现代显示技术

现代显示技术

一、引言

1.1显示技术的主要特点和内容1.2显示技术的分类1.3显示器件的主要参量1.4显示技术的应用和发展

二、视觉特征和电视表明的基本原理

2.1视见函数

2.2人眼的黑白与彩色辨别能力2.3视觉的时间特征2.4视觉的适应环境范围

2.5光度学的几个主要物理量2.6彩色光的三色原理

2.7颜色的基本特性及颜色的混合

1.1显示技术的主要特点和内容

日本一位学者说道过，电子显示器件正饰演了桥梁的角色（bridgingrole）或者说人机界面（man-machineinterface）角色，其发展趋势在信息社会中越来越关键。

什么是电子显示技术？

电子表明技术就是用电子学的手段将各种信号以文字、符号、图形、图像的形式付诸于人的视角的技术。

众所周知，材料、能源和信息是现实的物质生产力的三大基本要素。随着科学研究的深入，信息的处理量越来越大。各种信息的获取、存储、传递、处理、输出就变得越来越频繁和重要。信息包括各种电信号和非电信号，各种物理量和非物理量。信息显示基本过程可用下面框图表示：

各种电子装置信号处理与传输显示器图1.1信息表明过程

由图可见，信息源是各种电子装置，包括计算机、传感器、电视摄像机、信号储存磁盘、雷达天线、通信卫星等等。这些装置产生的电信号、经放大送入显示器，在显示器上以文字、数字、图像形式显示出来。电子显示技术有如下几个特点：

（1）电子表明技术传输与处置信息具备精确、实时、直观、处置信息量小的特点。有关研究说明，人们经各种感觉器官从外界赢得的信息中，视觉占到60％，感官占到20％，触觉占到15％，味觉占到3％，嗅觉占到2％。近2/3就是通过眼睛赢得的，所以图像表明已沦为信息表明中最重要的方式。

（2）电子显示技术有很强的综合性与应用性。它包括的每种显示方法都涉及许多学科的知识，如光学、电子学、材料科学、集成电路、真空技术、气体放电、固体物理、半

导体技术、计算机技术等等。毫无疑问，已经取得的成就和新的发展，都必然与这些学科

的进步联系在一起。电视机技术和计算机技术就是两个最好的例子。

（3）应用领域范围广。电子表明技术已广为应用于军事、工业、交通、通信、教育、航空航天、卫星遥感技术、娱乐、医疗等领域。

（4）电子显示技术发展快。从1897年德国发明第一只布劳固管（阴极射线管）开始，到现在已有百年历史，这期间，电子显示期间出现了上千个品种，而且从原理上完全不同

于crt（cathoderaytube）的新型显示器件也相继出现，许多新型器件都已实用化。

电子表明技术存有以下几方面内容：（1）电子表明技术主要促进作用就是将电信号

或者原本就是图像的光信号转换成电信号，经处置传输后再度变为光信号并促进作用于人

眼的视觉系统。因此，表明技术除了必须介绍表明电子学的有关问题外，还必须考量人眼

的视觉空间特性和时间特性，以及光度学的基本概念。

（2）深入了解各种显示器件的工作原理结构，也是现代显示技术的主要内容。各种

不同显示器件应用了不同的电子物理规律，了解这些原理和方法，对加深理解各基础学科

的知识，开阔思路，深入理解显示系统与应用电路无疑大有好处。（3）本讲座简单介绍

显示系统的基本要求和显示器件的主要参量。

（4）介绍各种平板表明，特别不为真空型平板表明，如lcd、pdp、eld、led等，它

们的工作原理、驱动方式、存有问题，发展趋势都就是表明技术的关键内容。

1.2电子显示技术的分类

电子显示器件可以分成主动闪烁型（自闪烁型）和非主动闪烁型两大类：前者就是利

用信息去调制各像素的闪烁亮度和颜色，展开轻易表明。后者本身不闪烁，而是利用信息

调制光源并使其达至表明的目的。

显示器件分类有各种方式。按显示屏面积的大小，可分为中、小型（0.2m2左右）、

大型（大于1m2）和超大型（大于4m2）显示器；按颜色可分为黑白、单色、多色和彩色

显示器；按显示内容、形状可分为数码、字符、轨迹、图标和图像显示器；按显示器材可

分为固体（晶体和非晶体）、液体、气体、等离子体和液晶体显示器。最常见的是按显示

原理分类，即主动发光显示和非主动发光显示。

主动闪烁显示器主要存有：crt（阴极射线管表明）；pdp（等离子体表明）；eld

（电致发光表明）；led（发光二极管表明）；vfd（真空荧光表明）；fed（场致升空表明）；oled（有机发光二极管表明）。

非主动发光显示器主要有：lcd（液晶显示）；ecd（电化学显示）；epid（电泳成像

显示），其中，ecd、epid和eld这几种显示器应用面不大，市场小。

1.3显示器件的主要参量

（1）亮度：单位面积的发光强度叫亮度。亮度用l表示，单位是坎德拉每平方米

（cd/m2）,有时也称尼特（nt）。

对画面亮度的建议与环境光强度有关。例如，在电影院中，电影30～45m2就可以，

在室内玩游戏，建议显示器画面的亮度应当大于70cd/m2；在室外观赏，则建议画面应当

达至300cd/m2。所以对高质量显示器，亮度的建议应属300cd/m2。（2）对比度和灰度

画面上最大亮度和最小亮度之比称为对比度，用c表示。

c?llmaxmin（1－1）

一个质量好的显示器的对比度至少要大于30，这是在有环境光的情况下的数据。有时报道的某种显示器件的对比度达到数百或更高，这是在没有环境光测的数据，即在暗室中

的测试数据，在实际应用中均有环境光，这时的对比度为

c?llmaxminl＋l?外外（1－2）

l外是指在环境光照到显示屏上产生的亮度，有了亮的亮度和高的对比度不一定能显

示出好的图像，因为一般图像是有层次的，要显示一个人的脸，要求层次较多，即要求有

较多灰度级。

灰度：所谓灰度，就是指图像的黑白亮度层次，或者说，从何文宣暗之间的亮度层次

称作灰度。设立人眼能够辨别的亮度层次为n。

n?2.3δlogc（1－3）

δ就是人眼对亮度高的分辨率，通常挑

δ＝0.02~0.05，若δ＝0.05，c＝50时，由（1－3）试，可算出n＝78若c＝100时，n＝92。

可知，人眼对所能辨别的亮度层次与图像对比度的对数成正比，并受图像对比度的管制，对于通常的图片，图像的最小对比度大约为100；

在电视技术中，用10个灰度级表示，测试时，常用10级灰度测试图，每级灰度之间

的亮度变化为2倍。通常电视接收机所重现的，一般为7～8级灰度。灰度越多，图像层

次越分明，图像越柔和。人眼可分辨的最大亮度层次为100级，电视中一个灰度级间的亮

度层次为6.9级。

在电子表明技术中，把数字、英文字母、汉字及特殊符号为字码，把机械零件等线条

图称作图形。表明字码、图形、表格、曲线时，对灰度没建议，只要对比度低即可，表明

图像时，则除了建议存有足够多低的对比度外，还建议存有多样的灰度级。

（3）分辨力