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DMD芯片显示原理的介绍
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& &DMD精微反射镜面是一种整合的微机电上层结构电路单元 (MEMS superstructure cell)，它是利用CMOS SRAM记忆晶胞所制成。DMD上层结构的制造是从完整CMOS内存电路开始，再透过光罩层的使用，制造出铝金属层和硬化光阻层(hardened photoresist) 交替的上层结构，铝金属层包括地址电极 (address electrode)、绞链(hinge)、轭 (yoke) 和反射镜，硬化光阻层则 作为牺牲层 (sacrificial layer)，用来形成两个空气间 (air gaps)。铝金属会经过溅镀沉积 (sputter-deposited) 以及电浆蚀刻 (plasma-etched)处理，牺牲层则会经过电浆去灰 (plasma-ashed) 处理，以便制造出层间的空气间隙 &每个微反射镜都能将光线从两个方向反射出去，实际反射方向则视底层记忆晶胞的状态而定；当记忆晶胞处于「ON」状态时，反射镜会旋转至+12度，记忆晶胞处于「OFF」状态，反射镜会旋转至-12度。只要结合DMD以及适当光源和投影光学系统，反射镜就会把入射光反射进入或是离开投影镜头的透光孔，使得「ON」状态的反射镜看起来非常明亮，「OFF」状态的反射镜看起来就很黑暗。利用二位脉冲宽度调变可以得到灰阶效果，如果使用固定式或旋转式彩色滤镜，再搭配一颗或三颗DMD芯片， 即可得到彩色显示效果。DMD的输入是由电流代表的电子字符，输出则是光学字符，这种光调变或开关技术又称为二位脉冲宽度调变 (binary pulsewidth &modulation)，它会把8位字符送至DMD的每个数字光开关输入端，产生28或256个灰阶。最简单的地 址序列 (address &sequence) 是将可供使用的字符时间 (field time) 分成八个部份，再从最高有效位 (MSB) 到最低有效位(LSB)，依序在每个位时间使用一个地址序列。当整个光开关数组都被最高位寻址后，再将各个像素致能 (重设)，使他们同时对最高有效位的状态 (1或0) 做出反应。在每个位时间，下个位会被加载内存数组，等到这个位时间结束时，这些像素会被重设，使它们同时对下个地址位做出反应。此过程会不断重复，直到所有的地址位都加载内存。入射光进入光开关后，会被光开关切 换或调变成为一群光包(light bundles)，然后再反射出来，光包时间则是由电子字符的个别位所决定。对于观察者来说，由于光包时间远小于眼睛的整合响应（integration）时间，因此他们将会看到固定亮度的光线。 &&
上海昊量光电设备有限公司代理的V系列DLP(DMD)芯片基于Discovery 4100平台，代表了DLP(DMD)系列产品中的最高性能。
V系列DLP(DMD)芯片提供非常灵活的控制，能适用于各种相关应用，利用Discovery芯片组50G的带宽特性，使得帧频高达22727fps，
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所有V系列DLP(DMD)芯片支持高速载入，DLP(DMD)控制板配备高速FPGA逻辑和USB控制器固件，可使客户在进行硬件和固件相关开发时节省大量时间和成本。
应用领域：
适用于教育，科研，工业、医疗和高级显示应用
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V-英寸XGA DMD&支持紫外和可见光
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3秒自动关闭窗口光电显示技术_甜梦文库
光电显示技术
绪论：电子显示的原理和发展概况发展趋势和猜想 轻便可折叠低功耗 高分辨率、多视角 色彩丰富逼真 裸眼3D绪论：电子显示的原理和发展概况显示：是指对信息的表示。在信息工程领域，把显示技 术限定为基于光电子手段产生的视觉效果，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 达给眼睛产生的视觉效果。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、数码及字符等光信号的一门技术。绪论：电子显示的原理和发展概况电子显示器件的分类●按发光类型从显示原理的 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。所谓电光效应是指加上电压后物 质的光学性质（如反射率、折射率、透射率等）发生改 变的现象。主动发光型，利用信息来调制各像素素的发光亮度和颜 色，进行直接显示。非主动发光型，本身不发光，利用信息调制外光源而使 其达到显示的目的。依靠的是对光不同反射呈现的对比 度达到显示目的。根据收视信息的状态分类 ? 直观性 原则上把显示设备上出现的视觉信息直接观看 的方式成为直观型。 ? 投影型：前投和背投 把由显示设备或者光控装Z所产生的比较小的 光信号经过一定的光学系统放大投射到大屏幕 后收看的方式成为投影型。 ? 空间成像型绪论：电子显示的原理和发展概况,显示器件的主要参量显示器件的主要参量亮度和辉度 亮度是指画面的明亮程度，单位是堪德拉每平米(cd/m2)或称nits， 也就是每平方米分之烛光。人眼感觉范围0.03-50,000 cd/m2。 辉度用来评价主动发光型显示器件的发光强度，发生视觉灵敏度大 的绿光和黄光显示器的辉度较高。通常 100-1000cd/m2。 亮度一般用来评价非主动发光的受光型显示器件。对于ECD，能有 效的利用周围光的显示器件，可以用亮度表示。对LCD，伴随偏振 光的吸收，亮度指标比较低。 电影院里电影亮度30-40cd/m2 对画面亮度的要求与 室内看电视画面亮度大于70cd/m2 环境光强有关 室外观看应达到300cd/m2绪论：电子显示的原理和发展概况,显示器件的主要参量对比度C(contrast)，画面上最大亮度L max和最小亮度L min之比， C=L max /L min。 好的图象显示器要求对比 度至少大于30. 有的报道，对比度数百，甚至更高， 是指在没有环境光，即暗室中测量。 在有环境光的情 况下， C=(L max +L外) /( L min +L外 ) 如L外为环境光照射到屏幕上产生的亮度。如何降 低外光的影响是设计显示屏必须考虑的因素之一。绪论：电子显示的原理和发展概况,显示器件的主要参量有了高的亮度和高的对比度，还不一定能显示好的图象。因为一般 图象是有层次的。灰度(Grayscale)，灰度n是指图象的黑白亮度层次， 色彩的深浅程度，实际上在我们的日常生活中，通过三原色色彩深浅的组合，可以组成各种不同的颜色。产品能够展现的灰度数量越多，也就意味 着这款产品的色彩表现力更加丰富，能够实现更强的色彩层次。例如三原色 16级灰度，能显示的颜色就是16×16×16=4096色。不过目前的产品256级 灰度已经非常地普遍了。人眼能分辨的亮度层次为： 2.3n??log C式中：δ是人眼对亮度差的分辨率? ? 0.02 ? 0.05绪论：电子显示的原理和发展概况,显示器件的主要参量指能够分辨出电视图象的最小细节的能力，是 清晰度，又称析像度， 人眼观察图象清晰程度的标志。通常用屏面上 图象精细度 能够分辨出的明暗交替线条的总数来表示；对 于用矩阵显示的平板显示器件常用电极线数目 表示其分辨力。 普通电视： 扫描电极数：600；HDTV，扫描电极数&=1000.高分辨率，高亮度，高对比度的图象才是高清晰度的图象。点距指屏幕上相邻两个同色像素单元之间的距离绪论：电子显示的原理和发展概况,显示器件的主要参量响应时间 余辉时间从施加电压有图像显示 的时间，又称上升时间。 图像显示消失的时间，又称 下降时间切断电源电视小于1/30s, 一般主动型发光器件，响应时间小于0.1ms， 而 非主动型LCD，10-500ms， 在显示快速移动的电视图象时，由 于响应时间长，会出现拖尾或余像，使运动图象模糊。 LCD作 显示器，可；但要作为电视接收机，必须提高响应时间。绪论：电子显示的原理和发展概况,显示器件的主要参量显示色发光型显示器件发光的颜色和非发光型显示器件 透射或反射光的颜色称为显示色。 显示色由显示原理和显示材料决定，分为黑白， 单色，多色。和全色四大类. LCD＋滤光片，形成单色、多色乃至全色显示。 CRT，PDP 全色显示很容易，十分逼真。绪论：电子显示的原理和发展概况,显示器件的主要参量发光效率 是发光型显示器件所发出的光通量和器件所消耗功率之比；光通量/功耗， 单位：lm/w。 VFD（真空荧光显示器） 的发光效率最高为 10lm/w；光通量：在光度学中,明确地定义为能够被人的视觉系统所感受到的那部分光辐 射功率的大小的度量,单位是lm(流明)。（光源单位时间内发出的光量为光通量）LED,材料不同， 1--4lm/w ， ZnTe0.1Se0.9绿光，可达17lm/w ； OLED的发光效率也很高，达15lm/w ； PDP lm/w ；其他 active display 0.1lm/w量级 发光效率决定了显示器件工作时所消耗的功率。反射式 LCD, 功耗很小，占领了中小屏幕市场； PDP，发光效率低，功耗大， 不受欢迎。发光效率高，降低功耗，减少散热。绪论：电子显示的原理和发展概况,显示器件的主要参量工作电压 驱动显示器件所施加的电压为工作电压（V），流过的电流称为消耗电流(A)，两者的乘积就是显示器件的消 耗功率。消耗电流 由于驱动电路集成化 ，希望显示器件的工作电压与IC的工作电压相适应，如LCD的驱动电压只有几V，可 与TTL电路相匹配，降低驱动电路成本。 工作电压不大于45V，可以采用IC驱动。如LCD, LED , OLED , VFD (0.5----40V) 。 PDP (200V左右)。需要开发耐高压的MOS晶体管IC，增大成本，PDP驱动 成本占整机的2/3。LCD低消耗电流μA/cm2 量级 , 除CRT （μA/cm2 量级）外，主动发光型 mA/cm2 量级绪论：电子显示的原理和发展概况,显示器件的主要参量存储功能指断电后能保持显示状态，存储功能可减少显示器 件的功耗和有效地简化驱动电路，特别在多路驱动和矩 阵选址时，发挥作用巨大。 存储功能的有无，取决于显示原理，非主动发光型的 ECD，EPID，某些特殊材料的LCD以及主动发光的 ELD,AC-PDP等。绪论：电子显示的原理和发展概况,显示器件的主要参量工作寿命，本质上取决于工作原理。此外，所使用材料 的状态，化学稳定性，耐湿性，耐光性等环境特性等作为娱乐型大家电显示器件,寿命都应在3万小时以上。 LED,VFD的寿命不成问题 PDP的寿命,直至近几年才解决 OLED的寿命正在解决之中 ELD的寿命目前已接近解决 FED的寿命尚未解决 LCD的寿命决定其使用材料的化学稳定性、耐湿性和耐 光性,一般来讲寿命问题已解决。 此外，其他参数还有体积，重量，显示面积，观察角度及性能价格 比。 对 高分辨率、高亮度、宽视角需求量越来越大。电子显示技术第2章 布劳恩管显示器(CRT)光的基本特性 人眼视觉特性CRT显示技术色彩学基础? 彩色是物体反射光作用于人眼的视觉效果。物在光线照射下，反射了可见光中的不同成分而吸收其余部分，从而引起人 眼的不同彩色感觉。? ? ? ? ?三基色：RGB 红色+绿色=黄色 绿色+蓝色=青色 红色+蓝色=紫色 红色+绿色+蓝色=白色第2章 布劳恩管显示器(CRT)2.1 历史及特征 2.2 结构及工作原理 2.3 构成要素 2.4 性能 2.5 制作工艺 2.6 各种平板型CRT 2.7 生理学措施 2.8 驱动与控制 2.9 面向21世纪的CRT发展趋势第2章 布劳恩管显示器(CRT)2.1 CRT（Cathod Ray Tube)的历史及特征? CRT开发经历及发展史 布劳恩管是德国斯特拉斯堡大学的布劳恩(Braun) 于1897年发明的。 真空放电时发现玻璃管壁的发光现象－阴极射线 阴极射线与各种物质相互作用，可使其产生荧光，－阴 极射线管（CRT） 从20世纪20年代以后，人们开始利用CRT 进行电视 接收装Z的具体实验研究。 CRT用于计算机大约从1970年开始。第2章 布劳恩管显示器(CRT)? CRT的特征优点：CRT最大的优势在于，可以在相对低的价格下获得所必需的各种功能和性能。而且，可进行大画面 高密度显示，彩色CRT与黑白CRT在装Z的布局上 无本质变化，可进行无级辉度调节的全色显示等。 显示亮度可任意调节。 缺点：是其尺寸和重量都难以降低。寻址方式并不是采 用矩阵寻址，因而图像会出现畸变第2章 布劳恩管显示器(CRT)2.2 CRT的结构及工艺原理? 单色显示用CRT－Monochromatic Display Tube MDT? 彩色显示用CRT－Color Display Tube CDT第2章 布劳恩管显示器(CRT)2.2.1 单色显示用CRT－MDT主要由4部分组成：圆锥 形玻壳；玻壳正面显示用 的荧光屏；封入玻壳中发 射电子束用的电子枪系统 ；位于玻壳之外控制电子 束偏转扫描的磁轭。? 灯丝、阴极K、第一控制栅极G1、加 速极G2构成发射系统；第二阳极G3 、聚焦极G4、高压阳极G5构成聚焦 系统； ? 工作时，电子枪中的阴极被灯丝加热 至200K时，阴极大量发射电子，先 被调制，然后经加速和聚焦后，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的； ? 最后通过偏转磁轭控制电子束，在屏 上从上到下，从左到右依次扫描，从 而将原图像和文字完整地显示在荧光 屏上。第2章 布劳恩管显示器(CRT)荧光体按其用途及用户的特 殊需要采用各种各样的形态。 荧光面内侧有A1膜金属覆层， 通过该Al膜可使阳极电压施加 在荧光面的显示屏上。A1膜除 具有作为阳极的作用之外，还 可防止管内发生的阴离子直接 碰撞荧光面造成其性能劣化。 电子枪一般采用单一电压型， 阳极电压15～20kV，最大电流 100～150μA第2章 布劳恩管显示器(CRT)2.2.2 彩色显示用CRT－CDT最普遍使用的荫罩型CDT的结 构如图2.2所示。荫罩型CDT的 特征是，相应于红(R)、绿(G)、 蓝(B)三原色发光荧光体，分别 设有一个电子束，为了防止每 个电子束碰撞另外两个颜色的 荧光体，在荧光面内侧设有选 色电极(荫罩)第2章 布劳恩管显示器(CRT)荫罩有圆孔形、长方孔形、孔栅形等各种 形式。一般说来，三角形布Z的电子枪采用圆 孔形荫罩，直线形布Z的电子枪可采用各种形 式的荫罩。玻壳内除设有荫罩之外，还设有屏 蔽地磁场用的内屏蔽罩，其作用是防止电子束 受地磁场的干扰发生紊乱和偏离，使电子束不 会射向其他颜色的荧光体。第2章 布劳恩管显示器(CRT)在玻壳外侧装有偏转磁轭和色纯度会聚磁铁(purity convergence magnet，PCM)。偏转磁轭除了使电子束偏 转扫描之外，通过其磁场分布设计，一般还具有使三个 电子束完全集中(汇聚)于荧光屏画面的功能。PCM由2极 、4极、6极的可动磁极构成，4极和6极磁极用来调整画 面中心3个电子束的会聚状态，2极磁极用来调整画面中 心电子束的光斑。 对于CDT来说，通过RGB三原色发光辉度的匹配可 以再现各种各样的彩色。发光辉度决定于束流的大小， 而每个电子束束流的大小(驱动量)，可由开始设定的白 色画面的束流比为基准来确定。第2章 布劳恩管显示器(CRT)2.3 CRT的构成要素? ? ? ? ? 电子枪 偏转磁轭 阴罩 荧光面 玻壳第2章 布劳恩管显示器(CRT)2.3.1 电子枪决定CRT图像分辨率的重要因素之一是电子束的束斑尺寸 ，而后者主要决定于电子枪的设计性能。对于设计来说， 需要重点考虑的问题是： ①物点直径――最小错乱圆径的选择；②透镜像差因素――发散角α0汇聚角β的选择。第2章 布劳恩管显示器(CRT)从聚焦特性考虑，当然希望上述各量取值越小越好，但由 于各种因素之间存在相互制约作用，除聚焦特性之外，在 设计中还要考虑阴极寿命、电极间耐压等其他因素，以达 到所要求的CRT的最佳性能。MDT用电子枪为单电子束形式，一般采用UPF(Unipotential focus)型，单电位透镜聚焦 其第一个特点是，聚焦特性与电流的相关性小。 第二个特点是，聚焦电位几乎与地电位相同，聚焦调整电路 比较容易第2章 布劳恩管显示器(CRT)2.3.2 偏转磁轭偏转磁轭的功能是控制电子束扫描，故对其性能有多种要求。首先，按偏转磁轭的结构有S（Saddle－鞍）S型①、ST（ Troidal－环）型②、TT型②等几种类型。其中，ST型适用于 水平鞍型、垂直环型线圈，在电视机、低档次监视器等中应 用最为普遍。其特点是，垂直偏转线圈可直接绕在磁芯上， 生产效率高，线圈组装有一定自由度且比较容易等。SS型的 水平、垂直偏转都采用鞍型线圈，适用于高频偏转监视器等 。TT型的水平、垂直偏转都采用环型线圈，绕线的精度好， 但装在CRT上需要固定机构，再加上磁场设计的自由度小等 ，目前几乎不再采用。第2章 布劳恩管显示器(CRT)CRT偏转磁轭的基本特性包括： ①偏转功率； ②图形失真； ③聚焦特性； ④发热特性等。 对于CDT来说，还有最为重要的收束 (convergence)特性等。第2章 布劳恩管显示器(CRT)? 关于由偏转磁场造成的聚焦特性，一般说来，采用均 匀的磁场分布较好，但是在彩色CRT的场合，磁场分 布对收束特性也会产生影响，因此应根据所要达到的 目的进行选择。 ? 偏转磁轭的发热与水平偏转的周波数相关，而该周波 数与显示监视器的图像分辨率相关。 1)选择磁芯材料的主要考虑是，减小磁芯的磁滞损耗及 涡流损耗。 2)作为线圈材料，多采用较细的编织线，由于相对表面 积增加，对于抑制发热效果很好。第2章 布劳恩管显示器(CRT)2.3.3 荫罩荫罩位于玻壳和电子枪之间，起分色作用 ? 彩色CRT中使用的荫罩分圆孔型和长方孔型两大类，可以把孔 径栅格型归为后一类。? 对于荫罩型CDT来说，图像分辨率决定于荫罩的孔间距，因此 ，荫罩的设计作为CDT的基本设计是相当重要的。? 一般说来，在CDT中，除了特殊的图像分辨率很低的监视器之 外，一般采用0.26～0.38mm孔距的圆孔型荫罩。荫罩材料使用 100～150μm厚的低碳钢或因瓦(Invar FeNi36)合金。因瓦合金 (invar,也称为殷钢),是一种镍铁合金,其成分为镍36%,铁63.8%,碳 0.2%,它的热膨胀系数极低,能在很宽的温度范围内保持固定长 度。第2章 布劳恩管显示器(CRT)2.3.4 荧光面? 荧光面设计的主要考虑是，应满足亮度、对比度、荧光体发光 色、残光特性等方面的要求。在CDT的情况下，玻璃荧光屏内 面形成黑色基体及R、G、B三色荧光体点，在其背面附加金属 铝层。黑色基体的面积占有率(即黑色基体所占面积的百分比) 及荧光屏的透射率对荧光面反射率及辉度的影响呈相反的关系 ，而提高荧光体的发光效率对上述两个特性的改善最为有效。 ? 荧光体的发光色决定于荧光体的种类，但发光颜色不仅随荧光 体母材，而且还随活性剂及其浓度的变化而变化。色再现区域 的范围决定于三原色的发光色度，因此希望R、G、B的发光色 具有尽可能高的色纯度。但实际上，还要考虑视感度、再现自 画面所需要的电流比等因素。第2章 布劳恩管显示器(CRT)2.3. 5 玻壳? 对CRT用玻壳所要求的主要特性包括耐气压强度，较 高的X射线吸收率以及光透射率。 玻壳内部为真空，外部承受一个大气压，玻壳中必然 会产生应力。应力中既有压应力又有拉应力，其分布 及大小取决于玻壳的形状。 ? 在CRT中，荫罩及玻璃受高压加速的电子碰撞会产生 取决于阳极电压及电流的X射线。为使X射线被玻璃充 分吸收，玻璃材料一般应采用含PbO、SrO、ZnO及 BaO的铅玻璃，这样透过显示屏的X射线就比规定值要 低得多。第2章 布劳恩管显示器(CRT)2.5 CRT的制作工艺? 荫罩（光刻法） ? 显示屏、荫罩的组装，荫罩成型，安装在支架上，保证间距 q值，450℃处理消除残余应力? 涂黑及涂布荧光体（光 刻法） ? 封接、排气工程 ? 阴极老化处理 ? 装附偏转磁轭第2章 布劳恩管显示器(CRT)2.5.1 薄型CRT? 目前，人们正在研究开发单电子束型FCM―CRT方式 ，电子源采用线阴极，电子束扫描采用矩阵驱动的 MDS（Matrix drive and deflection system)方式的薄型 CRT管等。 ? MDS方式薄型CRT，如下图所示，采用线状阴极，通 过第一栅格电极上的小孔，将电子线分割为一个一个 的电子束。 ? FCM-CRT的特征是，在显示屏前要配Z二次电子倍 增通道板。 ? 薄型CRT与LCD等其他固体显示器相比，还不算很薄 ，只能看作是CRT薄型化的尝试。第2章 布劳恩管显示器(CRT)2.5.2 冷阴极型CRT? 随着半导体微细加工技术的发展，微细真空器件的开发不 断由可能变为现实。其中比较典型的是称为micro-cathode 的微小冷阴极。在冷阴极中，有电场发射型、雪崩型、 MIM型等。这些微小冷阴极的超微细器件，有种种应用领 域，在显示器方面的应用也正在进行各种不同的研究开发 。采用冷阴极的显示器的厚度可控制在数毫米，并作为代 替固体显示器的超薄型CRT，对此人们正寄以期望。 ? Spindt型冷阴极和楔型冷阴极第2章 布劳恩管显示器(CRT)? Spindt型冷阴极采用Spindt型冷阴极的平板型显示器，是由将电子发射材料加 工成圆锥形的阴极、围绕该圆锥形阴极的栅极、以及阳极(荧光 面)组成，通过在阴极与栅极间施加电压，在圆锥形阴极顶点由 电场取出电场发射电流进行显示。? 楔型冷阴极在基板的绝缘层之上，形成阴极材料及与其对向布Z的栅极， 在平面上看，阴极与栅极相隔微小间隙，构成对向楔形结构。 正是由于阴极这种楔形形状，当阴极与栅极间施加电压时，由 于楔形阴极端部的电场集中，引起电子的电场发射。第2章 布劳恩管显示器(CRT)2.7 CRT显示器的生理学措施? 防眩处理CRT显示器中所采用的防眩处理，有利用光干 涉的AR多层膜(anti-reflection bonded panel)方式 ，利用凹凸面扩散反射的化学蚀刻方式及有机 硅涂层方式等。第2章 布劳恩管显示器(CRT)? 平面化在CRT中要实现真正的平面显示是极为困难的 ，显示屏外面的曲率半径大约为原来2倍的FS管 已达到商业化。采用这种显像管可减轻不同观 察角度观察时的图像畸变，外光射入的范围也 窄，从而可提高图像的清晰度。第2章 布劳恩管显示器(CRT)? 防止电磁场的泄漏泄漏电磁场产生的第一个问题是CRT管面带电。第二 个问题是由偏转磁轭造成的漏磁场。对于泄漏电场， 也希望能控制其水平周波数在0.2V/m以下，垂直周波 数在2.0V/m以下。第2章 布劳恩管显示器(CRT)2.8 CRT显示器的驱动与控制1、CRT的扫描方式扫描方式：顺序（逐行）扫描和飞跃（隔行）扫描两种NTSC和PAL电视广播制式第2章 布劳恩管显示器(CRT)2. 灰度及颜色 MDT仅需要对辉度进行控制，对CDT来说还需要对 颜色进行控制，辉度和颜色都是通过电流量来控制的 。电流控制方式中有G1驱动方式和阴极驱动方式， 一般多采用阴极驱动方式。 CDT的颜色显示是通过3个电子束各自的电流(由电压 调制)来调制的。由各色信号输入阶数的乘积，决定 显示的色数，对于阶数为16的情况，可显示4096(＝ 163)种颜色。第2章 布劳恩管显示器(CRT)? CRT显示器驱控器的电路构成CRT彩色显示器驱控器电路构成主要包括视频电路、偏转 电路、高压电路、电源电路等基本电路，以及所选择的动 态聚焦电路、水平偏转周波数切换电路等。为提高CRT荧 光体的发光辉度，需要提高阳极电压。要特别注意的是， 由于阳极中流过的是电子束流，对于电流的变化也应能确 保稳定的高压。偏转电路最终应为偏转线圈提供锯齿波电 流，这一点与其他平板显示器按矩阵坐标顺序施加一定电 压的方式是根本不同的。锯齿波电流的直线性非常重要， 若波形产生畸变，则对画面的线性、图像的畸变都会产生 影响。CRT显示器驱控器的电路构成偏转线圈 视频放大电路 CRT 电极电路同步处理电路垂直振荡电路垂直驱动电路 垂直输出电路水平振荡电路水平驱动电路水平输出电路高压驱动电路高压输出电路2.9 CRT的特点? ? ? ? ? ? ? ? 价格低 亮度、对比度高 色域广 分辨率高 响应速度快 视角宽 显示板式可以灵活变化（4:3 16:9） 寿命长2.9 CRT显示器的性能指标? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 像素和分辨率 点距和栅距 场频、行频及视频宽带 刷新率 屏幕尺寸和最大可视面积 色温 亮度、对比度 灰度、余晖时间 控制方式 CRT涂层 环保认证第2章 布劳恩管显示器(CRT)? CRT技术的发展方向1. 2. 3. 4. 采用平面屏技术 缩短CRT的厚度 设计更先进的电子枪 降低CRT的功耗第三章 液晶显示技术3.1 液晶与液晶显示器（ LCD ） 3.2 液晶显示器件的构造和显示原理 3.3 液晶显示器件的构成材料3.4 液晶显示器件的显示方式 3.5 液晶显示器件的分类 3.6 液晶显示的各种驱动方式 3.7 液晶显示的技术参数和特点 3.8 液晶显示的技术发展动向第三章 3.1.1 液晶液晶与液晶显示器所谓液晶，字面上可以理解为液态的晶体，是指在某一温度范围内， 从外观看属于具有流动性的液体，但同时又是具有光学双折射性的 晶体。1888年奥地利的植物学家F．Reinitzer(莱尼茨尔)在胆甾醇的苯 （甲）酸及醋酸酯化合物中发现了液晶状态。晶体（固态）各 T1 向异性 熔点液晶态有序 流体T2 清亮点液态各向 同性第三章液晶与液晶显示器液晶实际上是物质的一种形态，也有人称其为物质的 第四态。 ? 物质有三态：固体、液体和气体。通常固体加热至溶 点就变成透明的液体。然而，有些有机材料不是直接 从固体转变为液体，而是经过中间状态，然后才转变 为液体。这种中间状态外观是流动性的混浊液体，同 时又有光学各向异性晶体所特有的双折射特性。 ? 处于中间状态物质，一方面具有象液体一样的流动性 和连续性，另一方面又具有象晶体一样的各向异性， 象这样的有序流体就是液晶。第三章液晶与液晶显示器已发现的液晶材料有5000多种，有数十种不同的分子结构。 可形成液晶的化合物主要是脂肪族、芳香族、硬脂酸等有 机化合物，分子呈棒状、盘状、碗状或高分子聚合物。 按形成条件分类 热致液晶(Thermotropic)和溶致液晶(1ylmPic) ? 热致液晶:由于加热破坏结晶晶格而形成的液晶称为热致液 晶，这种液晶只能在一定温度范围内存在。目前在技术中 直接应用的多是这种液晶。 ? 溶致液晶:由于溶剂破坏结晶晶格而形成的液晶称为溶致液 晶 ，常见的溶致液晶有肥皂水、洗衣粉溶液、表面活化剂 溶液等。第三章按晶相分类：液晶与液晶显示器液晶相中这些分子的排列状态一般取上图 所示的特殊的排列方式，即按图中所示排 列方式的不同，按液晶的晶相可分为层列 (smectic)液晶、向列(nematic)液晶、胆甾 相(cholesteric)液晶等几大类。第三章液晶与液晶显示器层列(Smectic)液晶（S型近晶液晶）在层列液晶中，棒状分子排成层状结构，层 内分子长轴互相平行，每层厚度约2～8埃，与层 面近似垂直。 因分子排列整齐，其规整性接近晶体，具有二维 有序，这是由于分子侧面之间的作用力大于分子 间末端之间的作用力，使液晶分子形成一个侧面 紧贴的液晶层，而每层之间会形成一个弱的作用 力。这种分子层间的结合较弱，层与层间易于相 互滑动，用手模，有肥皂的滑腻感，因此，层列 液晶显示出二维液体的性质。但与通常的液体相 比，其粘度要高得多。在光学上具有正性双折射 性。根据晶形的细微差别，已发现16种，分别用 SA、SB 、SC。。。表示。第三章液晶与液晶显示器向列(nematic)液晶（N型，丝状液晶）在向列液晶中，棒状分子都以 相同的方式平行排列，每个分子在 长轴方向可以比较自由地移动，不 存在层状结构。因此，富于流动性， 粘度较小。 可利用外加电场对具有各向异性 的向列液晶分子进行控制，改变原 有分子的有序状态，从而改变液晶 的光学性能，实现液晶对外界光的 调制，达到显示目的。第三章液晶与液晶显示器胆甾相(cholesteric)液晶（CH型，螺旋状液晶）胆甾相液晶与层列液晶同样形 成层状结构，分子长轴在层面内与 向列液晶相似呈平行排列。但是相 邻层面间分子长轴的取向方位多少 有些差别，整个液晶形成螺旋结构， 螺距约为300nm。胆甾相液晶的各 种光学性质，例如旋光性、选择性 光散射、圆偏光二色性等都是基于 这种螺旋结构。第三章液晶与液晶显示器3.1.2 液晶与显示通过上述讨论可以看出，液晶的分子排列结构，并 不像晶体结构那样坚固。因此，在电场、磁场、温度、 应力等外部刺激的影响下，其分子容易发生再排列， 由此液晶的各种光学性质发生变化。这种变化的现象 成为液晶的液晶的电气光学效应，简称电光效应。液 晶所具有的这种柔软的分子排列，和其电光效应正是 其用于显示器件、光电器件、传感器等的基础。第三章 3.1.2 液晶与显示液晶与液晶显示器在用于液晶显示的情况下，液晶的特定的初始分 子排列，在电压及热等的作用下，其分子排列发生有 别于其他分子排列的变化。伴随这种分子排列的变化， 液晶盒的双折射性、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以转变为视觉变化。 也就是说，液晶显示是利用液晶盒的光变换进行显示， 属于非主动发光型(受光型)显示。液晶的电气光学效应? ? ? ? ? 液晶的双折射效应 电控双折射效应 动态散射 旋光效应 宾主效应液晶的电气光学效应? 二色性 是由双折射而产生的。当一束光线通过晶 体时，由於双折射而被分成两束光线时，这两 者不仅其行进速度不同，且其被吸收的色光频 率程度也会不同，因此，射出晶体外的，会是 两不同颜色的光线。这个特性，就称为晶体的 二向色性。第三章光的双折射现象：液晶与液晶显示器1.一束光入射晶体分成两束光的现象称为双折射。第三章3. 晶体的光轴液晶与液晶显示器当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射， 该方向称为晶体的光轴。 例如，方解石晶体(冰洲石)? 光轴是一特殊的方向,凡平行于此方102° A向的直线均为光轴。 单轴晶体：只有一个光轴的晶体光轴B双轴晶体：有两个光轴的晶体液晶的电气光学效应? 旋光效应在液晶盒中充入向列相液晶，把两玻璃片绕于他们相互垂直的轴相对扭转 90°角度，这样向列相液晶的内部就发生了扭曲，于是形成一个具有扭曲排 列的向列相液晶的液晶盒。这样的液晶盒前后放Z起偏振片和检偏振片，并 使其偏振方向平行。在不加电场时，一束白光射入，液晶盒使入射光的偏振 光轴顺从液晶分子的扭曲而旋转了90°。因而光进入检偏振片时，由于偏振 光轴相互垂直，光不能通过检偏片，液晶盒不透明，外视场呈暗态，增加外 电压，超过某一电压值时，外视场呈亮态，由此就可以得到黑底白像若起偏 片与检偏片的偏振方向互相垂直，可得到白底黑像。第三章 液晶与液晶显示器3.2 液晶显示器件的构造和显示原理3.2.1 LCD的构造将两片已刻好透明导电电极图案的平板玻璃相对放置在一起， 使其间距为6~7um。四周用环氧树脂密封，但在一个侧面封接 边上留一个开口，通过抽真空，将液晶注入，然后再将此口封 死。再在前后导电玻璃外侧正交地贴上偏振片，构成一个完整 器件。液晶层夹于两块玻璃基板之间构成三明治结构。如下图：第三章 液晶与液晶显示器典型LCD的结构图液晶的显示原理? 液晶的物理特性是：当通电时导通，排列变的有秩序 ，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让光线穿透。从技术上 简单地说，液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃 素材，称为玻璃基板，中间夹著一层液晶。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利通过。大多数液晶都属于 有机复合物，由长棒状的分子构成。在自然状态下， 这些棒状分子的长轴大致平行。将液晶倒入一个经精 良加工的开槽平面，液晶分子会顺着槽排列，所以假 如那些槽非常平行，则各分子也是完全平行的。3.2.2 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 面上的槽互相垂直(相交成90度)。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 个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态。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90度 。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。第三章? 单色液晶显示器的原理液晶与液晶显示器LCD是依赖偏振片和光线本身。自然光线是朝四面八方随机 发散的。经过偏振片后，实际是一系列越来越细的平行线，这 些线形成一张网，阻断不与这些线平行的所有光线。偏振片的 线正好与第一个垂直，所以能完全阻断那些已经极化的光线。 只有两个偏振片的线完全平行，或者光线本身已扭转到与第二 个偏振片相匹配，光线才得以穿透。（如图）光线穿透示意图第三章液晶与液晶显示器? LCD正是由这样两个相互垂直的偏振片构成，所以在正常情况 下应该阻断所有试图穿透的光线。但是，由于两个偏振片之间 充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个偏振片后，会被液晶 分子扭转90度，最后从第二个偏振片中穿出。另一方面，若为 液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全平行，使光线不再 扭转，所以正好被第二个偏振片挡住。总之，加电将光线阻断 ，不加电则使光线射出。（如下图2）光线阻断示意图 然而，可以改变LCD中的液晶排列，使光线在加电时射出，而不加电时被 阻断。但由于计算机屏幕几乎总是亮着的，所以只有“加电将光线阻断” 的方案才能达到最省电的目的。第三章 液晶与液晶显示器? 从液晶显示器的结构来看，采用的LCD显示屏都是由不 同部分组成的分层结构。LCD由两块玻璃板构成，厚约 1mm，其间由包含有液晶材料的5μm均匀间隔隔开。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光源 。第三章 液晶与液晶显示器? 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 LCD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，然后经过第二层过滤 层的过滤在屏幕上显示出来。第三章 液晶与液晶显示器3.2.3 彩色LCD显示器的工作原理对于笔记本电脑或者桌面型的LCD显示器需要采用 的更加复杂的彩色显示器而言，还要具备专门处理彩 色显示的色彩过滤层。通常，在彩色LCD面板中，每一 个像素都是由三个液晶单元格构成，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 ，通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同 的颜色。第三章 液晶与液晶显示器3.2.3 彩色LCD显示器LCD克服了CRT体积庞大、耗电和闪烁的缺点，但 也同时带来了造价过高、视角不广以及彩色显示不理 想等问题。CRT显示可选择一系列分辨率，而且能按 屏幕要求加以调整，但LCD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(每个单元 就是一个像素)。第三章 液晶与液晶显示器3.3 LCD的构成材料透明电极基板可以采用涂覆有氧化铟及氧化锡透明 导电膜(ITO膜)的玻璃板、塑料片或塑料膜。一般要求其 光透射率在90％以上，表面电阻从10Ω到数百欧[姆]。而 且，显示图形电极大多数由全透明电极基板经光刻制成。 封接材料一般使用热硬化性环氧树脂封接剂，但对可 靠性要求特别高的情况，也有时采用玻璃封接剂等。控制 液晶盒间隙的隔离子一般采用颗粒状或纤维状的玻璃或塑 料。第三章 液晶与液晶显示器大部分LCD中所必需的偏振片，是用碘及二色性染料染色 的延伸聚乙烯醇膜与醋酸纤维素保护膜做成的夹层结构，且多 为片状，其透光率为40％~50％，偏光度一般为98％左右。而 且，光反射板与偏振片往往做成一体结构。 滤光器有各种不同种类，如防反射用的及隔断紫外线用的 滤光器，以及彩色显示用的彩色滤光器等。 LCD与驱动电子电路的电气连接方式有承插式连接器、 弹性连接器、柔性连接器、各向异性导电膜等。 透射型LCD所必需的背照光源有冷阴极型和热阴极型荧 光灯、有机EL、LED、白炽灯等。第三章液晶与液晶显示器3.4 液晶显示器件的显示方式 ? 直观方式：LCD面板本身为显示面的直观方式 ； 按电极形状分类：分段型和矩阵型 ? 投影式：将LCD面板的图像放大投影到投影屏 ；第三章 液晶与液晶显示器3.5 液晶显示器件的各种分类方式第三章 液晶与液晶显示器工作模式 ? 扭转式向列型（Twisted Nematic；TN） ? 超扭转式向列型（Super Twisted Nematic；STN ） ? 薄膜式晶体管型（Thin Film Transistor；TFT ）第三章3.5.1 扭曲向列型液晶与液晶显示器在透明电极基板间充入10?m左右厚的Δε＞0的向列液 晶(NP液晶)，构成三明治结构，使液晶分子的长轴在基板 间发生90°连续的扭曲，制成向列(TN)排列的液晶盒。 该液晶盒扭曲的螺距与可见光波长相比要大得多，因此， 垂直于电极基板入射的直线偏光的偏光方向，在通过液 晶盒的过程中，随液晶分子的扭曲发生90°旋光。因此， 这种TN排列液晶盒具有使平行偏振片间的光遮断，而使 垂直偏振片间的光透过的功能。第三章3.5.2 超扭曲向列型液晶与液晶显示器这种电气光学效应是基于扭曲角从180°到360°的 超扭曲向列液晶分子排列的液晶盒的双折射效应，称为 SBE(super-twisted birefringence effect)或STN(supertwisted nematic)效应。具体说来，SBE/STN型LCD是在2 片偏振片间充以超扭曲向列液晶盒构成三明治结构，利用 由液晶双折射性而产生的光干涉现象而进行的显示。第三章液晶与液晶显示器TN液晶盒与STN液晶盒的比较：① TN，扭曲角为90 °；STN，扭曲角为270 °或附近值； ②TN液晶盒中，起偏镜的偏光轴与上基片表面液晶分子 长轴平行，检偏镜的偏光轴与下基片表面液晶分子长轴平 行，即上下偏光轴互相成90°； STN液晶盒中，上、下偏光轴与上、下基片分子长轴 都不互相平行，而是成一个角度，一般为30°。第三章液晶与液晶显示器③TN液晶盒是利用液晶分子旋光特性工作的； STN液晶盒是利用液晶的双折射特性，通过液晶盒两 束光产生光程差，在通过检偏镜时发生干涉。 ④TN液晶盒工作于黑白模式; STN液晶盒一般工作于光程差为0.8um的情况下，干涉 色为黄色。也可以进行黑色显示。第三章 液晶与液晶显示器 3.6 LCD的各种驱动方式? 静态 ? 动态：多路或者简单矩阵 ? 有源矩阵 ? 光束扫描 或者 ? 刷新方式和存储方式第三章 液晶与液晶显示器3.6.1 静态驱动静态驱动，是指对 要显示的各个段电极分 别、且同时驱动的方法。 因此，全体段电极中的 每一个都要有各自独立 的驱动电路元件，在显 示段电极和公共电极上， 在显示期间，都要施加 连续的电压。图3-13 静态驱动波形的实例第三章 液晶与液晶显示器静态驱动器原理 在静态驱动的液晶显示 器件上，各液晶像素的背电 极BP 是连在一起引出的， 各像素的段电极SEG是分立 引出的。 若在BP上加入一个正电压(如5V)，在要显示段上加 入0V电压，使该段像素电极间电压为5V，呈显示态。第三章 液晶与液晶显示器而在不显示段上加入与背电极BP相同的电压 5V，则该段像素电极间电压为0V，呈非显示态。 在实用中是在背电极BP上加入一个正脉冲序列， 在显示段(SEGf)上加入与背电极脉冲相位差为 1800的等幅正脉冲序列，在该像素上产生5V(或5V)的显示驱动脉冲序列。第三章 液晶与液晶显示器在不显示段(如 SEGe)上加入一个与 背电极脉冲同相位的 等幅正脉冲序列，在 该像素电极间产生 0V电压差，从而形 成液晶显示的交流驱 动。第三章 液晶与液晶显示器3.6.2 多路传输驱动 多路传输驱动适合于使用比较多的段电极的 情况以及构成矩阵电极的情况，为时分割驱动或 动态驱动。而且，相对于有源矩阵驱动来说，也 可称其为单纯矩阵驱动。第三章 液晶与液晶显示器(1)交叉效应交叉效应的英文是crosstalk，原来是指多路通信中两条互不 相干线路之间的“串音”现象。 在液晶显示器的多路驱动中也有类似的现象,即当一个像素 上施加电压时，附近未被选中的像素上也会有一定电压。 当所施加的电压大于Vth较多，而液晶显示器的电光曲线又 不够陡峭时，附近未被选中的像素也会部分呈现显示状态，这 就是液晶显示器在无源多路驱动时固有的交叉效应。第三章 液晶与液晶显示器抑制交叉效应的措施:高档液晶显示器件都是矩阵式的多路驱 动，其中无源矩阵都具有交叉效应，并且随 着行、列数的增加，交叉效应所造成的不良 后果也越严重，主要表现在两方面:第三章 液晶与液晶显示器①选择点与半选择点电压接近，当外加电 压超过V由后，半选择点也会逐渐呈显示状 态，使对比度下降； ②半选择点与非选择点上电压不一样，如 果它们由于交叉效应而变明(或变暗)状态不 一样，则造成图面不均匀，这也是不能允 许的。第三章 液晶与液晶显示器平均电压法:平均电压法是抑制交叉效应的一种驱动技 巧,其原理是把半选择点上的电压和非选择点 上的电压平均化，使半选择点电压与非选择 点电压相同。这就是在多路驱动技术中普遍 采用的平均电压法的实质。第三章 液晶与液晶显示器驱动电极的结构7段电极，它由前基板 上的7个段电极和后基板 上的一个公共电极构成。 通过在各段上选择性地施 加电压，可以显示0～9中 的任一个数字。第三章 液晶与液晶显示器3.6.3 简单矩阵驱动 在显示模拟图形时，可将多个段电极并用，排成 一列或排成图形进行显示。当经常显示某些特定的 符号或图案时，可按其形状做成固定图案电极来使 用。段电极(数字显示、模拟图形显示)LCD电极结构固定图案电极(符号显示、图案显示)矩阵电极(字符显示、图形显示、电视画面显示)第三章 液晶与液晶显示器3.6.4 有源矩阵驱动这种驱动方式是在扫描电极与信号电极矩阵交点处的像素位置， 附加、集成开关元件及电容器元件(必要时)，目的在于提高对比度 和响应性等显示性能。各像素的开关元件及电容器元件分别担当防 止“串像”(Crosstalk)的功能和积蓄电荷的功能。因此它们本质上 将不受扫描电极数的约束，从原理上讲，可以实现与占空比100％ 的静态驱动接近的液晶显示。 有源 矩阵 驱动 方式场效应三极管 (FET)(三端子)型MOS三极管型 TFT(薄膜三极管) 型 非线性电阻型 a-Si型p-Si型CdSe型 Te型非线性(二 端子)元件MIM型二极管型第三章 液晶与液晶显示器二极管寻址矩阵液晶显示普通矩阵液晶 显示屏的扫描行数 存在极限的原因之 一在于液晶像素的 电容性负载，即具 有双向导通性。如 果在像素上串联一 个二极管，使像素 具有非线性特性， 就可突破上述极限。二极管寻址矩阵液晶显示屏的等效电路和驱动电压波形第三章 液晶与液晶显示器TFT矩阵驱动LCD工作原理:当扫描到某一行时，该行上的 全部FET导通。同时各列将信号电 压施加到液晶象素上，即对并联的 电容充电。该行扫描过后，各FET 处于开路状态，不管以后列上信号 如何变化，对未扫描行上的象素都 无影响。即信号电压可以在液晶象 素上保持接近一帧时间。行电极称为栅极母线（扫描信 号）,列电极称为漏极母线,源极与液晶 的象素电极相连,并联的电容增加了液 晶象素的弛豫时间.Y1 X1 Y2 同 步 电 Y3 … Ym 栅极 母线 信号 路漏极母线扫描 电 X2 路 X3 ┇FETXm 电容器液晶? 由于增加了一个TFT开关元件，使得每个像素在自身选择时 间以外，处于电信号切断的孤立状态，不受其他行选择信号 的影响，解决了行间串扰问题。得以实现高清晰度显示。 ? 同时由于被记录在像素电容和存储电容上的电荷不能逃逸， 因而具有电压保持的准静态驱动功能，也可实现高亮度显示 。 ? 这种电压保持性也提高了液晶驱动电压的有效值及液晶的响 应速度，还有由于每个像素显示驱动的独立性，各像素可以 独立设定信号电压，使得很容易采用电压调节方式实现灰度 显示。? 3.6.5 光束扫描驱动 在投影式显示方式中的光写入方式、热（激光 ）写入方式就是光束扫描驱动方式。这种工作 方式的特点是，在面板上并没用被分割的像素 电极，光束点相当于一个像素，通过光束的扫 描以形成像素。第三章 液晶与液晶显示器3.7.1 液晶显示器的技术参数 ? 可视面积 ? 点距 ? 可视角度 ? 亮度 ? 响应时间 ? 色彩度 ? 对比度 ? 分辨率 ? 外观第三章 液晶与液晶显示器3.7.2 液晶显示器的特点 ? 低压微功耗 ? 平板型结构 ? 被动显示型 ? 显示信息量大 ? 易于彩色化 ? 无电磁辐射 ? 长寿命第三章 液晶与液晶显示器 3.8 LCD的技术发展动向自1968年第一块液晶显示器问世以来， LCD技术经历了五个发展阶段。 第一阶段(年) 1968年美国无线 电(RCA)公司研制了动态散射型(DSM)液晶显示 器，年制造出采用DSM液晶的手表， 标志着LCD技术进入实用化阶段。第三章 液晶与液晶显示器第二阶段(年) 1971年瑞士人发 明了扭曲向列型(TN)液晶显示器，日本厂家使 TN-LCD技术逐步成熟；又因制造成本和价格低 廉，使其在20世纪七八十年代得以大量生产， 而成为主流产品。第三章 液晶与液晶显示器第三阶段(年) 1985年后，由于超 扭曲(STN)液晶显示器的发明及非晶硅薄膜晶体管 (a-Si TFT)液晶显示技术的突破，LCD技术发展进 入了大容量显示的新阶段，使便携计算机和液晶 电视等新产品得以开发并迅速商品化。第三章 液晶与液晶显示器第四阶段(年) 有源矩阵(AM)液晶显 示器获得了飞速发展，它是在每个像素上配置一个 半导体开关或非线性器件来驱动液晶，目前主要是 场效应薄膜晶体管(TFT)和金属-绝缘体-金属(MIM) 等。人们利用这种技术克服了STN-LCD在响应速 度、灰度等级和容量上的限制，实现了视频图像显 示。从此，LCD技术的发展开始进入高画质液晶显 示的新阶段。第二章 液晶与液晶显示器第五阶段(1996年以后) LCD除在笔记本 电脑中普及应用之外，1998年开始，TFTLCD产品打入监视器市场。长期困扰液晶的 三大难题：视角、色饱和度和亮度问题已基本 得到解决。一些新技术，如IPS(in-plane switching)技术、MVA(multi-domain vertical alignment)技术、ASM(axially symmetric aligned micro-cell)模式、低温pSi技术、反射式彩色LCD技术等逐渐得到应用 与推广。第4章 发光二极管显示器(LED)4.1 发光二极管及发光二极管显示器(LED)4.2 LED发光机制及材料组装技术4.3 LED的驱动4.4 LED主要特点 4.5 LED显示器的用途及发展前景 4.6 LED的扫描驱动电路 4.7 LED显示器件的技术指标第4章 发光二极管显示器(LED) 4.1.1发光二极管发光二极管（light emitting diode，LED） ，顾名思义，是由半导体制作的二极管的一种。 众所周知，二极管具有整流作用，即在其两极上 施加电压时，仅能单方向通过电流。所谓发光二 极管是指当在其整流方向施加电压（称为顺方向 ）时，有电流注入，电子与空穴复合，其一部分 能量变换为光并发射的二极管。第4章 发光二极管显示器(LED) 4.1.1发光二极管这种LED由半导体制成，属于固体元件，工作状态稳定、 可靠性高，其连续通电时间（寿命）可达105h以上。LED 元件与一般半导体元件一样，也被称为芯片，其尺寸通常 为数百微米见方，是很小的。LED的发光颜色，与白炽灯 等发出的白色光等不同，而是近于单色光，换句话说，其 发光的光谱是很窄的。通过选择半导体材料，目前生产的 发光二极管可以发射红外、红、橙、黄、绿、蓝等范围相 当宽的各种各样的颜色。第4章 发光二极管显示器(LED)4.1.2 LED的开发经历及展望LED的注入型发光现象是1907年H.J.Round 在碳 化硅晶体中发现的。1923年O.W.Lossew在SiC的点 接触部位观测到发光，从而使注入型发光现象得到 进一步确认。1952年J.R.Haynes等在锗，硅的P－N 结，以及1955年G.A.Wolff在GaP中相继观测到发光 现象。一般认为，至此为LED的萌芽期。第4章 发光二极管显示器(LED)4.2.1 晶体结构及能带结构LED的发光来源于电子与空穴发生复合时放出的能 量。作为LED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。众所周知，在半导体中，根据晶体中电子可 能存在的能态有价带、导带、禁带之分。来自半导体 单晶的发光，是穿越这种材料固有禁带的电子与价带 的空穴复合时所产生的现象。第4章 发光二极管显示器(LED)4.2.2 发光机制及发光波长LED的发光源于电子与空穴的复合，其发光 波长是由复合前空穴和电子的能量差决定的。 对于直接跃迁型材料，晶体发光的波长决定于 禁带宽度Eg，发光波长可由关系式λ=1240/Eg求 出。为了得到可见光，Eg必须在1.6eV以上。第4章 发光二极管显示器(LED)红外LED中一般使用直接迁移型材料，如GaAs、 GaAlAs、InGaAsP等。但也有用掺杂Si的GaAs制 作的LED，通过在比价带高的能量位Z形成的所谓 受主能级与导带的电子发生复合的机制，其发光波 长为940nm，比GaAs禁带宽度对应的发光波长 880nm更长些。第4章 发光二极管显示器(LED)红色LED的中心材料是以 Zn-O对作为发光中 心的 GaP，Zn-O对在其中起等电子捕集器的作用 。GaP为间接跃迁型，在其中导入杂质Zn-O对作为 发光中心，已实现较高效率的红色 LED，发光波 长为 700nm，晶体不发生自吸收现象，可以在低电 流密度下获得高辉度。 在橙色、黄色LED中，使用的是以N为等电子 捕集器的GaAsP；在绿色LED中，使用的是掺杂有高 浓度N的间接迁移型GaP。而且，在纯绿色LED中， 正在使用不掺入杂质的GaP。第4章 发光二极管显示器(LED)蓝色LED需要采用禁带宽度大的材料，已经在 研究开发的有SiC，GaN，ZnSe，ZnS等。SiC是容 易形成P-N结的材料，属于间接跃迁型，依靠掺入 杂质Al和N能级间的跃迁产生发光。GaN，ZnSe， ZnS为直接跃迁型，可获得高辉度发光。这些材料 的研究开发近年来获得重大突破，高辉度蓝色 LED 正在达到实用化。第4章 发光二极管显示器(LED)4.2.3 电流注入与发光实际LED的基本结构要有一个P-N结。当在P-N结 上施加顺向电压，即P型接正，N型接负的电压，会使 能垒降低，从而使穿越能垒的电子向P型区扩散，使穿 越能垒的空穴向N型区扩散的量增加。通常称此为少 数载流子注入，注入的少数载流子与多数载流子发生 复合从而放出光。随电压增加，达到一定值，电流急 剧增加，光发射开始。电流开始增加时对应的电压相 应于P-N结势垒的高度，称该电压为起始电压，起始 电压随LED材料及元件的结构不同而不同，GaAs为1.0 ～1.2V，GaAlAs为1.5～1.7V，GaP为1.8V，SiC为 2.5V等等。第4章 发光二极管显示器(LED)4.2.4 发光效率、光输出及亮度注入LED的载流子变换为光子的比率称为内部量子 效率；而射出晶体之外的光子与注入载流子之比称为外 部量子效率。由于在P-N结附近发生的光会受到晶体内部 的吸收以及反射而减少，一般说来，外部量子效率要低 于内部量子效率。市售 LED产品的外部量子效率，红色 的大约为 15％，从黄色到绿色的则在 0.3％～l％范围内 ，蓝色的大约为3％。第4章 发光二极管显示器(LED)LED的发光效率与其能量收支相关，其数值 可表示为载流子向P-N结的注入效率、载流子变为 光的变换效率、产生的光到达晶体外部的光取出 效率三者的乘积。为获得较高的发光效率，一般 要采取各种措施，例如在结构上采取让光通过一 般说来吸收率较小的N型半导体，为防止由于晶体 表面反射造成的损失，在晶体表面涂覆高折射率 的薄膜等等。第4章 发光二极管显示器(LED)对于显示用可见光LED来说，不仅仅是要 求光输出要大，重要的是与视感度相关的发光 效率。人眼的视感度对555nm的绿色出现峰值 ，而后急速下降。光输出中与视感度相关的部 分称为光度，光度是显示用可见光LED的辉度 指标。第4章 发光二极管显示器(LED)4.2.5 元件制作及组装技术① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨LED的制作分前道（外延）、中道（芯片）、后道（封装 ）技术。具体说来，包括下述工序： 由单晶生长及扩散制作 P-N结 形成电极； 解理或划片，将晶片分割成一个个的芯片； 包覆保护膜； 对芯片检测分级； 将芯片固定于引线框架中； 引线键合； 树脂封装； 检查并完成成品。发光二极管的驱动4.3 发光二极管的驱动 ? 直流驱动? 恒流驱动? 脉冲驱动直流驱动单个LED的驱动接口 LED近似于恒压的元件，发光时的正向压降一般约 为1.2―2.4V，反向击穿电压一般大于5V。工作电 流通常为10~20mA，故电路中需串联适当的限流 电阻。发光强度基本上与正向电流成正比。在适当的驱动电流作用下，才能得到需要的亮度。? 恒流驱动 恒流值相同，各LED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，所以就可以用晶体管来 驱动LED。? 脉冲驱动 利用人眼的视觉暂留 特性，采用反复通断 电的方式使LED器件 点燃的方法就是脉冲 驱动法。发光二极管的主要特点4.4 LED的主要特点目前，以平面显示器为目标的各种电子显示器正处 于激烈的竞争之中，但说到底还是材料之间的竞争。与 其在各类电子显示器之间分出高低胜负，还不如看看各 自的优缺点。LED有下面几个显著特征：发光二极管的主要特点第一，最突出的是LED的高辉度。随着各种颜色 LED辉度的迅速提高，即使在日光之下，由LED发出 的光也能视认。正是基于这一优势，在室外用信息板 、广告牌、道路通行状况告示板、汽车后尾灯等方面 的应用正在迅速扩大。全色化所需要的三原色之一的 蓝色，由于SiC，InGaN等蓝色LED材料的发展，也达 到实用化水平。以此为基础，室内乃至室外用的全色LED信息板的应用将指日可待。发光二极管的主要特点2第二，LED的单元小。在其他显示材料 不能使用的极小的范围内也能发光，再加上低 电压、低电流驱动的特点，作为电子仪器设备 、家用电器的指示灯、信号灯的使用范围还会 进一步扩大。第三，是长寿命，基本上不需要维修。可 作为地板、马路、广场地面的信号光源，是一 个新的应用领域。发光二极管的主要特点3特点总结：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 为非相干光，光谱较宽，发散角大 发光颜色丰富 辉度高，即使在日光下，也能辨认 单元体积小，重量轻，适用性强 稳定性好、寿命长，基本不需要维修 属于固体器件，因此机械强度大，耐振动和冲击 使用低压供电 响应时间快 低温特性比LCD好，在零下40℃仍能正常显示。 效能高 绿色照明，无有害金属 价格较为昂贵4.5 LED主要应用? ? ? ? ? ? ? 指示灯 数字显示器 阵列显示器 单片型平面显示器 混合型平面显示器 点矩阵型平面显示器 LED其它应用第4章 发光二极管显示器(LED)4.6 LED显示器件的扫描驱动电路? ? ? ? ? 串行传输与并行传输 动态扫描与静态锁存 Υ校正技术 输入接口技术 自动检测和远程控制技术自动检测和远程控制技术 ? 单片机控制 ? 微机控制 ? 主从控制 ? 红外控制 ? 通信传输和网络控制● 单片机控制单片机控制是LED显示屏控制中的简单的一种 方式。待显示信息固化在ROM里或来自传感器等， 由单片机读取并控制LED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。微机控制微机控制LED显示屏一般都需要专用的接口电路如LED专用 显示卡、LED专用多媒体卡等。此类控制中较多的是VGA同步技 术。LED显示屏的VGA同步控制技术是指LED显示屏能够实现跟 踪微机CRT窗口上的显示信息，是LED显示屏成为微机的大型显 示终端。一般是对显示卡的RGB信号输出进行采样，或直接从 VGA卡上的特征插座上取得RGB的数字信号，处理后用于驱动 LED显示屏电路。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有诸多不便。主从控制 采用微机（上位机）和单片机（下位机）分 布管理和控制LED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LED显示屏上各部件协调 工作。上位机与下位机一般通过RS232或RS422 通信，一台上位机可以管理、控制多个下位机同 时显示。红外遥控 在LED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，解码电路 先将红外接收探头解调后分离出的16位PCM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LED显示屏。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，遥控距离可达十几米。这种控制方式 常与其它方式结合使用。通信传输和网络控制根据对信息传输显示的实时性，LED 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RS-232或 RS-485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。视频传输方式则是把LED 显示屏与多媒体 技术结合起来，实现了在LED 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。GPRS/GSM无线控制利用遍布全国的GPRS/GSM基站，通过 GPRS/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。此类技术在城 市群显、银行IC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应用。有机发光二极管显示技术OLED简介 ? 本质属于电致发光(EL)器件，是在半导体、荧 光粉为主体的材料上施加电而发光的一种现象 。 ? 有机LED（OLED）是基于有机材料的一种电 流型半导体发光器件，发展于上世纪中期。其 技术原理是通过正负载流子注入有机半导体薄 膜后复合产生发光。有机发光二极管显示技术? 有机LED是基于有机材料的一种电流型半导体 发光器件，发展于上世纪中期。其技术原理是 通过正负载流子注入有机半导体薄膜后复合产 生发光。OLED发光原理发光过程通常由以下5个阶段完成。? 1．在外加电场的作用下载流子的注入：电子和空穴分别 从阴极和阳极向夹在电极之间的有机功能薄膜注入。 ? 2．载流子的迁移：注入的电子和空穴分别从电子输送层 和空穴输送层向发光层迁移。 ? 3．载流子的复合：电子和空穴复合产生激子。 ? 4．激子的迁移：激子在电场的作用下迁移，能量传递给 发光分子，并激发电子从基态跃迁到激发态。 ? 5．电致发光：激发态能量通过辐射跃迁，产生光子，释 放出能量。? OLED与LCD一样，也有主动式和被动式之分 。被动方式下由行列地址选中的单元被点亮。 主动方式下，OLED单元后有一个薄膜晶体管 （TFT），发光单元在TFT驱动下点亮。主动 式OLED应该比被动式OLED省电，且显示性能 更佳。OLED优点与LCD相比，其优点： ? 1、厚度可小于1毫米，仅为LCD屏的1/3，并且重量也更轻； ? 2、固态机构，没有液体物质，因此抗震性能更好，不怕摔； ? 3、几乎没有可视角度的问题，即使在很大的视角下观看，画面仍然 不失真； ? 4、响应时间是LCD的千分之一，显示运动画面绝对不会有拖影的现 象； ? 5、低温特性好，在零下40度时仍能正常显示，而LCD则无法做到； ? 6、制造工艺简单，成本更低； ? 7、发光效率更高，能耗比LCD要低； ? 8、能够在不同材质的基板上制造，可以做成能弯曲的柔软显示器。OLED的缺点OLED的缺点： ?? ?1、寿命通常只有5000小时，要低于LCD至少1 万小时的寿命；2、不能实现大尺寸屏幕的量产，因此目前只适用 于便携类的数码类产品； 3、存在色彩纯度不够的问题，不容易显示出鲜艳 、浓郁的色彩。第4章 发光二极管(LED)显示技术? 有机小分子OLED的原理是：从阴极注入电子，从阳极注入空穴，被注入的电子和空穴在有机层内传输。第一层的作用是传输空穴和阻挡电子，使得没有与空穴复合的电子不能进入正电极；第二层是电致发光层，被注入的电子和空穴 在有机层内传输，并在发光层内复合，从而激发发光层中的分子产生单重态激子，单重态激子辐射跃迁而发光。对于聚合物电致发光过程则解释为：在电场的作用下，将空穴和电子分别注入到共轭高分子的最高占有轨道（HOMO）和 最低空轨道（LUMO），于是就会产生正、负极子，极子在聚合物链段上转移，最后复合形成单重态激子，单重态激子辐射跃迁而发光。第4章 发光二极管(LED)显示技术? 小分子聚合物OLED器件可以使用真空蒸镀技术制造。小的有机分子被装在ITO玻璃衬底上的若干层内。与基于PLED技术的器件 相比，SMOLED不仅制造工艺成本更低，可以提供全部262000种 颜色的显示能力，而且有很长的工作寿命。 ? 小分子聚合物OLED器件与聚合物相比，小分子具有两方面的突 出优点：一是分子结构确定，易于合成和纯化；二是小分子化合 物大多采用真空蒸镀成膜，易于形成致密而纯净的薄膜。小分子材料可以通过重结晶、色谱柱分离、分区升华等传统手段来进行提纯操作，从而得到高纯的材料。第4章 发光二极管(LED)显示技术? 小分子及高分子OLED在材料特性上可说是各有千秋，但以现 有技术发展来看，如作为监视器的信赖性上，及电气特性、生 产安定性上来看，小分子OLED现在是处于领先地位，当前投 入量产的OLED组件，全是使用小分子有机发光材料。 ? 总体来说，小分子材料器件的工艺较为成熟，有望近期进入产 业化阶段，但是小分子材料的开发仍在继续，随着材料和工艺 两方面的进步，小分子材料的器件性能会进一步提高；而聚合 物作为很有前途的一个研究方向，相信在不久的将来会进入产 业化的阶段，并且给有机电致发光的发展带来强有力地推进。OLED的驱动方式OLED的驱动方式分为被动式驱动(无源驱动)和 主动式驱动(有源驱动) 。无源驱动（PM OLED） ? 其分为静态驱动电路和动态驱动电路。? 静态驱动方式：在静态驱动的有机发光显示器件上， 一般各有机电致发光像素的阴极是连在一起引出的， 各像素的阳极是分立引出的，这就是共阴的连接方式 。若要一个像素发光只要让恒流源的电压与阴极的电 压之差大于像素发光值的前提下，像素将在恒流源的 驱动下发光，若要一个像素不发光就将它的阳极接在 一个负电压上，就可将它反向截止。但是在图像变化 比较多时可能出现交叉效应，为了避免我们必须采用 交流的形式。静态驱动电路一般用于段式显示屏的驱 动上。? 动态驱动方式：在动态驱动的有机发光显示器件上人们把像素 的两个电极做成了矩阵型结构，即水平一组显示像素的同一性 质的电极是共用的，纵向一组显示像素的相同性质的另一电极 是共用的。如果像素可分为N行和M列，就可有N个行电极和M 个列电极。行和列分别对应发光像素的两个电极。即阴极和阳 极。在实际电路驱动的过程中，要逐行点亮或者要逐列点亮像 素，通常采用逐行扫描的方式，行扫描，列电极为数据电极。 实现方式是：循环地给每行电极施加脉冲，同时所有列电极给 出该行像素的驱动电流脉冲，从而实现一行所有像素的显示。 该行不再同一行或同一列的像素就加上反向电压使其不显示， 以避免“交叉效应”，这种扫描是逐行顺序进行的，扫描所有 行所需时间叫做帧周期。有源驱动（AM OLED） ? 有源驱动的每个像素配备具有开关功能的低温多晶硅 薄膜晶体管（LowTemperature Poly-Si Thin Film Transistor, LTP-Si TFT），而且每个像素配备一个电 荷存储电容，外围驱动电路和显示阵列整个系统集成 在同一玻璃基板上。与LCD相同的TFT结构，无法用 于OLED。这是因为LCD采用电压驱动，而OLED却依 赖电流驱动，其亮度与电流量成正比，因此除了进行 ON/OFF切换动作的选址TFT之外，还需要能让足够 电流通过的导通阻抗较低的小型驱动TFT。有源驱动（AM OLED）? 有源驱动属于静态驱动方式，具有存储效应，可进行100%负 载驱动，这种驱动不受扫描电极数的限制，可以对各像素独立 进行选择性调节。 ? 有源驱动无占空比问题，驱动不受扫描电极数的限制，易于实 现高亮度和高分辨率。? 有源驱动由于可以对亮度的红色和蓝色像素独立进行灰度调节 驱动，这更有利于OLED彩色化实现。? 有源矩阵的驱动电路藏于显示屏内，更易于实现集成度和小型 化。另外由于解决了外围驱动电路与屏的连接问题，这在一定 程度上提高了成品率和可靠性。OLED的前沿显示技术有机发光二极管显示技术在显示领域具有光明的应用前景，被 看作极富竞争力的未来平板显示技术。十几年来，有机电致发 光的研究得到了飞速的发展，如今，无论以有机小分子还是以 聚合物为发光材料的电致发光器件，现在都已经达到初步的产 业化水平。产业化的发展对OLED技术不断提出新要求，OLED 前沿显示技术发展很快。从发光材料和器件结构考虑，OLED最新显示技术主要包括白光 OLED、透明OLED、表面发射OLED、多分子发射OLED等；从 器件的制备技术角度出发，除了常规真空蒸镀和旋涂制备技术 之外，在OLED丝网印刷制备技术、喷墨打印技术上也不断出现 新的突破；从应用领域角度考虑，基于柔性OLED、微显示 OLED技术的相关研究也开始成为研究的热点。OLED的前沿显示技术? ? ? ? ? ? ? 白光OLED技术 透明OLED技术 叠层OLED器件和多光子发射OLED 表面发射OLED技术 喷墨打印制备OLED 柔性OLED 微显示OLED第5章 等离子体显示技术? 5.1.1 等离子体基本知识 1. 等离子体概述 等离子体（plasma）是由部分电子被剥 夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组 成的离子化气体状物质，它是除去固、液、气 态外，物质存在的第四态。等离子体概述? 根据等离子体焰温度，可将等离子体分为高温等离 子体和低温等离子体两类。（1）高温等离子体：温度相当于108～109K完全电离的等 离子体，如太阳、受控热核聚变等离子体。 （2）低温等离子体，包括热等离子体和冷等离子体。1）热等离子体：稠密高压（1大气压以上），温度103～ 105 K，如电弧、高频和燃烧等离子体。 2）冷等离子体：电子温度高（103～104 K）、气体温度 低，如稀薄低压辉光放电等离子体、电晕放电等离子体等。等离子体概述?根据等离子体中各种粒子的能量分布情况，又可 将等离子体分为等温等离子体和非等温等离子体 两类。1）等温等离子体：所有的粒子都具有相同的温度，粒子依靠自己的热能作 无规则的运动。 2）非等温等离子体：又称气体放电等离子体，所有粒子都不具有热运动平 衡状态。在组成这种状态的等离子体中，带电粒子要从外电场获得能量，并 产生一定数目的碰撞电离来补充放电空间中带电粒子的消失。等离子体概述? 普通气体温度升高时，气体粒子的热运动加剧，使粒子之间发生强烈碰撞，大量原子或分子中的电子被撞掉，当温度高达百万开尔文到1亿开尔文，所有气体原子全部电离。电离出的自由电子总的负电量与正离子总的正电量相等．这 种高度电离的、宏观上呈中性的气体叫等离子体。等离子体概述? 等离子体和普通气体性质不同，普通气体由分子构成，分子之间相互作用力是短程力，仅当分子碰撞时，分子之间的相互作用力才有明显效果，理论上用分子运动论描述。在等离子体中，带电粒子之间的库仑力是长程力，库 仑力的作用效果远远超过带电粒子可能发生的局部短程碰撞效果，等离子体中的带电粒子运动时，能引起正电荷或负电荷局部集中，产生电场；电荷定向运动引起电流，产生磁场。电场和磁场要影响其它带电粒子的运动，并伴 随着极强的热辐射和热传导；等离子体能被磁场约束作回旋运动等。等离子体概述? 等离子体主要具有以下特征： （1）气体高度电离。在极限情况下，所有中性粒子都被电离了。 3 1016 ~ 1015 个/cm （2）具有很大的带电粒子浓度，一般为 。由于带正电与带负电的 粒子 浓度接近相等，因此等离子体具有良导体的特征。 （3）等离子体具有电振荡的特征。在带电粒子穿过等离子体时，能够产生等离子体 激元，等离子体激元的能量是量子化的。 （4）等离子体具有加热气体的特征。在高气压收缩等离子体内，气体可被加热到数万度。（5）在稳定情况下，气体放电等离子体中的电场相当弱，并且电子与气体原子进行 着频繁的碰撞，因此气体在等离子体中的运动可看作是热运动。第5章 等离子体显示技术? 表征等离子体的主要参量（1）电子温度Te。在等离子体中，电子碰撞电离是主要的，然而电子碰撞是 与电子能量有直接关系的，因此电子温度是等离子体的主要参量，是用来表征 电子能量的。 （2）电离强度。表征等离子体中发生电离的程度。具体地说，就是一个电子 在单位时间内所产生的电离次数。 （3）轴向电场强度EL。表征维持等离子体的存在所需要的能量。 （4）带电粒子浓度。即等离子体中带正电的和带负电的粒子浓度。 （5）杂乱电子流密度。表征在管壁限制的等离子体内，由于双极性扩散所造 成的带电粒子消失的数量。等离子体显示技术等离子体显示板PDP定义：所谓等离子体显示板（plasma display panel，PDP），是利用等离子体（或扩展为泛指的气体放电）发光或激发荧光粉发光的平板显示器件（不包括非平板型的辉光数码管等），可以看成是由大量小型日光灯并排构成的。第5章 等离子体显示技术2. 等离子体显示技术 等离子体显示板是一种新型显示器件，其主要特点是整体成扁平状，厚度 可以在10 cm以内，轻而薄，重量只有普通显像管的1/2。由于它是自发光器 件，亮度高、视角宽（达160°），可以制成纯平面显示器，无几何失真，不 受电磁干扰，图像稳定，寿命长。PDP可以产生亮度均匀、生动逼真的图像 。第5章 等离子体显示技术PDP的主要优点可以概括为： 固有的存储性能，高亮度，高对比度，能 随机书写与擦除，长寿命，大视角以及配计算 机时优秀的相互作用能力。第5章 等离子体显示技术3. PDP显示屏基本结构 PDP由前玻璃板、后玻璃板和铝基板组成。对于具有VGA显示水平的PDP，其前玻璃板上分别有480行扫描和维持透明电极，后玻璃板表面有2556（852×3）行数据电极，这些电极直接与数据驱动电路板相连。根据显示水平的 不同，电极数会有变化。PDP显示屏的组成和结构特征如图5.1所示。第5章 等离子体显示技术4. PDP应用领域 ? PDP主要应用于办公自动化设备领域，同时在个人计算机领域也有一席之地。 ? PDP已用于销售终端（POS）、银行出纳终端及室外显示屏。新研制成的大容 量PDP已经在OA设备中大量采用，而且应用前景看好。? PDP工作在全数字化模式，易于制成大屏幕显示，是数字电视（Digital TV，DTV）、高清晰度电视（HDTV）、计算机工程工作站（Computer Engineering Work Station，CEWS）及多媒体终端（Multi media terminals，MMT）理想的显示器件。第5章 等离子体显示技术5.1.2 等离子体显示器件的显示原理等离子体显示板是由几百万个像素单元构成的，每个像素单元中涂有荧光 层并充有惰性气体。它主要利用电极加电压、惰性气体游离产生的紫外光激发荧光粉发光制成显示屏。PDP显示屏的每个发光单元工作原理类似于霓虹灯，在外加电压的作用下气体呈离子状态，并且放电，放电电子使荧光层发 光，每个灯管加电后就可以发光，显示屏由两层玻璃叠合、密封而成。当上下玻璃板之间的电极施加一定电压，电极触电点火后，电极表面会产生放电现象，使显示单元内的气体游离产生紫外光（ultraviolet，UV），紫外光激发 荧光粉产生可见光。一个像素包括红、绿、蓝3个发光单元，三基色原理组合形成256色光。第5章 等离子体显示技术? 等离子体发光单元与荧光灯和显像管的比较如下： 荧光灯内充有微量的氩和水银蒸气，它在交流电场的作用下，发生水银放电发 出紫外线，从而激发灯管上的荧光粉，使之发出白色的荧光。显像管是由电子枪 发射电子射到屏幕荧光体而发光。等离子体发光单元内也涂有荧光粉，单元内的气体在电场的作用下被电离放电使荧光体发光。等离子体彩色显示单元是将一个像素单元分割为3个小的单元，并在单元内分别涂上红、绿、蓝3色荧光粉，每一 组所发的光就是红、绿、蓝3色光合成的效果。第5章 等离子体显示技术? 日光灯：真空玻璃管中水银蒸汽，施加电压发生 水银气体放电，发出紫外线，激发荧光粉而发光 。 ? PDP：是由几百万个像素单元组成的，每个像素 单元中涂有荧光层并充有惰性气体。主要是利用 电极加压惰性气体游离产生的紫外光激发荧光粉 制成显示屏。第5章 等离子体显示技术2. PDP显示器件的显示原理 等离子体显示板的像素实际上类似于微小的氖灯管，它的基本结构是在两片玻璃之间设有一排一排的点阵式的驱动电极，其间充满惰性气体。像素单元位于水平和垂直电极的交叉点，要使像素单元发光，可在两个电极之间加上足 以使气体电离的电压。颜色是单元内的磷化合物（荧光粉）发出的光产生的，通常等离子体发出的紫外光是不可见光，但涂在显示单元中的红、绿、蓝3种荧光粉受到紫外线轰击就会产生红、绿和蓝的颜色。改变三种颜色光的合成比 例就可以得到任意的颜色，这样等离子体显示屏就可以显示彩色图像。第5章 等离子体显示技术? 等离子体显示单元的发光过程分为4个阶段。（1）预备放电：给扫描/维持电极和维持电极之间加上电压，使单元内的气体开始电 离形成放电的条件，如图5.3（a）所示。（2）开始放电：接着给数据电极与扫描/维持电极之间加上电压，单元内的离子开始放电，如图5.3 （b）所示。 （3）放电发光与维持发光：去掉数据电极上的电压，给扫描/维持电极和维持电极之 间加上交流电压，使单元内形成连续放电，从而可以维持发光，如图5.3 （c）所 示。 （4）消去放电：去掉加到扫描/维持电极和维持电极之间的交流信号，在单元内变成 弱的放电状态，等待下一个帧周期放电发光的激励信号，如图5.3 （d）所示。彩色PDP的发光机理彩色PDP虽然有多种不同的结构，但其放电发光的机理是相同的。彩色PDP的发光显示主要由以下两个基本过程组成： ①气体放电过程，即隋性气体在外加电信号的作用下产生放电，使原子受激 而跃迁，发射出真空紫外线（&200nm）的过程； ②荧光粉发光过程，即气体放电所产生的紫外线，激发光致荧光粉发射可见 光的过程。第5章 等离子体显示技术5.1.3 等离子体显示器件的特点 ? 高亮度和高对比度。亮度达到330～850 cd/m2；对比度达到3000U1。? 纯平面图像无扭曲。PDP的RGB发光栅格在平面中呈均匀分布， 这样就使得PDP的图像即使在边缘也没有扭曲现象出现。而在CRT彩电中，由于在边缘的扫描速 度不均匀，很难控制到不失真的水平。 ? 超薄设计、超宽视角。由于等离子体电视显示原理的关系，使其整机厚度大大低 于传统的CRT彩电和投影类彩电。如PDP402等离子体电视的机身厚度仅为7.8 cm 。等离子体PDP电视是自发光器件，其可视角已大于传统彩电CRT。第5章 等离子体显示技术? 具有齐全的输入接口，可接驳市面上几乎所有的信号源。 ? 与传统的CRT彩电相比，由于其显示原理不需要借助电磁场，所以来自外界的电磁 干扰，如马达、扬声器，甚至地磁场等，对PDP等离子体的图像没有影响，不会像 CRT彩色电视机受电磁场的影响会引起图像变形变色或图像的倾斜。第5章 等离子体显示技术? 环保无辐射。PDP等离子体电视在结构设计上采用了良好的电磁屏蔽措施，其屏幕前置玻璃也能起到电磁屏蔽和防红外线辐射的作用，对眼睛几乎没有伤害，具 有良好的环保特性。? 散热性能好，低噪声。? 采用电子寻址方式，图像失真小。PDP属固定分辨率显示器件，清晰度高、色纯 一致，没有聚焦、会聚问题。? 采用了帧驱动方式，消除了行间闪烁和图像大面积闪烁。? 图像惰性小，重显高速运动物体不会产生拖尾等缺陷 。第5章 等离子体显示技术? PDP等离子体电视与直视型显像管彩电相比，具有以下 技术优势：PDP等离子体电视的体积更小、重量更轻，而且无X射线辐射。由于PDP 各个发光单元的结构完全相同，因此不会出现显像管常见的图像几何变形。PDP屏幕亮度非常均匀――没有亮区和暗区，而传统显像管的屏幕中心总是比四周亮度要高一些。PDP不会受磁场的影响，具有更好的环境适应能力。 PDP屏幕不存在聚焦的问题。因此，显像管某些区域因聚焦不良或年月已久开始散焦的问题得以解决，不会产生显像管的色彩漂移现象。表面平直使大屏幕边角处的失真和色纯度变化得到彻底改善。高亮度、大视角、全彩色和高对 比度，使PDP图像更加清晰，色彩更加鲜艳，效果更加理想，令传统电视叹为观止。第5章 等离子体显示技术? PDP显示器件与LCD液晶显示器相比，具有以下 技术优势：PDP显示亮度高，屏幕亮度高达150 lx，因此可以在明亮的环境之下欣 赏大幅画面的视讯节目。色彩还原性好，灰度丰富，能提供格外亮丽、均 匀平滑的画面。PDP视野开阔，PDP的视角高达160°，普通电视机的大 于160°的地方观看画面已严重失真，而液晶显示器视角只有40°左右， 更是无法与PDP的效果比拟。对迅速变化的画面响应速度快。此外，PDP 平而薄的外形也使其优势更加明显。第5章 等离子体显示技术? 等离子体显示器件的缺点是：（1）功耗大，不便于采用电池电源（与LCD相比）。（2）与CRT相比，彩色发光效率低。（3）驱动电压高（与LCD相比）。虽然PDP尚存在一些不足，但随着今后研究工作的进一步开 展，必将使PDP的技术性能不断改进。第5章 等离子体显示技术? 5.1.4 等离子体显示器件的性能指标 PDP显示器件的性能指标主要指它的空间分 辨率、颜色分辨率和扫描频率。第5章 等离子体显示技术? 购买成熟PDP产品时应该注意以下性能指标：（1）分辨率：42英寸分辨率应达到，50英寸的产品应该更高。（2）显示屏亮度不小于780 cd/cm2，灰度达到1024级。 （3）标称对比度应达到3000:1（即标准测试的650:1）。 （4）与个人计算机模式是否兼容（即是否能处理VGA/SVGA/XGA/SXGA等模式） 。 （5）功耗：越低越好，目前一些产品耗电可低于300 W。 （6）寿命：产品的使用期至少在3万小时以上，最好能达到10万小时。第5章 等离子体显示技术? PDP显示器件使用时应注意以下事项： （1）由于等离子体显示是平面设计，而且显示屏上的玻璃极薄，所以，它的表面不能承受太大或太小的大气压力，更不能承受意外的重压。（2）等离子体显示屏的每一颗像素都是独立地自行发光，相比于显像管电视机使 用一支电子枪而言，耗电量自然大增，一般等离子体显示屏的耗电量都达到300 W，是家电中不折不扣的耗电大户，由于发热量大，所以很多PDP彩电的背板上 装有多组风扇用于散热。 （3）正是大量的发光和发热元件向外产生辐射，目前仍不能有效地在机内较好地 解决电视节目接收等高频信号处理问题，同时对输入的视频信号接线也是考验， 差一点的色差线会产生花屏现象。第5章 等离子体显示技术? 5.2 等离子体显示器件的驱动与控制 5.2.1 等离子体显示器件的电路组成 1. PDP显示电路该电路由逻辑控制电路、电压转换电路、驱动电路和显示屏4个部分组成。第5章 等离子体显示技术? （1）图像数字信号单元 该电路先由A/D转换器将模拟电视信号Y、R-Y、B-Y变换成所需要的数字信号：数字R、数字G和数字B。A/D变换器由同步、比较、触发、基准电压发生和编码电路组成。模拟电视信号经同步器后加到比较电路，与基准电压发生器 送来的电平相比较，输出0和1电平，该数字量电压再经触发器和编码器编成8bit 二进制的数字信号，经变换后，数字R、G、B信号各有8位，其中R0、G0、B0为最低位亮度信号，R7、G7、B7为最高位亮度信号。然后数字图像信号 再经过逆γ校正电路和增益控制电路进入帧存储器。图像数字信号与PDP屏的接口电路见图5.6。第5章 等离子体显示技术? （2