《光电子技术》Chap7--光电显示

(3)粘度
•
液晶粘度对显示器响应时间和余辉时间产 生较大影响 。 (4)双折射 光在液晶这种各向异性物质中传播时会发生 双折射，相应于正单轴晶体的液晶称为正 双折射液晶，或称正光性液晶，向列型晶 体的光轴与分子取向一致，一般有，
n ne no n// n 0
为正光性液晶。
液晶材料的物理性质与显示器性能 参数关系表
第七章 光电显示
7.1光电显示技术基础 7.2阴极射线显示 7.3液晶显示 7.4等离子体显示 7.5场致发光显示
7.1光电显示技术基础
7.1.1显示技术与显示器件 • 1897年德国的布劳恩（Braun）发明了阴 极射线管（CRT）雏形 • 1968年美国的Heilmeier发现液晶双折射 的电光效应可以用于制作显示装置，即现 在的液晶显示器（LCD） • 20世纪90年代，液晶显示器首先在笔记本 电脑领域取得了绝对优势。
– 热致液晶是指某些有机物加热溶解后，由于 加热破坏结晶晶格而形成的液晶。 – 溶致液晶是指某些有机物放入一定的溶剂中 时，由于溶液破坏结晶晶格而形成的液晶。
• 根据分子的不同分类：
– 近晶型，也称层状液晶
• 由棒状或条状分子排列成层，层内分子长轴相互平行，方向垂 直于层面或与层面呈倾斜排列 • 分子层间作用力较弱，相互间容易滑动，呈现二维流体性质， 黏度高，具有正单轴晶体的双折射性
10 4 ~ 10 1 A
• 第五区异常辉光放电 区。 • 第六区称为第二过渡区 G点对应的电压称 为弧光放电着火电压。 • 第七区——弧光放电区 。 • 可以通过控制放电管中的气体种类、压强、 端电压、负载电阻等来控制气体放电由一 种形式转化为另一种形式或维持某种放电 形式。
•
PDP一般工作在第2-4区组成的负阻区， 其中辉光放电时放电管中的辉光区包括负 辉区、正柱区 等，负辉区是PDP的主要 发光源，而正柱区的本质是等离子体，可 用来激发荧光粉使其发光。 2 气体放电理论 电子繁流理论 ——用以说明繁流放电中带电粒子的增长规律。 巴邢定律
• 发射并加速电子 ，电子枪的电子发射系统主要由 阴极、控制极、加速极组成，加速极电压一般在 700伏左右。 • 用视频信号调制电子束流 ，目前显像管一般采用 阴极调制的方式，也就是控制极接地，将视频信 号加到阴极上，此时阴极电压越向负极变化，电 子束流就越大，所以称负极性调制。这种调制方 式对电子束的控制较强，调制灵敏度较高。 • 利用电子透镜会聚电子束，并在荧光面上将电子 束聚焦成小点。高速电子束流经G2和G3构成的予 聚焦透镜被压缩变细，再经G3、G4、G5构成的聚 焦透镜进一步聚焦，在荧光粉面上产生足够小的 光点。
(b) 向列型
(c) 胆甾型
2热致液晶的物理性质
(1)介电各向异性 液晶分子中偶极矩和分子长轴间的夹角的大 小是决定液晶分子正负介电各向异性的关 键数值。 0 的液晶称为正性液晶，或 称P型液晶； 0 的液晶称为负性液晶， 或称N型液晶。 (2)电导各向异性 电导率平行与垂直于分子轴方向的分量不同 的特性，称为电导各向异性。如向列型液 晶总有 //
• TFT是在玻璃或塑料基板等非单晶片上（当 然也可以在晶片上）通过溅射、化学沉积 工艺形成制造电路必需的各种膜，通过对 膜的加工制作大规模半导体集成电路 （LSIC）。 • 在大面积玻璃或塑料基板上制造控制像元 开关性能的TFT比在硅片上制造大规模IC的 技术难度更大。对生产环境的要求（净化 度为100级），对原材料纯度的要求（纯度 为99.999985％），对生产设备和生产技术 的要求都超过半导体大规模集成，是现代 大生产的顶尖技术。
• 金属化荧光屏 ： 在荧光粉层表面蒸镀一层0.1~0.5m的铝膜，并 使之与电子枪阳极相连. 可以提高图像显示性能。 • 金属化荧光屏优点：
– 铝膜与电子枪的阳极相连，可防止介电性的荧光粉负 电荷积累导致的荧光面电位下降(这会限制亮度提高)； – 铝膜可将荧光粉所发向管内的光线反射到观察者一侧， 从而增高荧光屏亮度、改善对比度； – 铝层能有效阻挡管内负离子对荧光粉的轰击，防止荧 光屏出现离子斑。
2彩色显像管
• 彩色显象管组成： 电子枪、偏转系统、三色组荧光屏、荫罩 • 荫罩
显像管选色机构，是彩管中特有的极为重要的组件 – 作用
当显像管工作时，荫罩限制电子束着屏方向和着屏束径， 以保证电子束只能打中荧光屏面上规定的基色粉点(条)， 即保证电子束正确选色。
• 彩色显像管分类： 根据荫罩管四个组成部分不同组合方式
(5)荧光屏
• 对荧光屏要求： 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，余辉时间适当，机械、化学、 热稳定性好，寿命高。 • 荧光屏的组成： 由涂覆在玻壳内表面的荧光粉层和叠于荧光粉层上面的铝 膜共同组成。黑白显像管一般用两种荧光粉（蓝与黄，比 例55：45）混合制得 • 制作方法： 一般采用沉积法，把洗净烘干的玻屏放在涂胶机上，玻屏 的倾角和转速都可由涂胶机控制。向玻屏中心注入加有醋 酸钡等电解质的荧光粉和水玻璃悬浮液，开启涂胶机使其 均匀涂布于玻璃基板上，经烘干后即形成牢固的荧光粉层
显象管的结构
b 自会聚彩管典型结构：
电子枪采用了三枪三束精密直列式结构 ， 采用精密环形偏转线圈，实现了会聚自校正。
7.3液晶显示
• LCD是利用液晶的光学各向异性，在电场 作用下对外照光进行调制而实现显示的。 7.3.1 液晶及其物理性质 1 液晶的特点及分类 介于完全规则状态(如固态晶体)与不规则状 态(如各向同性液体)之间的中间态物质。
7.2.2阴极射线管(Cathode Ray Tube, CRT)
1 黑白显像管 (1)工作原理：电子枪发射出的电子束被加在 电子枪栅极或阴极上的视频电信号所调制 后，经过加速、聚焦、扫描、复合发光等 一系列过程最终变为荧光屏上按空间分布 的、亮度随电信号强弱而变化的相应光信 号，从而得到与原被摄景物几何相似、明 暗对应的适合人眼视觉特性要求的光学图 像。
• TFT象素架构如下图所示，彩色滤光镜依据 颜色分为红、绿、蓝三种，依次排列在玻 璃基板上组成一组（dot pitch）对应一个象 素每一个单色滤光镜称之为子象素（subpixel）。也就是说，如果一个TFT显示器最 大支持1280×1024分辨率的话，那么至少 需要1280×3×1024个子象素和晶体管。 对于一个15英寸的TFT显示器（1024×768） 那么一个象素大约是0.0188英寸（相当于 0.30mm）
(2)黑白显像管的基本结构
1. 灯丝 2. 阴极 3. 控制极 4. 加速极 5. 聚焦极 6. 高压阳极 7.电子束 8.玻壳
(3)电子枪
单电位电子枪(UPF，Uni-Potential Focus)结构 灯丝Hf 阴极K 控制极G1 加速极G2 第二阳极 (聚焦极)G3 和高压阳极G4
电子枪的作用
• 偏转线圈的输入：一般情况下，在水平偏 转线圈上输入行频为15625Hz的锯齿波电 流，在垂直偏转线圈上输入场频为50Hz的 锯齿波电流。 • 电子束着屏点偏移量：当电流通过线圈时， 产生偏转磁场，使电子束偏转，如图7-11 所示。垂直磁场入射的电子束在磁场内作 圆周运动，离开磁场后沿圆周切线射向荧 光屏面 。
7.3.2液晶的电光效应
1垂直排列相畸变效应
• 将具有负介电各向异性的液晶材料采取垂 直排列方法使液晶分子垂直排列于基片表 面后，利用液晶分子的高度双折射性，给 此液晶层施加电场控制分子的倾斜程度， 则当偏振光通过该液晶层后，将使偏振光 变为椭圆偏振光，且所加电压不同，经检 偏器后显示图像的颜色就不同，液晶的这 种电压控制颜色变化从而进行色相调制的 电光效应就称为垂直排列相畸变效应，又 称电控双折射效应(ECB)。
– 品字型三枪三束荫罩式彩管（简称荫罩管） – 单枪三束栅网荫罩彩管（简称单枪三束管） – 自会聚式彩管（简称自会聚管） 目前彩色电视机采用最多的是自会聚管。
三枪三束荫罩管结构
红绿蓝三基色点呈品字型 均匀交替排列在整个荧光屏上， 数目达100万颗以上 品字型排列、相隔120度、 与管颈中轴线倾斜1~1.5度 的小电子枪 。 荫罩板上打有数十万个小孔
图7-11 偏转线圈上的电流 偏移量
L(1 cos ) D L tan sin
ห้องสมุดไป่ตู้
• PAL制式规定： 每帧625行，每秒25帧；隔行扫描，每帧两 场，每秒50场。每行水平扫描正程为52s， 逆程为12s，场正程时间18.4ms，逆程 时间1.6ms，垂直方向显示575行。
• 基本原理：显示屏由许多可以发出任意颜 色的光线的象素组成，只要控制各个象素 显示相应的颜色就能达到目的了。在TFT LCD中一般采用背光技术，为了能精确地 控制每一个象素的颜色和亮度就需要在每 一个象素之后安装一个类似百叶窗的开关， 当“百叶窗”打开时光线可以透过来，而 “百叶窗”关上后光线就无法透过来。
(4)偏转系统 • 偏转系统的作用 ： 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 屏上的任何一点都能发光而形成光栅 • 磁偏转系统
由两组套在管颈外面的互相垂直的偏转线圈组 成，常为S/T型结构，即：垂直偏转线圈绕在 磁环上为环形，水平偏转线圈为空心鞍型；水 平线圈放在垂直线圈里面，且紧贴管颈。
• TFT显示器组成：一般由一个夹层组成，组 成这个夹层的每一层是偏光板、彩色滤光 片组成，这两层之间就是液晶层。偏光板、 彩色滤光片决定了多少光可以通过以及生 成何种颜色的光。这个夹层位于两层玻璃 基板之间。在上层玻璃基板上有FED晶体 管，而下层是共同电极，他们共同作用可 以生成能精确控制的电场，电场决定了液 晶的排列方式。目前使用的最普遍的是扭 曲向列TFT液晶显示器
7-21 PDP中气体放电的伏安曲线
• 第一区为非自持放电区，其特点是起始带 电粒子由外界电离源引起，撤走电离源放 电即停止。 • 第二区为自持暗放电区，此时放电电流很 小( 1011 ~ 107 A)，管压降接近电源电压。 • 第三区为过渡区，也叫欠辉区。图中D点对 应的电压称为辉光放电着火电压 U b ，也称 起辉电压、击穿电压 。 • 第四区为正常辉光放电区，放电电流