光电子发光与显示技术汇总

光电子发光与显示技术目录§1 阴极射线管显示 11.1、黑白CRT 2一、电子枪 2二、玻璃外壳 3三、荧光屏 41.2、彩色CRT 6一、彩色合成原理 6（1）三基色的确定 6（2）相加混色原理 7（3）减色混色法8（4）色度坐标系8二、彩色CRT 13（1）荫罩式彩色显像管13（2）荫栅式彩色显像管14（3）自会聚彩色显像管15§2 半导体发光显示器件（LED）172.1、P-N结发光原理182.2、LED的伏安特性182.3、亮度与电流关系192.4、LED的驱动202.5、LED光源的特点202.6、单色光LED的种类及其发展历史202.7、单色光LED应用212.8、白光LED的开发23§3 液晶显示器件（LCD）233.1、液晶基本知识243.2、液晶的光电特性26（1）液晶的各向异性26（2）液晶的双折射 26（3）液晶的电光效应273.3、动态散射（DS-LCD）型液晶显示器件（1968年～1972年）28 3.4、扭曲向列液晶显示器件（TN-LCD）（1971年～1984年）28 3.5、超扭曲向列液晶显示器件（STN-LCD）（1985～1990年）30 3.6、有源矩阵液晶显示器件（AM-LCD）31（1）MIM 32（2）α-SiTFT 323.7、背照灯33§4 等离子显示器件（PDP）344.1、气体放电的物理基础354.2、等离子体显示板工作原理364.3、PDP驱动方式 374.4、驱动方式和灰阶38§5 电致发光及场致发光器件（OLED）385.1、高场交流电致发光显示395.2、高场薄膜电致发光（TFEL）405.3、OLED 41一、OLED器件的发光机制 42二、OLED器件的分类43§6 激光显示技术446.1、LCRT（Laser Cathode Ray Tube）446.2、激光光阀显示466.3、点扫描激光电视46一、激光器选择47二、光调制器49三、行扫描机构52光电子发光与显示技术20世纪和21世纪是信息的时代。

1960~1990年信息的年均增长率为20%，到2020年更将达到每两个半月翻一番的惊人速度。

信息的获得、处理、传输、显示构成了信息技术链的四个环节，它已深入到社会的各个领域。

研究表明，在人们经各种感觉器官从外界获得的信息中，视觉占60%，听觉占20%，触觉占15%，味觉占3%，嗅觉占2%。

可见，近2/3的信息是通过眼睛获得的。

当然，也可以将信息以文字或语音的形式表达出来，但其每分钟所能传送的信息量只能是几百个字节，有时还不一定能表达得清楚，而用图像来传送信息就快得多，一幅电视图像由几十万个像素组成，高清晰度的电视图像可达百万个像素，并且一目了然，比任何口头叙述或文字描写都清楚。

显示技术作为人机联系和信息展示的窗口已应用于娱乐、工业、军事、交通、教育、航空航天、卫星遥感和医疗等各个方面，显示产业已经成为电子信息工业的一大支柱产业。

在我国，显示技术及相关产业的产品占信息产业总产值的45%左右。

从世界上第一只阴极射线管发展到今天成千上万种显示装置，已经历了百余年的历史，显示技术已渗透到各个领域。

纵观显示技术的发展历程大致有三个阶段：Ⅰ.机械电视发展阶段（1884年~1929年），它是以1884年，德国工程师尼波可夫发明了圆盘式光电扫描仪为起点的，开始了大规模的机械电视的研究，1929年，英国发明家贝尔德正式播送机械电视节目。

Ⅱ.电子束显示器件和电子电视阶段（1930年~1960年），1897年，德国学者布劳恩发明了阴极射线管，成为现代电子显示的起点。

1936年，英、美两国分别在伦敦、纽约开始正式播送电视节目，从此进入了黑白电视的时代，30年代~50年代，黑白电视进入了全盛时期。

1950年，美国无线电公司（RCA）研制出第一只彩显管，标志着彩色电视时代的开始，开创了彩色显示新纪元。

与此同时，各种类型的电子束显示器件也得到迅速发展，如雷达显示器，示波器等等。

使电子显示形成了一个巨大的产业，它的发展一直延续至今。

Ⅲ.各类新型显示技术蓬勃发展时期（1960年以后）。

六十年代初期，由于半导体集成电路技术的迅猛发展，促进了电子设备的小型化、低压化，单一的CRT显示已不能满足需求，引发了各类显示技术的蓬勃发展，其标志有：①平板显示的大发展。

各类显示原理完全不同于真空显示器件的平板显示器件相继出现，如1966年发明了等离子体显示板，1968年发明了液晶显示板，1969年发明了电致发光板，由于它们在体积、重量、功耗方面有明显的优势，一经发明，就迅速发展为独立的学科。

②激光进入显示领域。

自1960年激光器问世以后，在显示领域得到很多应用，激光扫描也成为一种新的选址方法。

③计算机显示日益普及，图形显示其成为普及型产品。

④新器件不断出现，并发展为产业，如发光二极管（LED）的发展，迅速成为大屏幕显示的主要技术之一。

另外，其他新型器件如电致变色显示（ECD）、电泳显示（EPIF）等等也相继发明。

回顾上述简单历程我们可以看到，显示技术的发展和社会进步密切相关的。

一种新原理的显示器件的发明往往标志其技术进入一个新阶段，甚至会带来一场变革。

另外，显示技术的前进是和其他相关学科如材料、工艺技术等的发展密不可分的。

我们看到，显示技术的发展前景是非常广阔的。

电子显示器可分为主动发光型和非主动发光型两大类。

前者是利用信息来调制各种像素的发光亮度和颜色，进行直接显示；后者本身不发光，而是利用信息调制外光源而使其达到显示的目的。

显示器件的分类有各种方式，例如：按显示屏幕面积的大小，可分为中、小型（约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、图表、图形和图像显示器；按所用显示材料可分为固体（晶体和非晶体）、液体、气体、等离子和液晶显示器。

但是最常见的是按显示原理分类，其主要有：阴极射线管（CRT）显示，液晶显示（LCD）、等离子体显示板（PDP）显示、电致发光显示（ELD）、发光二极管（LED）显示、有机发光二极管（OLED）显示、真空荧光管（VFD）显示、场发射显示（FED）。

前7种皆为主动发光显示，只有LCD是非主动发光显示。

其他还有电致变色（ECD）显示、旋转球（TBD）显示、电化学（ECD）显示等，但它们应用面不大，市场也小。

§1 阴极射线管显示阴极射线管（Cathode Ray Tube, CRT）的发展可追溯到1897年布朗的示波管，1938年德国人W. Fleching提出彩色显像管专利，1950年美国的RCA公司研制出三枪三束荫罩式彩色显你管，1953年实用化。

20世纪60年代，玻壳由圆形发展为角矩形管，尺寸由21英寸发展到25英寸偏转角由70°增大到90°，荧光粉由发光效率较低的磷酸盐型发展为硫化物蓝绿荧光粉和稀土类红色荧光粉。

70年代后，彩色显示管进行了一系列的改进，荧光屏由平面直角发展到超平，纯平，尺寸发展到主流29英寸以上，偏转角由90°增大到110°，横纵比不断增大，采用自会聚管以提高显示分辨率。

近年来，高分辨率彩电已成为发展方向。

1.1. 黑白CRT黑白显像管是通过电光转换重现电视图像的一种窄束强流电子束管，是单色CRT。

主要用途是在电视机中显示图像。

其基本工作原理是：电子枪发射出电子束，电子枪受阴极或栅极所加的视频信号电压的调制，电子束经过加束极的加速，聚焦极的聚焦，偏转磁场的偏转扫描到屏幕前面的荧光涂层上，产生复合发光，最终形成满足人眼视觉特性要求的光学图像。

其结构如图1.1所示。

一、电子枪图1.1 黑白显像管结构图电子枪是显像管中极为重要的组成部分。

电子束的发射、调制、加速、聚集均由电子枪来完成。

显示管用电子枪属于弱流电子枪，由圆筒电极、圆片和圆帽电极排列装配而成。

一般分为双电位电子枪（Bi-potential Focus, BPF）和单电位电子枪（Uni-Potential Focus,UPF）。

UPF电子枪比BPF电子枪多一个高压阳极，聚焦能力大大提高，在荧光屏上形成直径为0.2mm左右的光点。

图1.2 黑白显像管管脚和电子枪结构常用的黑白显像管电子枪包括5个以上的电极，即阴极（发射极）K，栅极（控制极）G，第一阳极（加速极）A1，第二阳极A2和第三阳极A3级成聚焦极，第四阳极A4与A2内部相连组成高压电极并且与管锥体内侧所涂石墨导电层相连至高压嘴处。

它们的相互位置如图1.2所示。

阴极表面涂有氧化物材料，当阴极被阴极里面的灯丝加热到约800℃时，电子获得逸出功，大量电子从阴极表面发出，并对准栅极的小圆孔飞行出去。

电子飞出的多少，由栅极与阴极之间所加的电压的大小决定，从而可以调制光点的亮暗。

正常工作时，栅极所加的电压比阴极低，从而对来自阴极的电子有排斥作用，只有少量电子能通过栅极到达屏幕。

栅极电压负到电子束电流为零时的电压值称为截止电压，一般为-20~-90V。

栅极与阴极间的距离一般为1mm以下，栅极中心孔直径为0.6~0.8mm。

加速极呈圆盘状，中间也开有上孔，电压一般为300~450V。

聚焦极装在加速极后面，电压在0~450V之间可调，改变这个电压，可以改变电子束聚焦的质量。

第四阳极与第二阳极施加8000~16000V的高压，使电子束以足够高的速度轰击荧光粉发光。

二、玻璃外壳玻璃外壳由管颈、锥体和面玻璃三部分组成。

管颈内部安装电子枪。

玻璃锥体将面玻璃和管颈连接起来，其张开角φ代表最大电子束偏转角度。

同样尺寸的荧光屏，偏转角φ越大，管子长度就越短，可以减少电视机的厚度，国产标准显像管主要有70°、90°、110°和114°等。

玻璃锥体内，外壁涂有石墨导电层。

玻璃锥体壁上装有高压帽，与内导电层相通，并与电子枪内的A2和A4阳极相连。

高压由高压帽输入到A2和A4，这样高压就不从管座引入，其优点是可以降低管座绝缘材料的耐高压指标。

玻壳外涂层石墨与电视机的地相连并与高压帽绝缘，内外石墨层在璃壳壁形成500~1000pf的高压电容器，兼作为高压整流滤波电容。

三、荧光屏荧光屏一般由玻璃基板、荧光粉层和和铝膜层构成，也称作屏幕。

面玻璃尺寸宽度与高度之比有4：3、16：9等类型，习惯上将屏幕对角线长度定为显像管的规格，用厘米（或英寸）表示。

为了减小环境光的影响，提高图像对比度，荧光屏玻璃采用具有中性吸光性能的烟灰玻璃，此外还要满足光洁度、均匀性、耐压力、面张力和防爆等性能要求。

荧光粉层完成显像管内的光电转换功能，黑白显像管要求在电子轰击下荧光粉发白光，一般采用颜色互补的两种荧光粉混合起来发白光。