉被击中，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，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。电子束射击由左至右，由缺点是屏幕将变得弯曲。电子束射击由左至右，由上至下的过程称为刷新，不断重复地刷新就能保持上至下的过程称为刷新，不断重复地刷新就能保持图像的持续性。图像的持续性。v2.2CRT显示器的驱动与控制显示器的驱动与控制v2.2.1CRT显示器相关技术显示器相关技术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（白两种颜色，即单色显示器（MonochromeMonitor）。新一代显示器有三只电子枪，每个电）。新一代显示器有三只电子枪，每个电子枪都有独立的偏转线圈，分别发出子枪都有独立的偏转线圈，分别发出R、G、B（Red、Blue、Green，红、蓝、绿）三束光线，红、蓝、绿）三束光线，混合光线可以产生混合光线可以产生1600万种颜色，或者说真彩色。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，其过程比黑白图像复杂得多。屏幕三次，其过程比黑白图像复杂得多。v2.2.1CRT显示器相关技术显示器相关技术3.回转变压器（回转变压器（FlybackTransformer）回转变压器类似发动机点火线圈，在特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，定时间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出中，最后传到电子枪能量转移到高能量输出中，最后传到电子枪发出电子束。依照发出电子束。依照CRT尺寸的不同，产生的尺寸的不同，产生的能量也各有差异，通常在能量也各有差异，通常在10000V至至50000V之间。之间。v2.2.1CRT显示器相关技术显示器相关技术v4.垂直和水平同步垂直和水平同步垂直和水平是垂直和水平是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调节，显示器的水平同步信号可任意调节，幅度在幅度在15.75KGz95KHz之间。把水平同步信号反之间。把水平同步信号反转能够得出扫描一条线的时间，即转能够得出扫描一条线的时间，即1/17.75KHz=63.5s。电视机扫描一帧图像要返回。电视机扫描一帧图像要返回525次。因为次。因为CRT的频繁开关和扫描切换，在屏幕上的频繁开关和扫描切换，在屏幕上实际表现出来的线数比实际表现出来的线数比525要少一些，一般约为要少一些，一般约为428399条线。条线。 v2.2.1CRT显示器相关技术显示器相关技术5.交错和非交错交错和非交错电视机采用的是交错电视机采用的是交错(Interlace)扫描，机器本身扫描，机器本身刷新速度不足，每一帧都要刷新两次，由于人眼的视刷新速度不足，每一帧都要刷新两次，由于人眼的视觉暂停原理，会感到画面是连续播入的，缺点是人眼觉暂停原理，会感到画面是连续播入的，缺点是人眼能发现两次刷新的不同，感到屏幕有闪烁，长时间观能发现两次刷新的不同，感到屏幕有闪烁，长时间观看容易使眼睛疲劳。电视机能稳定运行在看容易使眼睛疲劳。电视机能稳定运行在30Hz，或，或30帧帧/秒，但早期秒，但早期CRT并不能保持刷新率不变，磁偏转线并不能保持刷新率不变，磁偏转线圈常常影响着电子束的发射，有时还会减弱电子束，圈常常影响着电子束的发射，有时还会减弱电子束，以及荧光粉的发热时间的限制，导致上半部分屏幕比以及荧光粉的发热时间的限制，导致上半部分屏幕比下半部分屏幕更亮，后来，人们采用了分线刷新的方下半部分屏幕更亮，后来，人们采用了分线刷新的方法，第一次扫奇数行、第二次扫偶数行，缺点是每做法，第一次扫奇数行、第二次扫偶数行，缺点是每做一样工作要刷新两个周期，显示器的反应较慢，当然，一样工作要刷新两个周期，显示器的反应较慢，当然，画面闪烁是少不了的。不过，也因此而增加了显示器画面闪烁是少不了的。不过，也因此而增加了显示器的刷新速度，以的刷新速度，以30fps的频率实现的频率实现60fps图像亦变为可图像亦变为可能，避免了显像管负荷过重而烧毁。能，避免了显像管负荷过重而烧毁。v2.2.1CRT显示器相关技术显示器相关技术6.金属隔板技术金属隔板技术点状荫罩点状荫罩(ShadowMasks)指电子枪和荧光屏之间放置指电子枪和荧光屏之间放置一个金属隔板，上面有许多小洞让电子通过。其作用是防止一个金属隔板，上面有许多小洞让电子通过。其作用是防止一个荧光点加热时传导到附近的点，分离显示器的色彩。在一个荧光点加热时传导到附近的点，分离显示器的色彩。在荫罩技术方面，有两点最重要：一是如何使用更薄的金属来荫罩技术方面，有两点最重要：一是如何使用更薄的金属来制造隔板，并缩小点与点之间的位置制造隔板，并缩小点与点之间的位置(DotPitch，点距，点距)，让，让它与屏幕上的点一一对应；二是如何修正电子束的颜色，让它与屏幕上的点一一对应；二是如何修正电子束的颜色，让它更符合要求。它更符合要求。荫罩的主要缺点是金属板会随着能量的变化而产生弯曲，荫罩的主要缺点是金属板会随着能量的变化而产生弯曲，特别是在高亮度的情况下，需要更多的能量来战胜荫罩的阻特别是在高亮度的情况下，需要更多的能量来战胜荫罩的阻抗，弯曲会更加严重。金属板变形使电子束偏离原定目标，抗，弯曲会更加严重。金属板变形使电子束偏离原定目标，显示的画面会模糊不清。为此，人们只好不断寻找合适制造显示的画面会模糊不清。为此，人们只好不断寻找合适制造荫罩的金属，目前效果最好的是荫罩的金属，目前效果最好的是INVAR(不胀铜不胀铜)，它是镍，它是镍/铁铁合金，膨胀率几乎为零。荫罩的第二个缺点是屏幕弯曲会产合金，膨胀率几乎为零。荫罩的第二个缺点是屏幕弯曲会产生刺眼的眩光，用生刺眼的眩光，用AGC(AntiGlareCoatings，防眩光涂层，防眩光涂层)能解决这个问题。能解决这个问题。v2.2.1CRT显示器相关技术显示器相关技术v1.扫描方式扫描方式文字及图象画面都是由一个个称为像素的点构成的，文字及图象画面都是由一个个称为像素的点构成的，使这些点顺次显示的方法称为扫描。一般使这些点顺次显示的方法称为扫描。一般CRT的电子束扫描的电子束扫描是由偏转磁轭进行磁偏转控制的。是由偏转磁轭进行磁偏转控制的。光栅扫描方式在垂直方向是从左上向右下的顺序扫描光栅扫描方式在垂直方向是从左上向右下的顺序扫描方式，由扫描产生的水平线称为扫描线，按该扫描线的条件方式，由扫描产生的水平线称为扫描线，按该扫描线的条件决定显示器垂直方向的图像分辨率。如图决定显示器垂直方向的图像分辨率。如图2.5所示，光栅扫所示，光栅扫描方式中有顺序扫描描方式中有顺序扫描(逐行扫描逐行扫描)方式和飞越扫描方式和飞越扫描(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，扫描行数为，扫描行数为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式来降低图像信号的频带。隔行扫描方式来降低图像信号的频带。v2.2.2CRT显示器驱控电显示器驱控电路路(a) 顺序扫描方式 (b) 飞越扫描方式(c) 行光栅的行扫描与场扫描波形图图2.5CRT扫描方式扫描方式光 电 显 示 技 术隔行扫描方式是把一帧画分成两场来扫描，第隔行扫描方式是把一帧画分成两场来扫描，第一场扫描奇数行，第二场扫描偶数行，如图一场扫描奇数行，第二场扫描偶数行，如图2.5（b）所示。两场扫描行组成的光栅相互交叉，）所示。两场扫描行组成的光栅相互交叉，构成一整帧画面。在第构成一整帧画面。在第7行扫过一半时，奇数场扫行扫过一半时，奇数场扫描结束，偶数场扫描开始，故第描结束，偶数场扫描开始，故第7行的后一半挪到行的后一半挪到偶数场开始时扫描，这样就会在光栅上端的中点开偶数场开始时扫描，这样就会在光栅上端的中点开始，结果使偶数行正好插在奇数行之间，两场组成始，结果使偶数行正好插在奇数行之间，两场组成了一幅完整光栅。要实现隔行扫描，就应该保证偶了一幅完整光栅。要实现隔行扫描，就应该保证偶数场的扫描行准确的插在奇数场的扫描行之间，否数场的扫描行准确的插在奇数场的扫描行之间，否则就会出现并行现象，使图像质量下降。则就会出现并行现象，使图像质量下降。2.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来说还需要对颜色进行控制，辉度和颜色都是都是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控制的。辉度和信号幅度的关系如图通过电流量来控制的。辉度和信号幅度的关系如图2.6所示。电流控制方式中有栅极所示。电流控制方式中有栅极(G1)驱动方式和阴驱动方式和阴极驱动方式。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/阴极阴极间施加不同的电压，就可以得到相应的辉度。间施加不同的电压，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。由各色输入阶数的电流（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，对于阶数为乘积，决定显示的色数，对于阶数为16的情况，可的情况，可显示显示4096（163）种颜色。）种颜色。v2.2.2CRT显示器驱控电显示器驱控电路路图图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 电 显 示 技 术3.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2.7所示，所示，主要包括视频电路、偏转电路、高压电路、主要包括视频电路、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电源电路等基本电路，以及所选择的动态聚焦电路、水平偏转周波数切换电路等。焦电路、水平偏转周波数切换电路等。v2.2.2CRT显示器驱控电路显示器驱控电路图图2.7CRT显示器驱控器的电路显示器驱控器的电路光 电 显 示 技 术v2.3.1CRT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度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。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v2.3.2CRT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，它们是图像清晰程度的标志，也是描述多少个基本像素点，它们是图像清晰程度的标志，也是描述分辨能力大小的物理量。对于电子显示器件，常用单位面积分辨能力大小的物理量。对于电子显示器件，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。他们取决上的扫描线数和两光点之间的距离来表示分辨率。他们取决于场频和行频的组合。于场频和行频的组合。我们可以把它想象成是一个大型的棋盘，而分辨率的表我们可以把它想象成是一个大型的棋盘，而分辨率的表示方式就是每一条水平线上的点数乘以水平线的数目，如示方式就是每一条水平线上的点数乘以水平线的数目，如640480、720348、1024768及及10241024等。以等。以640480的分辨率来说，即每一条线上包含有的分辨率来说，即每一条线上包含有640个像素点个像素点且共有且共有480条线，也就是说扫描列数为条线，也就是说扫描列数为640列，行数为列，行数为480行。行。分辨率越高，屏幕上所能呈现的图像也就越精细。分辨率越高，屏幕上所能呈现的图像也就越精细。分辨率不仅与显示尺寸有关，还要受显像管点分辨率不仅与显示尺寸有关，还要受显像管点距、视频带宽等因素的影响。知道分辨率、点距和距、视频带宽等因素的影响。知道分辨率、点距和最大显示宽度就能得出像素值。比如一台最大显示宽度就能得出像素值。比如一台17英寸的英寸的CRT显示器，一行中能容纳显示器，一行中能容纳1421组三原色，能满足组三原色，能满足1280个像素点的需要，因此这台显示器的理想分辨个像素点的需要，因此这台显示器的理想分辨率是率是1024768，勉强可以达到，勉强可以达到12801024的分辨的分辨率，但不可能达到率，但不可能达到16001200的分辨率。的分辨率。分辨率的计算方法如下：分辨率的计算方法如下：最大显示宽度最大显示宽度/水平水平点距点距=像素数像素数，比如标准，比如标准17英寸英寸CRT显示器的最大显示器的最大显示宽度是显示宽度是320mm，标称点距是，标称点距是0.28mm，那么首，那么首先按先按0.280.866=0.243的公式计算出水平点距，然的公式计算出水平点距，然后按后按320/0.243=1316的公式得出像素数。的公式得出像素数。2.3.2CRT显示器的技术性能指标显示器的技术性能指标2.点距和栅距点距和栅距点距（点距（DOTPITCH）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）像素单元之间的距离。像素单元之间的距离。2.3.2CRT显示器的技术性能指标显示器的技术性能指标点距越小越好，点距越小，显示器显示图型越清晰细腻，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就越高。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几年以前的显示器多为0.31mm和和0.39mm，如今大多数显，如今大多数显示器采用的都是示器采用的都是0.28mm的点距。常见的显示器点距的点距。常见的显示器点距0.28mm(水平方向为水平方向为0.243mm)。用显示区域的宽和高分别除以点距，即得到显用显示区域的宽和高分别除以点距，即得到显示器的垂直和水平方向上最高可显示的点数。示器的垂直和水平方向上最高可显示的点数。2.3.2CRT显示器的技术性能指标显示器的技术性能指标 3.场频、行频及视频带宽场频、行频及视频带宽如果说画质等显示效果只能通过主观判断的话，如果说画质等显示效果只能通过主观判断的话，那么水平扫描频率、垂直扫描频率及视频带宽这三那么水平扫描频率、垂直扫描频率及视频带宽这三个参数就绝对是显示器的硬指标，并且很大程度上个参数就绝对是显示器的硬指标，并且很大程度上决定了显示器的档次。决定了显示器的档次。视频带宽视频带宽是指每秒钟电子枪扫描过图像点的个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，能够决定显示器性能的好坏。带宽越高则表参数，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的频率范围越大，显示器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频率，信号失真性能越好。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，它反映了显示器的也越小，显示的图像质量更好，它反映了显示器的解像能力。解像能力。 视频带宽的计算方法为：视频带宽的计算方法为：带宽带宽=垂直刷新率垂直刷新率（垂直分辨率（垂直分辨率0.93）（水平分辨率（水平分辨率0.8）水平分辨率）水平分辨率垂直分辨率垂直分辨率垂直刷新率垂直刷新率1.34(2-6)垂直像素和水平像素都要除以一个参数是因为要考虑垂直像素和水平像素都要除以一个参数是因为要考虑电子枪从最后一行电子枪从最后一行/列返回到第一行列返回到第一行/列的回程时间。列的回程时间。场频场频就是垂直扫描频率也即屏幕垂直刷新率，通常以就是垂直扫描频率也即屏幕垂直刷新率，通常以Hz为单位为单位,它表示屏幕的图像每秒钟重复描绘多少次，也就是它表示屏幕的图像每秒钟重复描绘多少次，也就是指每秒钟屏幕刷新的次数。垂直刷新率越高，屏幕的闪烁现指每秒钟屏幕刷新的次数。垂直刷新率越高，屏幕的闪烁现象越不明显，眼睛就越不容易疲劳。象越不明显，眼睛就越不容易疲劳。行频就是水平扫描频率，指电子枪每秒在屏幕行频就是水平扫描频率，指电子枪每秒在屏幕上扫过的水平线数。单位一般是千赫兹。场频和行上扫过的水平线数。单位一般是千赫兹。场频和行频的关系式一般如下：频的关系式一般如下：行频行频=场频场频垂直分辨率垂直分辨率1.04(2-7)可见行频是一个综合了分辨率和场频的参数，可见行频是一个综合了分辨率和场频的参数，能够比较全面的反映显示器的性能。当在较高分辨能够比较全面的反映显示器的性能。当在较高分辨率下要提高显示器的刷新率时，可以通过估算行频率下要提高显示器的刷新率时，可以通过估算行频是否超出频率响应范围来得知显示器是否可以达到是否超出频率响应范围来得知显示器是否可以达到想要的刷新率。想要的刷新率。2.3.2CRT显示器的技术性能指标显示器的技术性能指标4.刷新率刷新率刷新率是指显示屏幕刷新的速度，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。刷新率又分水平刷新率和垂直就越自然、越清晰。刷新率又分水平刷新率和垂直刷新率。水平刷新率又叫行频，他是显示器每秒内刷新率。水平刷新率又叫行频，他是显示器每秒内水平扫描的次数。垂直刷新率也叫场频，它是由水水平扫描的次数。垂直刷新率也叫场频，它是由水平刷新率和屏幕分辨率所决定的，垂直刷新率表示平刷新率和屏幕分辨率所决定的，垂直刷新率表示屏幕的图像每秒钟重复描绘多少次，也就是指每秒屏幕的图像每秒钟重复描绘多少次，也就是指每秒钟屏幕刷新的次数。一般来说，垂直刷新率最好不钟屏幕刷新的次数。一般来说，垂直刷新率最好不要低于要低于80Hz，如能达到，如能达到85Hz以上的刷新频率就可以上的刷新频率就可完全消除图像闪烁和抖动感，眼睛也不会太容易疲完全消除图像闪烁和抖动感，眼睛也不会太容易疲劳，在目前这是对显示器最基本的要求了。劳，在目前这是对显示器最基本的要求了。2.3.2CRT显示器的技术性能指标显示器的技术性能指标5.屏幕尺寸和最大可视面积屏幕尺寸和最大可视面积屏幕尺寸实际是指显像管尺寸。最大可视面屏幕尺寸实际是指显像管尺寸。最大可视面积指显像管的屏幕显示的可见图形的最大范围。屏积指显像管的屏幕显示的可见图形的最大范围。屏幕大小通常以对角线的长度衡量，以英寸为单位幕大小通常以对角线的长度衡量，以英寸为单位(1英寸英寸=2.54厘米厘米)。一般显示器的最大可视面积都会。一般显示器的最大可视面积都会小于屏幕尺寸，我们平常说的小于屏幕尺寸，我们平常说的17英寸、英寸、15英寸实际英寸实际上指显像管尺寸，而实际可视区域上指显像管尺寸，而实际可视区域(就是屏幕就是屏幕)远远远远到不了这个尺寸。到不了这个尺寸。14英寸的显示器可视范围往往只英寸的显示器可视范围往往只有有12英寸；英寸；15英寸显示器的可视范围在英寸显示器的可视范围在13.8英寸左英寸左右；右；17英寸显示器的可视区域大多在英寸显示器的可视区域大多在1516英寸之英寸之间；间；19英寸显示器可视区域达到英寸显示器可视区域达到18寸英寸左右。寸英寸左右。2.3.2CRT显示器的技术性能指标显示器的技术性能指标6.色温色温色温是表示光源光谱质量最通用的指标。色温是按绝对色温是表示光源光谱质量最通用的指标。色温是按绝对黑体来定义的，光源的辐射在可见区和绝对黑体的辐射完全黑体来定义的，光源的辐射在可见区和绝对黑体的辐射完全相同时，此时黑体的温度就称此光源的色温。相同时，此时黑体的温度就称此光源的色温。色温是人眼对发光体或白色反光体的感觉，这是物理学、色温是人眼对发光体或白色反光体的感觉，这是物理学、身理学与心理学的综合复杂因素的一种感觉，也是因人而异身理学与心理学的综合复杂因素的一种感觉，也是因人而异的。色温在电视的。色温在电视(发光体发光体)或摄影或摄影(反光体反光体)上是可以用人为的上是可以用人为的方式来改变的，现在的显示器上一般都会提供色温调节功能，方式来改变的，现在的显示器上一般都会提供色温调节功能，这是由于不同区域的人眼睛对颜色的识别略有差别，黑眼睛这是由于不同区域的人眼睛对颜色的识别略有差别，黑眼睛的人看的人看9300K（开尔文温度单位）是白色的，但是蓝眼睛的（开尔文温度单位）是白色的，但是蓝眼睛的人看了就是偏蓝，蓝眼睛的人看人看了就是偏蓝，蓝眼睛的人看6500K是白色，所以在不同是白色，所以在不同地区显示器都要将颜色调节到适合这一地区的人的使用，调地区显示器都要将颜色调节到适合这一地区的人的使用，调节色温就是为了完善这些功能。节色温就是为了完善这些功能。2.3.2CRT显示器的技术性能指标显示器的技术性能指标7.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受亮度是指显示器荧光屏上荧光粉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流、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，亮度是控制荧光屏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。发亮的等级。8.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。一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般显示器最起码应有30：1的对比度。的对比度。9.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阴在图形显示方式中，灰度是指一系列从纯白到纯黑的阴影。影。10.余辉时间余辉时间荧光屏上的荧光粉在电子束停止轰击后，其光辉并不会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，在这个过程中立即消失，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。观察到的光辉称之为余辉。 2.3.2CRT显示器的技术性能指标显示器的技术性能指标v2.3.3CRT显示技术的历史、现状及发展显示技术的历史、现状及发展光 电 显 示 技 术图图2.8CRT的历史的历史习题二习题二1.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 电 显 示 技 术第第3章章液晶显示技术液晶显示技术v3.1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v3.2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v3.3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3.3.2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v习题三习题三光 电 显 示 技 术液晶显示器件（液晶显示器件（LiquidCrystalDisplay，LCD）的主要构成材料为液晶。液晶是指在某一）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液体，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。因此液晶包括一步的升温继续转变为透明液体。因此液晶包括两种含义：两种含义：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。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术第第3章章液晶显示技术液晶显示技术液晶的分子排列结构并不像液晶的分子排列结构并不像晶体结构那样坚固，因晶体结构那样坚固，因此在磁场、温度、应力等外此在磁场、温度、应力等外部刺激下，其分子容易发生部刺激下，其分子容易发生再排列，液晶的各种光学性再排列，液晶的各种光学性质会发生变化。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、液态分子排列对比液晶所具有的这种柔软的分子排列正是其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。在用于显示器件、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，在电压及热的作用下发生有别于其它分子排列，在电压及热的作用下发生有别于其它分子排列的变化。伴随这种排列的变化，液晶的双折排列的变化。伴随这种排列的变化，液晶的双折射性、旋旋光性、二色性、光散射性、旋光分散射性、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，实现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。图像和数字的显示。液晶显示是利用液晶的光变化进行显示，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。属于非主动发光型显示。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术3.1.1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的为棒状（如图所示）。从成分和出现液晶相的物理条件进行归纳分类，液晶可以分为溶致液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。晶和热致液晶两大类。 第第3章章液晶显示技术液晶显示技术（1）溶致液晶：有些材料在溶剂中，处于一定）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晶，这类液晶称之为溶致的浓度区间时便会产生液晶，这类液晶称之为溶致液晶。液晶。（2）热致液晶：把某些有机物加热熔解，由于加）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。热破坏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：向大类：向列型、近晶型和胆甾型。列型、近晶型和胆甾型。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术2.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）、胆甾相）、胆甾相（cholesteric）和近晶相（）和近晶相（smectic）等。）等。图图3.33种常见液晶相种常见液晶相第第3章章液晶显示技术液晶显示技术（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学特性（折射系数，沿着及垂直于这个有序排列晶体的光学特性（折射系数，沿着及垂直于这个有序排列的方向而不同），一般是单轴正性。的方向而不同），一般是单轴正性。l而在电学上又具有明显的介电各向异性，而在电学上又具有明显的介电各向异性，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。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术（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（螺距约成螺旋式（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列相材料，能将胆甾相转变成向列相。光向列相材料，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（胆甾相液晶在显示技术中很有用，扭曲向列（twistednematic，TN）、超扭曲向列（）、超扭曲向列（SuperTwistedNematic，STN）、相变（）、相变（phasechange，PC）显示都是在向列）显示都是在向列相液晶中加入不同比例的胆甾相液晶而获得的相液晶中加入不同比例的胆甾相液晶而获得的。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术（3）近晶相：近晶相亦称层状相或脂状相。它的分子分层排列，层内）近晶相：近晶相亦称层状相或脂状相。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，层内分子质心可以无序、能自由平移、似液体；或有序呈二维点阵。分子子质心可以无序、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。手征性分子化合物层与层之间的相关程度在不同的相中有强有弱。手征性分子化合物则可以以扭曲的螺旋片层状出现，非扭曲型近晶相依其发现先后，则可以以扭曲的螺旋片层状出现，非扭曲型近晶相依其发现先后，以以A、B、C等命名等命名，如图，如图3.4所示。近晶相因为它的高度有序性，所示。近晶相因为它的高度有序性，经常出现在较低温的范例内。近晶液晶黏度大，分子不易转动，即经常出现在较低温的范例内。近晶液晶黏度大，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，层内分子质心相的分子与层面垂直，层内分子质心无序，像二维流体。层厚约等于或略无序，像二维流体。层厚约等于或略小于分子长度。含氰基（小于分子长度。含氰基（CN）化合）化合物的物的A相可能出现双分子层结构，为相可能出现双分子层结构，为1.22m。B相，片层内的分子质心排列成面心六角形，相，片层内的分子质心排列成面心六角形，分子垂直于层面，片层之间的关联随材料不分子垂直于层面，片层之间的关联随材料不同各有强弱，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之处是分子相在结构上唯一不同之处是分子与层面倾斜，倾角各层相同并互相平行，与层面倾斜，倾角各层相同并互相平行，因此因此C相在光学上是双轴的。相在光学上是双轴的。C相由手性相由手性分子组成，与分子组成，与A相类似，不同的是分子在相类似，不同的是分子在层面上的投影像胆甾相那样呈螺旋状变层面上的投影像胆甾相那样呈螺旋状变化，光学上是单轴正性。对称性允许化，光学上是单轴正性。对称性允许C相相出现与分子垂直而与层面平行的自发极出现与分子垂直而与层面平行的自发极化矢量，这就是铁电性液晶（化矢量，这就是铁电性液晶（1975年年R.B.迈耶等首次合成）迈耶等首次合成）第第3章章液晶显示技术液晶显示技术v长形分子除上述长形分子除上述3大类结构外，还有光学上各向异性的大类结构外，还有光学上各向异性的D相，由若干相，由若干分子为一组的单元所构成的体心立方结构。分子为一组的单元所构成的体心立方结构。1977年，印度年，印度S.Chandrasekhar等合成了盘形分子液晶。这些分子均具有一个扁等合成了盘形分子液晶。这些分子均具有一个扁平的圆形或椭圆形刚性中心部分，周围有长而柔软的脂肪族链。盘平的圆形或椭圆形刚性中心部分，周围有长而柔软的脂肪族链。盘形分子液晶具有向列相、胆甾相和柱状相形分子液晶具有向列相、胆甾相和柱状相3类结构。盘形分子的向类结构。盘形分子的向列相和胆甾相与上述长形分子相似，只需把长形分子的长棒轴用盘列相和胆甾相与上述长形分子相似，只需把长形分子的长棒轴用盘形分子的法向轴代替即可。柱状相是盘形分子所特有的结构，盘形形分子的法向轴代替即可。柱状相是盘形分子所特有的结构，盘形分子在柱状相中堆积成柱，在同一柱中分子间隔可以是规则有序的，分子在柱状相中堆积成柱，在同一柱中分子间隔可以是规则有序的，当然，柱状相也可以是不规则无序的，不同柱内的分子质心位置无当然，柱状相也可以是不规则无序的，不同柱内的分子质心位置无相关性。各分子柱可以排列成六角形或长方形，如图相关性。各分子柱可以排列成六角形或长方形，如图3.5所示。所示。图图3.5柱状相液晶柱状相液晶第第3章章液晶显示技术液晶显示技术v长形和盘形分子构成的液晶的各向异性与分子本身的不对长形和盘形分子构成的液晶的各向异性与分子本身的不对称形状有关。这些液晶的基本性质，绝大部分可以通过无称形状有关。这些液晶的基本性质，绝大部分可以通过无体积的一维或二维分子模型来描述。体积的一维或二维分子模型来描述。v相变序列改变温度时，长形分子各液晶相之间的转变序列相变序列改变温度时，长形分子各液晶相之间的转变序列可以有两种（冷却时由右至左）：可以有两种（冷却时由右至左）：1）X-H（H）-G-F（F）-I-B-C（C）-A-N（N-B-B）-I。2）X-E-B-A-N-I。H（H）等表示）等表示H或或H，X和和I分别代表晶体和各向同性液分别代表晶体和各向同性液体。当然，特殊的液晶化合物并不一定具有上述所有的相。体。当然，特殊的液晶化合物并不一定具有上述所有的相。上面的序列只是表明这些相如有出现则以这种顺序。如表上面的序列只是表明这些相如有出现则以这种顺序。如表3.1所示的长形分子的液晶相结构及相变序列。所示的长形分子的液晶相结构及相变序列。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术表表3.1长形分子的液晶相结构及其相变序列长形分子的液晶相结构及其相变序列第第3章章液晶显示技术液晶显示技术3.1.2液晶的物理性质液晶的物理性质v液晶受扰动时，分子取向有恢复平行排列的能力，称为液晶受扰动时，分子取向有恢复平行排列的能力，称为曲率弹性，弹性常数一般很小。向列相和胆甾相的分子曲率弹性，弹性常数一般很小。向列相和胆甾相的分子取向改变有取向改变有3种形式：展曲、扭曲、弯曲。近晶相发生种形式：展曲、扭曲、弯曲。近晶相发生形变时，层厚保持不变，只有展曲和层面位移引起的混形变时，层厚保持不变，只有展曲和层面位移引起的混合弹性。合弹性。v液晶既是抗磁体，又是介电材料，介电各向异性依材料液晶既是抗磁体，又是介电材料，介电各向异性依材料而定，并与频率有关。液晶分子受外电场或磁场影响容而定，并与频率有关。液晶分子受外电场或磁场影响容易改变取向。易改变取向。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术譬如，把胆甾相放在与螺距相垂直的外磁场中，磁譬如，把胆甾相放在与螺距相垂直的外磁场中，磁场达到数千高斯即可使螺距成为无穷大，胆甾相变场达到数千高斯即可使螺距成为无穷大，胆甾相变为向列相。液晶发生展曲或弯曲时，会产生极化甚为向列相。液晶发生展曲或弯曲时，会产生极化甚至产生空间电荷，这是由于形变使分子的电偶极矩至产生空间电荷，这是由于形变使分子的电偶极矩不再相互抵消，这种现象称为挠曲电效应。不再相互抵消，这种现象称为挠曲电效应。v液晶是非线性光学材料，具有双折射性质。液晶是非线性光学材料，具有双折射性质。v液晶的缺陷有位错和向（斜）错两种，后者是由于分子取液晶的缺陷有位错和向（斜）错两种，后者是由于分子取向发生不连续变化引起的，向列相只有点向错和线向错；向发生不连续变化引起的，向列相只有点向错和线向错；胆甾相可以有位错和向错。液晶缺陷的研究导致了对有序胆甾相可以有位错和向错。液晶缺陷的研究导致了对有序结构奇异性的拓扑分类。结构奇异性的拓扑分类。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术3.1.3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液晶的特性与结构介于固态晶体与各向同性液体之间，是有序性的流体。从宏观物理性质看，它体之间，是有序性的流体。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、布拉格反射、衍异性，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、磁场作用）射及旋光效应，也能在外场作用（如电、磁场作用）下产生热光、电光或磁光效应。液晶分子在某种排下产生热光、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列状态下，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，产生光变化的现象称为液晶的电气光学效应，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（简称电光效应（Electro-OpticEffect）。）。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：液晶会像晶体那样，）液晶的双折射现象：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，从因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：而呈现出许多有用的光学性质：能使入射光能使入射光的前进方向偏于分子长轴方向；能够改变入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；能使入射偏振光以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。左旋光或右旋光进行反射或透射。这些光学这些光学性质，都是液晶能作为显示材料应用的重要性质，都是液晶能作为显示材料应用的重要原因原因.第第3章章液晶显示技术液晶显示技术 2）电控双折射效应：）电控双折射效应：对液晶施加电场，使液晶的排列对液晶施加电场，使液晶的排列方向发生变化，因为排列方向的改变，按照一定的偏振方方向发生变化，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。向入射的光，将在液晶中发生双折射现象。这一效应说明，这一效应说明，液晶的光轴可以由外电场改变，光轴的倾斜随电场的变化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之变化，当入而变化，因而两双折射光束间的相位差也随之变化，当入射光为复色光时，出射光的颜色也随之变化。因此液晶具射光为复色光时，出射光的颜色也随之变化。因此液晶具有比晶体灵活多变的电旋光性质。有比晶体灵活多变的电旋光性质。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术3）动态散射：当在液晶两极加电压驱动时，由于电光）动态散射：当在液晶两极加电压驱动时，由于电光效应，液晶将产生不稳定性，透明的液晶会出现一排排均匀效应，液晶将产生不稳定性，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，这些平行条纹彼此间隔数10m，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（dynamicscattering）。液晶材料的动态散射是制造显示器件的重要）。液晶材料的动态散射是制造显示器件的重要依据。依据。 4）旋旋光光效效应应：在在液液晶晶盒盒中中充充入入向向列列型型液液晶晶，把把两两玻玻璃璃片片绕绕在在与与它它们们互互相相垂垂直直的的轴轴相相扭扭转转90，向向列列型型液液晶晶的的内内部部就就发发生生了了扭扭曲曲，这这样样就就形形成成了了一一个个具具有有扭扭曲曲排排列列的的向向列列型型液液晶晶的的液液晶晶盒盒。在在这这样样的的液液晶晶盒盒前前、后后放放置置起起偏偏振振片片和和检检偏偏器器，并并使使其其偏偏振振化化方方向向平平行行，在在不不施施加加电电场场时时，让让一一束束白白光光射射入入，液液晶晶盒盒会会使使入入射射光光的的偏偏振振光光轴轴顺顺从液晶分子的扭曲而旋转从液晶分子的扭曲而旋转90。5）宾宾主主效效应应：将将二二向向色色性性染染料料掺掺入入液液晶晶中中，并并均均匀匀混混合合起起来来，处处在在液液晶晶分分子子中中的的染染料料分分子子将将顺顺着着液液晶晶指指向向矢矢量量方方向向排排列列。在在电电压压为为零零时时，染染料料分分子子与与液液晶晶分分子子都都平平行行于于基基片片排排列列，对对可可见见光光有有一一个个吸吸收收峰峰，当当电电压压达达到到某某一一值值时时，吸吸收收峰峰值值大大为为降降低低，使使透透射射光光的的光光谱谱发发生生变变化化。可可见见，加加外外电电场场就就能能改改变变液液晶晶盒盒的的颜颜色色，从从而而实实现现彩彩色色显显示示。由由于于染染料料少少，且且以以液液晶晶方方向向为为准准，所所以以染染料料为为“宾宾”，液液晶晶则则为为“主主”，因因此此得得名名“宾宾主主（guest-host，G-H）”效应。效应。电电控控双双折折射射、旋旋光光效效应应都都可可以以应应用用于于彩彩色色显显示示的的实实现。现。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术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图图3.6典型典型LCD结构截面结构截面将设有透明电极的两块玻璃基板用环氧类黏合剂以46 m间隙进行封合，并把液晶封入其中而成，与液晶相接的玻璃基板表面有使液晶分子取向的膜。如果是彩色显示，在一侧的玻璃基板内面与像素相对应，设有由三基色形成的微彩色滤光片。 第第3章章液晶显示技术液晶显示技术LCD是非发光型的。其特点是视感舒适，而且是很是非发光型的。其特点是视感舒适，而且是很紧凑的平板型。紧凑的平板型。LCD的驱动由于模式的不同而多少的驱动由于模式的不同而多少有点区别，但都有以下特点：有点区别，但都有以下特点：v（1）是具有电学双向性的高电阻、电容性器件，其）是具有电学双向性的高电阻、电容性器件，其驱动电压是交流的。驱动电压是交流的。v（2）在没有频率相依性的区域，对于施加电压的有）在没有频率相依性的区域，对于施加电压的有效值响应（铁电液晶除外）。效值响应（铁电液晶除外）。v（3）是低电压、低功耗工作型，）是低电压、低功耗工作型，CMOS驱动也是可驱动也是可以的。以的。v（4）器件特性以及液晶物理性质常数的温度系数比）器件特性以及液晶物理性质常数的温度系数比较大，响应速度在低温下较慢。较大，响应速度在低温下较慢。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术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v1.液晶的基本显示原理液晶的基本显示原理液晶的物理特性是：当通电时导通，排列液晶的物理特性是：当通电时导通，排列变得有序，使光线容易通过；不通电时排列混变得有序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或乱，阻止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透，从技术上说，液晶面板包含了两让光线穿透，从技术上说，液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材，中间夹着一层液片相当精致的无钠玻璃素材，中间夹着一层液晶。当光束通过这层液晶时，液晶本身会排排晶。当光束通过这层液晶时，液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状，因而阻隔或使光束顺站立或扭转呈不规则状，因而阻隔或使光束顺利通过。利通过。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术v（1）单色液晶显示器的原理）单色液晶显示器的原理 LCD技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。这两个平面上技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。这两个平面上的槽互相垂直（相交成的槽互相垂直（相交成90）。也就是说，若一个平面上的分子南北）。也就是说，若一个平面上的分子南北向排列，则另一平面上的分子东西向排列，而位于两个平面之间的分向排列，则另一平面上的分子东西向排列，而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种子被强迫进入一种90扭转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传扭转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转播，所以光线经过液晶时也被扭转90。但当液晶上加一个电压时，。但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。图图3.7光线穿透示意图光线穿透示意图第第3章章液晶显示技术液晶显示技术LCD正是由这样两个相互垂直的极化滤光器构成，所以正是由这样两个相互垂直的极化滤光器构成，所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是，由于两在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是，由于两个滤光器之间充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个滤光个滤光器之间充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个滤光器后，会被液晶分子扭转器后，会被液晶分子扭转90，最后从第二个滤光器中穿出。，最后从第二个滤光器中穿出。另一方面，若为液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全另一方面，若为液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光器挡住，如平行，使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光器挡住，如图图3.8所示。总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射出。所示。总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射出。图图3.8光线阻断示意图光线阻断示意图第第3章章液晶显示技术液晶显示技术LCD由两块玻璃板构成，厚约由两块玻璃板构成，厚约1mm，其间由，其间由5m的的液晶材料均匀隔开。因为液晶材料本身并不发光，所以在液晶材料均匀隔开。因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板（或称匀光板）和反光膜。背光板是由荧光有一块背光板（或称匀光板）和反光膜。背光板是由荧光物质组成的可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景物质组成的可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进光源。背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部小的光阀。在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。当分。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术（2）彩色）彩色LCD显示器工作原理显示器工作原理v在彩色在彩色LCD面板中，每一个像素都是由面板中，每一个像素都是由3个液个液晶单元格构成，其中每一个单元格前面都分别晶单元格构成，其中每一个单元格前面都分别有红色、绿色或蓝色的过滤器。这样，通过不有红色、绿色或蓝色的过滤器。这样，通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同的同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。颜色。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术LCD与与CRT的优缺点比较的优缺点比较:vLCD克服了克服了CRT体积庞大、耗电和闪烁的缺点，但同体积庞大、耗电和闪烁的缺点，但同时也带来了造价过高、视角不广以及彩色显示不理想时也带来了造价过高、视角不广以及彩色显示不理想等问题。等问题。CRT显示可选择一系列分辨率，而且能按屏显示可选择一系列分辨率，而且能按屏幕要求加以调整，但幕要求加以调整，但LCD屏只含有固定数量的液晶单屏只含有固定数量的液晶单元，只能在全屏幕使用一种分辨率显示。元，只能在全屏幕使用一种分辨率显示。vLCD显示屏包含了在显示屏包含了在CRT技术中未曾用到的一些东西。技术中未曾用到的一些东西。为屏幕提供光源的是盘绕在其背后的荧光管。有时，为屏幕提供光源的是盘绕在其背后的荧光管。有时，会发现屏幕的某一部分出现异常亮的线条，也可能出会发现屏幕的某一部分出现异常亮的线条，也可能出现一些不雅的条纹，一幅特殊的浅色或深色图像会对现一些不雅的条纹，一幅特殊的浅色或深色图像会对相邻的显示区域造成影响。此外，一些相当精密的图相邻的显示区域造成影响。此外，一些相当精密的图案（比如经抖动处理的图像）可能在液晶显示屏上出案（比如经抖动处理的图像）可能在液晶显示屏上出现难看的波纹或者干扰纹。现难看的波纹或者干扰纹。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术v现在，几乎所有的应用于笔记本或桌面现在，几乎所有的应用于笔记本或桌面系统的系统的LCD都使用薄膜晶体管（都使用薄膜晶体管（TFT）激活液晶层中的单元格，激活液晶层中的单元格，TFT-LCD技术技术能够显示更加清晰、明亮的图像。早期能够显示更加清晰、明亮的图像。早期的的LCD由于是非主动发光器件，速度低、由于是非主动发光器件，速度低、效率差、对比度小，虽然能够显示清晰效率差、对比度小，虽然能够显示清晰的文字，但是在快速显示图像时往往会的文字，但是在快速显示图像时往往会产生阴影，影响视频的显示效果。因此，产生阴影，影响视频的显示效果。因此，如今只被应用于需要黑白显示的掌上电如今只被应用于需要黑白显示的掌上电脑、呼机或手机中。脑、呼机或手机中。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术（3）液晶显示器件的显示方式）液晶显示器件的显示方式LCD的显示方式可分为两种：的显示方式可分为两种：vLCD面板本身为显示面的直观式；面板本身为显示面的直观式；v将将LCD面板的图像放大投影到投影屏，以供观看的面板的图像放大投影到投影屏，以供观看的投影式投影式1）直观式显示方式：这是直接观看显示面的方式。）直观式显示方式：这是直接观看显示面的方式。直观式中有透射型、反射型、透射反射兼用型。直观式中有透射型、反射型、透射反射兼用型。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术 2）投影式显示方式：投影式是将投影式显示方式：投影式是将LCD上写上写入的光学图像放大，投影到投影屏上的入的光学图像放大，投影到投影屏上的方式，也称为液晶光阀（方式，也称为液晶光阀（LV）。图像的）。图像的放大率和亮度可以通过加大投影用光源放大率和亮度可以通过加大投影用光源的光强来提高。的光强来提高。v将光信息写入将光信息写入LCD的激励方式中有光写的激励方式中有光写入方式、热（激光）写入方式和电写入入方式、热（激光）写入方式和电写入（矩阵驱动）方式。其中，利用热写入（矩阵驱动）方式。其中，利用热写入方式还要并用电场效应。方式还要并用电场效应。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术a光写入方式：基本的工作部分截面如图光写入方式：基本的工作部分截面如图3.9所示，形成液晶和光导电所示，形成液晶和光导电体双层结构，电压通过透明电极均匀施加。光照部分因光导电层的电体双层结构，电压通过透明电极均匀施加。光照部分因光导电层的电阻下降而将电压施加到液晶层，产生电光效应。阻下降而将电压施加到液晶层，产生电光效应。图图3.9光写入方式液晶光阀的结构光写入方式液晶光阀的结构在实用的布局中做到，将高分辨率在实用的布局中做到，将高分辨率的小型的小型CRT图像用透镜在光导电层图像用透镜在光导电层成像，利用电子束轰击荧光面所产成像，利用电子束轰击荧光面所产生的光点在光导电层做出潜像，对生的光点在光导电层做出潜像，对液晶施加的电压进行空间调制，在液晶施加的电压进行空间调制，在液晶层形成图像。对该液晶层照射液晶层形成图像。对该液晶层照射投影用的强光，将图像放大投影到投影用的强光，将图像放大投影到投影屏上。可以放大投影到投影屏上。可以放大投影到200450英寸的投影屏上，一般是高光束英寸的投影屏上，一般是高光束的，而且光功率很大。的，而且光功率很大。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术b热（激光）写入方式热（激光）写入方式: 这种方式的显示工作是由相变而来的，所利用的这种方式的显示工作是由相变而来的，所利用的就是光学变化。这种方式的例子有向列、胆甾混合液就是光学变化。这种方式的例子有向列、胆甾混合液晶和层列液晶。若将这些液晶加热到相变温度以上，晶和层列液晶。若将这些液晶加热到相变温度以上，然后急剧冷却，那么该部分由透明组织变成排列紊乱然后急剧冷却，那么该部分由透明组织变成排列紊乱的不透明组织。因此，利用红外激光束的偏转，在的不透明组织。因此，利用红外激光束的偏转，在LCD面板上进行扫描，就可在面板上进行扫描，就可在LCD上写入高分辨率的上写入高分辨率的图像。写入的图像可用照射光源和光学系统进行放大图像。写入的图像可用照射光源和光学系统进行放大投影，这种方式一般都有存储功能。投影，这种方式一般都有存储功能。在层列液晶中有两种常温下的层列相用于显示，在层列液晶中有两种常温下的层列相用于显示，即透明以及各向同性相紊乱排列的不透明组织。写入即透明以及各向同性相紊乱排列的不透明组织。写入所用的是数毫瓦到所用的是数毫瓦到500mW的半导体激光器，擦除是的半导体激光器，擦除是通过对液晶层施加高电场（数十千伏通过对液晶层施加高电场（数十千伏/厘米）或在向列厘米）或在向列相温度以上的冷却中施加低电场而进行。相温度以上的冷却中施加低电场而进行。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术c电写入（矩阵驱动）方式：电写入方式中有简电写入（矩阵驱动）方式：电写入方式中有简单矩阵型和有源矩阵型。前者有单矩阵型和有源矩阵型。前者有STN模式、胆甾模式、胆甾类液晶的相变模式等被开发。实际应用的是后者，类液晶的相变模式等被开发。实际应用的是后者，其中有非晶硅薄膜晶体管（其中有非晶硅薄膜晶体管（a-SiTFT）驱动）驱动LCD、多晶硅薄膜晶体管（多晶硅薄膜晶体管（P-SiTFT）驱动）驱动LCD、单晶、单晶硅硅MOS晶体管（晶体管（LCOS）驱动）驱动LCD。液晶主要采。液晶主要采用用TN模式，也有试用高分子分散型液晶的实例。模式，也有试用高分子分散型液晶的实例。在有源矩阵型中最常用的是下述的在有源矩阵型中最常用的是下述的TFT-LCD型投型投影液晶面板。影液晶面板。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术dTFT-LCD型：在直观式型：在直观式LCD中实现大型化很困中实现大型化很困难。实现难。实现40英寸以上的大型画面最适当的方式是在英寸以上的大型画面最适当的方式是在投影屏上投影的显示方式。娱乐方面的电视显示、投影屏上投影的显示方式。娱乐方面的电视显示、办公自动化（办公自动化（OA）或会议室、会场的计算机图像显）或会议室、会场的计算机图像显示都使用显示性能优异的示都使用显示性能优异的TFT-LCD有源矩阵型。有源矩阵型。TFT-LCD的尺寸为的尺寸为0.85英寸（画面对角线长），英寸（画面对角线长），其尺寸取决于光学系统、分辨率、热设计、成本。其尺寸取决于光学系统、分辨率、热设计、成本。投影显示装置与金属卤化物灯等的光源亮度也有关，投影显示装置与金属卤化物灯等的光源亮度也有关，但投影屏尺寸已达但投影屏尺寸已达200英寸左右（对角线长度），英寸左右（对角线长度），重要的是显示的高亮度和低功耗。重要的是显示的高亮度和低功耗。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术利用利用TFT-LCD的彩色投影显示有以下几种方式：一是使用一个彩的彩色投影显示有以下几种方式：一是使用一个彩色色LCD的单板式；二是将一个黑白型的单板式；二是将一个黑白型LCD和三原色双色镜组合起来的和三原色双色镜组合起来的单板式；三是将单板式；三是将3个黑白型个黑白型LCD和双色滤光片或棱镜式三基色分离光学和双色滤光片或棱镜式三基色分离光学系统组合起来的三板式（参见图系统组合起来的三板式（参见图3.10）等。）等。图图3.10TFT-LCD投影装置的结构投影装置的结构投影方式中有从屏前投影方式中有从屏前面投影的前面投影方面投影的前面投影方式和从屏后面投影的式和从屏后面投影的背面投影方式。背面背面投影方式。背面投影方式在屏前的侧投影方式在屏前的侧表面上做了减轻外光表面上做了减轻外光反射的处理，因此即反射的处理，因此即使在比较亮的场所使使在比较亮的场所使用也对对比度影响不用也对对比度影响不大，这是其优点。大，这是其优点。为了在某视角范围为了在某视角范围内提高显示图像的内提高显示图像的亮度，一般对投影亮度，一般对投影屏进行精加工，以屏进行精加工，以获得获得23倍的增益。倍的增益。视角虽变窄，但亮视角虽变窄，但亮度得到了提高，并度得到了提高，并从结构上加以改进，从结构上加以改进，以防止外光反射与以防止外光反射与对比度的下降对比度的下降。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术3.2.3液晶显示器的分类液晶显示器的分类根根据据液液晶晶驱驱动动方方式式分分类类，可可将将目目前前LCD产产品品分分为为扭扭曲曲向向列列（TN）型型、超超扭扭曲曲向向列列（STN）型型及及薄薄膜晶体管（膜晶体管（TFT）型）型3大类大类 。v1）扭曲向列型（）扭曲向列型（TN型）型） 扭曲向列（扭曲向列（TN）型液晶显示器的基本构造为上下两）型液晶显示器的基本构造为上下两片导电玻璃基板，其间注入向列型的液晶，上下基板片导电玻璃基板，其间注入向列型的液晶，上下基板外侧各加上一片偏光板，另外在导电膜上涂布一层、外侧各加上一片偏光板，另外在导电膜上涂布一层、摩擦后具有极细沟纹的配向膜。由于液晶分子拥有液摩擦后具有极细沟纹的配向膜。由于液晶分子拥有液体的流动特性，很容易顺着沟纹方向排列，当液晶填体的流动特性，很容易顺着沟纹方向排列，当液晶填入上下基板沟纹方向，以入上下基板沟纹方向，以90垂直配置的内部，接近垂直配置的内部，接近基板沟纹的束缚力较大，液晶分子会沿着上下基板沟基板沟纹的束缚力较大，液晶分子会沿着上下基板沟纹方向排列，中间部分的液晶分子束缚力较小，会形纹方向排列，中间部分的液晶分子束缚力较小，会形成扭转排列，因为使用的液晶是向列型的液晶，且液成扭转排列，因为使用的液晶是向列型的液晶，且液晶分子扭转晶分子扭转90，故称为，故称为TN型。型。以应用产品数量来看，近10亿台LCD应用产品中，TN型产品占7成左右，STN型占2.5成，TFT型仅占0.5成；若以产值来看，因TFT产品价格高，产值占LCD七成左右。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术若不施加电压，则进入液晶组件的光会若不施加电压，则进入液晶组件的光会随着液晶分子扭转方向前进，因上下两片偏随着液晶分子扭转方向前进，因上下两片偏光板和配向膜同向，故光可通过形成亮的状光板和配向膜同向，故光可通过形成亮的状态；相反地，若施加电压时，液晶分子朝施态；相反地，若施加电压时，液晶分子朝施加电场方式排列，垂直于配向膜配列，则光加电场方式排列，垂直于配向膜配列，则光无法通过第二片偏光板，形成暗的状态，以无法通过第二片偏光板，形成暗的状态，以此种亮暗交替的方式可作为显示用途。此种亮暗交替的方式可作为显示用途。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术v2）超扭曲向列型（超扭曲向列型（STN型）型）TN型液晶显示器在早期电子表上使用较多，型液晶显示器在早期电子表上使用较多，但其最大缺点为光应答速度较慢，容易形成残影，但其最大缺点为光应答速度较慢，容易形成残影，因此后期发展出超扭曲向列（因此后期发展出超扭曲向列（STN）型液晶显示器。）型液晶显示器。STN显示组件，其基本工作原理和显示组件，其基本工作原理和TN型大致型大致相同，不同的是液晶分子的配向处理和扭曲角度。相同，不同的是液晶分子的配向处理和扭曲角度。STN显示组件必须预做配向处理，使液晶分子与基显示组件必须预做配向处理，使液晶分子与基板表面的初期倾斜角增加，此外，板表面的初期倾斜角增加，此外，STN显示组件所显示组件所使用的液晶中加入微量胆石醇液晶使向列型液晶可使用的液晶中加入微量胆石醇液晶使向列型液晶可以旋转角度为以旋转角度为80270，为，为TN的的23倍，故称倍，故称为为STN型，型，TN与与STN的比较见表的比较见表3.2及图及图3.11。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术光 电 显 示 技 术 区区分分项目目TNSTN扭曲角扭曲角90180270倾斜角斜角1247厚厚 度度510 m38 m间隙隙误差差0.5 m0.1 m表表3.2N与与STN型组件的比较型组件的比较图图3.11STN与与TN型液晶分子的扭曲状态型液晶分子的扭曲状态 3）薄膜晶体管型薄膜晶体管型薄膜晶体管（薄膜晶体管（TFT）型液晶显示器采用了两夹）型液晶显示器采用了两夹层间填充液晶分子的设计。只不过是把左边夹层的电层间填充液晶分子的设计。只不过是把左边夹层的电极改为了场效应晶体管，而右边夹层的电极改为了共极改为了场效应晶体管，而右边夹层的电极改为了共通电极。在光源设计上，通电极。在光源设计上，TFT的显示采用的显示采用“背透式背透式”照射方式。光源照射时先通过右偏振片向左透出，借照射方式。光源照射时先通过右偏振片向左透出，借助液晶分子来传导光线。由于左右夹层的电极改成助液晶分子来传导光线。由于左右夹层的电极改成FET电极和共通电极，在电极和共通电极，在FET电极导通时，液晶分子电极导通时，液晶分子的表现如的表现如TN液晶的排列状态一样会发生改变，也通过液晶的排列状态一样会发生改变，也通过遮光和透光来达到显示的目的。但不同的是，由于遮光和透光来达到显示的目的。但不同的是，由于FET晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，先前晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到FET电极电极下一次再加电改变其排列方式为止。相对而言，下一次再加电改变其排列方式为止。相对而言，TN就就没有这个特性，液晶分子一旦没有被施压，立刻就返没有这个特性，液晶分子一旦没有被施压，立刻就返回原始状态，这是回原始状态，这是TFT液晶和液晶和TN液晶显示原理的最大液晶显示原理的最大不同。不同。 第第3章章液晶显示技术液晶显示技术表表3.33种主要类型种主要类型LCD产品的比较产品的比较项目目TNSTNTFT驱动方式方式单纯矩矩阵驱动的扭曲向列型的扭曲向列型单纯矩矩阵驱动的超扭曲向列型的超扭曲向列型主主动矩矩阵驱动视角大小角大小（可（可观赏角度）角度）小小（视角角+30/观赏角度角度60）中等中等（视角角+40）大大（视角角+70）画面画面对比比最小最小（画面（画面对比在比在20:1）中等中等最大最大（画面（画面对比在比在1501）反反应速度速度最慢最慢（无法（无法显示示动画）画）中等（中等（150 ms）最快（最快（40 ms）显示品示品质最差最差（无法（无法显示示较多像素，分辨多像素，分辨率率较差）差）中等中等最佳最佳颜色色单色或黑色色或黑色单色及彩色色及彩色彩色彩色价格价格最便宜最便宜中等中等最最贵（约STN3倍）倍）适合适合产品品电子表、子表、电子子计算机、各种汽算机、各种汽车、电器器产品的数字品的数字显示器示器移移动电话、PDA、电子辞典、子辞典、掌上型掌上型电脑、低档、低档显示器示器笔笔记本本/掌上型掌上型电脑、PC显示器、示器、背投背投电视、汽、汽车导航系航系统第第3章章液晶显示技术液晶显示技术3.2.4液晶显示器件的驱动液晶显示器件的驱动LCD驱动方式有静态、动态（多路驱动方式有静态、动态（多路或简单矩阵）、有源矩阵方式以及光束或简单矩阵）、有源矩阵方式以及光束扫描扫描4种方式。其中，驱动方式也可分种方式。其中，驱动方式也可分为刷新方式和存储方式。前者是用小于为刷新方式和存储方式。前者是用小于人眼暂留像时间的帧周期一个接一个地人眼暂留像时间的帧周期一个接一个地转换图像信息，以进行显示；而后者则转换图像信息，以进行显示；而后者则利用利用LCD所具有的存储作用，以一次性所具有的存储作用，以一次性的帧扫描，即可进行静态图像显示。的帧扫描，即可进行静态图像显示。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术1）静态驱动）静态驱动图图3.12LCD的驱动的驱动电路是被称为异或门（Exclusive OR）的CMOS集成电路。将脉冲占空比为0.5的方波电压施加于LCD组件C电极和门电路一侧输入端，门电路的输出施加于S电极。门电路的输出随着门电路的输出随着施加于门电路另一施加于门电路另一侧输入端的控制信侧输入端的控制信号而变化。施加于号而变化。施加于液晶的电压在导通液晶的电压在导通期间为期间为（VDDVSS）的交流电压，）的交流电压，而断开期间则为而断开期间则为0V。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术vLCD是双向性的。由于一般响应于电压是双向性的。由于一般响应于电压的有效值，在导通期间的有效值，在导通期间LCD的脉冲占空的脉冲占空比为比为1。即在导通期间液晶处于正常激。即在导通期间液晶处于正常激励状态，这就是静态驱动。励状态，这就是静态驱动。v相对于这种静态驱动，还有在导通期间相对于这种静态驱动，还有在导通期间以间歇式（时分多路等）施加电压的简以间歇式（时分多路等）施加电压的简单矩阵驱动或有源矩阵驱动。在有源矩单矩阵驱动或有源矩阵驱动。在有源矩阵驱动中，虽然外部施加电压为间歇式阵驱动中，虽然外部施加电压为间歇式的，但液晶则被正常激励。的，但液晶则被正常激励。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术2）简单矩阵驱动）简单矩阵驱动在静态驱动中，任意文字和图形、图像的显示都在静态驱动中，任意文字和图形、图像的显示都要增加必要数目的驱动电路，在成本上不太现实。简单要增加必要数目的驱动电路，在成本上不太现实。简单矩阵驱动方式如图矩阵驱动方式如图3.13所示，是由所示，是由m+n个至少一侧为透个至少一侧为透明的条状行电极和列电极组成，将明的条状行电极和列电极组成，将mn个交点构成的个交点构成的像素以像素以m+n个电路实施驱动。因为在一个电极上有多个电路实施驱动。因为在一个电极上有多个像素相连接，所以施加电压就成为时间分割脉冲，即个像素相连接，所以施加电压就成为时间分割脉冲，即各像素承受一定周期的间歇式电压激励。一般以各像素承受一定周期的间歇式电压激励。一般以30Hz以上的帧频对行电极进行逐行扫描（一次一行），对列以上的帧频对行电极进行逐行扫描（一次一行），对列电极同步施加亮和不亮的信号。将这种驱动方式叫做多电极同步施加亮和不亮的信号。将这种驱动方式叫做多路（时间分割）驱动，也叫做无源矩阵驱动路（时间分割）驱动，也叫做无源矩阵驱动 。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术光电 显 示 技 术图图3.13简单矩阵驱动简单矩阵驱动驱动波形中，设扫描电极数为驱动波形中，设扫描电极数为n，那么使，那么使对比度最大的条件就是设定峰值，使对比度最大的条件就是设定峰值，使a等等于根号于根号n。以上是将电极一个一个扫描的方式。除此之外，还有被以上是将电极一个一个扫描的方式。除此之外，还有被称为称为“有源寻址（有源寻址（activeaddressing）”和和“多行寻址多行寻址（Multi-LineAddressing）”的方式。这是对多个或全的方式。这是对多个或全部行电极同时施加互有垂直函数关系的波形电压，而对部行电极同时施加互有垂直函数关系的波形电压，而对列电极施加把垂直函数和显示信息信号运算的电压，以列电极施加把垂直函数和显示信息信号运算的电压，以实施驱动的方式。这种方式对提高高速响应的实施驱动的方式。这种方式对提高高速响应的STN模式模式液晶的对比度非常有效。液晶的对比度非常有效。3)有源矩阵驱动有源矩阵驱动有源矩阵驱动也叫做开关矩阵驱动。这是一种有源矩阵驱动也叫做开关矩阵驱动。这是一种在显示面板的各像素设置开关组件和信号存储电容，在显示面板的各像素设置开关组件和信号存储电容，以实现驱动的方式，其目的是提高显示性能。这种以实现驱动的方式，其目的是提高显示性能。这种方式能够获得优异的显示性能，因而，作为直观式方式能够获得优异的显示性能，因而，作为直观式或投影式，广泛用于个人计算机等或投影式，广泛用于个人计算机等OA设备及电视等设备及电视等视频机。视频机。有源矩阵型有源矩阵型LCD的结构，以的结构，以TFT阵列方式为例。阵列方式为例。a-SiTFT阵列是精密加工技术成形的，即利用甲硅阵列是精密加工技术成形的，即利用甲硅烷的辉光放电分解法在玻璃基板上形成烷的辉光放电分解法在玻璃基板上形成a-Si半导体半导体有源层；利用绝缘膜以及金属层进行和半导体集成有源层；利用绝缘膜以及金属层进行和半导体集成电路一样的光刻。电路一样的光刻。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术图图3.14TFTLCD的等效电路与工作的等效电路与工作图图3.14表示了以表示了以TFT为开关组件时为开关组件时的工作原理。利用的工作原理。利用一次一行方式依次一次一行方式依次扫描栅极，将一个扫描栅极，将一个栅极线上所有栅极线上所有TFT一下子处于导通状一下子处于导通状态，从取样保持电态，从取样保持电路，通过漏极总线路，通过漏极总线将信号提供给各信将信号提供给各信号存储电容。各像号存储电容。各像素的液晶被存储的素的液晶被存储的信号激励至下一个信号激励至下一个帧扫描时为止。帧扫描时为止。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术vTFT-LCD有以下特点：有以下特点：（1）从原理上没有像简单矩阵那样的扫描电极）从原理上没有像简单矩阵那样的扫描电极数的限制，可以实现多像素化。数的限制，可以实现多像素化。（2）可以控制交调失真，对比度高。）可以控制交调失真，对比度高。（3）由于液晶激励时间可以很长，亮度高，响）由于液晶激励时间可以很长，亮度高，响应时间也很快。应时间也很快。（4）由于在透明玻璃基板上利用溅射、化学气）由于在透明玻璃基板上利用溅射、化学气相沉积（相沉积（chemicalvapordeposition，CVD）等方法成膜，可以实现大型化和彩色化。等方法成膜，可以实现大型化和彩色化。（5）可以同时在显示区域外部形成驱动电路，）可以同时在显示区域外部形成驱动电路，由于接口数骤减，有利于实现高可靠性和低成本。由于接口数骤减，有利于实现高可靠性和低成本。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术4)光束扫描驱动光束扫描驱动在投影式显示方式中提到的光写入方式、热在投影式显示方式中提到的光写入方式、热（激光）写入方式就是光束扫描驱动方式。这种工（激光）写入方式就是光束扫描驱动方式。这种工作方式的特点是，在面板上并没有被分割的像素电作方式的特点是，在面板上并没有被分割的像素电极，光束点相当于一个像素，通过光束的扫描以形极，光束点相当于一个像素，通过光束的扫描以形成像素。成像素。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术3.3液晶显示器的技术参数、特点及发展液晶显示器的技术参数、特点及发展3.3.1液晶显示器的技术参数液晶显示器的技术参数技术参数是衡量显示器性能高低的重要标准，由于各种显示技术参数是衡量显示器性能高低的重要标准，由于各种显示方式的原理不同，液晶显示器的技术参数也大不一样。方式的原理不同，液晶显示器的技术参数也大不一样。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术1.可视面积可视面积液晶显示器所标示的可视面积尺寸就是实际可以使用的屏幕对角线液晶显示器所标示的可视面积尺寸就是实际可以使用的屏幕对角线尺寸。一个尺寸。一个15.1英寸的液晶显示器约等于英寸的液晶显示器约等于17英寸英寸CRT屏幕的可视范围。屏幕的可视范围。2.点距点距液晶显示器的点距是指在水平方向或垂直方向上的有效观察尺寸与液晶显示器的点距是指在水平方向或垂直方向上的有效观察尺寸与相应方向上的像素之比，点距越小显示效果就越好。现在市售产品的点相应方向上的像素之比，点距越小显示效果就越好。现在市售产品的点距一般有点距一般有点28（0.28mm）、点）、点26（0.26mm）、点）、点25（0.25mm）3种。种。例如，一般例如，一般14英寸英寸LCD的可视面积为的可视面积为285.7mm214.3mm，它的最大，它的最大分辨率为分辨率为1024768，那么点距就等于可视宽度，那么点距就等于可视宽度/水平像素（或者可视高水平像素（或者可视高度度/垂直像素），即垂直像素），即285.7mm/1024=0.279mm（或者是（或者是214.3mm/768=0.279mm）。）。3.可视角度可视角度液晶显示器的可视角度左右对称，而上下则不一定对液晶显示器的可视角度左右对称，而上下则不一定对称。由于每个人的视力不同，因此以对比度为准，在最大可称。由于每个人的视力不同，因此以对比度为准，在最大可视角时所测得的对比度越大越好。当背光源的入射光通过偏视角时所测得的对比度越大越好。当背光源的入射光通过偏光板、液晶及取向膜后，输出光便具备了特定的方向特性，光板、液晶及取向膜后，输出光便具备了特定的方向特性，也就是说，大多数从屏幕射出的光具备了垂直方向。也就是说，大多数从屏幕射出的光具备了垂直方向。4.亮度亮度 液晶显示器的最大亮度，通常由冷阴极射线管（背光液晶显示器的最大亮度，通常由冷阴极射线管（背光源）来决定，亮度值一般都在源）来决定，亮度值一般都在200250cd/m2之间。液晶之间。液晶显示器的亮度若略低，会觉得发暗，而稍亮一些，就会好很显示器的亮度若略低，会觉得发暗，而稍亮一些，就会好很多。虽然技术上可以达到更高亮度，但是这并不代表亮度值多。虽然技术上可以达到更高亮度，但是这并不代表亮度值越高越好，因为太高亮度的显示器有可能使观看者眼睛受伤。越高越好，因为太高亮度的显示器有可能使观看者眼睛受伤。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术5.响应时间响应时间响应时间是指液晶显示器各像素点对输入信号反应的速度，即像素响应时间是指液晶显示器各像素点对输入信号反应的速度，即像素由暗转亮或亮转暗的速度，此值越小越好。如果响应时间太长，就有可由暗转亮或亮转暗的速度，此值越小越好。如果响应时间太长，就有可能使液晶显示器在显示动态图像时有尾影拖曳的感觉。这是液晶显示器能使液晶显示器在显示动态图像时有尾影拖曳的感觉。这是液晶显示器的弱项之一，但随着技术的发展而有所改善。一般将反应速率分为两个的弱项之一，但随着技术的发展而有所改善。一般将反应速率分为两个部分，即上升沿时间和下降沿时间，表示时以两者之和为准，一般以部分，即上升沿时间和下降沿时间，表示时以两者之和为准，一般以20ms左右为佳。左右为佳。6.色彩度色彩度 色彩度是色彩度是LCD的重要指标。的重要指标。LCD面板上是由面板上是由1024768个像素点组成个像素点组成显像的，每个独立的像素色彩是由红、绿、蓝（显像的，每个独立的像素色彩是由红、绿、蓝（R、G、B）3种基本色种基本色来控制。大部分厂商生产出来的液晶显示器，每个基本色（来控制。大部分厂商生产出来的液晶显示器，每个基本色（R、G、B）达到达到6位，即位，即64种表现度，那么每个独立的像素就有种表现度，那么每个独立的像素就有646464=262144种色彩。种色彩。也有不少厂商使用了所谓的帧率控制（也有不少厂商使用了所谓的帧率控制（FrameRateControl，FRC）技术以仿真的方式来表现出全彩的画面，也就是每个基本色（）技术以仿真的方式来表现出全彩的画面，也就是每个基本色（R、G、B）能达到）能达到8位，即位，即256种表现度，那么每个独立的像素就有高达种表现度，那么每个独立的像素就有高达256256256=16777216种色彩。种色彩。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术7.对比度对比度对比度是最大亮度值（全白）与最小亮度值（全黑）的比值。对比度是最大亮度值（全白）与最小亮度值（全黑）的比值。CRT显示器的对比度通常高达显示器的对比度通常高达5001，以致在，以致在CRT显示器上呈显示器上呈现真正全黑的画面是很容易的。但对现真正全黑的画面是很容易的。但对LCD来说就不是很容易了，来说就不是很容易了，由冷阴极射线管所构成的背光源是很难去做快速的开关动作，由冷阴极射线管所构成的背光源是很难去做快速的开关动作，因此背光源始终处于点亮的状态。为了要得到全黑画面，液晶因此背光源始终处于点亮的状态。为了要得到全黑画面，液晶模块必须完全把来自背光源的光完全阻挡，但在物理特性上，模块必须完全把来自背光源的光完全阻挡，但在物理特性上，这些组件无法完全达到这样的要求，总是会有一些漏光发生。这些组件无法完全达到这样的要求，总是会有一些漏光发生。一般来说，人眼可以接受的对比值约为一般来说，人眼可以接受的对比值约为2501。8.分辨率分辨率 TFT液晶显示器分辨率通常用一个乘积来表示，例如液晶显示器分辨率通常用一个乘积来表示，例如800600、1024768、12801024等，它们分别表示水平方向等，它们分别表示水平方向的像素点数与垂直方向的像素点数，而像素是组成图像的基本的像素点数与垂直方向的像素点数，而像素是组成图像的基本单位，也就是说，像素越高，图像就越细腻、越精美。单位，也就是说，像素越高，图像就越细腻、越精美。9.外观外观液晶显示器具有纤巧的机身，显示板的厚度通常在液晶显示器具有纤巧的机身，显示板的厚度通常在6.58cm之间。充满时代感的造型，之间。充满时代感的造型，配以黑色或者标准的纯白色，让配以黑色或者标准的纯白色，让人看起来相当舒适。现在一些液晶显示器还可以挂在墙上人看起来相当舒适。现在一些液晶显示器还可以挂在墙上,充分充分显示了其轻便性。显示了其轻便性。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术3.3.2液晶显示器的特点液晶显示器的特点v1.低压微功耗低压微功耗v2.平板型结构平板型结构v3.被动显示型被动显示型v4.显示信息量大显示信息量大v5.易于彩色化易于彩色化v6.无电磁辐射无电磁辐射v7.长寿命长寿命第第3章章液晶显示技术液晶显示技术3.3.3液晶显示技术的发展史液晶显示技术的发展史1.动态散射模式动态散射模式1968年年6月，月，RCA公司向世界首次公公司向世界首次公布了布了LCD的诞生，后，的诞生，后，Heilmeier等人对等人对工作区在工作区在83100的，一种称为的，一种称为APAPA的液晶进行研究，并公布了有关的液晶进行研究，并公布了有关液晶最初的电气光学效应中动态散射模液晶最初的电气光学效应中动态散射模式（式（DynamicScatteringMode，DSM）的内容。在提出动态散射模式的）的内容。在提出动态散射模式的同时，也给出了文字显示的实例。初期同时，也给出了文字显示的实例。初期的液晶钟表、计算器等在这一时期开始的液晶钟表、计算器等在这一时期开始流行。流行。 第第3章章液晶显示技术液晶显示技术2.宾主模式宾主模式液晶显示也经历了从黑白显示向彩色显示的过渡时期。液晶显示也经历了从黑白显示向彩色显示的过渡时期。1974年有人发表了关于相变型年有人发表了关于相变型G-H模式的研究报告，这是一种不需要模式的研究报告，这是一种不需要偏振片的显示方式。从偏振片的显示方式。从1975年左右开始，曾进行过以数字的显示年左右开始，曾进行过以数字的显示或车载使用为目的开发。但因是单色显示而使其应用受限，所以或车载使用为目的开发。但因是单色显示而使其应用受限，所以当彩色滤光片方式出现时，这种研究就被放弃了。当彩色滤光片方式出现时，这种研究就被放弃了。3.扭曲向列模式扭曲向列模式瑞士的瑞士的Schadt等人于等人于1971年首次公开了现在最为普遍的工年首次公开了现在最为普遍的工作模式作模式扭曲向列模式。几乎与此同时开发的扭曲向列模式。几乎与此同时开发的TN模式液晶显示模式液晶显示器件，则是采用低电压、低功耗的器件，则是采用低电压、低功耗的CMOS集成电路作驱动器，首集成电路作驱动器，首先应用在钟表、计算器和其它分段型数字显示器上。先应用在钟表、计算器和其它分段型数字显示器上。液晶的历史也是显示容量随着信息社会的发展而增加的历史。液晶的历史也是显示容量随着信息社会的发展而增加的历史。LCD从分段型发展到简单矩阵型，后又发展到小规模文字显示或从分段型发展到简单矩阵型，后又发展到小规模文字显示或图形显示。图形显示。20世纪世纪80年代，随着半导体存储器的开发，在文字处年代，随着半导体存储器的开发，在文字处理机中开始采用显示理机中开始采用显示14行的行的LCD。此后不断努力以求继续增加。此后不断努力以求继续增加行数和显示容量。然而，文字处理机和个人计算机至少需要行数和显示容量。然而，文字处理机和个人计算机至少需要20行行显示，显示，TN模式不能用于大容量显示。模式不能用于大容量显示。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术4.超扭曲向列模式超扭曲向列模式1984年瑞士的年瑞士的Scheffer发表了有关扭曲角为发表了有关扭曲角为270的超双折的超双折射效应（射效应（SupertwistedBirefringentEffect，SBE）的研究成）的研究成果。超扭曲向列模式，从广义上说也包含果。超扭曲向列模式，从广义上说也包含SBE模式，模式，1985年日年日本将其实现了产品化，采用了多扫描线选址（本将其实现了产品化，采用了多扫描线选址（MultiLineAddressing，MLA）驱动方式。）驱动方式。5.双折射控制模式双折射控制模式双折射控制（双折射控制（ElectricallyControlledBirefringence，ECB）模式是指通过电场改变液晶的分子排列，以改变透射率的）模式是指通过电场改变液晶的分子排列，以改变透射率的方式。除了有垂直取向（方式。除了有垂直取向（DeformationofVerticalAlignedPhases，DAP）的）的LCD，还有其它取向方式。其特点是可以将，还有其它取向方式。其特点是可以将显示容量变大，但因其视角小，一般用于投影式。此后，有人提显示容量变大，但因其视角小，一般用于投影式。此后，有人提出了利用光学方法解决视角小问题的方案，推出了简单矩阵型彩出了利用光学方法解决视角小问题的方案，推出了简单矩阵型彩色色LCD。还有一种叫做还有一种叫做“”盒的方式，从广义上说它属于双折射控盒的方式，从广义上说它属于双折射控制模式。因其响应性好，应用于黑白阴极射线管的彩色显示和立制模式。因其响应性好，应用于黑白阴极射线管的彩色显示和立体显示。通过对其赋予灰度特性，并通过光学补偿以改进其视角体显示。通过对其赋予灰度特性，并通过光学补偿以改进其视角特性，将其发展成为光学自补偿弯曲（特性，将其发展成为光学自补偿弯曲（OpticallyCompensatedBend，OCB）模式，并探索应用于）模式，并探索应用于TFT-LCD中。中。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术6.高分子分散液晶高分子分散液晶高分子分散液晶高分子分散液晶,是利用液晶与高分子聚合物的是利用液晶与高分子聚合物的光散射现象的液晶。它是应需要提高亮度的反射型光散射现象的液晶。它是应需要提高亮度的反射型要求而开发的，不需要偏振片。要求而开发的，不需要偏振片。7.存储功能突出的相变模式存储功能突出的相变模式具有存储功能的相变（具有存储功能的相变（PC）模式液晶比较适用）模式液晶比较适用于功耗低、电池驱动的便携式终端。美国肯特州州于功耗低、电池驱动的便携式终端。美国肯特州州立大学开发的有存储功能、比较亮、简单矩阵驱动立大学开发的有存储功能、比较亮、简单矩阵驱动的反射型高分子稳定胆甾的反射型高分子稳定胆甾LCD，引起了人们的关注。，引起了人们的关注。8.高速响应性突出的铁电液晶高速响应性突出的铁电液晶1980年年Clark等人发表论文指出，表面稳定铁电等人发表论文指出，表面稳定铁电液晶在电场与自发极化的作用下产生液晶响应，其液晶在电场与自发极化的作用下产生液晶响应，其响应速度在几十微秒以内。这引起了人们的关注。响应速度在几十微秒以内。这引起了人们的关注。反铁电相液晶具有自己修复取向破损的功能，人们反铁电相液晶具有自己修复取向破损的功能，人们也一直关注其在也一直关注其在TFT-LCD上的应用。上的应用。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术9.液晶技术的新进展液晶技术的新进展（1）采用）采用TFT型型Active素子进行驱动素子进行驱动为了创造更优质画面构造，新技术采用在每一个液晶为了创造更优质画面构造，新技术采用在每一个液晶像素上加装上像素上加装上Active素子来进行点对点控制。素子来进行点对点控制。（2）利用色滤光镜制作工艺创造色彩斑斓的画面）利用色滤光镜制作工艺创造色彩斑斓的画面在色滤光镜本体还没被制作成型以前，就先把构成其在色滤光镜本体还没被制作成型以前，就先把构成其主体的材料加以染色，之后再加以灌膜制造。这种类型主体的材料加以染色，之后再加以灌膜制造。这种类型的的LCD，无论在分辨率、色彩特性还是使用的寿命来说，无论在分辨率、色彩特性还是使用的寿命来说，都有着非常优异的表现。从而使都有着非常优异的表现。从而使LCD能在高分辨率环境能在高分辨率环境下创造色彩斑斓的画面。下创造色彩斑斓的画面。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术（3）低反射液晶显示技术）低反射液晶显示技术在液晶显示屏的最外层施以反射防止涂装技术，液晶显示屏所在液晶显示屏的最外层施以反射防止涂装技术，液晶显示屏所发出的光泽感、液晶显示屏幕本身的透光率、液晶显示屏的分辨发出的光泽感、液晶显示屏幕本身的透光率、液晶显示屏的分辨率、防止反射等这四个方面都达到了更好的改善。率、防止反射等这四个方面都达到了更好的改善。（4）先进的）先进的“连续料界结晶硅连续料界结晶硅”液晶显示技术液晶显示技术采用采用“连续料界结晶硅连续料界结晶硅”技术制造的低温多晶硅薄膜晶体管液技术制造的低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示方式，具有比旧式晶显示方式，具有比旧式LCD屏快屏快600倍的像素反应速度，减少画倍的像素反应速度，减少画面出现的延迟现象。面出现的延迟现象。（5）超宽视角技术）超宽视角技术主要有平面控制模式宽视角技术和主要有平面控制模式宽视角技术和ASV广视角技术。广视角技术。IPS技术是技术是在液晶分子长轴取向上做文章，让观察者任何时候都只能看到液在液晶分子长轴取向上做文章，让观察者任何时候都只能看到液晶分子的短轴，因此在各个角度上观看的画面都不会有太大差别，晶分子的短轴，因此在各个角度上观看的画面都不会有太大差别，这样就比较完美地改善了液晶显示器的视角。夏普公司的这样就比较完美地改善了液晶显示器的视角。夏普公司的ASV技技术主要通过缩小液晶面板上颗粒之间的间距、增大液晶颗粒上光术主要通过缩小液晶面板上颗粒之间的间距、增大液晶颗粒上光圈，并整体调整液晶颗粒的排布来降低液晶电视的反射，增加亮圈，并整体调整液晶颗粒的排布来降低液晶电视的反射，增加亮度、可视角和对比度。应用最新超宽视角技术的度、可视角和对比度。应用最新超宽视角技术的LCD显示屏亮度显示屏亮度可达可达700cd/m2，对比度，对比度1200l，平均灰阶响应速度，平均灰阶响应速度6ms，视角，视角176。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术（6）超黑晶技术）超黑晶技术超黑晶技术通过在屏幕表面加入数层带有特殊化学涂层的光超黑晶技术通过在屏幕表面加入数层带有特殊化学涂层的光学薄膜物质来进行处理对外光线。一方面折射成不同的比例，使学薄膜物质来进行处理对外光线。一方面折射成不同的比例，使反射的光线得以改变方向并互相抵消；另一方面能最大限度地吸反射的光线得以改变方向并互相抵消；另一方面能最大限度地吸收外来光线，改变光线传播的波长和反射。经过这样的处理后，收外来光线，改变光线传播的波长和反射。经过这样的处理后，就能最大限度地减少外来光线在屏幕造成的反射，把在屏幕上产就能最大限度地减少外来光线在屏幕造成的反射，把在屏幕上产生的反光度和反光面积降低至最低程度，令液晶显示器能在恶劣生的反光度和反光面积降低至最低程度，令液晶显示器能在恶劣的光线环境下使用，即使在户外依然能显示出亮丽细致的画质效的光线环境下使用，即使在户外依然能显示出亮丽细致的画质效果。果。（7）超高开口率技术）超高开口率技术超高开口率是用特殊树脂作为总布线和出入口布线的层与层超高开口率是用特殊树脂作为总布线和出入口布线的层与层之间绝缘膜，并将像素领域进行扩大。之间绝缘膜，并将像素领域进行扩大。（8）反光低反射技术）反光低反射技术防眩光低反射技术技术原理与超黑晶技术原理相似，通过液防眩光低反射技术技术原理与超黑晶技术原理相似，通过液晶表面加上特殊的化学涂层，使外界光线在屏幕上的反射发生变晶表面加上特殊的化学涂层，使外界光线在屏幕上的反射发生变化，从而使背光源的光线能更好地透过液晶层，使亮度更高、反化，从而使背光源的光线能更好地透过液晶层，使亮度更高、反射更低。射更低。第第3章章液晶显示技术液晶显示技术习题三习题三1.简述液晶的种类与特点。用什么方法判断液晶的纯度？简述液晶的种类与特点。用什么方法判断液晶的纯度？2.液晶材料的物理性质与显示技术之间存在何种关系？液晶材料的物理性质与显示技术之间存在何种关系？3.什么是液晶的热光效应？简述液晶热像显示原理。什么是液晶的热光效应？简述液晶热像显示原理。4.液晶显示器有哪些驱动方法？液晶显示器有哪些驱动方法？5.液晶显示器有哪些特点？液晶显示器有哪些特点？第第3章章液晶显示技术液晶显示技术第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术v4.1发光二极管基本知识发光二极管基本知识v4.2发光二极管显示器件发光二极管显示器件v4.3有机发光二极管（有机发光二极管（OLED）显示技术）显示技术 v习题四习题四现 代 显 示 技 术v4.1发光二极管基本知识发光二极管基本知识4.1.1半导体光源的物理基础半导体光源的物理基础LED（LightEmittingDiode）发发光光二二极极管管，是是一一种种固固态态的的半半导导体体器器件件，它它可可以以直直接接把把电电转转化化为为光光。LED的的心心脏脏是是一一个个半半导导体体的的晶晶片片，晶晶片片的的一一端端附附在在一一个个支支架架上上，一一端端是是负负极极，另另一一端端连连接接电电源源的的正正极极，使使整整个个晶晶片片被被环环氧氧树树脂脂封封装装起起来来。半半导导体体晶晶片片由由两两部部分分组组成成，一一部部分分是是P型型半半导导体体，在在它它里里面面空空穴穴占占主主导导地地位位，另另一一端端是是N型型半半导导体体，电电子子占占主主导导地地位位。但但这这两两种种半半导导体体连连接接起起来来的的时时候候，它它们们之之间间就就形形成成一一个个P-N结结。当当电电流流通通过过导导线线作作用用于于这这个个晶晶片片的的时时候候，电电子子就就会会被被推推向向P区区，在在P区区里里电电子子跟跟空空穴穴复复合合，然然后后就就会会以以光光子子的的形形式式发发出出能能量量，这这就就是是LED发发光光的的原原理理。而而光光的的波波长长也也就就是是光光的的颜色，是由形成颜色，是由形成P-N结的材料决定的。结的材料决定的。 第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术图图4.1半导体光源的物理基础半导体光源的物理基础光 电 显 示 技 术图图4.2半导体半导体LED的构造图的构造图v晶片的发光颜色取决于波长，常见可见光的分类大晶片的发光颜色取决于波长，常见可见光的分类大致为：暗红色（致为：暗红色（700nm）、深红色（）、深红色（640-660nm）、）、桔红色（桔红色（615-635nm）、琥珀色（）、琥珀色（600-610nm）、）、黄色（黄色（580-595nm）、黄绿色（）、黄绿色（565-575nm）、）、纯绿色（纯绿色（500-540nm）、蓝色（）、蓝色（435-490nm）、紫）、紫色色(380-430nm)。白光和粉红光是一种光的混合效。白光和粉红光是一种光的混合效果。最常见的是由蓝光果。最常见的是由蓝光+黄色荧光粉和蓝光黄色荧光粉和蓝光+红色荧红色荧光粉混合而成。光粉混合而成。v晶片的作用：晶片是晶片的作用：晶片是Lamp的主要组成物料，是发的主要组成物料，是发光的半导体材料。光的半导体材料。v晶片的组成：晶片是采用磷化镓（晶片的组成：晶片是采用磷化镓（GaP）、镓铝砷）、镓铝砷（GaAlAs）或砷化镓（）或砷化镓（GaAs）、氮化镓）、氮化镓GaN）等）等材料组成，其内部结构具有单向导电性。材料组成，其内部结构具有单向导电性。第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术v品质优良的品质优良的LED要求向外辐射的光能量大，向要求向外辐射的光能量大，向外发出的光尽可能多，即外部效率要高。事实上，外发出的光尽可能多，即外部效率要高。事实上，LED向外发光仅是内部发光的一部分，总的发光效向外发光仅是内部发光的一部分，总的发光效率应为，式中向为率应为，式中向为p、n结区少子注入效率，为在势结区少子注入效率，为在势垒区少子与多子复合效率，为外部出光（光取出效垒区少子与多子复合效率，为外部出光（光取出效率）效率。率）效率。v由于由于LED材料折射率很高。当芯片发出光在晶材料折射率很高。当芯片发出光在晶体材料与空气界面时（无环氧封装）若垂直入射，体材料与空气界面时（无环氧封装）若垂直入射，被空气反射，反射率为被空气反射，反射率为，反射出的占反射出的占32%，鉴于晶体本身对光有相当一部分，鉴于晶体本身对光有相当一部分的吸收，于是大大降低了外部出光效率。的吸收，于是大大降低了外部出光效率。 第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术v为了进一步提高外部出光效率可采取以下措为了进一步提高外部出光效率可采取以下措施：施：用折射率较高的透明材料（环氧树脂用折射率较高的透明材料（环氧树脂n=1.55并不理想）覆盖在芯片表面；并不理想）覆盖在芯片表面；把芯片晶体表面加工成半球形。把芯片晶体表面加工成半球形。第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术4.1.2发光二极管的结构发光二极管的结构 发发光光二二极极管管是是指指当当在在其其整整流流方方向向施施加加电电压压（称称为为顺顺方方向向）时时，有有电电流流注注入入，电电子子与与空空穴穴符符合合，其其一一部部分分能能量量变变换换为为光光并并发发射射的的二二极极管管。这这种种LED由由半半导导体体制制成成，属属于于固固体体元元件件，工工作作状状态态稳稳定定、可可靠性高，其连续通电时间（寿命）可达靠性高，其连续通电时间（寿命）可达105h以上。以上。LED的发光来源于电子与空穴发生复合时放出的发光来源于电子与空穴发生复合时放出的能量。作为的能量。作为LED用材料，一是要求电子与空穴的用材料，一是要求电子与空穴的输运效率要高；二是要求电子与空穴复合时放出的输运效率要高；二是要求电子与空穴复合时放出的能量应与所需要的发光波长相对应，一般多采用化能量应与所需要的发光波长相对应，一般多采用化合物半导体单晶材料。合物半导体单晶材料。 第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术4.1.3发光二极管的驱动发光二极管的驱动 驱动电路是驱动电路是LED(发光二极管发光二极管)产品的重要组成产品的重要组成部分，其技术成熟度正随着部分，其技术成熟度正随着LED市场的扩张而逐步市场的扩张而逐步增强。无论在照明、背光源还是显示板领域，驱动增强。无论在照明、背光源还是显示板领域，驱动电路技术架构的选择都应与具体的应用相匹配。电路技术架构的选择都应与具体的应用相匹配。作为作为LCD（液晶显示器）的背光源，（液晶显示器）的背光源，LED在便在便携产品中的地位不可动摇，即便是在大尺寸携产品中的地位不可动摇，即便是在大尺寸LCD的的背光源当中，背光源当中，LED也开始挑战也开始挑战CCFL(冷阴极荧光灯冷阴极荧光灯)的主流地位；而在照明领域，的主流地位；而在照明领域，LED作为半导体照明作为半导体照明最关键的部件，更是因为它节能、环保、长寿命、最关键的部件，更是因为它节能、环保、长寿命、免维护等优点而受到市场的追捧。免维护等优点而受到市场的追捧。第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术直流驱动是最简单的驱动方式。当前很多厂家直流驱动是最简单的驱动方式。当前很多厂家生产的生产的LED灯类产品都采用这种驱动方式，即采用灯类产品都采用这种驱动方式，即采用阻、容降压，然后加上一个稳压二极管，向阻、容降压，然后加上一个稳压二极管，向LED供供电，如图电，如图4.3（a）所示。）所示。由于由于LED器件的正向特性比较陡，以及器件的器件的正向特性比较陡，以及器件的分散性，使得在电压和限流电阻相同的情况下，各分散性，使得在电压和限流电阻相同的情况下，各器件的正向电流并不相同，从而引起发光强度的差器件的正向电流并不相同，从而引起发光强度的差异。以白光异。以白光LED为例，白光为例，白光LED需要大约需要大约3.6V的供的供电电压才能实现合适的亮度控制。电电压才能实现合适的亮度控制。 第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术大多数便携式电子产品都采用锂离子电大多数便携式电子产品都采用锂离子电池作电源，它们在充满电之后约为池作电源，它们在充满电之后约为4.2V，安，安全放完电后约为全放完电后约为2.8V，显然白光，显然白光LED不能由不能由电池直接驱动。如果能够对电池直接驱动。如果能够对LED的正向电流的正向电流直接进行恒流驱动的话，只要恒流值相同，直接进行恒流驱动的话，只要恒流值相同，各各LED的发光强度就比较相近。考虑到晶体的发光强度就比较相近。考虑到晶体管的输出特性具有恒流的性质，所以可以用管的输出特性具有恒流的性质，所以可以用晶体管来驱动晶体管来驱动LED，如图，如图4.3（b）所示。）所示。第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术此外，利用人眼的视觉暂留特性，采用反复通此外，利用人眼的视觉暂留特性，采用反复通断电的方式使断电的方式使LED器件点燃的方法就是脉冲驱动法，器件点燃的方法就是脉冲驱动法，如图如图4.3（c）所示。）所示。脉宽调制脉宽调制（Pulse-WidthModulation，PWM）技术是一种传统的调光方式，它利用简单的）技术是一种传统的调光方式，它利用简单的数字脉冲，反复开关数字脉冲，反复开关LED驱动器，系统只需要提供驱动器，系统只需要提供宽窄不同的数字式脉冲，即可简单地实现改变输出宽窄不同的数字式脉冲，即可简单地实现改变输出电流，从而调节电流，从而调节LED的亮度。该技术的优点在于：的亮度。该技术的优点在于：能够提供高质量的白光、应用简单、效率高。但有能够提供高质量的白光、应用简单、效率高。但有一个致命的缺点是容易产生电磁干扰，有时甚至会一个致命的缺点是容易产生电磁干扰，有时甚至会产生人耳能听见的噪声。产生人耳能听见的噪声。第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术光 电 显 示 技 术图图4.3LED的的3种不同驱动方式种不同驱动方式4.1.4发光二极管的特点及应用发光二极管的特点及应用1.LED的主要特点：的主要特点：(1)LED为非相干光，光谱较宽，发散角大；为非相干光，光谱较宽，发散角大；(2)LED的发光颜色非常丰富；的发光颜色非常丰富；红色：红色：GaP:ZnO或或GaAaP材料材料橙色、黄色橙色、黄色：GaAaP材料材料蓝色：蓝色：GaN材料材料通过红、绿、蓝三原色的组合，可以实现全色化。通过红、绿、蓝三原色的组合，可以实现全色化。(3)LED的辉度高，即使在日光下，也能视认；的辉度高，即使在日光下，也能视认；(4)LED的单元体积小；的单元体积小；(5)寿命长，基本上不需要维修。寿命长，基本上不需要维修。第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术LED的其他特点：的其他特点：机械强度大，耐振动和耐冲击能力机械强度大，耐振动和耐冲击能力；使用低压电源，供电电压在使用低压电源，供电电压在6-24V之间之间，特别适用于公，特别适用于公共场所共场所；功耗低，易于实现低压驱动功耗低，易于实现低压驱动；体积小，重量轻，适用性强体积小，重量轻，适用性强；寿命长达寿命长达10万小时，响应时间为纳秒级万小时，响应时间为纳秒级；无有害金属汞无有害金属汞，对环境无污染，对环境无污染；改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光；发光；LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由由300500只二极管构成。只二极管构成。第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术2.LED的主要应用的主要应用: LED显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，早期开发的为普通型来的新型信息显示媒体，早期开发的为普通型LED，是中、低亮度的红、橙、黄、绿，是中、低亮度的红、橙、黄、绿LED已获广泛使已获广泛使用。近期开发的为新型用。近期开发的为新型LED，是指蓝光，是指蓝光LED和高亮和高亮度、超高亮度度、超高亮度LED。它利用发光二极管构成的点阵。它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成在面积显示屏幕，使用寿命长、模块或像素单元组成在面积显示屏幕，使用寿命长、环境适应能力强、价格性能比高、使用成本低等特环境适应能力强、价格性能比高、使用成本低等特点，在短短的十来年中，迅速成长为平板显示的主点，在短短的十来年中，迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。 第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术指示灯：指示灯：LED正在成为指示灯的主要光源正在成为指示灯的主要光源数字显示用显示器：点矩阵型和字段型两种数字显示用显示器：点矩阵型和字段型两种方式方式平面显示器：可进行电视画面显示平面显示器：可进行电视画面显示光源：电视机、空调等的遥控器的光源干涉光源：电视机、空调等的遥控器的光源干涉仪的光源仪的光源低速率、短距离光纤通信系统的低速率、短距离光纤通信系统的光源。光源。第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术v4.2发光二极管显示器件发光二极管显示器件4.2.1LED显示器件的显示原理显示器件的显示原理 LED显示屏是通过一定的控制方式，用于显示显示屏是通过一定的控制方式，用于显示文字、文本、图像、图形和行情等各种信息以及电文字、文本、图像、图形和行情等各种信息以及电视、录像信号并由视、录像信号并由LED器件阵列组成的显示屏幕。器件阵列组成的显示屏幕。LED显示屏按使用环境分为室内屏和室外屏，显示屏按使用环境分为室内屏和室外屏，室内屏基本发光点按采用的室内屏基本发光点按采用的LED单点直径有单点直径有3、3.75、5、8和和10等几种规格，室外屏按采等几种规格，室外屏按采用的像素直径有用的像素直径有19、22、26等规格。等规格。第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术LED显示屏按显色分为单基色屏（含伪色彩屏，显示屏按显色分为单基色屏（含伪色彩屏，几在不通的区域安装不同颜色）屏；按灰度级又可几在不通的区域安装不同颜色）屏；按灰度级又可分为分为16、32、64、128、256级灰度屏等。级灰度屏等。LED显显示屏按显示性能分为文本屏、图文屏、计算机视频示屏按显示性能分为文本屏、图文屏、计算机视频屏、电视视频屏、电视视频LED显示屏和行情显示屏和行情LED显示屏等，行显示屏等，行情情LED显示屏一般包括证券、利率、期货等用途的显示屏一般包括证券、利率、期货等用途的LED显示屏。显示屏。第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术图图4.3LED显示系统原理图显示系统原理图典型的典型的LED显示系统一般由信号控制系统、扫描和显示系统一般由信号控制系统、扫描和驱动电路以及驱动电路以及LED阵列组成阵列组成,如图如图4.3所示所示。信号控制系。信号控制系统可以是嵌入式统可以是嵌入式LED显示屏的单片机系统、独立的微机显示屏的单片机系统、独立的微机系统、传呼接收与控制系统等。其任务是生成或接收系统、传呼接收与控制系统等。其任务是生成或接收LED显示所需要的数字信号，并控制整个显示所需要的数字信号，并控制整个LED显示系统显示系统的各个不同部件按一定的分工和时序协调工作。的各个不同部件按一定的分工和时序协调工作。第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术行扫描电路主要由译码器组成，用于循环选行扫描电路主要由译码器组成，用于循环选通通LED阵列行。列驱动电路多分为三级管阵列，阵列行。列驱动电路多分为三级管阵列，给给LED提供大电流。移位寄存器提供大电流。移位寄存器/锁存器由传入并锁存器由传入并出寄存器和锁存器（或带所存功能的移位寄存器）出寄存器和锁存器（或带所存功能的移位寄存器）构成。待显示数据就绪后，控制系统首先将第一构成。待显示数据就绪后，控制系统首先将第一行数据打入移位寄存器并锁存，然后由行扫描电行数据打入移位寄存器并锁存，然后由行扫描电路选通路选通LED阵列的第一行，持续一定时间后，在阵列的第一行，持续一定时间后，在用同样方法显示后续行，直至完成一帧显示，如用同样方法显示后续行，直至完成一帧显示，如此循环往复。此循环往复。光 电 显 示 技 术第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术根据人眼视觉暂留时间，屏幕刷新速率每秒根据人眼视觉暂留时间，屏幕刷新速率每秒25帧以上就没有闪烁感。当帧以上就没有闪烁感。当LED显示屏面积很大显示屏面积很大时以提高视觉效果，可以分区并行显示。在高速时以提高视觉效果，可以分区并行显示。在高速动态显示时，动态显示时，LED的发光亮度与扫描周期内的发的发光亮度与扫描周期内的发光时间成正比，所以，通过调制光时间成正比，所以，通过调制LED的发光时间的发光时间与扫描周期的比值（几占空比）可实现灰度显示，与扫描周期的比值（几占空比）可实现灰度显示，不同基色不同基色LED灰度组合后便调配出多种色彩。灰度组合后便调配出多种色彩。光 电 显 示 技 术第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术4.2.2LED显示器件的扫描驱动电路显示器件的扫描驱动电路 LED显显示示器器件件扫扫描描驱驱动动电电路路实实现现对对显显示示屏屏所所要要显显示示的的信信息息内内容容的的接接收收、转转换换及及处处理理功功能能。一一般般地地说说，显显示示屏屏的的控控制制系系统统包包括括了了输输入入接接口口电电路路、信信号号的的控控制制、转转换换和和数数字字化化处处理理电电路路、输输出出接接口口电电路路等，涉及的具体技术很多。等，涉及的具体技术很多。 光 电 显 示 技 术第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术v1.串行传输与并行传输。串行传输与并行传输。LED显示屏上数据的传输方式主要有串行显示屏上数据的传输方式主要有串行和并行两种，目前广为采用的主要为串行控制技和并行两种，目前广为采用的主要为串行控制技术。这种控制方式的显示屏的每一个单元内部的术。这种控制方式的显示屏的每一个单元内部的不同驱动电路、各级联单元之间每个时钟仅传送不同驱动电路、各级联单元之间每个时钟仅传送一个位一个位(具体实现时每种颜色各一位具体实现时每种颜色各一位)的数据。采的数据。采用这种方式，可采用的驱动用这种方式，可采用的驱动IC种类较多，不同种类较多，不同显示单元之间的联线较少，可减少显示单元上的显示单元之间的联线较少，可减少显示单元上的数据传输驱动元件，从而提高整个系统的可靠性数据传输驱动元件，从而提高整个系统的可靠性和具体工程实现的容易程度。和具体工程实现的容易程度。光 电 显 示 技 术第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术v2.动态扫描与静态锁存。动态扫描与静态锁存。从系统控制实现显示信息的刷新原理有动态扫从系统控制实现显示信息的刷新原理有动态扫描技术和静态锁存技术，一般室内显示屏多采用动描技术和静态锁存技术，一般室内显示屏多采用动态扫描技术，若干行发光二极管共用一行驱动寄存态扫描技术，若干行发光二极管共用一行驱动寄存器，根据共用一行驱动寄存器的发光二极管像素数器，根据共用一行驱动寄存器的发光二极管像素数目，具体有目，具体有1/4、1/16扫描等。室外显示屏基本上扫描等。室外显示屏基本上采用的是静态锁存技术，即每一个发光二极管都对采用的是静态锁存技术，即每一个发光二极管都对应有一个驱动寄存器。相对于扫描而言，静态锁存应有一个驱动寄存器。相对于扫描而言，静态锁存控制的驱动寄存器无需时分工作，从而保证了每一控制的驱动寄存器无需时分工作，从而保证了每一个发光二极管的亮度占空比为个发光二极管的亮度占空比为100%。光 电 显 示 技 术第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术v3.校正技术校正技术(GAMMACORRECTION)。由于由于LED显示屏本身不具有显示屏本身不具有CRT的的T特性，特性，因此，在全彩色显示屏的控制技术上，通常对输入因此，在全彩色显示屏的控制技术上，通常对输入的视频信号进行的视频信号进行校正处理。所谓校正处理。所谓校正就是对色校正就是对色度曲线的选择，色度曲线的不同对图像颜色、亮度、度曲线的选择，色度曲线的不同对图像颜色、亮度、对比及色度有极大影响。在不同情况下适度调整色对比及色度有极大影响。在不同情况下适度调整色度曲线可以达到最佳质量画面。度曲线可以达到最佳质量画面。校正一般有模拟校正一般有模拟校正和数字校正两种处理方法。目前有些厂家在全校正和数字校正两种处理方法。目前有些厂家在全彩屏的每一控制板内都嵌入了彩屏的每一控制板内都嵌入了校正功能，可以灵校正功能，可以灵活选择所要的色度，其曲线数值在控制板上存储，活选择所要的色度，其曲线数值在控制板上存储，且对红、绿、蓝每色的曲线数值分别单独存储。且对红、绿、蓝每色的曲线数值分别单独存储。光 电 显 示 技 术第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术v4.输入接口技术。输入接口技术。目前在信号输入接口上可以满足全数字化信号目前在信号输入接口上可以满足全数字化信号输入、模拟信号输入、全数字化信号和模拟信号二输入、模拟信号输入、全数字化信号和模拟信号二者兼容的输入以及高清晰度电视信号输入等多种方者兼容的输入以及高清晰度电视信号输入等多种方式。式。全数字化信号输入方式接受外部全数字化输入全数字化信号输入方式接受外部全数字化输入信号，在使用多媒体卡的显示屏系统中，控制系统信号，在使用多媒体卡的显示屏系统中，控制系统的输入接口即为全数字化信号输入方式。多媒体卡的输入接口即为全数字化信号输入方式。多媒体卡将视频模拟信号及计算机自身的信号转换成符合控将视频模拟信号及计算机自身的信号转换成符合控制系统输入要求的数字信号，这种形式显示计算机制系统输入要求的数字信号，这种形式显示计算机信息时效果很好。信息时效果很好。光 电 显 示 技 术第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术在显示视频图像时，如果由于计算机本身在显示视频图像时，如果由于计算机本身及软件的性能不好，容易出现图像模糊以及马赛及软件的性能不好，容易出现图像模糊以及马赛克等现象。模拟信号输入方式只能接受外部模拟克等现象。模拟信号输入方式只能接受外部模拟输入信号。这种输入方式的显示屏增加了模数转输入信号。这种输入方式的显示屏增加了模数转换电路，将视频信号或来自计算机显卡的模拟信换电路，将视频信号或来自计算机显卡的模拟信号转换为全数字信号后进行处理。在显示视频图号转换为全数字信号后进行处理。在显示视频图像时效果很好，但显示计算机信息有时会出现局像时效果很好，但显示计算机信息有时会出现局部拖尾。全数字化信号和模拟信号二者兼容的输部拖尾。全数字化信号和模拟信号二者兼容的输入方式是优势二种输入方式的有机结合，能接受入方式是优势二种输入方式的有机结合，能接受模拟输入信号以及全数字化输入信号，在显示视模拟输入信号以及全数字化输入信号，在显示视频图像和计算机信息时均能达到理想的显示效果。频图像和计算机信息时均能达到理想的显示效果。在此基础上，增加部分转换电路，将高清晰度电在此基础上，增加部分转换电路，将高清晰度电视信号还原成红、绿、蓝三基色数字信号以及外视信号还原成红、绿、蓝三基色数字信号以及外同步信号，可显示高清晰度电视同步信号，可显示高清晰度电视(HDTV)的图像。的图像。第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术v5.自动检测、远程控制技术自动检测、远程控制技术LED显示屏构成复杂，显示屏构成复杂，特别是室外显示屏，供电、环境亮度、环境温度条特别是室外显示屏，供电、环境亮度、环境温度条件等对显示屏的正常运行都直接影响，在件等对显示屏的正常运行都直接影响，在LED显示显示屏的控制系统中可根据需要对温度、亮度、电源等屏的控制系统中可根据需要对温度、亮度、电源等进行自动检测控制。也可根据需要远程实现对显示进行自动检测控制。也可根据需要远程实现对显示屏的亮度调节、色度调节、图像水平和垂直位置的屏的亮度调节、色度调节、图像水平和垂直位置的调节、工作方式的转换等等。继灰阶响应时间，动调节、工作方式的转换等等。继灰阶响应时间，动态对比度之后，态对比度之后，2008年液晶显示器的焦点技术将转年液晶显示器的焦点技术将转移到色域上，这一点已经是所有业内人士的共识。移到色域上，这一点已经是所有业内人士的共识。但是目前市场上可以购买到的广色域产品还非常少，但是目前市场上可以购买到的广色域产品还非常少，价格也相对较高一些，普通的消费者对于色域还不价格也相对较高一些，普通的消费者对于色域还不甚了解。甚了解。第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术下面介绍各种控制机制下面介绍各种控制机制单片机控制单片机控制单片机控制是单片机控制是LED显示屏控制中的简单的显示屏控制中的简单的一种方式。待显示信息固化在一种方式。待显示信息固化在ROM里或来自传里或来自传感器等，由单片机读取并控制感器等，由单片机读取并控制LED显示。多用于显示。多用于简单固定文字或监控数据显示的条形屏等。这种简单固定文字或监控数据显示的条形屏等。这种控制方式简单，灵活，成本低。但是，内容和显控制方式简单，灵活，成本低。但是，内容和显示方式的编辑、更改较麻烦，使用不方便。示方式的编辑、更改较麻烦，使用不方便。光 电 显 示 技 术第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术微机控制微机控制微机控制微机控制LED显示屏一般都需要专用的接口电显示屏一般都需要专用的接口电路如路如LED专用显示卡、专用显示卡、LED专用多媒体卡等。此专用多媒体卡等。此类控制中较多的是类控制中较多的是VGA同步技术。同步技术。LED显示屏的显示屏的VGA同步控制技术是指同步控制技术是指LED显示屏能够实现跟踪显示屏能够实现跟踪微机微机CRT窗口上的显示信息，是窗口上的显示信息，是LED显示屏成为显示屏成为微机的大型显示终端。一般是对显示卡的微机的大型显示终端。一般是对显示卡的RGB信信号输出进行采样，或直接从号输出进行采样，或直接从VGA卡上的特征插座卡上的特征插座上取得上取得RGB的数字信号，处理后用于驱动的数字信号，处理后用于驱动LED显显示屏电路。这种控制方式充分发挥了丰富强大的示屏电路。这种控制方式充分发挥了丰富强大的微机软件功能，而且具有较强的编辑功能，内容微机软件功能，而且具有较强的编辑功能，内容和显示方式的更改、增删简单方法，便于显示数和显示方式的更改、增删简单方法，便于显示数据的保存、管理和打印输出；但是成本较高，每据的保存、管理和打印输出；但是成本较高，每个显示屏都要附带微机系统，对于一些室外、远个显示屏都要附带微机系统，对于一些室外、远距离、分散的应用场合，工程施工和日常维护都距离、分散的应用场合，工程施工和日常维护都有诸多不便。有诸多不便。第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术主从控制主从控制采用微机（上位机）和单片机（下位机）采用微机（上位机）和单片机（下位机）分布管理和控制分布管理和控制LED的显示。上位机负责显的显示。上位机负责显示数据处理与显示任务分配，有时还要与其示数据处理与显示任务分配，有时还要与其他系统进行通信；下位机作为控制器件，接他系统进行通信；下位机作为控制器件，接收并执行来自上位机的任务，指挥控制收并执行来自上位机的任务，指挥控制LED显示屏上各部件协调工作。上位机与下位机显示屏上各部件协调工作。上位机与下位机一般通过一般通过RS232或或RS422通信，一台上位机通信，一台上位机可以管理、控制多个下位机同时显示。可以管理、控制多个下位机同时显示。第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术v红外遥控红外遥控在在LED显示屏控制板（一般为单片机系显示屏控制板（一般为单片机系统）前端加入红外遥控接收器编解码电路，统）前端加入红外遥控接收器编解码电路，解码电路先将红外接收探头解调后分离出的解码电路先将红外接收探头解调后分离出的16位位PCM串行码值进行校验，提取有效的串行码值进行校验，提取有效的8位数据码值，提供给控制板驱动位数据码值，提供给控制板驱动LED显示屏。显示屏。采用红外遥控可以实现开关屏幕及文字编辑，采用红外遥控可以实现开关屏幕及文字编辑，无需专用计算机或其它外设配置，遥控距离无需专用计算机或其它外设配置，遥控距离可达十几米。这种控制方式常与其它方式结可达十几米。这种控制方式常与其它方式结合使用。合使用。第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术v通信传输和网络控制通信传输和网络控制根据对信息传输显示的实时性，根据对信息传输显示的实时性，LED显示屏的传显示屏的传输控制有通信传输和视频传输。通信传输采用标准的输控制有通信传输和视频传输。通信传输采用标准的RS-232或或RS-485计算机数据串行通讯方式，通过串计算机数据串行通讯方式，通过串口按一定的通讯协议接收来自计算机串口或其它设备口按一定的通讯协议接收来自计算机串口或其它设备串口的信号，经过处理后按一定的规律传送到显示屏串口的信号，经过处理后按一定的规律传送到显示屏上显示。这种控制方式的显示屏的功能比较单一，适上显示。这种控制方式的显示屏的功能比较单一，适用于简单文字、图形显示，主要是单色及双基色显示用于简单文字、图形显示，主要是单色及双基色显示屏控制使用，一般情况下直接传输距离可达千米。视屏控制使用，一般情况下直接传输距离可达千米。视频传输方式则是把频传输方式则是把LED显示屏与多媒体技术结合起来，显示屏与多媒体技术结合起来，实现了在实现了在LED显示屏上实时显示计算机监视器上的内显示屏上实时显示计算机监视器上的内容，也可播放录像及电视节目，一般用于播放实时信容，也可播放录像及电视节目，一般用于播放实时信息的显示屏都采用视频控制方式，具体传输是采用成息的显示屏都采用视频控制方式，具体传输是采用成对的专用长线传输接口电路。对的专用长线传输接口电路。第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术GPRS/GSM无线控制无线控制利用遍布全国的利用遍布全国的GPRS/GSM基站，通过基站，通过GPRS/接收模块远程接收信号并通过单片机接收模块远程接收信号并通过单片机处理对各类远端显示屏实施控制。此类技术处理对各类远端显示屏实施控制。此类技术在城市群显、银行在城市群显、银行IC卡收费、系统挂失、卡卡收费、系统挂失、卡号广播、机动车辆防盗定位报警等方便已有号广播、机动车辆防盗定位报警等方便已有应用。应用。第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术4.2.3LED显示器件的技术指标显示器件的技术指标v1.室内屏系列室内屏系列室内屏面积一般在十几平方米以下，点密度较室内屏面积一般在十几平方米以下，点密度较高，在非阳光直射或灯光照明环境下使用，观看距高，在非阳光直射或灯光照明环境下使用，观看距离在几米以外，屏体不具备密封防水能力。离在几米以外，屏体不具备密封防水能力。 光 电 显 示 技 术第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术v室内全彩色室内全彩色视频屏主要技术参数：视频屏主要技术参数：基色基色RGB（全彩色）（全彩色）像素直径（像素直径（mm）5.008.00像素间距（像素间距（mm）7.6210.00像素组成像素组成1R1G1B2R1G1B虚拟像素虚拟像素单元面板点数（点）单元面板点数（点）32323216单元面板尺寸（单元面板尺寸（mm）245245320160单元面板质量（单元面板质量（g）1100850物理像素密度（点物理像素密度（点/m2）1720010000虚拟像素密度（点虚拟像素密度（点/m2）1638440000峰值功耗（峰值功耗（W/m2）850750平均功耗（平均功耗（W/m2）350320重量（重量（kg/m2）3636水平可视角度水平可视角度150；垂直可视角度；垂直可视角度150最高亮度（最高亮度（cd/m2）1700800光 电 显 示 技 术v室内双基色室内双基色视频屏主要技术参数：视频屏主要技术参数：基色基色RG（红、绿双基色）（红、绿双基色）像素直径（像素直径（mm）3.755.00像素间距（像素间距（mm）4.757.62像素组成像素组成1R1G1R1G单元面板点数单元面板点数6432（或（或8032）8032单元面板尺寸（单元面板尺寸（mm）306153（或（或382153）612245单元面板质量（单元面板质量（g）800500像素密度（点像素密度（点/m2）4300017200峰值功耗（峰值功耗（W/m2）700350平均功耗（平均功耗（W/m2）300200可视角度可视角度150通信距离（通信距离（m）100（无中继）（无中继）光 电 显 示 技 术v室内单色屏室内单色屏主要技术参数：主要技术参数：基色基色单色单色像素直径（像素直径（mm）3.03.755.00像素间距（像素间距（mm）4.04.757.62像素组成像素组成1R1R1R单元面板点数单元面板点数643264328032单元面板尺寸（单元面板尺寸（mm）306153612245单元面板质量（单元面板质量（g）7009001500像素密度（点像素密度（点/m2）625004300017200峰值功耗（峰值功耗（W/m2）500350200平均功耗（平均功耗（W/m2）350200100可视角度可视角度150通信距离（通信距离（m）100（无中继）（无中继）光 电 显 示 技 术v2.半室外屏系列半室外屏系列半室外屏一般使用发光单灯组成发光点，半室外屏一般使用发光单灯组成发光点，适用于亮度较高又可以防水的环境，如房檐适用于亮度较高又可以防水的环境，如房檐下、橱窗内、光线强烈的大厅等。点间距一下、橱窗内、光线强烈的大厅等。点间距一般在般在7.6210mm；发光颜色一般为单红色；发光颜色一般为单红色或红或红/绿双基色；控制方式根据使用要求，有绿双基色；控制方式根据使用要求，有异步、同步图文、视频等。异步、同步图文、视频等。第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术半室外屏半室外屏主要技术参数主要技术参数：基色基色单色单色/双基色双基色像素直径（像素直径（mm）5.005.00像素间距（像素间距（mm）7.6210.00像素组成像素组成1R1R单元面板点数单元面板点数80323216单元面板尺寸（单元面板尺寸（mm）612245320160单元面板质量（单元面板质量（g）17001000像素密度（点像素密度（点/m2）1720010000峰值功耗（峰值功耗（W/m2）400300平均功耗（平均功耗（W/m2）250200水平可视角度水平可视角度6070；垂直可视角度；垂直可视角度4560最高亮度（最高亮度（cd/m2）30001800第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术v3.室外屏系列室外屏系列室外屏面积一般在室外屏面积一般在10m2以上，亮度较以上，亮度较高，可以在阳光直射环境使用，观看距离高，可以在阳光直射环境使用，观看距离一般在十几米以外，屏体具备密封防水能一般在十几米以外，屏体具备密封防水能力。根据控制方式和显示颜色，又可分为力。根据控制方式和显示颜色，又可分为以下几种。以下几种。光 电 显 示 技 术第第4章章发光二极管发光二极管(LED)显示技术显示技术v室外全彩色视频屏室外全彩色视频屏主要技术参数主要技术参数：基色基色RGB（全彩色）（全彩色）像素直径（像素直径（mm）15.0018.00像素间距（像素间距（mm）2025像素组成像素组成2R1G1B2R1G1B单元面板点数单元面板点数32163216单元面板尺寸（单元面板尺寸（mm）640320800400单元面板质量（单元面板质量（g）15001000像素密度（点像素密度（点/m2）25001600峰值功耗（峰值功耗（W/m2）1000800平均功耗（平均功耗（W/m2）380350重量（重量（kg/m2）421001v响应时间（响应时间（s）5000v平均功率耗散（屏）（平均功率耗散（屏）（W/cm2）1第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术2.FED工作原理工作原理FED工作原理如图工作原理如图7.3所示，两块平板玻璃之间所示，两块平板玻璃之间有有200m的间隙，底板上有一个排气管可抽气，显的间隙，底板上有一个排气管可抽气，显示器件的阴极由交叉金属电极网组成，一层金属带示器件的阴极由交叉金属电极网组成，一层金属带连接阴极，另一层正交的金属带连接栅极，两层金连接阴极，另一层正交的金属带连接栅极，两层金属带之间由属带之间由lm厚的绝缘层分开，每一个像素由相厚的绝缘层分开，每一个像素由相交的金属带行列交叉点所选通，涂有荧光粉的屏对交的金属带行列交叉点所选通，涂有荧光粉的屏对应于像素安放。每个像素有数千个微电子管，即使应于像素安放。每个像素有数千个微电子管，即使有一些发射尖锥失效也不会影响像素显示，这一特有一些发射尖锥失效也不会影响像素显示，这一特点非常有利于提高成品率。如果在这些微尖锥发射点非常有利于提高成品率。如果在这些微尖锥发射阵列上加上矩阵选址电路，就构成了阵列上加上矩阵选址电路，就构成了FED。第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术图图7.3FED工作原理工作原理第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术7.2.2FED发展状况发展状况vFED本质上是由许多微型本质上是由许多微型CRT组成的平板显示器，组成的平板显示器，其具备下列优点：其具备下列优点：（1）冷阴极发射。）冷阴极发射。（2）低工作电压。）低工作电压。（3）自发光和高亮度。）自发光和高亮度。（4）宽视角和高速响应。）宽视角和高速响应。（5）很宽的环境温度变化范围。）很宽的环境温度变化范围。第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术vFED是是20世纪世纪80年代末问世的真空微电子学的产物，兼有有年代末问世的真空微电子学的产物，兼有有源矩阵液晶显示器（源矩阵液晶显示器（AM-LCD）和传统）和传统CRT的主要优点，显的主要优点，显示出强大的市场潜力。其工作方式与示出强大的市场潜力。其工作方式与CRT类似，但厚度仅为类似，但厚度仅为几毫米，亮度、灰度、色彩、分辨率和响应速度可与几毫米，亮度、灰度、色彩、分辨率和响应速度可与CRT相相媲美；且工作电压低、功耗小、无媲美；且工作电压低、功耗小、无X射线辐射，成为射线辐射，成为CRT的的理想替代品。另外，理想替代品。另外，FED不需背光、视角大、工作温度范围不需背光、视角大、工作温度范围宽等优点也对目前平板显示器的主流产品宽等优点也对目前平板显示器的主流产品AM-LCD提出了严提出了严峻的挑战。峻的挑战。vFED已已经经被被认认为为是是未未来来起起重重要要作作用用的的一一种种平平板板显显示示器器件件和和技技术术，甚甚至至有有可可能能在在办办公公设设备备和和家家用用显显示示器器件件方方面面取取代代CRT显显示示器器，当当然然，从从商商品品化化角角度度考考虑虑，FED还还需需要要一一定定的的时时间间对对工艺和制造技术进一步完善。工艺和制造技术进一步完善。 第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术7.3电致发光显示技术电致发光显示技术7.3.1电致发光显示器件（电致发光显示器件（ELD）的分类及其特征）的分类及其特征v按发光层的材料来分：按发光层的材料来分：有无机电敛发光有无机电敛发光有机电致发光两大类有机电致发光两大类v按结构上又可分：按结构上又可分：为薄膜型：薄膜型的发光层以致密的荧光体薄膜构成为薄膜型：薄膜型的发光层以致密的荧光体薄膜构成分散型两种：分散型的发光层以粉末荧光体的形式构成；分散型两种：分散型的发光层以粉末荧光体的形式构成；v从驱动方式上：从驱动方式上：交流驱动型交流驱动型EL直流驱动型直流驱动型EL第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术v无无机机和和有有机机电电致致发发光光均均可可组组合合出出4种种EL显显示示器器件件。对对于于无无机机EL已已经经达达到到实实用用化化的的有有薄薄膜膜型型交交流流EL和和分分散散型型交交流流EL，其其荧荧光光体体母母体体都都是是以以硫硫化化锌锌为为主主体体的的无无机机材材料料。薄薄膜膜型型交交流流EL具具有有高高辉辉度度、高高可可靠靠性性等等特特点点，主主要要用用于于发发橙橙黄黄色色光光的的平平板板显显示示器器；分分散散型型交交流流EL价价格格低低，容容易易实实现现多多彩彩色色显显示示，常常用用作作平平面面光光源源，如如液液晶晶显显示示器器的的背背光光源源。对对于于有有机机EL主主要要是是薄薄膜膜型型交交流流驱驱动动电电致致发发光光元元件件，其其它它类类型还没有达到实用化。型还没有达到实用化。第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术v电电致致发发光光显显示示器器与与其其它它电电子子显显示示器器件件相相比突出的特点比突出的特点:（1）图像显示质量高）图像显示质量高（2）受温度变化的影响小）受温度变化的影响小（3）EL是目前所知唯一的全固体显示元件，耐振动是目前所知唯一的全固体显示元件，耐振动冲击的特性极好，适合坦克、装甲车等军事应用。冲击的特性极好，适合坦克、装甲车等军事应用。（4）具有小功耗、薄型、质量轻等特征。）具有小功耗、薄型、质量轻等特征。（5）快速显示响应时间小于）快速显示响应时间小于1ms（6）低电磁泄漏（）低电磁泄漏（ElectroMagneticInterference，EMI）。）。第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术vELD的发展：的发展：相对来说，相对来说，ELD的工作电压较高，彩色化进展的工作电压较高，彩色化进展缓慢并且价格昂贵，因此以往的缓慢并且价格昂贵，因此以往的ELD，主要使用在，主要使用在其它显示技术不能适应的特殊要求场合，而今装备其它显示技术不能适应的特殊要求场合，而今装备和系统设计者可以在更加广泛的领域应用和系统设计者可以在更加广泛的领域应用ELD。由。由于于ELD改进了图像质量，具有更长的寿命和更高的改进了图像质量，具有更长的寿命和更高的可靠性，可以完全满足用户日益增长的要求。可靠性，可以完全满足用户日益增长的要求。作为一种新技术，作为一种新技术，ELD显示创新的步伐非常迅显示创新的步伐非常迅速，在发光膜亮度方面的改进、驱动电路的开发扩速，在发光膜亮度方面的改进、驱动电路的开发扩展了显示器寿命；亮度、对比度的重大改善；功耗展了显示器寿命；亮度、对比度的重大改善；功耗的减小；专门的灰度算法；改进包装以缩小尺寸；的减小；专门的灰度算法；改进包装以缩小尺寸；增强抗振动冲击及彩色开发，所有这些使增强抗振动冲击及彩色开发，所有这些使ELD应用应用领域不断拓展。领域不断拓展。第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术7.3.2ELD的基本结构及工作原理的基本结构及工作原理1.分散型交流电致发光结构原理分散型交流电致发光结构原理这一类型的这一类型的EL元件由元件由Sylvania公司最早开发，为第一代公司最早开发，为第一代EL结构形式的代表，广泛应用于液晶显示器的背光源。结构形式的代表，广泛应用于液晶显示器的背光源。分散型交流分散型交流EL元件的基本结构如图元件的基本结构如图7.4所示。基板为玻璃所示。基板为玻璃或柔性塑料板。透明电极采用或柔性塑料板。透明电极采用ITO膜，发光层由荧光体粉末膜，发光层由荧光体粉末分散在有机黏接剂中做成。荧光体粉末的母体材料是分散在有机黏接剂中做成。荧光体粉末的母体材料是ZnS，其中添加了作为发光中心的活化剂和其中添加了作为发光中心的活化剂和Cu、Cl、I及及Mn原子等，原子等，由此可得到不同的发光颜色。黏接剂中采用介电常数较高的由此可得到不同的发光颜色。黏接剂中采用介电常数较高的有机物，如氰乙基纤维素等。发光层与背电极间设有介电体有机物，如氰乙基纤维素等。发光层与背电极间设有介电体层以防止绝缘层被破坏，背电极用层以防止绝缘层被破坏，背电极用Al膜做成。膜做成。第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术图图7.4分散型交流分散型交流EL元件的元件的基本原理基本原理分散型交流分散型交流EL元件的发光机理简述如下：元件的发光机理简述如下：ZnS荧光体粉末的粒径为荧光体粉末的粒径为530m，通常，通常在一个在一个ZnS颗粒中会存在点缺陷及线缺陷。颗粒中会存在点缺陷及线缺陷。电场在电场在ZnS颗粒内会呈非均匀分布，造成颗粒内会呈非均匀分布，造成发光状态变化。在发光状态变化。在ZnS颗粒内沿线缺陷会颗粒内沿线缺陷会有有Cu析出，形成电导率较大的析出，形成电导率较大的CuxS，CuxS与与ZnS形成异质结。可以认为，这样形成异质结。可以认为，这样就形成了导电率非常高的就形成了导电率非常高的P型或金属电导状型或金属电导状态。当施加电压时，在上述态。当施加电压时，在上述CuxS/ZnS界面界面上会产生高于平均电场的电场强度（上会产生高于平均电场的电场强度（105106V/cm）。在这种高场强作用下，位于）。在这种高场强作用下，位于界面能级的电子会通过隧道效应向界面能级的电子会通过隧道效应向ZnS内内注入，与发光中心捕获的空穴发生复合，注入，与发光中心捕获的空穴发生复合，产生发光。当发光中心为产生发光。当发光中心为Mn时，如上所述时，如上所述发生的电子与这些发光中心碰撞使其激发，发生的电子与这些发光中心碰撞使其激发，引起发光。引起发光。第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术图图7.5分散型交流分散型交流EL元件辉度元件辉度-电压（电压（L-V）和发光效率）和发光效率-电压电压（-V）特性）特性由此图可以看出：由此图可以看出：在工作电压为在工作电压为300V、频率为、频率为400Hz时，可获得约时，可获得约100cd/m2的辉度。的辉度。辉度与频率有关，在低于辉度与频率有关，在低于100kHz的范围内，辉度与频率成正比的范围内，辉度与频率成正比变化。变化。发光效率随电压的增加，先是增发光效率随电压的增加，先是增加后是减小，其最大值一般可以从加后是减小，其最大值一般可以从辉度出现饱和趋势的电压区域得到。辉度出现饱和趋势的电压区域得到。发光效率正在不断地得到改善，发光效率正在不断地得到改善，目前可以达到目前可以达到15lm/W。第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术分散型交流分散型交流EL元件的最大问题是元件的最大问题是稳定性差，即稳定性差，即寿命短寿命短。稳定性与使用环境和驱动条件都有关系，。稳定性与使用环境和驱动条件都有关系，对于环境来说，这种元件的耐湿性很弱，需要钝化对于环境来说，这种元件的耐湿性很弱，需要钝化保护；对于驱动条件来说，当电压一定时，随工作保护；对于驱动条件来说，当电压一定时，随工作时间加长，发光亮度下降，尤其是驱动频率较高时，时间加长，发光亮度下降，尤其是驱动频率较高时，在高辉度下工作会更快地劣化。可定义亮度降到初在高辉度下工作会更快地劣化。可定义亮度降到初期值一半的时间为寿命，或称为半衰期，第一代期值一半的时间为寿命，或称为半衰期，第一代EL的开发初期最长寿命仅的开发初期最长寿命仅100h。随着荧光体粉末材。随着荧光体粉末材料处理条件的改善，防湿材料树脂膜注入以及改良料处理条件的改善，防湿材料树脂膜注入以及改良驱动条件等，在驱动参数为驱动条件等，在驱动参数为200V、400Hz的条件的条件下，其寿命已能达到下，其寿命已能达到2500h。第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术2.分散型直流电致发光结构原理分散型直流电致发光结构原理分散型直流分散型直流EL元件的基本结构如元件的基本结构如7.6所示。在玻所示。在玻璃基板上形成透明电极，将璃基板上形成透明电极，将ZnSCu、M荧光体粉荧光体粉末与少量黏接剂的混合物均匀涂布于上，厚度为末与少量黏接剂的混合物均匀涂布于上，厚度为3050m。由于是直流驱动，应选择具有导电性的。由于是直流驱动，应选择具有导电性的荧光体层，为此选用粒径为荧光体层，为此选用粒径为0.51m的较细的荧的较细的荧光粉末。将光粉末。将ZnS荧光体浸在荧光体浸在Cu2SO4溶液中进行热溶液中进行热处理，使其表面产生具有导电性的处理，使其表面产生具有导电性的CuxS层，这种层，这种工艺叫做包铜处理。最后再蒸镀工艺叫做包铜处理。最后再蒸镀A1，形成背电极，形成背电极，从而得到从而得到EL元件。元件。第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术图图7.6分散型直流分散型直流EL元件的基本结构元件的基本结构分散型直流分散型直流EL元件制成之后，先元件制成之后，先不让它马上发光，而是在透明电不让它马上发光，而是在透明电极一侧接电源正极，极一侧接电源正极，A1背电极一背电极一侧接电源负极，在一定的电压下侧接电源负极，在一定的电压下经长时间放置后，再让其正式发经长时间放置后，再让其正式发光。在这个定形化（光。在这个定形化（forming）处）处理过程中，理过程中，Cu2+离子会从透明电离子会从透明电极附近的荧光体粒子向极附近的荧光体粒子向A1电极一电极一侧迁移，结果在透明电极一侧会侧迁移，结果在透明电极一侧会出现没有出现没有CuxS包覆的、电阻率高包覆的、电阻率高的的ZnS层（脱铜层）。这样，外层（脱铜层）。这样，外加电压的大部分会作用在脱铜层加电压的大部分会作用在脱铜层上，使该层中形成上，使该层中形成106V/cm的强的强电场，在此电场的作用下，会使电场，在此电场的作用下，会使电子注入到电子注入到ZnS层中，经加速成层中，经加速成为发光中心。为发光中心。第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术图图7.7分散型直流分散型直流EL元件辉度元件辉度-电压（电压（L-V）和发光效率）和发光效率-电压（电压（-V）特性）特性在在100V左右的电压下可左右的电压下可获得大获得大500cd/m2的辉度。的辉度。即使采用占空比为即使采用占空比为l%左左右的脉冲波形来驱动，也右的脉冲波形来驱动，也能得到与交流驱动相同程能得到与交流驱动相同程度的辉度。此时元件发光度的辉度。此时元件发光效率一般在效率一般在0.51lm/W的范围内，且经严格防湿的范围内，且经严格防湿处理后可延长其寿命。直处理后可延长其寿命。直流驱动的寿命大约为流驱动的寿命大约为1000h，脉冲驱动可达，脉冲驱动可达5000h。第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术3.薄膜型交流电致发光薄膜型交流电致发光薄膜型交流薄膜型交流EL元件是将发光层薄膜夹于两层绝缘膜之间元件是将发光层薄膜夹于两层绝缘膜之间组成三明治结构形式，其基本结构如图组成三明治结构形式，其基本结构如图7.8所示。在玻璃基所示。在玻璃基板上依次沉积透明电极、第一绝缘层、发光层、第二绝缘层、板上依次沉积透明电极、第一绝缘层、发光层、第二绝缘层、背电极（背电极（A1）等。发光层厚为）等。发光层厚为0.5lm，绝缘层厚，绝缘层厚0.30.5m，全膜厚只有，全膜厚只有2m左右。在左右。在EL元件电极间施加元件电极间施加200V左右的电压，即可使左右的电压，即可使EL发光。由于发光层夹在两绝缘层之发光。由于发光层夹在两绝缘层之间，可防止元件的绝缘层被破坏，故在发光层中可以形成稳间，可防止元件的绝缘层被破坏，故在发光层中可以形成稳定的定的106V/cm以上的强电场。并且，由于致密的绝缘层保护，以上的强电场。并且，由于致密的绝缘层保护，故可防止杂质及湿气对发光层的损害。故可防止杂质及湿气对发光层的损害。第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术图图7.8二层绝缘膜结构薄膜型交流二层绝缘膜结构薄膜型交流EL元件元件从发光机制来说，可用从发光机制来说，可用ZnSMn系荧光体的碰撞激发来解释。系荧光体的碰撞激发来解释。即当施加的电压大于阈值电压即当施加的电压大于阈值电压Vth时，由于隧道效应，从绝缘时，由于隧道效应，从绝缘层与发光层间的界面能级飞出层与发光层间的界面能级飞出的电子被的电子被106V/cm的强电场加的强电场加速，使其热电子化，并碰撞激速，使其热电子化，并碰撞激发发Mn等发光中心。被激发的内等发光中心。被激发的内壳层电子从激发能级向原始能壳层电子从激发能级向原始能级返回时，产生级返回时，产生EL发光，激发发光，激发发光中心的热电子，在发光层发光中心的热电子，在发光层与绝缘层的界面上停止移动，与绝缘层的界面上停止移动，即产生极化作用。这种极化电即产生极化作用。这种极化电场与外加电场相重叠，在交流场与外加电场相重叠，在交流驱动施加反极性脉冲电压时，驱动施加反极性脉冲电压时，会使发光层中的电场强度加强。会使发光层中的电场强度加强。第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术现 代 显 示 技 术图图7.9ZnSMn薄膜型交流薄膜型交流EL元件辉度元件辉度-电电压（压（L-V）和发光效率）和发光效率-电压（电压（-V）特性）特性辉度在辉度在Vth处急速上升，此后出现饱处急速上升，此后出现饱和倾向，发光效率在辉度急速上升的和倾向，发光效率在辉度急速上升的电压范围内达到最大值。电压范围内达到最大值。EL发光的上发光的上升沿约数微秒，下降沿约数毫秒量级，升沿约数微秒，下降沿约数毫秒量级，辉度在千赫兹范围内与电压频率成正辉度在千赫兹范围内与电压频率成正比增加。两层绝缘膜结构的比增加。两层绝缘膜结构的ZnSMn在制成之后开始工作的一段时间内，在制成之后开始工作的一段时间内，辉度辉度-电压特性会发生变化，然后渐渐电压特性会发生变化，然后渐渐达到稳定状态。这是制作时导入的各达到稳定状态。这是制作时导入的各种变形、不稳定因素及电荷分布不均种变形、不稳定因素及电荷分布不均匀性等逐渐趋于稳定的过程，该过程匀性等逐渐趋于稳定的过程，该过程就是老化，并非元件性能的恶化。老就是老化，并非元件性能的恶化。老化充分的元件，其性能极为稳定，工化充分的元件，其性能极为稳定，工作作20000h以上，辉度不会明显降低。以上，辉度不会明显降低。第第7章章新型光电显示技新型光电显示技4.薄膜型直流电致发光薄膜型直流电致发光这种电致发光元件结构简单，在薄膜发这种电致发光元件结构简单，在薄膜发光层的两侧直接形成电极即可。迄今为止已光层的两侧直接形成电极即可。迄今为止已试做过各种各样的元件，由于没有绝缘膜保试做过各种各样的元件，由于没有绝缘膜保护，很难维持稳定的强电场，故至今未能达护，很难维持稳定的强电场，故至今未能达到实用化。到实用化。第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术5.有机薄膜电致发光有机薄膜电致发光上述上述EL元件的发光层都是由无机材料做成元件的发光层都是由无机材料做成的，另外还有一种有机薄膜发光层及空穴输的，另外还有一种有机薄膜发光层及空穴输送层的注入型薄膜送层的注入型薄膜EL元件，称为元件，称为OLED。目前有机目前有机EL的研究重点是：研制高稳定的研究重点是：研制高稳定性的性的R、G、B3基色和白色器件已向实用化基色和白色器件已向实用化迈进，并在此基础上研究用于动态显示的矩迈进，并在此基础上研究用于动态显示的矩阵屏及实现高质量动态显示的驱动电路。阵屏及实现高质量动态显示的驱动电路。第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术图图7.10OEL元件的结构元件的结构第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术v表表7.1有机有机EL和无机和无机EL比较比较OLED能提供真正像能提供真正像纸一样薄的显示器，纸一样薄的显示器，它又薄（总厚度不到它又薄（总厚度不到1m）又轻，具有低）又轻，具有低功耗（驱动电压功耗（驱动电压510V），广视角，响），广视角，响应速度快（亚微秒级）应速度快（亚微秒级），工作稳定范围宽，工作稳定范围宽，成本低，易实现全彩成本低，易实现全彩色大面积显示等一系色大面积显示等一系列优点。列优点。第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术v有机有机EL比无机比无机EL易于彩色化，主要是有机易于彩色化，主要是有机EL比较容易解决比较容易解决蓝色发光问题，从而更容易实现全彩色显示。实现全彩色显蓝色发光问题，从而更容易实现全彩色显示。实现全彩色显示的方式主要有以下几种：示的方式主要有以下几种：（1）红、绿、蓝）红、绿、蓝3色各点分别采用色各点分别采用3色发光材料独立发光。色发光材料独立发光。（2）将蓝色显示作为色变换层，使其一部分转变为红色和）将蓝色显示作为色变换层，使其一部分转变为红色和绿色，从而形成红、绿、蓝绿色，从而形成红、绿、蓝3基色。基色。（3）使用白色有机）使用白色有机EL为背光，采用类似为背光，采用类似LCD所用的彩色滤所用的彩色滤光片来达到全彩色的效果。光片来达到全彩色的效果。（4）使用特殊材料，在不同的驱动电压下显示不同的颜色。）使用特殊材料，在不同的驱动电压下显示不同的颜色。（5）激光共振方式。）激光共振方式。（6）将红、绿、蓝）将红、绿、蓝3色发光膜重叠起来构成彩色像素。色发光膜重叠起来构成彩色像素。第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术7.4电泳显示技术和铁电陶瓷显示技术电泳显示技术和铁电陶瓷显示技术 1.电泳显示技术和电泳显示器件电泳显示技术和电泳显示器件v电泳（电泳（electrophoretic）是指悬浮于液体中的电荷）是指悬浮于液体中的电荷粒子在外电场作用下定向移动并附着在电极上的现粒子在外电场作用下定向移动并附着在电极上的现象。象。1972年发现应用可逆的电泳现象可作被动显示。年发现应用可逆的电泳现象可作被动显示。v电泳显示（电泳显示（ElectroPhoreticDisplay，EPD）的工）的工作原理是靠浸在透明或彩色液体之中的电离子移动，作原理是靠浸在透明或彩色液体之中的电离子移动，即通过翻转或流动的微粒子来使像素变亮或变暗，即通过翻转或流动的微粒子来使像素变亮或变暗，并可以被制作在玻璃、金属或塑料衬底上。并可以被制作在玻璃、金属或塑料衬底上。第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术v电泳显示的主要优点如下电泳显示的主要优点如下。（1）在大视角和环境光强变化大时仍有较高的对比度。）在大视角和环境光强变化大时仍有较高的对比度。（2）具有较高的响应速度，且显示电流低（约）具有较高的响应速度，且显示电流低（约1A/cm2）。）。（3）具有存储能力，撤出外电压后仍能使图像保持几个月）具有存储能力，撤出外电压后仍能使图像保持几个月以上。以上。（4）工作寿命长，在电源被关闭之后，仍能在显示器上将）工作寿命长，在电源被关闭之后，仍能在显示器上将图像保留几天或几个月。图像保留几天或几个月。（5）采用控制技术可实现矩阵选址，可与集成电路配合。）采用控制技术可实现矩阵选址，可与集成电路配合。（6）价格低，工艺简单。）价格低，工艺简单。第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术v电泳显示的基本原理电泳显示的基本原理v在两块玻璃间夹一层厚约在两块玻璃间夹一层厚约50m的胶质悬浮体，两块玻璃上的胶质悬浮体，两块玻璃上都涂有透明导电层，胶质悬浮体由悬浮液、悬浮色素微粒及都涂有透明导电层，胶质悬浮体由悬浮液、悬浮色素微粒及稳定剂或电荷控制剂组成。其中色素微粒由于吸附液体中杂稳定剂或电荷控制剂组成。其中色素微粒由于吸附液体中杂质离子而带同号电荷，当加上外电场，微粒便移向一个电极，质离子而带同号电荷，当加上外电场，微粒便移向一个电极，该电极就呈色素粒子颜色；一旦电场反向，微粒也反向移动，该电极就呈色素粒子颜色；一旦电场反向，微粒也反向移动，该电极又变成悬浮液的颜色。悬浮颜色相当于背景颜色，微该电极又变成悬浮液的颜色。悬浮颜色相当于背景颜色，微粒颜色就是欲显示的字符颜色，两者之间应有较大的反差，粒颜色就是欲显示的字符颜色，两者之间应有较大的反差，将透明电极制成需要的电极形状就可以显示出较复杂的图形。将透明电极制成需要的电极形状就可以显示出较复杂的图形。v电泳显示技术由于结合了普通纸张和电子显示器的优点，因电泳显示技术由于结合了普通纸张和电子显示器的优点，因而是最有可能实现电子纸张产业化的技术，成为极具发展潜而是最有可能实现电子纸张产业化的技术，成为极具发展潜力的柔性电子显示技术之一。力的柔性电子显示技术之一。第第7章章新型光电显示技术新型光电显示技术v2.我国电泳显示技术发展现状我国电泳显示技术发展现状vEPD面临的技术难题如下：面临的技术难题如下：（1）响应速度比较慢。）响应速度比较慢。（2）显示的双稳态及转换速度慢，也影响了）显示的双稳态及转换速度慢，也影响了其连续显示色彩的性能。其连续显示色彩的性能。（3）制造工艺复杂，对材料要求高，成本较）制造工艺复杂，对材料要求高，成本较高。高。现 代 显 示 技 术第第7章章新型光电显示技新型光电显示技现 代 显 示 技 术v目前，国内与国外的技术差距主要在显示屏、目前，国内与国外的技术差距主要在显示屏、材料和功能产品方面。我国企业从发展自主材料和功能产品方面。我国企业从发展自主知识产权的平板显示屏制作技术和产品出发，知识产权的平板显示屏制作技术和产品出发，利用自主开发的微胶囊电泳显示材料和超薄利用自主开发的微胶囊电泳显示材料和超薄平板显示器件结构，开展电子墨水超薄平板平板显示器件结构，开展电子墨水超薄平板显示器件产业化关键技术攻关，研制出了类显示器件产业化关键技术攻关，研制出了类纸式信息显示屏，实现电泳平板显示器件产纸式信息显示屏，实现电泳平板显示器件产品化。品化。第第7章章新型光电显示技新型光电显示技现 代 显 示 技 术7.4.2铁电陶瓷显示技术铁电陶瓷显示技术v1.铁电陶瓷铁电陶瓷v铁电陶瓷（铁电陶瓷（ferroelectricceramics）指）指主晶相主晶相为为铁电体铁电体的的陶瓷材料陶瓷材料。它。它的主要特性如下：的主要特性如下：（1）在一定温度范围内存在）在一定温度范围内存在自发极化自发极化，当高于某一，当高于某一居里温度居里温度时，自发极时，自发极化消失，铁电相变为顺电相。化消失，铁电相变为顺电相。（2）存在电畴。）存在电畴。（3）发生）发生极化极化状态改变时，其状态改变时，其介电常数介电常数-温度特性发生显著变化，出现温度特性发生显著变化，出现峰值峰值，并服从，并服从Curie-Weiss定律。定律。（4）极化强度随外加电场强度而变化，形成）极化强度随外加电场强度而变化，形成电滞回线电滞回线。（5）介电常数随外加电场呈非线性变化。）介电常数随外加电场呈非线性变化。（6）在）在电场电场作用下产生作用下产生电致伸缩电致伸缩或电致应变。或电致应变。第第7章章新型光电显示技新型光电显示技现 代 显 示 技 术v铁电陶瓷电性能如下：铁电陶瓷电性能如下：（1）高抗电压强度和介电常数。）高抗电压强度和介电常数。（2）低老化率。）低老化率。（3）在一定温度范围内（）在一定温度范围内（5585）介）介电常数变化率较小。介电常数或电常数变化率较小。介电常数或介质介质的电容的电容量随交流电场或直流电场的变化率小。量随交流电场或直流电场的变化率小。第第7章章新型光电显示技新型光电显示技现 代 显 示 技 术v常见的铁电陶瓷多属钙钛矿型结构，如钛酸钡陶瓷常见的铁电陶瓷多属钙钛矿型结构，如钛酸钡陶瓷（BaTiO3）及其固溶体，也有钨青铜型、含铋层状）及其固溶体，也有钨青铜型、含铋层状化合物和烧绿石型等结构。化合物和烧绿石型等结构。v利用铁电陶瓷的高介电常数可制作大容量的陶瓷电利用铁电陶瓷的高介电常数可制作大容量的陶瓷电容器；利用其压电性可制作各种压电器件；利用其容器；利用其压电性可制作各种压电器件；利用其热释电性可制作红外探测器；通过适当工艺制成的热释电性可制作红外探测器；通过适当工艺制成的透明铁电陶瓷具有电控光特性，利用它可制作存储、透明铁电陶瓷具有电控光特性，利用它可制作存储、显示或开关用的电控光特性。通过物理或化学方法显示或开关用的电控光特性。通过物理或化学方法制备的制备的PZT、PLZT等铁电薄膜，在电光器件、非挥等铁电薄膜，在电光器件、非挥发性铁电存储器件等方面有重要用途。发性铁电存储器件等方面有重要用途。第第7章章新型光电显示技新型光电显示技现 代 显 示 技 术v2.铁电陶瓷显示技术铁电陶瓷显示技术v铁电陶瓷平板显示技术即利用一些铁电陶瓷铁电陶瓷平板显示技术即利用一些铁电陶瓷材料所拥有的铁电发射性能制成电子发射阴材料所拥有的铁电发射性能制成电子发射阴极，代替场致发射平板显示器中的微尖阵列，极，代替场致发射平板显示器中的微尖阵列，较好地解决了较好地解决了FED技术中的阴极制作工艺复技术中的阴极制作工艺复杂的问题，同时，在许多性能上也有所改善。杂的问题，同时，在许多性能上也有所改善。第第7章章新型光电显示技新型光电显示技现 代 显 示 技 术v铁电陶瓷平板显示技术与其它一些平板显示铁电陶瓷平板显示技术与其它一些平板显示技术相比，具有许多优点。技术相比，具有许多优点。（1）铁电陶瓷板和铁电薄膜制备工艺较为简）铁电陶瓷板和铁电薄膜制备工艺较为简单，成本较低，可有效降低平板显示器的制单，成本较低，可有效降低平板显示器的制造成本。同时可以根据需要制作出各种尺寸造成本。同时可以根据需要制作出各种尺寸和形状的陶瓷板或薄膜，易于制作大尺寸的和形状的陶瓷板或薄膜，易于制作大尺寸的平板显示器，满足市场需要。平板显示器，满足市场需要。第第7章章新型光电显示技新型光电显示技现 代 显 示 技 术（2）现代陶瓷制备技术和薄膜制备技术可以保证制）现代陶瓷制备技术和薄膜制备技术可以保证制造出高度均匀的铁电陶瓷板和铁电薄膜，使得其在造出高度均匀的铁电陶瓷板和铁电薄膜，使得其在铁电发射时能均匀地发射电子，保证显示器亮度的铁电发射时能均匀地发射电子，保证显示器亮度的均匀性。均匀性。（3）铁电陶瓷在变化的诱导电场下可以产生显著的）铁电陶瓷在变化的诱导电场下可以产生显著的脉冲发射电流，足以使荧光粉发光并保证足够的亮脉冲发射电流，足以使荧光粉发光并保证足够的亮度，脉冲发射电流的大小可以通过外加电场方便而度，脉冲发射电流的大小可以通过外加电场方便而迅速地加以控制。迅速地加以控制。第第7章章新型光电显示技新型光电显示技现 代 显 示 技 术（4）铁电陶瓷具有陶瓷材料所特有的高稳定性、良）铁电陶瓷具有陶瓷材料所特有的高稳定性、良好的耐久性、无衰变等特点，保证了显示器的长时好的耐久性、无衰变等特点，保证了显示器的长时间正常使用。间正常使用。（5）铁电发射是一个自发射过程。从理论上讲，低）铁电发射是一个自发射过程。从理论上讲，低于于5V的电压就可改变铁电材料的极化状态，在铁电的电压就可改变铁电材料的极化状态，在铁电薄膜上施加很小的脉冲电压就可获得高达薄膜上施加很小的脉冲电压就可获得高达100A/cm2的发射电流密度，因此应用在一些手持显示的发射电流密度，因此应用在一些手持显示设备中只需要几到几十伏脉冲电压就可显像，大大设备中只需要几到几十伏脉冲电压就可显像，大大降低了能耗。降低了能耗。第第7章章新型光电显示技新型光电显示技现 代 显 示 技 术（6）场致发射平板显示器等传统的平板显示技术需）场致发射平板显示器等传统的平板显示技术需要一个较高的真空环境，微尖场发射阵列需要要一个较高的真空环境，微尖场发射阵列需要1.310-3Pa以下的高真空度，有时需要达到以下的高真空度，有时需要达到1.310-61.310-7Pa的真空环境下才能发射电子。而铁电的真空环境下才能发射电子。而铁电发射只需在一个低真空环境（发射只需在一个低真空环境（0.1313Pa），利用），利用PZT陶瓷薄膜在陶瓷薄膜在1.313Pa的低真空环境下即可获的低真空环境下即可获得高达得高达100A/cm2的铁电发射，使得制造平板显示的铁电发射，使得制造平板显示器更为容易。器更为容易。第第7章章新型光电显示技新型光电显示技现 代 显 示 技 术v2铁电陶瓷在其它显示技术中的应用铁电陶瓷在其它显示技术中的应用v铁电陶瓷材料还可用在液晶显示技术上。液晶在一定的电场铁电陶瓷材料还可用在液晶显示技术上。液晶在一定的电场作用下可改变其透明度，利用这种光阀作用控制背光的透过作用下可改变其透明度，利用这种光阀作用控制背光的透过而显示各种图像。在显示过程中，作用在液晶上的电荷因漏而显示各种图像。在显示过程中，作用在液晶上的电荷因漏电等各种原因而迅速衰减，导致图像对比度的下降。如果液电等各种原因而迅速衰减，导致图像对比度的下降。如果液晶显示器中增加一种铁电功能梯度材料（晶显示器中增加一种铁电功能梯度材料（FGM）薄膜，利用）薄膜，利用铁电陶瓷的残余极化性能，将由此产生的电场施加在液晶显铁电陶瓷的残余极化性能，将由此产生的电场施加在液晶显示单元上，就可获得高清晰度、高对比度的图像。示单元上，就可获得高清晰度、高对比度的图像。v此外，一些铁电陶瓷材料还具有良好的电光效应。此外，一些铁电陶瓷材料还具有良好的电光效应。PLZT陶陶瓷的双折射率随外加电场而发生变化，利用这种现象可以做瓷的双折射率随外加电场而发生变化，利用这种现象可以做成成PLZT光阀。通过电场变化改变不同陶瓷薄膜位置的透光光阀。通过电场变化改变不同陶瓷薄膜位置的透光率，可以制成高质量的彩色投影显示器，具有响应时间短、率，可以制成高质量的彩色投影显示器，具有响应时间短、对比度高、亮度高等优点，获得较传统投影电视更为优越的对比度高、亮度高等优点，获得较传统投影电视更为优越的性能。因此，性能。因此，PLZT铁电陶瓷薄膜电光效应在彩色投影技术铁电陶瓷薄膜电光效应在彩色投影技术上也有着广泛的应用前景。上也有着广泛的应用前景。第第7章章新型光电显示技新型光电显示技现 代 显 示 技 术v习题七习题七v什么是电致变色现象？什么是电致变色现象？v电致变色有几种形式？分别说明这几种形式。电致变色有几种形式？分别说明这几种形式。v简述场致发射显示器件的构成及工作原理。简述场致发射显示器件的构成及工作原理。v什么是电泳？电泳显示的主要优点有哪些？什么是电泳？电泳显示的主要优点有哪些？v简述电泳显示的基本原理。简述电泳显示的基本原理。v什么是铁电陶瓷显示技术？什么是铁电陶瓷显示技术？第第7章章新型光电显示技新型光电显示技v8.1大屏幕显示技术大屏幕显示技术8.1.1大屏幕显示技术概述大屏幕显示技术概述8.1.2被动发光型大屏幕显示系统被动发光型大屏幕显示系统8.1.3主动发光型大屏幕显示主动发光型大屏幕显示8.1.4投影型大屏幕显示系统投影型大屏幕显示系统v8.2HDTV多媒体大屏幕显示墙多媒体大屏幕显示墙8.2.1HDTV多媒体大屏幕显示墙组成多媒体大屏幕显示墙组成8.2.2HDTV多媒体大屏幕显示墙的关键技术多媒体大屏幕显示墙的关键技术8.2.3HDTV多媒体大屏幕显示墙功能多媒体大屏幕显示墙功能v习题八习题八现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v8.1大屏幕显示技术大屏幕显示技术8.1.1大屏幕显示技术概述大屏幕显示技术概述 现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术所谓大屏幕，一般相对使用环境（居室、所谓大屏幕，一般相对使用环境（居室、大厅、广场等）而言，从对角线大厅、广场等）而言，从对角线30英寸英寸（76cm）到目前已实现的）到目前已实现的2000英寸（英寸（50m）不等，并无绝对标准。而且，随着时）不等，并无绝对标准。而且，随着时代的进步，其最大尺寸也无上限。本章所代的进步，其最大尺寸也无上限。本章所说的大屏幕泛指屏幕尺寸在说的大屏幕泛指屏幕尺寸在14m2的显的显示器，示器，4m2以上的称为超大屏幕。以上的称为超大屏幕。大大屏屏幕幕显显示示兼兼有有大大型型、彩彩色色、动动画画的的优优势势，具具有有引引人人注注目目的的效效果果，信信息息量量也也比比普普通通广广告告牌牌大大得得多多，作作为为多多媒媒体体终终端端系系统统，其其作作用用不不可可替替代代，其其市市场场前前景景不不可可估估量量。大大屏屏幕幕数数字字拼拼接接板板系系统统可可以以将将各各类类计计算算机机信信号号、视视频频信信号号在在大大屏屏幕幕数数字字拼拼接接板板上上显显示示，形形成成一一套套功功能能完完善善、技技术术先先进进的的信信息息显显示示管管理理控控制制系系统统，完完全全可可以以满满足足指指挥挥控控制制中中心心、调调度度中中心心、监监控控中中心心、会会议议中中心心、竞竞技技场场馆馆、多多媒媒体体教教室室、道道路路交交通通信信息息显显示示等等场场合合实实时时、多多画面显示的需要。画面显示的需要。实现大屏幕显示有两种途径：实现大屏幕显示有两种途径：v一种途径是采用单元显示器件按矩阵排布，一种途径是采用单元显示器件按矩阵排布，构成大屏幕显示；构成大屏幕显示；v另一种途径是将直视型或背投式显示器按纵、另一种途径是将直视型或背投式显示器按纵、横矩阵排列，构成多影像（横矩阵排列，构成多影像（multi-vision）系）系统，或称统，或称“电视拼接墙电视拼接墙”，简称，简称“电视墙电视墙”。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术大屏幕图像显示方式很多，总体分为电大屏幕图像显示方式很多，总体分为电子式和机械式，电子式又分为直观型、投影子式和机械式，电子式又分为直观型、投影型及空间成像型，机械式又分为回转型、磁型及空间成像型，机械式又分为回转型、磁场型及开闭型，如场型及开闭型，如图图8.1所示。能够实现大屏所示。能够实现大屏幕图像显示的技术手段也很多，如前面几章幕图像显示的技术手段也很多，如前面几章提到的提到的CRT、PDP、LCD、LED、LDT技术技术等等。等等。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术图图8.1大大屏屏幕幕图图像像显显示示技技术术v对大屏幕显示系统的主要要求对大屏幕显示系统的主要要求：（1）图像亮度）图像亮度在大屏幕显示中，要求图像要有足在大屏幕显示中，要求图像要有足够高的亮度。由于所要显示的图像是供够高的亮度。由于所要显示的图像是供许多人观看，如果亮度不高，致使坐在许多人观看，如果亮度不高，致使坐在较远距离处的观众就看不清楚；反之，较远距离处的观众就看不清楚；反之，图像清晰、层次分明，优美逼真。图像清晰、层次分明，优美逼真。（2）保证足够的图像对比度和灰度）保证足够的图像对比度和灰度等级等级一般大屏幕显示器应有一般大屏幕显示器应有301的对比的对比度。度。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术在显示技术中，通常把数字、字母、汉字及特在显示技术中，通常把数字、字母、汉字及特殊的符号统称为字符；而把机械零件、黑白线条、殊的符号统称为字符；而把机械零件、黑白线条、图形则称为图形。显示字符、图形、表格曲线时对图形则称为图形。显示字符、图形、表格曲线时对灰度没有具体要求，只要求有较高的对比度即可，灰度没有具体要求，只要求有较高的对比度即可，而对图像则要求有一定的灰度等级。灰度级别越多，而对图像则要求有一定的灰度等级。灰度级别越多，图像层次越分明，图像越柔和，看起来越舒服。图像层次越分明，图像越柔和，看起来越舒服。（3）清晰度）清晰度清晰度一般常用分辨力来表示。分辨力越高，清晰度一般常用分辨力来表示。分辨力越高，大屏幕图像就越清晰。大屏幕图像就越清晰。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术8.1.2被动发光型大屏幕显示系统被动发光型大屏幕显示系统由由于于是是被被动动发发光光，无无外外光光源源则则不不能能看看到到显显示示内内容容。对对于于室室外外应应用用，白白天天靠靠太太阳阳光光，夜夜间间需需要要人人工工照照明明。被被动动发发光光型型显显示示系系统统的的特特征征是是显显示示发发光光不不需需要要能能量量，而而且且几几乎乎所所有有的的被被动动发发光光型型大大屏屏幕幕显显示示均均具具有有存存储储性性，仅仅在在显显示示内内容容更更新新时时才才消消耗耗电电力力，维维持持显显示示内内容无功耗。容无功耗。 现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v因此，对于广告、消息发布等显示内容更新因此，对于广告、消息发布等显示内容更新频率低的场合，总功耗非常低。这是被动发频率低的场合，总功耗非常低。这是被动发光型大屏幕显示的突出优点。从多色性角度光型大屏幕显示的突出优点。从多色性角度看，看，磁反转型磁反转型占优势；从高分辨率角度看，占优势；从高分辨率角度看，磁泳成像磁泳成像占优势。占优势。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术1.磁反转型：早期采用的基本元件是借助电场力，使被磁反转型：早期采用的基本元件是借助电场力，使被磁化的平板发生反转来实现平板正面和反面内容的二值磁化的平板发生反转来实现平板正面和反面内容的二值显示元件。将大量的这种基本元件按矩阵排列，即可构显示元件。将大量的这种基本元件按矩阵排列，即可构成大型显示屏。在交通信息显示、商业广告、消息发布成大型显示屏。在交通信息显示、商业广告、消息发布等显示内容更换频率不太高的场合广泛使用。开始只能等显示内容更换频率不太高的场合广泛使用。开始只能2色显示，目前已有多色显示的制品。色显示，目前已有多色显示的制品。2.磁泳成像显示（磁泳成像显示（MagnetoPhotoDisplay，MPD）是将磁铁矿石等黑色）是将磁铁矿石等黑色磁性微粒子混入乳白色液体中构成分散系，将其封入透明基板之间构成的磁性微粒子混入乳白色液体中构成分散系，将其封入透明基板之间构成的显示板，目前已有大型显示装置面世。例如，在显示板，目前已有大型显示装置面世。例如，在133.5cm75cm的显示板的显示板表面，设置由电磁铁并排构成的磁头，对显示面进行扫描，对各个显示点表面，设置由电磁铁并排构成的磁头，对显示面进行扫描，对各个显示点施加磁力进行显示。由于保持显示内容不需要能量，元件单价仅为施加磁力进行显示。由于保持显示内容不需要能量，元件单价仅为LED的的1/40，与大型，与大型LED显示器相比，价格约为其显示器相比，价格约为其1/10。可显示精细的（点距为。可显示精细的（点距为1.3mm）文字、图像等，也可以进行重写显示。采用有源矩阵驱动，还能）文字、图像等，也可以进行重写显示。采用有源矩阵驱动，还能进行动态显示。由于是反射型，可作为室内外电子广告牌。进行动态显示。由于是反射型，可作为室内外电子广告牌。3.静电吸引型静电吸引型静电吸引方式显示器是依靠静电力对箔静电吸引方式显示器是依靠静电力对箔的吸引，使其变换位置或变形等，从而改变的吸引，使其变换位置或变形等，从而改变其对光的反射性，由此进行显示的方式。静其对光的反射性，由此进行显示的方式。静电吸引方式又分为箔吸引型、箔变形等几种电吸引方式又分为箔吸引型、箔变形等几种类型。类型。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术箔吸引型显示（箔吸引型显示（DyeFoilDisplay，DFD）的）的原理如图原理如图8.2所示。在显示盒中注满着色的绝缘液体，所示。在显示盒中注满着色的绝缘液体，将右侧隔离环固定的金属箔浸渍在绝缘液体中，金将右侧隔离环固定的金属箔浸渍在绝缘液体中，金属箔与背面电极相连。由于金属箔与表面电极间形属箔与背面电极相连。由于金属箔与表面电极间形成电容，会受到吸引力和恢复力的作用，其结果使成电容，会受到吸引力和恢复力的作用，其结果使金属箔靠近表面电极而显示明色。金属箔靠近表面电极而显示明色。DFD的优点是具的优点是具有明显的阈值特性，这是因为电压断开时金属箔被有明显的阈值特性，这是因为电压断开时金属箔被固定在背面电极上，只有当所加电压值达到一定的固定在背面电极上，只有当所加电压值达到一定的大小，表面电极对金属箔的吸引力超过其应变恢复大小，表面电极对金属箔的吸引力超过其应变恢复力时，箔才发生靠近表面电极的移动。显示用的金力时，箔才发生靠近表面电极的移动。显示用的金属箔多采用光刻法一次制成。属箔多采用光刻法一次制成。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术图图8.2箔吸引型显示原理箔吸引型显示原理8.1.3主动发光型大屏幕显示主动发光型大屏幕显示 主动发光型大屏幕显示的方式很多，主动发光型大屏幕显示的方式很多，以下讲述以下讲述LED、小型、小型CRT、放电管以及电、放电管以及电视拼接墙系统等。视拼接墙系统等。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术1.LED方式方式LED电子显示屏以低功耗、长寿命、高可靠、高电子显示屏以低功耗、长寿命、高可靠、高亮度、控制灵活等独特优势而深受用户欢迎，被广泛用亮度、控制灵活等独特优势而深受用户欢迎，被广泛用于银行、证券、体育场馆、商场、机场、港口及城市交于银行、证券、体育场馆、商场、机场、港口及城市交通等各行业。通等各行业。LED显示屏已成为当今信息时代的最佳信显示屏已成为当今信息时代的最佳信息显示媒体之一。息显示媒体之一。vLED电子显示屏一般具有以下特点电子显示屏一般具有以下特点：系统设计模块化。系统设计模块化。将电路设计按功能划分为不同的模将电路设计按功能划分为不同的模块，模块与模块之间只需要极少的连接，极大地提高了系块，模块与模块之间只需要极少的连接，极大地提高了系统的稳定性和可靠性。具有良好的通用性、互换性，便于统的稳定性和可靠性。具有良好的通用性、互换性，便于大规模生产、制造、安装、调试、维修、维护。使显示屏大规模生产、制造、安装、调试、维修、维护。使显示屏的制作更加系统化、标准化。的制作更加系统化、标准化。控制系统技术先进。控制系统技术先进。显示系统的核心部件全部采用显示系统的核心部件全部采用超大规模集成电路，系统集成度极高，使控制功能大大增超大规模集成电路，系统集成度极高，使控制功能大大增强，可靠性、安全性、灵活性大大提高。强，可靠性、安全性、灵活性大大提高。 现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术显示屏信息可长距离传输。显示屏信息可长距离传输。采用采用RS-232/422/485标准接口设计，极大地提高了信息远距离传送的抗干扰能标准接口设计，极大地提高了信息远距离传送的抗干扰能力，使显示屏更易于远距离控制。在无中继条件下，单色力，使显示屏更易于远距离控制。在无中继条件下，单色屏、彩色屏最大通信距离可达屏、彩色屏最大通信距离可达500m，彩色屏最大通信距离，彩色屏最大通信距离可达可达300m。可抗击。可抗击15kV的静电压冲击。的静电压冲击。开放式软件开放式软件。显示屏使用显示屏使用Windows系列操作系统作为系列操作系统作为应用平台。用户既可自行编制显示屏播放程序或专用程序，应用平台。用户既可自行编制显示屏播放程序或专用程序，更可随心所欲使用市场上流行的各类优秀的图形、图像、更可随心所欲使用市场上流行的各类优秀的图形、图像、动画、视频制作软件来任意编排制作播出节目，真正实现动画、视频制作软件来任意编排制作播出节目，真正实现了开放式软件结构。了开放式软件结构。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术可视性好、寿命长。可视性好、寿命长。LED发光管管芯，发光发光管管芯，发光亮度高、色彩鲜艳、视角宽、无拉丝闪烁现象，使亮度高、色彩鲜艳、视角宽、无拉丝闪烁现象，使用寿命长，大于用寿命长，大于10万小时。万小时。安装使用简便。安装使用简便。采用标准化模块显示单元，可采用标准化模块显示单元，可根据应用要求任意组装成所需的尺寸，便于使用、根据应用要求任意组装成所需的尺寸，便于使用、安装和维护。安装和维护。显示方式多样化显示方式多样化。可根据应用要求，先是各类可根据应用要求，先是各类图案，具有上下移动、左右移动、横开纵开、瀑布图案，具有上下移动、左右移动、横开纵开、瀑布现实、快速切换，图文、动画、视频播放多种控制现实、快速切换，图文、动画、视频播放多种控制方式。方式。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v选用选用LED电子显示屏的主要依据如下电子显示屏的主要依据如下：（1）显示信息类型：图形文字、动画视频等。）显示信息类型：图形文字、动画视频等。（2）显示信息方式：瞬间、展开、滚动、项次等近）显示信息方式：瞬间、展开、滚动、项次等近20种方式。种方式。（3）发光点阵类型：）发光点阵类型：5mm、3.7mm。（4）发光点阵颜色：单红或红绿双基色或全彩色。）发光点阵颜色：单红或红绿双基色或全彩色。（5）信息发送方式：微机）信息发送方式：微机RS-232/422/485接口发送、接口发送、VGA同步。同步。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v2.小型小型CRT方式方式现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术将许多平面电子束小型将许多平面电子束小型CRT按马赛克形式按马赛克形式布置成显示屏，用于室外动态画面以及情报信布置成显示屏，用于室外动态画面以及情报信息的大屏幕显示。息的大屏幕显示。小型小型CRT的直径有的直径有20mm、28mm、34mm等不等不同规格，目前采用新型电极结构，像素节距减小到同规格，目前采用新型电极结构，像素节距减小到7.5mm。显示屏因场合、距离要求而异。显示屏因场合、距离要求而异。v3.放电管方式放电管方式广场、大街、大型建筑物壁面等设置的广场、大街、大型建筑物壁面等设置的宣传广告牌，在晴天太阳的直射下要求在宣传广告牌，在晴天太阳的直射下要求在50m以内也能鲜明可见。一般表面对太阳光的以内也能鲜明可见。一般表面对太阳光的反射辉度与太阳的高度有关，最大可达反射辉度与太阳的高度有关，最大可达1000cd/m2。这时为了获得即使是。这时为了获得即使是51的对比度，的对比度，要求白色画面辉度也必须在要求白色画面辉度也必须在5000cd/m2以上，以上，对于此类应用只能采用放电管方式。对于此类应用只能采用放电管方式。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v4.直观型大画面显示直观型大画面显示直观型大画面显示与前面讲述的将大量直观型大画面显示与前面讲述的将大量发光元件按矩阵排布而构成的大屏幕显示器发光元件按矩阵排布而构成的大屏幕显示器不同，采用大屏幕拼接墙技术。该技术可以不同，采用大屏幕拼接墙技术。该技术可以将各类计算机信号、视频信号在大屏幕拼接将各类计算机信号、视频信号在大屏幕拼接墙上显示，形成一套功能完善、技术先进的墙上显示，形成一套功能完善、技术先进的信息显示管理控制系统，为用户提供一个交信息显示管理控制系统，为用户提供一个交互式的人机界面，满足工矿企业指挥控制中互式的人机界面，满足工矿企业指挥控制中心、调度中心、监控中心等实时、多画面显心、调度中心、监控中心等实时、多画面显示需要。示需要。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术大屏幕显示墙（早期称电视墙）是由多大屏幕显示墙（早期称电视墙）是由多个电视机以矩阵排列（如个电视机以矩阵排列（如22、33）组成一）组成一个大显示屏，每个子屏幕显示大图像的一部个大显示屏，每个子屏幕显示大图像的一部分，共同显示一个大的图像，因大如墙壁，分，共同显示一个大的图像，因大如墙壁，故称显示墙。故称显示墙。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术10多年前，显示墙刚出现时，只显示电视信号，多年前，显示墙刚出现时，只显示电视信号，称为电视墙（称为电视墙（videowall）；后来发展到能显示计）；后来发展到能显示计算机数据及图形，称为数据墙（算机数据及图形，称为数据墙（datawall）；近几）；近几年发展到显示多种媒体的信号，称多媒体显示墙年发展到显示多种媒体的信号，称多媒体显示墙（MultimediaDisplayWall，MDW）；把）；把HDTV、PAL和和NTSC制普通电视以及计算机的制普通电视以及计算机的VGA、SVGA、XGA等全在一个大屏幕上显示，称为等全在一个大屏幕上显示，称为“HDTV多媒体大屏幕显示墙多媒体大屏幕显示墙”。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术大屏幕显示墙技术近年来发展很快，社大屏幕显示墙技术近年来发展很快，社会需求量越来越大，它的图像面积大、亮度会需求量越来越大，它的图像面积大、亮度大、对比度好、彩色鲜艳、临场感特别强，大、对比度好、彩色鲜艳、临场感特别强，广泛应用于展览大厅、科学报告厅、车站、广泛应用于展览大厅、科学报告厅、车站、机场候机厅、商场、大厦、歌厅、政府机构机场候机厅、商场、大厦、歌厅、政府机构及各部门的监控单位。及各部门的监控单位。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v（1）CRT电视墙电视墙CRT电视墙是应用最早的一种显示技术。电视墙是应用最早的一种显示技术。CRT显示器显示的图像色彩较好，还原性不错，具有较显示器显示的图像色彩较好，还原性不错，具有较强的几何失真调整能力，缺点是亮度较低、操作复强的几何失真调整能力，缺点是亮度较低、操作复杂、体积庞大、拼缝大、对安装环境要求较高，并杂、体积庞大、拼缝大、对安装环境要求较高，并且难以做到且难以做到4m2以上的显示面积。以上的显示面积。CRT技术属于早技术属于早期的模拟技术，几年前就已经退出了主流的拼接板期的模拟技术，几年前就已经退出了主流的拼接板市场。市场。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v（2）PDP数据墙数据墙PDP器件是一种全新的显示器件，它装有成千上万个密器件是一种全新的显示器件，它装有成千上万个密封低压玻璃管，管内充有以氖为主体的混合气体。每个玻璃封低压玻璃管，管内充有以氖为主体的混合气体。每个玻璃管的背后都有红、绿、蓝三色磷光体，当玻璃管中的气体被管的背后都有红、绿、蓝三色磷光体，当玻璃管中的气体被激活后会发出紫外光，被紫外光投射到的磷光体产生可见光。激活后会发出紫外光，被紫外光投射到的磷光体产生可见光。可见，等离子平面显示器是由许多独立光源自行显示，整体可见，等离子平面显示器是由许多独立光源自行显示，整体构成图像的。因此，它较其它显示技术有着不可替代的优点：构成图像的。因此，它较其它显示技术有着不可替代的优点：适合于大画面显示，且屏幕越大图像越清晰；属主动发光型适合于大画面显示，且屏幕越大图像越清晰；属主动发光型器件，亮度高，对比度强，观看距离远。器件，亮度高，对比度强，观看距离远。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v（3）LCD数据墙数据墙LCD作为成熟的第二代显示技术，拥有清晰图作为成熟的第二代显示技术，拥有清晰图像、艳丽画面、低耗能、高寿命的特点；但像、艳丽画面、低耗能、高寿命的特点；但LCD数数据墙也因为光效率低、拼接缝隙过大，长期使用衰据墙也因为光效率低、拼接缝隙过大，长期使用衰减严重的原因而与减严重的原因而与DLP背投、背投、PDP数据墙三分天下。数据墙三分天下。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术图图8.5三星电子的三星电子的LCD数据墙数据墙CRT拼接显示技术由于亮度低、体积庞拼接显示技术由于亮度低、体积庞大、安装调试复杂，早已退出了市场竞争；大、安装调试复杂，早已退出了市场竞争；PDP拼接显示技术由于本身技术的特点而无拼接显示技术由于本身技术的特点而无法克服的宽拼缝、灼伤和短寿命问题也不能法克服的宽拼缝、灼伤和短寿命问题也不能在大屏幕拼接显示应用市场上广泛应用；在大屏幕拼接显示应用市场上广泛应用；LCD拼接显示技术拼缝大、不能长期使用；拼接显示技术拼缝大、不能长期使用；目前目前DLP拼接显示技术已占据了市场的主导拼接显示技术已占据了市场的主导地位，在国际大屏幕拼接显示领域，主流厂地位，在国际大屏幕拼接显示领域，主流厂商已经全部采用了该技术。商已经全部采用了该技术。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术目前的目前的DLP技术非常符合指挥控制中心、调度技术非常符合指挥控制中心、调度中心、监控中心用户的使用需求，适合中心、监控中心用户的使用需求，适合247365不不间断工作的要求。首先，间断工作的要求。首先，DLP技术是纯数字技术，技术是纯数字技术，符合数字技术在当今时代发展的潮流；其次，使用符合数字技术在当今时代发展的潮流；其次，使用DLP技术的拼接墙具有亮度和色彩的高度一致性，技术的拼接墙具有亮度和色彩的高度一致性，保证用户在显示一些信息的图表时不会出现偏差而保证用户在显示一些信息的图表时不会出现偏差而导致操作人员的判断错误；最后，采用导致操作人员的判断错误；最后，采用DLP技术的技术的拼接墙具有高性价比、低维护成本的特点，保障用拼接墙具有高性价比、低维护成本的特点，保障用户投资的长远利益。户投资的长远利益。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术8.1.4投影型大屏幕显示系统投影型大屏幕显示系统大大屏屏幕幕投投影影是是指指一一台台或或多多台台以以上上的的投投影影机机进进行行画画面面相相互互拼拼接接，组组成成一一面面投投影影墙墙来来显显示单个或多个图像。示单个或多个图像。 现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术基于投影机的大屏幕投影系统简称投影系基于投影机的大屏幕投影系统简称投影系统，它是信息电子、计算机、物理光学等技术统，它是信息电子、计算机、物理光学等技术的有机结合体。其基本组成包括投影机、背投的有机结合体。其基本组成包括投影机、背投屏、图像处理器等。屏、图像处理器等。目前，国内实现大屏幕投影显示屏的投目前，国内实现大屏幕投影显示屏的投影机主要有以下影机主要有以下4种：种：CRT投影技术、投影技术、LCD投投影技术、影技术、DLP投影技术和激光投影技术，而投影技术和激光投影技术，而数字光路真空管（数字光路真空管（DigitalLightValve，DLV）和栅状式光阀（）和栅状式光阀（GratingLightValve，GLV）是两种未来投影技术，有着广泛的）是两种未来投影技术，有着广泛的应用前景。应用前景。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v1.CRT投影显示技术投影显示技术CRT投影机是投影机市场上技术比较成投影机是投影机市场上技术比较成熟、价格较低的一个产品。熟、价格较低的一个产品。CRT投影机也分前投式和背投式，但以投影机也分前投式和背投式，但以背投式居多。背投式居多。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术CRT投影机的基本原理：投影机的基本原理：投影管的电子束受图像信号的调制，带有图像投影管的电子束受图像信号的调制，带有图像信息的电子束在投影管阳极高压作用下高速度轰击信息的电子束在投影管阳极高压作用下高速度轰击投影管屏幕上的荧光粉，使荧光粉发光。投影管是投影管屏幕上的荧光粉，使荧光粉发光。投影管是单色管，单色管，3个投影管分别涂上红、绿、蓝荧光粉，个投影管分别涂上红、绿、蓝荧光粉，红、绿、蓝红、绿、蓝3个投影管发出的携带有图像信息的红个投影管发出的携带有图像信息的红光、绿光、蓝光通过聚焦透镜汇聚成彩色光图像信光、绿光、蓝光通过聚焦透镜汇聚成彩色光图像信号，再通过投影光学系统投射到投影屏幕上形成彩号，再通过投影光学系统投射到投影屏幕上形成彩色图像。色图像。CRT背投影机由背投影机由3大部分组成：光学系统、大部分组成：光学系统、电路系统、机械结构和机箱。电路系统、机械结构和机箱。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术这种技术的投影机在工作时，把输入信这种技术的投影机在工作时，把输入信号源分解成红、绿、蓝号源分解成红、绿、蓝3个个CRT的荧光屏上，的荧光屏上，荧光粉在高压作用下发光，经系统放大、会荧光粉在高压作用下发光，经系统放大、会聚，在大屏幕上显示出彩色图像。光学系统聚，在大屏幕上显示出彩色图像。光学系统与与CRT组成投影管，通常所说的三枪投影机组成投影管，通常所说的三枪投影机就是由就是由3个投影管组成的投影机，由于使用内个投影管组成的投影机，由于使用内光源，也叫主动发光型投影方式。光源，也叫主动发光型投影方式。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术CRT投影型可分为折射透镜方式和凹面投影型可分为折射透镜方式和凹面镜方式，前者投影的光效率高，后者投影尺镜方式，前者投影的光效率高，后者投影尺寸可以较自由地变化。总的看来，折射透镜寸可以较自由地变化。总的看来，折射透镜方式更具有发展前景。方式更具有发展前景。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v2.液晶投影显示技术液晶投影显示技术液晶大屏幕显示器既包括直观型，又包括投影液晶大屏幕显示器既包括直观型，又包括投影型。作为大屏幕显示器，从响应速度、颜色重现性、型。作为大屏幕显示器，从响应速度、颜色重现性、对比度、视角等方面考虑，采用单纯矩阵驱动仍有对比度、视角等方面考虑，采用单纯矩阵驱动仍有困难，只能采用有源矩阵驱动。由于受到制造设备、困难，只能采用有源矩阵驱动。由于受到制造设备、工艺等方面的制约，实现直观型液晶大画面显示需工艺等方面的制约，实现直观型液晶大画面显示需要解决的问题还很多，故投影型仍是液晶大屏幕显要解决的问题还很多，故投影型仍是液晶大屏幕显示的主流。示的主流。LCD投影机分为液晶板和液晶光阀两种投影机分为液晶板和液晶光阀两种。下。下面分别说明几种面分别说明几种LCD投影仪的原理。投影仪的原理。 现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v（1）液晶光阀投影机）液晶光阀投影机采用采用CRT和液晶光阀作为成像器件，是和液晶光阀作为成像器件，是CRT投影机与投影机与液晶光阀相结合的产物。为了解决图像分辨率与亮度间的矛液晶光阀相结合的产物。为了解决图像分辨率与亮度间的矛盾，液晶光阀投影机采用外光源，也叫被动式投影方式。一盾，液晶光阀投影机采用外光源，也叫被动式投影方式。一般的光阀主要由般的光阀主要由3部分组成：光电转换器、镜子、光调制器，部分组成：光电转换器、镜子、光调制器，它是一种可控开关。通过它是一种可控开关。通过CRT输出的光信号照射到光电转换输出的光信号照射到光电转换器上，将光信号转换为持续变化的电信号；外光源产生一束器上，将光信号转换为持续变化的电信号；外光源产生一束强光，投射到光阀上，由内部的镜子反射，通过光调制器，强光，投射到光阀上，由内部的镜子反射，通过光调制器，改变其光学特性，紧随光阀的偏振光片滤去其它方向的光，改变其光学特性，紧随光阀的偏振光片滤去其它方向的光，而只允许与其光学缝隙方向一致的光通过。这个光与而只允许与其光学缝隙方向一致的光通过。这个光与CRT信信号相复合，投射到屏幕上。号相复合，投射到屏幕上。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术目前，液晶光阀投影机是亮度、分辨率目前，液晶光阀投影机是亮度、分辨率最高的投影机，亮度可达最高的投影机，亮度可达6000lm，分辨率为，分辨率为25002000，适用于环境光较强、观众较多，适用于环境光较强、观众较多的场合，如超大规模的指挥中心、会议中心的场合，如超大规模的指挥中心、会议中心及大型娱乐场所，但其价格高，体积大，光及大型娱乐场所，但其价格高，体积大，光阀不易维修。阀不易维修。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v（2）PLCD液晶板投影机液晶板投影机PLCD（polycrystallinesiliconTFTLCD多晶硅薄膜晶体管液晶板大屏幕投影机）多晶硅薄膜晶体管液晶板大屏幕投影机）主要采用主要采用p-Si（多晶硅）（多晶硅）TFT-LCD作为光阀，作为光阀，其研制始于其研制始于1986年，年，1989年曾用年曾用a-SiTFT液液晶显示板开发出晶显示板开发出40英寸一体型高清晰度投影英寸一体型高清晰度投影电视系统。电视系统。20世纪世纪90年代以来，许多公司先年代以来，许多公司先后将高清晰度液晶投影型大屏幕显示器投入后将高清晰度液晶投影型大屏幕显示器投入市场，形成与传统市场，形成与传统CRT投影显示竞争的局面。投影显示竞争的局面。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v液晶板投影技术是一种被动式的投影方式（参见图液晶板投影技术是一种被动式的投影方式（参见图8.6）。按照液晶板的片数，）。按照液晶板的片数，LCD投影机分为投影机分为3片机片机和单片机。利用外光源金属卤素灯或和单片机。利用外光源金属卤素灯或UHP（冷光源）（冷光源），若是，若是3块块LCD板，则把强光通过分光镜形成红、板，则把强光通过分光镜形成红、绿、蓝绿、蓝3束光分别透射过红、绿、蓝束光分别透射过红、绿、蓝3色液晶板；信色液晶板；信号源经过模数转换，调制加到液晶板上，控制液晶号源经过模数转换，调制加到液晶板上，控制液晶单元的闭合，从而控制光路的通过，再经镜子合光，单元的闭合，从而控制光路的通过，再经镜子合光，由光学镜头放大，显示在大屏幕上，其工作原理如由光学镜头放大，显示在大屏幕上，其工作原理如图图8.7所示。所示。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术UHP（UltraHighPerformance）：）：由飞利浦照明开发的一种超高压水由飞利浦照明开发的一种超高压水银冷光源灯泡，一般应用于前投影银冷光源灯泡，一般应用于前投影机，背投电视或电视墙设备领域。机，背投电视或电视墙设备领域。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术图图8.6PLCD投影机总体框图投影机总体框图现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术图图8.73片片PLCD投影机工作原理投影机工作原理3片片PLCD投影机利用投影机利用3片片LCD板，每个板，每个LCD板对应红、绿、蓝板对应红、绿、蓝3色中的一种。灯泡产色中的一种。灯泡产生的白光被分解为红、绿、蓝生的白光被分解为红、绿、蓝3色，每种颜色色，每种颜色的光路并不相同，这种导致了每种光的亮度的光路并不相同，这种导致了每种光的亮度分配不同，而产生色彩的不均匀性。色彩均分配不同，而产生色彩的不均匀性。色彩均匀性的高低是衡量拼接板技术高低的一项重匀性的高低是衡量拼接板技术高低的一项重要指标，使用要指标，使用PLCD技术构建的拼接板系统中技术构建的拼接板系统中不可避免地会出现不可避免地会出现“大花脸大花脸”现象，这严重现象，这严重影响了拼接板的视觉效果。影响了拼接板的视觉效果。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术图图8.8三片式三片式PLCD结构结构v（3）反射式液晶投影技术）反射式液晶投影技术反射式液晶投影技术的典型器件是反射式液晶投影技术的典型器件是LCOS投影投影机，其结构是在硅晶圆上长电晶体，利用半导体技机，其结构是在硅晶圆上长电晶体，利用半导体技术制作驱动面板（又称为术制作驱动面板（又称为CMOS-LCD），然后在电），然后在电晶体上透过研磨技术磨平，并镀上铝当作反射镜，晶体上透过研磨技术磨平，并镀上铝当作反射镜，形成形成CMOS基板，然后将基板，然后将CMOS基板与含有透明电基板与含有透明电极的玻璃基板贴合，再注入液晶，进行封装，其结极的玻璃基板贴合，再注入液晶，进行封装，其结构如图构如图8.9所示。所示。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术图图8.9反射式液晶投影机反射式液晶投影机LCOS的结构的结构vLCOS投影机的特点如下投影机的特点如下：1）开口率大，光能利用好。）开口率大，光能利用好。2）利于大量生产，成本相对较低。）利于大量生产，成本相对较低。3）高分辨率，）高分辨率，12801024。vLCOS投影机的关键技术有：投影机的关键技术有：1）LCOS芯片设计制作技术。芯片设计制作技术。2）投影光学系统设计技术。）投影光学系统设计技术。3）PBS列阵透镜等光学元件制作技术。列阵透镜等光学元件制作技术。4）长寿命光源。）长寿命光源。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v（4）直接驱动图像光源放大器技术）直接驱动图像光源放大器技术直接驱动图像光源放大器（直接驱动图像光源放大器（Direct-DriveImageLightAmplifier，D-ILA）技术）技术的核心部件是反射式活性矩阵硅液晶板，也的核心部件是反射式活性矩阵硅液晶板，也就是通常所说的反射式液晶板，所以也有人就是通常所说的反射式液晶板，所以也有人将将D-ILA技术称为反射式液晶技术。技术称为反射式液晶技术。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术3.数字光处理投影技术数字光处理投影技术数字光处理（数字光处理（DigitalLightProcession，DLP）技术是采用全数字技术处理图像，依靠）技术是采用全数字技术处理图像，依靠与分辨率一样数量的数字微镜元件（与分辨率一样数量的数字微镜元件（DigitalMicromirrorDevice，DMD）反射光产生完整）反射光产生完整的图像，如图的图像，如图8.10所示。美国德州仪器公司研所示。美国德州仪器公司研发的发的DMD单元为单元为DLP技术的实现提供技术保障，技术的实现提供技术保障，开辟了投影机产品的技术发展数字时代。开辟了投影机产品的技术发展数字时代。（a）DMD光学像素工作原理光学像素工作原理（b）DMD的构造的构造图图8.10DMD的原理与构造的原理与构造vDLP投影机是以投影机是以DMD芯片作为成像器件，通过芯片作为成像器件，通过调节反射光实现投射图像的一种投影技术，其电路调节反射光实现投射图像的一种投影技术，其电路框图参见图框图参见图8.11。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术图图8.11DLP投影机电路框图投影机电路框图现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术DLP投影机与液晶投影机有很大的不同，它的投影机与液晶投影机有很大的不同，它的成像是通过成千上万个微小的镜片反射光线来实现成像是通过成千上万个微小的镜片反射光线来实现的，每个微镜代表一个像素，开或关的状态就可投的，每个微镜代表一个像素，开或关的状态就可投射一幅画面中的一个像素。光束通过一个高速旋转射一幅画面中的一个像素。光束通过一个高速旋转的的3色透镜后，再投射在色透镜后，再投射在DMD部件上，然后通过光部件上，然后通过光学透镜投射在大屏幕上完成图像投影。因此，学透镜投射在大屏幕上完成图像投影。因此，DMD装置的微镜数目决定了一台装置的微镜数目决定了一台DLP投影机的物理分辨投影机的物理分辨率，平常所说投影机的分辨率为率，平常所说投影机的分辨率为600800的的SVGA模式，所指的就是模式，所指的就是DMD装置上的微镜数目就有装置上的微镜数目就有600800=480000个，是相当复杂和精密的。在个，是相当复杂和精密的。在DMD装置中每个微镜都对应着一个存储器，该存储装置中每个微镜都对应着一个存储器，该存储器可以控制微镜在器可以控制微镜在10两个位置上切换转动。两个位置上切换转动。v目前，DLP投影机按其中的DMD装置的数目分为单片式DLP投影系统（主要应用在便携式投影产品）、两片式DLP投影系统（应用于大型拼接显示墙）和3片式DLP投影系统（应用于超高亮度投影机）。 现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v现以现以1024768分辨率为例，讲述分辨率为例，讲述DLP投投影机原理：影机原理：在一块在一块DMD上共有上共有1024768个小个小反射镜，每个镜子代表一个像素，每一反射镜，每个镜子代表一个像素，每一个小反射镜都具有独立控制光线的开关个小反射镜都具有独立控制光线的开关能力。小反射镜反射光线的角度受视频能力。小反射镜反射光线的角度受视频信号控制，数字光处理器信号控制，数字光处理器DLP把视频信把视频信号调制成等幅的脉宽调制信号，用脉冲号调制成等幅的脉宽调制信号，用脉冲宽度大小来控制小反射镜开、关光路的宽度大小来控制小反射镜开、关光路的时间，在屏幕上产生不同亮度的灰度等时间，在屏幕上产生不同亮度的灰度等级图像。级图像。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术DMD投影机根据反射镜片的多少可以分投影机根据反射镜片的多少可以分为单片式、双片式和为单片式、双片式和3片式。以单片式为片式。以单片式为例，例，DLP能够产生色彩是由于放在光源能够产生色彩是由于放在光源路径上的色轮（由红、绿、蓝组成），路径上的色轮（由红、绿、蓝组成），光源发出的光通过快速转动的红、绿、光源发出的光通过快速转动的红、绿、蓝过滤器投射到一个镶有微镜面阵列的蓝过滤器投射到一个镶有微镜面阵列的微芯片的表面，这些微镜面以微芯片的表面，这些微镜面以5000次次/s的速度转动，它们通过反射投射过来的的速度转动，它们通过反射投射过来的光产生图像，因此光产生图像，因此DLP投影技术也称为投影技术也称为反射式投影技术。这种投影机所产生的反射式投影技术。这种投影机所产生的图像非常明亮，图像的色彩准确而且精图像非常明亮，图像的色彩准确而且精细。细。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术vDLP投影机的技术是一种全数字反射式投影技术。投影机的技术是一种全数字反射式投影技术。其特点首先是数字优势：数字技术的采用，使图像其特点首先是数字优势：数字技术的采用，使图像灰度等级提高，图像噪声消失，画面质量稳定，数灰度等级提高，图像噪声消失，画面质量稳定，数字图像非常精确。其次是反射优势：反射式字图像非常精确。其次是反射优势：反射式DMD器器件的应用，使成像器件的总光效率大大提高，对比件的应用，使成像器件的总光效率大大提高，对比度、亮度、均匀性都非常出色。度、亮度、均匀性都非常出色。vDLP投影机清晰度高、画面均匀、色彩艳丽，投影机清晰度高、画面均匀、色彩艳丽，3片机片机可达到很高的亮度，且可随意变焦，调整十分方便。可达到很高的亮度，且可随意变焦，调整十分方便。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v4.其它投影型其它投影型（1）DLV投影技术投影技术 数字光路真空管（简称数字光阀）是一种将数字光路真空管（简称数字光阀）是一种将CRT透射透射式投影技术与式投影技术与DLP反射式投影技术结合在一起的新技术。该反射式投影技术结合在一起的新技术。该技术的核心是将小管径技术的核心是将小管径CRT作为投影机的成像面，并采用氙作为投影机的成像面，并采用氙灯作为光源，将成像面上的图像射向投影面。因此，灯作为光源，将成像面上的图像射向投影面。因此，DLV投投影机在充分利用影机在充分利用CRT投影机的高分辨率和可调性特点的同时，投影机的高分辨率和可调性特点的同时，还利用氙灯光源高亮度和色彩还原好的特点，还利用氙灯光源高亮度和色彩还原好的特点，DLV投影机不投影机不仅是一款分辨率、对比度、色彩饱和度很高的投影机，还是仅是一款分辨率、对比度、色彩饱和度很高的投影机，还是一款亮度很高的投影机。其分辨率普遍达到一款亮度很高的投影机。其分辨率普遍达到12501024，最，最高可达到高可达到25002000，对比度一般都在，对比度一般都在2501以上，色彩数以上，色彩数目普遍为目普遍为1670万种，投影亮度普遍在万种，投影亮度普遍在200012000lm，可，可以在大型场所中使用。以在大型场所中使用。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v（2）GLV技术技术栅状式光阀技术原理和数字微镜元件有些类似，也是以微机电原理栅状式光阀技术原理和数字微镜元件有些类似，也是以微机电原理为基础，靠着光线反射来决定影像的显现与否；而为基础，靠着光线反射来决定影像的显现与否；而GLV的光线反射元件，的光线反射元件，则是由一条条带状的反射面所组成，依据基板上提供的电压，进行极小则是由一条条带状的反射面所组成，依据基板上提供的电压，进行极小幅度的上下移动，决定光线的反射与偏折，再加上其反射装置的超高切幅度的上下移动，决定光线的反射与偏折，再加上其反射装置的超高切换速度，以达到影像的再生。换速度，以达到影像的再生。GLV装置和多数液晶投影面板元件最大的差异点在于：装置和多数液晶投影面板元件最大的差异点在于：不论是穿透式不论是穿透式LCD、DLP或或LCOS等现有投影面板元件，均等现有投影面板元件，均是以是以“面面”为显示区域；而为显示区域；而GLV却是一线形排列的投影元件，却是一线形排列的投影元件，再利用高速的扫瞄，达到面的影像呈现。再利用高速的扫瞄，达到面的影像呈现。 现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术以以XGA（1024768）解析度为例，一般）解析度为例，一般投影面板元件需在面积极小的晶片中，安排投影面板元件需在面积极小的晶片中，安排1024768个光线闸道控制器；而个光线闸道控制器；而GLV却仅要却仅要1768个作动单位。从纯理论角度来说，生个作动单位。从纯理论角度来说，生产合格率可以比产合格率可以比LCD、DLP或或LCOS等技术等技术提升提升1024倍，大幅增加元件的制造质量。倍，大幅增加元件的制造质量。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v随着投影技术的发展，投影机的应用范围也随着投影技术的发展，投影机的应用范围也在不断扩大，演示题材的多样化、商业领域在不断扩大，演示题材的多样化、商业领域的拓展已经使投影机的应用重点从教育、军的拓展已经使投影机的应用重点从教育、军队等专用市场逐步向移动办公、家庭影院等队等专用市场逐步向移动办公、家庭影院等新兴市场转移。为了适应这些新兴市场的需新兴市场转移。为了适应这些新兴市场的需要，投影机本身也开始在产品的分辨率、明要，投影机本身也开始在产品的分辨率、明亮度、重量及体积等指标方面发生着潜移默亮度、重量及体积等指标方面发生着潜移默化的改变。化的改变。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v8.2HDTV多媒体大屏幕显示墙多媒体大屏幕显示墙大屏幕显示墙技术近年来发展很快，社大屏幕显示墙技术近年来发展很快，社会需求量也越来越大，它的图像面积大、亮会需求量也越来越大，它的图像面积大、亮度大、对比度好、彩色鲜艳、临场感特别强，度大、对比度好、彩色鲜艳、临场感特别强，广泛应用于展览大厅、科学报告厅、车站、广泛应用于展览大厅、科学报告厅、车站、机场候机厅、商场、大厦、歌厅、政府机构机场候机厅、商场、大厦、歌厅、政府机构及各部门的监控单位，如图及各部门的监控单位，如图8.14所示。所示。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术图图8.14HDTV多媒体大屏幕显示墙多媒体大屏幕显示墙v8.2.1HDTV多媒体大屏幕显示墙组成多媒体大屏幕显示墙组成现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术它主要由控制与组合显示屏两大部分组成，其中控制它主要由控制与组合显示屏两大部分组成，其中控制部分关键设备有可编程中央控制系统、大屏幕拼接处部分关键设备有可编程中央控制系统、大屏幕拼接处理器、音视频切换器和计算机信号切换器等；组合显理器、音视频切换器和计算机信号切换器等；组合显示屏部分由多个普通背投式示屏部分由多个普通背投式CRT或或PLCD或或PDP或或LCOS或或DLP组成，接收大屏幕拼接处理器输出的组成，接收大屏幕拼接处理器输出的NTSC制全电视信号和制全电视信号和S-Video（YC）信号，共同）信号，共同显示一个大的显示一个大的HDTV图像。图像。图图8.15HDTV多媒体大屏幕显示墙组成多媒体大屏幕显示墙组成vHDTV多媒体大屏幕显示墙的电路主要由多媒体大屏幕显示墙的电路主要由4部部分组成：普通电视输入变换部分、计算机信分组成：普通电视输入变换部分、计算机信号输入变换部分、低压差分信号（号输入变换部分、低压差分信号（LowVoltageDifferentialSignaling，LVDS）电）电平转换电路、平转换电路、HDTV信号分割器。信号分割器。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术vHDTV信号分割器的输入信号来自信号分割器的输入信号来自3处：一是处：一是NTSC制或制或PAL制彩色电视信号，此信号经数字解码器变制彩色电视信号，此信号经数字解码器变换为数字电视信号，再经逐行扫描转换模块将其转换为数字电视信号，再经逐行扫描转换模块将其转换为逐行扫描格式，经换为逐行扫描格式，经LVDS电平转换电路送至电平转换电路送至HDTV信号分割器；二是计算机输出的信号分割器；二是计算机输出的VGA、SVGA等信号，先将其转换为数字信号，再经专用等信号，先将其转换为数字信号，再经专用芯片变换成芯片变换成19201080格式，经格式，经LVDS电平转换电电平转换电路送至路送至HDTV信号分割器；三是机顶盒接收的信号分割器；三是机顶盒接收的HDTV信号，经信号，经LVDS电平转换电路送至电平转换电路送至HDTV信号分割器，信号分割器，分割器根据需要选择某一种分割处理后送至组合屏分割器根据需要选择某一种分割处理后送至组合屏显示墙。显示墙。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术图图8.16HDTV多媒体大屏幕显示墙的电路框图多媒体大屏幕显示墙的电路框图v8.2.2HDTV多媒体大屏幕显示墙的关键技术多媒体大屏幕显示墙的关键技术现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术1.HDTV信号分割器技术信号分割器技术HDTV信号分割器原理如图信号分割器原理如图8.17所示，从输入端到处所示，从输入端到处理终端采用全数字处理，所达到的信噪比和清晰度显著优理终端采用全数字处理，所达到的信噪比和清晰度显著优于用模拟方法连接的系统。外部送给分割器的是于用模拟方法连接的系统。外部送给分割器的是74MHz的的R、G、B数据流，为了将其变为普通电视的数据流，数据流，为了将其变为普通电视的数据流，先用先用FIFO缓冲降速，缓冲降速后的数据流只有缓冲降速，缓冲降速后的数据流只有27MHz，为选择帧存储器的芯片创造了有利条件，然后将其送至为选择帧存储器的芯片创造了有利条件，然后将其送至DRAM帧存储器。帧存储器。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术图图8.17HDTV信号分割器原理框图信号分割器原理框图读出时钟采用读出时钟采用13.5MHz标准数字电视时钟，因标准数字电视时钟，因而输出的输入信号来自而输出的输入信号来自3处：一是处：一是NTSC制或制或PAL制制彩色电视信号，此信号经数字解码器变换为数字电彩色电视信号，此信号经数字解码器变换为数字电视信号，再经逐行扫描转换模块将其转换为逐行扫视信号，再经逐行扫描转换模块将其转换为逐行扫描格式，经描格式，经LVDS电平转换电路送至电平转换电路送至HDTV分割器；分割器；二是计算机输出的二是计算机输出的VGA、SVGA等信号，先将其转等信号，先将其转换为数字信号，再经专用芯片变换成换为数字信号，再经专用芯片变换成19201080格格式，经式，经LVDS电平转换电路送至电平转换电路送至HDTV分割器；三是分割器；三是机顶盒接收的机顶盒接收的HDTV信号，经信号，经LVDS电平转换电路送电平转换电路送至至HDTV分割器，分割器根据需要选择某一种分割分割器，分割器根据需要选择某一种分割处理后送至组合屏显示墙。处理后送至组合屏显示墙。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术可编程逻辑器件是整个系统的控制核可编程逻辑器件是整个系统的控制核心，心，VGAHDTV数字变换、普通电视逐数字变换、普通电视逐行扫描变换、行扫描变换、FIFO和和DRAM的读写时序和的读写时序和地址时序、同步信号等都是由可编程逻辑地址时序、同步信号等都是由可编程逻辑器件控制的。器件控制的。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术2.可编程逻辑器件可编程逻辑器件以以Altera公司的公司的Flex10k系列芯片为例，此系列芯片为例，此系列芯片采用嵌入式阵列，集成度高，为设计系列芯片采用嵌入式阵列，集成度高，为设计者提供有效的嵌入式门阵列和灵活的可编程逻者提供有效的嵌入式门阵列和灵活的可编程逻辑。辑。Altera公司的公司的MAX+PlasII界面友好，可以界面友好，可以输入输入VHDL的源文件，用它的编辑功能可以快速的源文件，用它的编辑功能可以快速检查出检查出VHDL的语法错误，而且文件管理功能强的语法错误，而且文件管理功能强大，但它的逻辑综合能力并不强。大，但它的逻辑综合能力并不强。如果采用如果采用Xilinx公司的公司的FPGA编程工具编程工具FPGAexpress作为作为VHDL语言的逻辑综合工具，语言的逻辑综合工具，再把再把FPGAexpress输出的门级网络表引入到输出的门级网络表引入到Altera的的MAX+PlasII软件中，与选定的具体器软件中，与选定的具体器件相结合，进行逻辑试配，输出配置结果，用件相结合，进行逻辑试配，输出配置结果，用在线编程器把配置数据写入可编程芯片，则可在线编程器把配置数据写入可编程芯片，则可以较好解决逻辑编程问题，流程如图以较好解决逻辑编程问题，流程如图8.18所示。所示。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术图图8.18可编程逻辑器件开发流程可编程逻辑器件开发流程3.VGAHDTV数字变换技术数字变换技术现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术采用采用DSP技术，研制存储转换模块，将计算机信号技术，研制存储转换模块，将计算机信号VGA、SVGA、XGA上变换成上变换成HDTV的的19201080格式显示，克服变换成格式显示，克服变换成PAL制或制或NTSC制显示带来的制显示带来的清晰度严重下降问题，解决普通背投电视机不能显清晰度严重下降问题，解决普通背投电视机不能显示计算机信号的问题，现在也有专用芯片可完成这示计算机信号的问题，现在也有专用芯片可完成这个功能。个功能。4.普通电视逐行扫描变换技术普通电视逐行扫描变换技术现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术美国美国NDSP公司生产的芯片公司生产的芯片NV320P是一款是一款普通电视逐行扫描变换器件，它性能稳定，价普通电视逐行扫描变换器件，它性能稳定，价格适中，外围电路不复杂，能方便控制转换，格适中，外围电路不复杂，能方便控制转换，再加以再加以FPGA的配合，能将的配合，能将PAL制、制、NTSC制普制普通电视信号转换成通电视信号转换成HDTV分割器所需要的分割器所需要的HDTV数字信号格式。数字信号格式。HDTV、普通电视、普通电视PAL制和制和NTSC制信号制信号及计算机及计算机VGA、SVGA、XGA兼容显示在一兼容显示在一个组合屏上，用户购买一个显示屏就可显示个组合屏上，用户购买一个显示屏就可显示几乎所有日常遇到的图像信息。也可将组合几乎所有日常遇到的图像信息。也可将组合屏换成多重扫描显示器，屏换成多重扫描显示器，VGA信号数字化后信号数字化后直接分割，这样组合屏的价格会提高直接分割，这样组合屏的价格会提高20%30%，但计算机图形会更清晰。，但计算机图形会更清晰。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术5.大屏幕拼接处理器技术大屏幕拼接处理器技术大屏幕拼接处理器又称电视墙控制器，大屏幕拼接处理器又称电视墙控制器，其主要功能是将一个完整的图像信号划分成其主要功能是将一个完整的图像信号划分成N块后分配给块后分配给N个视频显示单元（如背投单元）个视频显示单元（如背投单元），完成用多个普通视频单元组成一个超大屏，完成用多个普通视频单元组成一个超大屏幕动态图像显示屏。它可以支持多种视频设幕动态图像显示屏。它可以支持多种视频设备的同时接入，如：备的同时接入，如：DVD摄像机、卫星接收摄像机、卫星接收机、机顶盒、标准计算机机、机顶盒、标准计算机A信号。信号。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术电视墙处理器可以实现多个物理输出组电视墙处理器可以实现多个物理输出组合成一个分辨率叠加后的超高分辨率显示输合成一个分辨率叠加后的超高分辨率显示输出，使屏幕墙构成一个超高分辨率，超高亮出，使屏幕墙构成一个超高分辨率，超高亮度，超大显示尺寸的逻辑显示屏，完成多个度，超大显示尺寸的逻辑显示屏，完成多个信号源（网络信号信号源（网络信号RGB信号和视频信号）在信号和视频信号）在屏幕墙上的开窗、移动、缩放等各种方式的屏幕墙上的开窗、移动、缩放等各种方式的显示功能。显示功能。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术大屏幕拼接处理器技术是一种给显示大屏幕拼接处理器技术是一种给显示墙上的投影机组合产生图像信号的计算机墙上的投影机组合产生图像信号的计算机平台，它用来整合不同来源的数据（信息）平台，它用来整合不同来源的数据（信息）而且可以提供直接有效的工具来操纵显示而且可以提供直接有效的工具来操纵显示墙，一个好的处理器技术可以用统一的方墙，一个好的处理器技术可以用统一的方法处理大量的数据源法处理大量的数据源现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术6.拼接控制技术拼接控制技术大屏幕显示墙的拼接系统主要由大屏幕显示墙的拼接系统主要由3部分组部分组成：大屏幕投影墙、投影机阵列、控制系统。成：大屏幕投影墙、投影机阵列、控制系统。其中控制系统是核心，目前世界上流行其中控制系统是核心，目前世界上流行的拼接控制技术主要有三种类型：的拼接控制技术主要有三种类型：现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v（1）硬件拼接技术）硬件拼接技术硬件拼接技术是较早使用的一种拼接技硬件拼接技术是较早使用的一种拼接技术，可实现的功能有分割、分屏显示、开窗术，可实现的功能有分割、分屏显示、开窗口，即在口，即在4屏组成的底图上，用任意一屏显示屏组成的底图上，用任意一屏显示一个独立的画面。由于采用硬件拼接，图像一个独立的画面。由于采用硬件拼接，图像处理完全是实时动态显示，安装操作简单；处理完全是实时动态显示，安装操作简单；缺点是拼接规模小，只能四屏拼接，扩展很缺点是拼接规模小，只能四屏拼接，扩展很不方便，不适应多屏拼接的需要；所开窗口不方便，不适应多屏拼接的需要；所开窗口固定为一个屏幕大小，不可放大、缩小或移固定为一个屏幕大小，不可放大、缩小或移动。动。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v（2）软件拼接技术）软件拼接技术软件拼接技术是用软件来分割图像。采用软件软件拼接技术是用软件来分割图像。采用软件方法拼接图像，可十分灵活地对图像进行特技控制，方法拼接图像，可十分灵活地对图像进行特技控制，如在任意位置开窗口；任意放大、缩小；利用鼠标如在任意位置开窗口；任意放大、缩小；利用鼠标即可对所开的窗口任意拖动，在控制台上控制屏幕即可对所开的窗口任意拖动，在控制台上控制屏幕墙，如同控制自己的显示器一样方便。其主要缺点墙，如同控制自己的显示器一样方便。其主要缺点是它只能在是它只能在UNIX系统上运行，无法与系统上运行，无法与Windows上上开发的软件兼容；开发的软件兼容；PC机生产的图形也无法与其接口；机生产的图形也无法与其接口；在构成一个几十台投影机组成的大系统时，其相应在构成一个几十台投影机组成的大系统时，其相应的硬件部分显得繁杂。的硬件部分显得繁杂。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v（3）软件与硬件相结合的拼接技术）软件与硬件相结合的拼接技术软件与硬件相结合的拼接技术可综合以上两种软件与硬件相结合的拼接技术可综合以上两种方法的优点，克服其缺点。这种系统可以使用显示方法的优点，克服其缺点。这种系统可以使用显示多个多个R、G、B模拟信号及模拟信号及Windows的动态图形，的动态图形，是为多通道现场即时显示专门设计的。通过硬件和是为多通道现场即时显示专门设计的。通过硬件和软件以及控制接口，来实现不同窗口的动态显示。软件以及控制接口，来实现不同窗口的动态显示。它透明度高，图像叠加透明显示，共有它透明度高，图像叠加透明显示，共有256级透明级透明度，令动态图像和背景活灵活现；并联扩展性极好，度，令动态图像和背景活灵活现；并联扩展性极好，系统采用并联框结构，最多可控制上千个投影机同系统采用并联框结构，最多可控制上千个投影机同时工作。时工作。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术8.2.3HDTV多媒体大屏幕显示墙功能多媒体大屏幕显示墙功能现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术1.图像显示图像显示显示标准电视（显示标准电视（PAL制、制、NTSC制）图像，计算机、图制）图像，计算机、图形工作站生成的图形形工作站生成的图形/图像信号及机顶盒接收的图像信号及机顶盒接收的HDTV信号。信号。2.视频切换控制视频切换控制将汇集到大屏幕拼接处理器的各种不同类型的视频信号将汇集到大屏幕拼接处理器的各种不同类型的视频信号有选择地输出到不同的显示器。有选择地输出到不同的显示器。3.图像处理图像处理包括图像塌缩包括图像塌缩/解压缩，音像合成，录像放松和记录，解压缩，音像合成，录像放松和记录，多画面合成，字幕、台标叠加，图像的修改、叠加、缩放、多画面合成，字幕、台标叠加，图像的修改、叠加、缩放、平移、旋转、复制、删除、剪辑等编辑处理功能。平移、旋转、复制、删除、剪辑等编辑处理功能。4.循环监视循环监视对各个输入和输出信号轮流显示，可定义对各个输入和输出信号轮流显示，可定义循环顺序、每路信号的监视时间，无效信号循环顺序、每路信号的监视时间，无效信号自动跳过。自动跳过。5.显示墙监控显示墙监控在工作过程中，显示墙定时报告自己的工在工作过程中，显示墙定时报告自己的工作态，或接受可编程中央控制系统的实时状作态，或接受可编程中央控制系统的实时状态查询。态查询。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术6.附属功能附属功能对声、光、电等各种设备进行控制，比如：对声、光、电等各种设备进行控制，比如：（1）光照度感应）光照度感应（2）RS-232/422/485串行总串行总线线（3）以太网）以太网（4）红外遥控设备）红外遥控设备（5）开关设备）开关设备（6）I/O设备设备（7）温度感应）温度感应（8）湿度感应）湿度感应（9）任意定时触发）任意定时触发（10）任意延时触发）任意延时触发（11）集中管理）集中管理现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v将设备所处环境的光照度以各种方式输出给将设备所处环境的光照度以各种方式输出给第三方设备，实现对环境亮度的自动控制。第三方设备，实现对环境亮度的自动控制。在控制系统中，通过对照度传感器数据的采在控制系统中，通过对照度传感器数据的采集，可以实时根据当前的光线强度，实现如：集，可以实时根据当前的光线强度，实现如：夜晚人来灯开；人走灯灭，而白天则无效或夜晚人来灯开；人走灯灭，而白天则无效或者根据天气变化光线变强时系统自动降低灯者根据天气变化光线变强时系统自动降低灯照度；当光线变暗时自动调亮环境灯光达到照度；当光线变暗时自动调亮环境灯光达到设定值等，通常搭配各种灯光控制器、调光设定值等，通常搭配各种灯光控制器、调光器使用。器使用。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术vRS-232/422/485是目前最常用的一种串行通是目前最常用的一种串行通信接口，支持对现有所有标准串行设备的控信接口，支持对现有所有标准串行设备的控制。在整个控制领域，大多数的产品均是直制。在整个控制领域，大多数的产品均是直接通过串行接口进行控制的，接通过串行接口进行控制的，RS-232普遍应普遍应用在近距离设备控制，而用在近距离设备控制，而RS-422/485主要是主要是对支持多设备总线接入的远距离设备控制。对支持多设备总线接入的远距离设备控制。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术vTCP/IP协议包含了一系列构成互联网基础的协议包含了一系列构成互联网基础的网络协议。随着网络协议。随着TCP/IP各项应用的推广，各项应用的推广，TCP/IP在控制领域的作用越来越大。在系统在控制领域的作用越来越大。在系统中，如触摸屏、主控机等可内置网口，并支中，如触摸屏、主控机等可内置网口，并支持无线接入，使得整个系统可以方便地接入持无线接入，使得整个系统可以方便地接入现有的现有的TCP/IP网络和实现各种复杂应用。网络和实现各种复杂应用。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v红外通信技术是一种点对点的数据传输协议，红外通信技术是一种点对点的数据传输协议，是传统的设备之间连接线缆的替代。红外通是传统的设备之间连接线缆的替代。红外通信技术已被全球范围内的众多软硬件厂商所信技术已被全球范围内的众多软硬件厂商所支持和采用，目前主流的软件和硬件平台均支持和采用，目前主流的软件和硬件平台均提供对它的支持。提供对它的支持。HDTV多媒体大屏幕显示墙多媒体大屏幕显示墙必须支持目前所有标准的红外设备。必须支持目前所有标准的红外设备。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v开关设备一般可通过继电器）实现控制开关设备一般可通过继电器）实现控制功能，使用中将需要控制设备的开关接功能，使用中将需要控制设备的开关接入继电器，然后通过控制系统控制便可。入继电器，然后通过控制系统控制便可。vI/O分为数字和模拟。数字分为数字和模拟。数字I/O为开关量，为开关量，根据输入输出状态或电压而采集当前的根据输入输出状态或电压而采集当前的开关状态，如各类报警器、感应器等；开关状态，如各类报警器、感应器等；而模拟而模拟I/O是根据对应的电压来采集和得是根据对应的电压来采集和得出当前的水平值的，如温度、湿度和光出当前的水平值的，如温度、湿度和光照度等。照度等。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v系统通过温度感应器或变送器采集当前环境系统通过温度感应器或变送器采集当前环境的温度，并将温度值以电压、电流或串行值的温度，并将温度值以电压、电流或串行值的方式输出给控制系统，从而实现对环境温的方式输出给控制系统，从而实现对环境温度的实时显示和控制功能。系统目前支持任度的实时显示和控制功能。系统目前支持任何带电压（何带电压（010V）输出或）输出或RS-232/485输出输出的温度传感器设备。的温度传感器设备。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v系统通过湿度感应器或变送器采集当前环境系统通过湿度感应器或变送器采集当前环境的湿度，并将湿度值以电压、电流或串行值的湿度，并将湿度值以电压、电流或串行值的方式输出给控制系统，然后控制相应设备的方式输出给控制系统，然后控制相应设备如中央空调等，实现控制系统对环境湿度的如中央空调等，实现控制系统对环境湿度的实时显示和控制功能。控制系统目前支持任实时显示和控制功能。控制系统目前支持任何带电压（何带电压（010V）输出或）输出或RS-232/485输出输出的湿度传感器设备。的湿度传感器设备。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v通过编程，系统支持任意定时触发控制事件，通过编程，系统支持任意定时触发控制事件，包括每年、每月、每周、每日的某时某分，包括每年、每月、每周、每日的某时某分，如实现每天早如实现每天早8点自动灌溉，每周一至周五每点自动灌溉，每周一至周五每天早天早6点半闹钟、开启背景音乐和打开窗帘等。点半闹钟、开启背景音乐和打开窗帘等。v系统支持对任意时间触发后再延时触发一个系统支持对任意时间触发后再延时触发一个或多个事件，直到执行完所有事件，如当打或多个事件，直到执行完所有事件，如当打开系统，系统便会延时开系统，系统便会延时1s打开电源，延时打开电源，延时2s打开时序控制器，延时打开时序控制器，延时5s打开投影，一切打开投影，一切都将根据需求设定和执行。都将根据需求设定和执行。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术v可编程中央控制系统是整个显示墙的核心，可编程中央控制系统是整个显示墙的核心，负责接收和处理来自各种控制终端的命令，负责接收和处理来自各种控制终端的命令，所有的输入输出的数据和状态都由它集中管所有的输入输出的数据和状态都由它集中管理和控制，对用户来说，只需要与触摸界面理和控制，对用户来说，只需要与触摸界面打交道，剩下的工作全部由主控机去控制各打交道，剩下的工作全部由主控机去控制各接口实现对应的控制功能。接口实现对应的控制功能。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术习题八习题八1.大屏幕图像显示技术有哪几类？实现的技大屏幕图像显示技术有哪几类？实现的技术手段有哪些？术手段有哪些？2.主动发光型大屏幕显示原理是什么？主动发光型大屏幕显示原理是什么？3.大屏幕显示投影机有哪几种类型？简述其大屏幕显示投影机有哪几种类型？简述其显示原理。显示原理。4.简述简述HDTV大屏幕多媒体的组成及关键实大屏幕多媒体的组成及关键实现技术。现技术。现 代 显 示 技 术第第8章章大屏幕显示技术大屏幕显示技术