显示技术发展史及显示原理

显示技术发展史及显示原理内容⚫第一章显示基础知识—显示技术及发展概述—电视基础知识（彩色电视原理、数字电视原理）—电视图像的摄取与重现—显示器性能参数器件：图像探测器（又称像探测器）把像素上的光通量转变为光电流。

外光电效应”原理）和光电原理）把光电流以电荷形式存储并转换为与像素光通量对应的电位。

根据存储方式不同，可分为光电发射存储器、二次电子方式存储器、光电导依次读取存储器上电位变化信息扫描成像图像探测器和非扫描成电子束扫描成像（光电导摄像管）、光机扫描成像（热像仪）、固体自扫非扫描成像型：照相机、真空像探测器和固体像探测构成：光电靶、电子枪和磁偏系统转附件管子结构靶结构网电极：在靶前形成均匀电场，保障电子束能够均匀上靶靶材料：高电阻性的、具有内光电效应特性材料信号板：靶电极，要求有高的透光率和电导率，通常采用透明导电薄膜：靶电压，该电压相对电子枪为正电压，一般高十至几十伏，由靶面材料决定，对电子起加速和保证穿过光导薄膜的正电压，电子束能够穿透光导薄膜，形成一个回电子束在扫描电路控制下对光导薄膜扫描，按顺序将光导膜一个一个成像在光导膜上的图像光强决定了每一小面元的电学特性，输出信号有相应的图像光强决定，因此实现了光-电转换等效电路举例：扫描电子束摄像管年代前，真空管形式的像探测器（真空摄像管）年代后，固体像探测器【主要三种类型：电荷耦合像探测器（又称自扫描光电二极管阵列）体积小，重量轻，电压和功耗低，全固化，耐冲击性好基本不保留残像（电子束摄像管有15%左右的残像），无红外敏感性（可做红外敏感型探测器）m）视频信号与计算机等数字设备接口容易1、真空摄像管光电靶、电子枪和磁偏系统转附件✓又称视像管✓根据靶面材料不同，有硫化锌管、氧化铅管、硅靶管、异质结靶管等管子结构靶结构厚度为几μm 信号板作为靶信号电极，采用透明金属氧化），要求具有高透10~几十伏光电导靶面向电子枪一侧表面的电位低于信号板电压，接近阴极电位，扫描电子束上靶时能（称为慢电并联等效电路组成。

✓R1、R2、。

、R n为像素电阻，由光敏靶特性和光照强度决定✓C1、C2、。

、C n为存储电容✓R L为负载电阻。

阻（称为暗电阻）大，暗电流小。

在电子束扫描过某一像素时，像素与电源接通，电容被充电，靶左侧阻大，放电很慢，因此在两次扫描大，当下一次扫描时，靶右侧电位问题：为减少暗电流起伏干扰，有什么样的解决方案？过（；≤E O<2eV结阻挡层（势垒）降低暗电流，降低材料电阻和禁带宽度的要求，扩大材料选择范围由微小的光电二极管阵列构成光电靶（称为硅靶）型硅片一面上制备二氧型N处理，作为结光电二极管阵列构成的几十万以上像素的硅靶。

硅靶电压使光电二极管为反偏置电压。

在无光照时，硅靶只存在暗电流；型区（耗尽层部分）中区移动，使靶被扫描一侧电位升高，其增量与光照度成型岛阵列上形成电荷图像（存储过程）。

当靶受到电子束扫描时，其电位被拉到阴极电位，产生的，形成了与光学图像对应的电压信号，同时擦除了存储信号。

，反偏置电压作用0.35~1.1μm，是目前光谱响应最宽的一种视像管，可用于近红外电视）优点：光电特性接近线性A/Lm），耐强光、高）缺点：暗电流较大、惰性较大、斑点瑕疵、分辨率不高与视像管的区别：带有移像部件，将光电转换原理：通过光电阴极进行图像的光电转换，通过存储靶存储光电信号，通过电子束扫描提取信号Silicon Intersified Target）将硅靶作为二次电子增益靶（电荷存储元件）增加了电子光学移像部分和光电阴极，Secondary Elentron 结构与增强硅靶摄像管类似，不同之处在于靶结构采用SEC靶代替硅靶SEC靶采用低密度的二次电子发射特性的材料2、MOS型图像探测器又称自扫描光电二极管阵列（SSPD）移位寄存器构成根据像元排列形状不同，分SSPD线阵列面阵列两种类型SSDP线阵列⚫不另加扫描机构，只能对一维的光强分布进行光电转换⚫现实应用：很多被测对象是活动景象，其自身在运动中，自然形成一种扫描过程，因此在机器视觉检测上应用量大光电转换和存储：实现光电转换和信号存储。

由N个光电转换二极管和存（二极管结电容和附加MOS电容）组成，以半导体集成技术在硅片上以等距排成一直线，二极管负极连在一起，组成公共电极。

CMOS场效应晶体管组成，漏动态移位寄存器构成，在起始作用下，依次输出采样脉冲，作为多路选择开关的选通信位光电转换二极管上的信号以串行方式输出。

将光电二极管反向偏置，并断开选上的电荷衰减速度与入电荷存储工作方式的实现单元结构：MOS开关的源极和光电二极管的P区合为一体一位电路具体分析：一位电路图等效电路图⚫I D为二极管反偏置下的暗电流线阵列的工作原理（III）一位电路具体分析：上电荷通过二极管逐渐释放，只有二极管暗电流I D使C d上电荷Q缓慢上泄放掉的电荷∆q=I D Ta；，可以忽略不计。

上电荷Q泄放速度加快；到下一上泄放掉的电荷∆q=∫Ta I L（t）d t；I L 成正比；当光强增大到某一光强H s时，放掉，这时即使光强比H s再增大，放掉的电称为饱和电荷，H s为饱和光一位电路具体分析：时刻），MOS开关又导电，偏充电，恢复到偏压电源V。

C d上补充的，与光照的光强有关。

器件时，存在移位寄存器尺寸难于做小的问题（线阵列长度过大，硅材料均匀性难于保证）⚫上移位寄存器对奇数位二极管进行采样⚫下移位寄存器对偶数位二极管进行采样⚫两组互补的时钟脉冲φ和φ'的相位对应错开1/4个时钟周期，得到的奇数位信号和偶数为信号错开半位。

⚫通过信号合成电路，把两路信号合成，得到连续按时序分布的串行信号。

、并行输出应用：把奇、偶两组移位寄存器时一组应用，获得两路并行输出信号，工作频率提高一倍。

、分组串行输出应用：两组时钟信号相同，第二组起始脉冲信来自第一组移位寄存器EOS信号，则分别读出两组寄存SSDP面阵列⚫直接对二维图像（平面的光强分布）进行光电转换⚫水平扫描电路输出H1-H4扫描信号，控制MOS开关T H1~T H4；垂直扫描电路输出V1-V3信号，控制每一像素内的MOS开关栅极，将二维空间分布照射的面阵上的光强信号转换为电信号，视频信号V0以串行输出。

（这种工作方式称为XY寻址方式）产品例子：美国Retion公司RA50⨯50工作波形：工作原理与线阵列相同•面阵列的时序电路需要考虑“回扫”时间问题，通常每行扫描结束后，留出两个像元采样时间间隔，便于在荧光屏上再现图像时，产生相应的回扫描信号Lfb 为行回扫描时间，t s 为像元采样周期，EOL 为行采样周期，t Ffb 为场（帧）回扫时间面阵列原理框图⚫只有一行扫描电路，同时控制14行发光二极管阵列⚫场扫描时间等于行扫描时间⚫14条视频信号并行输出⚫特点：扫描电路简单，不需要内部垂直扫描电路，采样时间快面阵列工作原理•T1为采样开关•T2为跟随器，隔离用•T3为扫描开关（预充电开关）—在e2扫描信号来时，T3导通，像元光电二极管D的结电容C d充电到V DD；在e2扫描信号消失时，T3断开，在光辐照下，D的光电流使C d电压逐渐减少（放电）—到一个积分周期时，扫描信号e1为负，采样开关T1导通，二极管上电容电压经T2隔离器后输出电压V0面阵列工作波形3、CCD摄像器件Device，电荷耦合器件年度发展起来的半导体器件，美国贝尔实提出；W.S.Boyle2009年获诺贝尔物理学奖（成像技术的重大贡献）器件结构具有光电转换、信息存储、信息延迟功能，在固体图像传感、信息存储、信息处理等方面基本单元结构：半导体材料、氧化物层、金属电极MOS电容器面有信号电荷的势阱型硅半导体材料为例分析：当金属电极加正电压，电场穿过氧化物薄界面附近的空穴（多数载流子），留下带负电的固定不动的Si-SiO2受主离子（空间电荷），形成耗尽层（无载流子的本征层）。

这时，氧化层与半导体界面处的电势（表面势）发生相应变化电子在界面处的静电势很低，当金属电极上的电压超过每一值（称为阈界面处形成电子势阱值电压）后，界面处就可以存储电子，即Si-SiO2存储电荷原理（I）势阱的存在，当有自由电子充入势阱时，耗尽层深度和表面势垒将随电荷的增加而减少（电子的屏蔽作用），在电子逐渐填充势阱过程中，势阱能容纳电子数量，（即与表面势大小有关，而表面势由栅当没有外来信号电荷（电注入或光注入），势阱被热生少数载流子（电子）逐渐填满，而热生多数载流子（空穴）通过电容结构达到了稳定状态（称为热平衡态），热生少数载流子形成的电流称为暗电流。

在稳定状态下，不能再向势阱注入信号电荷。

（这种状况无法探测光信号，因此光电探测，关注的是非稳定态情况）（II）型半导体在不同偏压下稳定态的MOS电容结构情况对栅极加负偏压情况，电场排斥界面处电子而吸收空穴，电子在界面处能量增大，能带上弯，空穴浓度增加，形成多数载流子堆积层（称为积累）。

表面积累能带图（III）型半导体在不同偏压下稳定态的MOS电容结构情况对栅极加一小正偏压情况，界面处电子能量降低，能带下弯，空穴被电场驱向体内，在界面处留下负电的受主离子以保持电中性，形成多数载流子被驱使殆尽的情况（称表面耗尽能带图。