《光電子技術基礎與技能》第4章光電轉換現象和圖象顯示器件

《光電子技術基礎與技能》

電子教案第4章光電轉換現象和圖象顯示器件

4.1光、電轉換現象4.2液晶顯示器（LCD）

4.3等離子體顯示器（PDP）4.4電子書閱讀器4.5其他光電轉換器件介紹技能實訓8制作小點陣液晶顯示器件顯示時間（年月日時分秒）

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第4章光、電轉換現象和圖像顯示器件本章主要介紹照相機和攝像機的傳感器、觸摸屏、液晶顯示（LCD）、等離子體顯示（PDP）、電致發(fā)光顯示（EL）、電子書閱讀器和發(fā)光二極管顯示（LED）等

第4章電轉換現象和圖像顯示器件

第4章電轉換現象和圖像顯示器件4.1.1光電效應

4.1.2電光效應4.1光、電轉換現象第4章電轉換現象和圖像顯示器件4.1.1光電效應

光照射到某些物質上，引起物質的電性質發(fā)生變化，也就是光能量轉換成電能。這類光致電變的現象被人們統(tǒng)稱為光電效應。光電效應分為光電子發(fā)射、光電導效應和光生伏特效應。前一種現象發(fā)生在物體表面，又稱外光電效應。后兩種現象發(fā)生在物體內部，稱為內光電效應。

1．光電子發(fā)射2．光生伏特效應3.光電導效應第4章電轉換現象和圖像顯示器件1．光電子發(fā)射用紫外燈照射帶有負電的鋅板，鋅板與驗電器相連，驗電器指針張開，說明鋅板被光照射發(fā)射電子。光電效應中發(fā)射出來的電子叫做光電子。陰極射線管、激光器就是光電子發(fā)射。在光照射下能輸出電壓叫光生伏特效應。太陽能電池是光生伏特效應的應用。

2．光生伏特效應第4章電轉換現象和圖像顯示器件3.光電導效應光照射到某些物體上后，引起其電導變化的現象稱光電導效應。在光線作用下，半導體的導電性增加，阻值減低，這種現象稱為光電導效應。光敏電阻、光電二極管就是基于這種效應的光電器件。

第4章電轉換現象和圖像顯示器件4.1.2電光效應

某些各向同性的透明物質在電場作用下顯示出光學各向異性，物質的折射率因外加電場而發(fā)生變化的現象為電光效應。電光效應即電光轉換，包括電轉換成光、電調制光等現象，如激光、液晶和發(fā)光二極管。

1．液晶的電光效應2．電光調制

3．發(fā)光二極管的發(fā)光原理第4章電轉換現象和圖像顯示器件1．液晶的電光效應液晶分子是在形狀、介電常數、折射率及電導率上具有各向異性特性（即各種性質表現出沿不同方向有差異）的物質，如果對這樣的物質施加電場(電流)，隨著液晶分子取向結構發(fā)生變化，它的光學特性也隨之變化，這就是通常說的液晶的電光效應。

電調制光，當加在晶體上的電場方向與通光方向平行，稱為縱向電光調制，當通光方向與所加電場方向相垂直，稱為橫向電光調制。電光調制器,電光開關,電光光偏轉器等，可用于光閘,激光器的Q開關和光波調制,并在高速攝影,光速測量,光通信和激光測距等激光技術中獲得了重要應用。

2．電光調制第4章電轉換現象和圖像顯示器件3．發(fā)光二極管的發(fā)光原理發(fā)光二極管加正向電壓時，二極管導通，二極管就發(fā)光。

發(fā)光二極管加反向電壓時，二極管截止，二極管就不發(fā)光。4.2.1液晶4.2.2液晶顯示器4.2.3液晶顯示器的優(yōu)點和缺點4.2.4液晶顯示器的應用和發(fā)展趨勢4.2液晶顯示器（LCD)

第4章電轉換現象和圖像顯示器件4.2.1液晶

液晶是一種高分子材料介于固體跟液體之間的一種狀態(tài)，具有特殊形狀的分子（層狀、線狀、膽固醇分子的形狀）。組合才能產生，有著特殊的物理、化學、光學特性，20世紀中葉開始廣泛用于輕薄型的顯示技術上。液晶，英文名稱LiquidCrystals，簡稱LC，用它制成的液晶顯示器件稱為LCD。

第4章電轉換現象和圖像顯示器件1．熱致液晶和溶致液晶（1）熱致液晶

某些物質－液晶，當其固態(tài)受熱時，不會直接熔解為液體，而是轉化為液晶態(tài)。當持續(xù)加熱時，才變?yōu)橐后w，這就是所謂的二次熔解現象。當溫度超出一定的范圍，液晶不再呈現出液晶態(tài)，溫度低了，出現結晶現象，溫度升高了，就變成液體；液晶顯示器件標注的存儲溫度指的就是呈現液晶態(tài)的溫度，如圖4－7所示。

圖4-7

液晶分子的不同狀態(tài)（2）溶致液晶

某些有機物放在一定的溶劑中，由于溶液濃度發(fā)生變化而出現的液晶，如肥皂水。第4章電轉換現象和圖像顯示器件2．液晶的主要特性（1）光電效應

當液晶的兩端加上電場時，液晶的排列狀態(tài)會發(fā)生改變，(如圖4-8所示)，從而造成光線穿透液晶層時的光學特性發(fā)生改變，因此我們可以利用外加電場來產生光的變化現象。

圖4-8a

無電場

圖4-8b

有電場第4章電轉換現象和圖像顯示器件2．液晶的主要特性（2）偏振旋光性

光線經過特殊柵欄后會具有一定的行走方向。一偏振光經過一液晶后其偏振方向有時會改變（見圖4-9）。到底會不會改變則視液態(tài)晶體之排列而定。所以改變液晶的排列方式即可改變通過光的偏振性。

圖4-9a

偏振方向改變

圖4-8b

偏振方向不變

第4章電轉換現象和圖像顯示器件4.2.2液晶顯示器

1.液晶顯示器的組成液晶顯示器由液晶顯示屏、時序電路、燈管、背光、控制板、逆變器組成。

1）液晶顯示屏里面是液態(tài)晶體和網格狀的印刷電路，早期的液晶顯示屏是TN液晶顯示屏，在TN液晶顯示屏的基礎上發(fā)展起來的TFT液晶屏顯示效果更好。其結構有所區(qū)別，下面介紹這兩種顯示屏的結構。

第4章電轉換現象和圖像顯示器件1.液晶顯示器的組成（1）TN液晶顯示屏通常包括玻璃基板、ITO膜、配向膜、偏光板等制成的夾板，共有兩層，稱為上下夾層，每個夾層都包含電極和配向膜上形成的溝槽，上下夾層中的是液晶分子，在接近上部夾層的液晶分子按照上部溝槽的方向來排列，而下部夾層的液晶分子按照下部溝槽的方向排列。在生產過程中，上下溝槽呈十字交錯，即上層的液晶分子的排列是橫向的，下層的液晶分子排列是縱向的，而位于上下之間的液晶分子接近上層的就呈橫向排列，接近下層的則呈縱向排列，液晶分子的排列就像螺旋形的扭轉排列，因而TN液晶顯示屏被稱為扭曲向列顯示屏。如圖4－10所示。

圖4-10

TN液晶顯示屏的結構第4章電轉換現象和圖像顯示器件1.液晶顯示器的組成（2）TFT液晶顯示屏

TFT是種薄型的顯示器件，它由上下兩塊相互平行的玻璃（基板）構成，玻璃襯底之間充滿了TN型的液晶體，四周密封組成了一個扁平狀的盒式密封體，如圖4—11所示。

圖4-11aTFT液晶顯示屏結構分層圖

圖4-11bTFT液晶顯示屏結構剖面圖第4章電轉換現象和圖像顯示器件1.液晶顯示器的組成

TFT液晶顯示器與TN系列液晶顯示器的差別只不過把TN上部夾層的電極改為FET晶體管，而下層改為共同電極。在光源設計上，TFT的顯示采用“背透式”照射方式，即假想的光源路徑不是像TN液晶那樣的從上至下，而是從下向上，這樣的作法是在液晶的背部設置類似日光燈的光管。光源照射時先通過下偏光板向上透出，它也借助液晶分子來傳導光線，由于上下夾層的電極改成FET電極和共通電極。在FET電極導通時，液晶分子的表現如TN液晶的排列狀態(tài)一樣會發(fā)生改變，也通過遮光和透光來達到顯示的目的。但不同的是，由于FET晶體管具有電容效應，能夠保持電位狀態(tài)，先前透光的液晶分子會一直保持這種狀態(tài)，直到FET電極下一次再加電改變其排列方式。相對而言，TN就沒有這個特性，液晶分子一旦沒有施壓，立刻就返回原始狀態(tài)，這是TFT液晶和TN液晶顯示的最大不同之處。第4章電轉換現象和圖像顯示器件1.液晶顯示器的組成

2）時序電路用于產生控制液晶分子偏轉所序的時序和電壓。3）背光源燈管產生白色光源，背光把燈管產生的光反射到液晶屏上，以前常用冷陰極熒光燈（即CCFL背光源）作背光源，CCFL背光源能源利用率低、功耗較高和壽命短小等缺點，而LED背光燈不用汞，所以LED背光燈在逐步普及。如圖4－12所示。

圖4-12a冷陰極熒光燈背光源

圖4-12bLED背光源第4章電轉換現象和圖像顯示器件1.液晶顯示器的組成

4）控制板

起信號轉換作用。把各種輸入格式的信號轉化成固定輸出格式的信號。例如對1024x768的屏：輸入信號可以是640x480;800x600;1024x768.........,最終轉化成輸出格式1024x768。如圖4－13為液晶顯示控制板。

（a）單片機小液晶控制板

（b）真彩液晶控制板

（c）真彩液晶控制板

第4章電轉換現象和圖像顯示器件1.液晶顯示器的組成

5）逆變器產生高壓，用于點亮燈管。

第4章電轉換現象和圖像顯示器件2.液晶顯示器的工作原理

1）顯示屏的工作原理（1）TN型液晶顯示屏的工作原理

目前較為常用的TFT型液晶顯示屏是在TN型液晶顯示屏的基礎上發(fā)展而來的，所以在介紹TFT型的液晶顯示原理之前，先介紹TN型液晶顯示的原理。①偏光板(偏振片)

大家知道，光是一種電磁波，光的行進方向與光的電場和磁場的方向都垂直。而光的電場和磁場本身也相互垂直，所以光的行進方向、光的電場和磁場的方向是兩兩相互垂直的。光的電場方向我們稱為光的偏振方向，我們可以用偏光板來選擇某一特定方向的偏振光。偏光板的作用就像是柵欄一般,會阻隔掉與柵欄垂直的分量,只準許與柵欄平行的分量通過。所以如果我們拿起一片偏光板對著光源看,會感覺像是戴了太陽眼鏡一般,光線變得較暗。

第4章電轉換現象和圖像顯示器件2.液晶顯示器的工作原理

但是如果把兩片偏光板疊在一起,那就不一樣了。當你旋轉兩片的偏光板的相對角度,會發(fā)現隨著相對角度的不同，光線的亮度會越來越暗。當兩片偏光板的柵欄角度互相垂直時，光線就完全無法通過了。而液晶顯示器就是利用這個特性來完成的。利用上下兩片柵欄互相垂直的偏光板之間，充滿液晶,再利用電場控制液晶轉動，來改變光的行進方向，如此一來，不同的電場大小，就會形成不同灰階亮度了。如圖4—14所示。

圖4-14偏光板原理示意

圖4-15TN型液晶顯示板的基本顯示單元第4章電轉換現象和圖像顯示器件2.液晶顯示器的工作原理

②TN（扭轉向列型）型液晶顯示的工作原理當上下兩塊玻璃之間沒有施加電壓時，液晶的排列會依照上下兩塊玻璃的配向膜而定。對于TN型的液晶來說，上下的配向膜的角度差恰為90度(見圖4—15)，所以液晶分子的排列由上而下會自動旋轉90度。不加電壓時，入射的光線經過上面的偏光板時，再通過液晶分子時，偏光被液晶分子層旋轉90度。離開液晶層時，其偏光的方向恰好與下偏光板的方向一致如圖4－16(a)所示，所以光線便可以順利的通過，在這種情況下，液晶相當于透明的，可以看到反射板的電極，如圖4－17(a)所示。

圖4-16a不加電壓

圖4-16b加電壓第4章電轉換現象和圖像顯示器件2.液晶顯示器的工作原理

但是如果我們對上下兩塊玻璃之間施加電壓時，TN型液晶分子電場影響,其排列方向會傾向平行于電場方向。所以我們從圖中便可以看到，液晶分子的排列都變成站立著的如圖4－16(b)所示.此時通過上層偏光板的偏光,經過液晶分子時便不會改變方向,因此就無法通過下層偏光板如圖4－17(b)所示。在這種情況下，沒有光線反射回來，也就看不到反射板的電極，所以在電極的位置就出現了黑色。只要將電極做成不同字的形狀，就可以看到不同的黑色字。而這種黑字，不是液晶變色形成的，而是光被阻擋或者穿透的結果。

圖4-17a不加電壓時光透過

圖4-17b加電壓后光不能透過

第4章電轉換現象和圖像顯示器件2.液晶顯示器的工作原理

（2）TFT型(薄膜晶體管液晶平板)液晶顯示的工作原理

薄膜晶體管型（TFT型）液晶顯示器是TN型液晶顯示的基礎發(fā)展起來的，都是通過給電極加電場液晶讓光線改變方向，來控制光線是否通過或通過的多少，其原理如圖4－19所示。

圖4-19a關閉FET電極

圖4-19b打開FET電極

第4章電轉換現象和圖像顯示器件2.液晶顯示器的工作原理

如果我們用放大鏡放大液晶屏的話，大家會發(fā)現如圖4—20所示的樣子。即整個液晶屏實際上是由許許多多的像素單元構成，而每個像素單元又是由R、G、B三個子像素單元組成。我們知道紅色,藍色以及綠色,是所謂的三原色。也就是說利用這三種的顏色,便可以混合出各種不同的色彩。我們把RGB三種顏色，分成獨立的三個點（子像素）,當液晶的供應電壓變動時，液晶分子排列就會產生變化，因而光線的折射角度就會不同，R、G、B三個子像素就會各自擁有不同的灰階（亮度）變化。然后把鄰近的三個RGB顯示的點,當作一個顯示的基本單位,也就是一個像素，那這一個像素，就可以擁有不同的色彩變化了。而各個像素結合起來，就形成了整個液晶屏的色彩變化。

圖4-20液晶屏像素單元第4章電轉換現象和圖像顯示器件4.2.3液晶顯示的優(yōu)點和缺點

1.液晶顯示的優(yōu)點液晶電視與傳統(tǒng)CRT有省電、輻射低、不會出現任何的幾何失真、可視面積大、高分辨率、輕薄。

（1）液晶電視與傳統(tǒng)CRT和等離子相比一大優(yōu)點還是省電，液晶只有同尺寸的CRT的一半功耗，比等離子更是低上好多。

（2）與傳統(tǒng)CRT相比液晶在環(huán)保方面也表現的表現，這是因為液晶顯示器內部不存在象CRT那樣的高壓元器件，所以其不至于出現由于高壓導致的x射線超標的情況，所以其輻射指標普遍比CRT要低一些。

第4章電轉換現象和圖像顯示器件1.液晶顯示器的優(yōu)點

（3）由于CRT顯示器是靠偏轉線圈產生的電磁場來控制電子束的，而由于電子束在屏幕上又不可能絕對定位，所以CRT顯示器往往會存在不同程度的幾何失真，線性失真情況。而液晶顯示器由于其原理問題不會出現任何的幾何失真，線性失真，這也是一大優(yōu)點。（4）液晶顯示器可視面積大：一般CRT顯示器在顯像時，顯示器畫面四周會有一些黑邊占去可視畫面；而液晶顯示器的畫面不會有這些問題，為完全可視畫面。例如：13寸的液晶顯示器就相當于15寸的CRT顯示器。

第4章電轉換現象和圖像顯示器件1.液晶顯示器的優(yōu)點（5）高分辨率\精細的畫質，一般液晶電視分辨率可達到1366*768或者1920*1080，比CRT和等離子都有很大的優(yōu)勢。（6）輕薄第4章電轉換現象和圖像顯示器件2.液晶顯示器的缺點

液晶電視的缺點有可視角度過小、容易產生影像拖尾現象、液晶電視的亮度和對比度不是很好、液晶會出現個別的像素壞掉的現象、壽命有限。（1）可視角度過小。以前的面板一般只能做到160度，現在雖然技術在不斷發(fā)展已經出現了176度甚至178度的面板，不過人家CRT和等離子根本沒有這個問題。

（2）容易產生影像拖尾現象。足夠快的響應時間才能保證畫面的連貫。這一點在玩游戲、看快速動作的影像時十分重要。剛才我們也說了，現在主流LCD面板還是在8ms左右，高端面板做到了4ms，很多廠家還宣傳做到了3ms1ms，小編是在不能相信，就算電路做到了，面板顯示不了不是白搭么。第4章電轉換現象和圖像顯示器件2.液晶顯示器的缺點（3）液晶電視的亮度和對比度不是很好。由于液晶分子不能自己發(fā)光，所以，液晶顯示器需要靠外界光源輔助發(fā)光，也就是背光。所以這是顯示原理決定的，不好改進。雖說各個廠家在技術上做了很多努力。可是對比度上依然遠遠落后于CRT和等離子。（4）液晶“壞點”問題。液晶顯示屏的材料一般采用玻璃，很容易破碎，再加上每一個像素都十分細小，常常會造成個別的像素壞掉的現象，俗稱“壞點”，這是無法維修的，只有更換整個顯示屏，而更換的價格往往十分昂貴。（5）壽命有限。液晶電視不像CRT那么耐用。雖然號稱可以看十年甚至更長，但是背光燈管的壽命是在令人擔憂，小編覺得能堅持六-八年就已經很不錯了。第4章電轉換現象和圖像顯示器件4.2.4液晶顯示的應用和發(fā)展趨勢

液晶顯示器是我們在日常生活中最常液見的3C產品之一，對小尺寸的液晶面板而言，最主要是用于數字相機、數字攝影機、手機、汽車儀表板的顯示器等，而大尺寸面板則是以個人計算機、液晶電視機等有關信息通訊和網絡的產品為主，如圖4—21所示。隨著液晶（LCD）產品價格的下降，LCD顯示器也呈現出多樣化的發(fā)展趨勢：在技術創(chuàng)新步伐加快、市場不斷擴大的液晶時代，未來應用將有如下幾種態(tài)勢：

第4章電轉換現象和圖像顯示器件1.加快響應時間

早期的液晶顯示器之所以“嚇跑”一些潛在消費者購買者，主要是其響應時間過慢?，F在購買電腦的用戶基本上是以游戲、播放電影等使用為主，而液晶顯示器縱然有輻射低、產生熱量小的優(yōu)點，但在大型的游戲運行時不能隨心所欲，拖尾殘影的現象是大家不能忍受的。所以，現在的液晶廠商采用增加驅動電壓和降低液晶黏稠度及開發(fā)了色彩優(yōu)化技術等方法并采用全新的液晶材質（比如低溫多晶硅）來提高液晶的響應速度。第4章電轉換現象和圖像顯示器件2.寬屏應用成為熱點

普通顯示屏的屏幕長寬比例均為標準的4:3，而新興的寬屏長寬比為16:9或16:10，兩廂對比，其差距是不言而喻的。通常在觀看寬熒幕格式記錄的電影時，傳統(tǒng)的4:3顯示器會在屏幕上下留有兩道黑邊，這樣就給可視范圍帶來了局限性。16:9或16:10的畫面比例，正接近人眼睛視野的黃金比例，用這樣的屏幕看電腦、電視及電影，畫面看起來感覺更加舒適。目前越來越多的廠家推出了許多支持寬屏模式的游戲。新一代的平板電視是寬屏的，寬屏筆記本電腦銷售在持續(xù)升溫，掌上寬屏產品也越來越普及。第4章電轉換現象和圖像顯示器件3.無線液晶顯示器

為了擺脫電話線對聲音的牽絆，手機和無繩電話出現了。為了讓音樂無處不在，藍牙耳機問世了。隨著當今社會的無線趨勢越發(fā)明顯，液晶顯示器早晚也會像無線耳機、鍵盤和鼠標等設備一樣不再聚集在一個有限的空間。無線液晶顯示器可以把我們從局限的空間中解放出來，我們可以在沙發(fā)上瀏覽網頁；可以在趴在床上看電子書；更可以在廚房中下載燒菜配方。相信不久會有更多的廠商加入到無線液晶顯示器的研發(fā)中來，也會有更多的好產品、新功能同我們見面。第4章電轉換現象和圖像顯示器件4.更加環(huán)保節(jié)能

隨著LED背光源（見圖4-12（b））技術的日漸成熟，讓節(jié)能環(huán)保達到了新高度。近來白光LED技術在發(fā)光效率方面也取得了大踏步的前進，所以我們看到LED背光的液晶顯示器節(jié)能特性也已經超越了CCFL產品（見圖4-12（a））。另外，和傳統(tǒng)的CCFL背光燈管不同的是，LED背光源不含汞元素，因此可以避免在廢棄和回收過程中對環(huán)境造成污染，所以從這個角度上來說也更加綠色環(huán)保。4.3.1等離子體顯示板的發(fā)展和結構4.3.2等離子體顯示板的工作原理4.3.3等離子體顯示板的特性4.3.4等離子體顯示板的應用4.3等離子體顯示板（PDP）第4章電轉換現象和圖像顯示器件4.3.1等離子體顯示板的發(fā)展和結構

1．等離子體顯示板的發(fā)展2．等離子體顯示板的結構第4章電轉換現象和圖像顯示器件1.等離子體顯示板的發(fā)展1964年美國伊利諾斯大學教授貝塞特發(fā)明了交流等離子體顯示板；1968年荷蘭飛利普公司的波依爾發(fā)明了直流等離子體顯示板1983年，美國的Photonics公司制作出了全球第一款大型單色等離子體顯示器；90年代，彩色PDP技術迅速突破，1993年首先實現彩色PDP的批量生產。1996年多家公司推出53cm彩色PDP產品，其主要性能指標達到了CRT水平。圖6-1照明燈具的演變第4章電轉換現象和圖像顯示器件1.等離子體顯示板的發(fā)展圖4-24等離子體顯示板的發(fā)展（a）大型單色等離子體顯示器（b）60英寸等離子顯示器屏幕第4章電轉換現象和圖像顯示器件2.等離子體顯示板的結構如圖所示，表面放電型彩色PDP（等離子體顯示板）主要由前后兩塊玻璃基板和等離子體發(fā)光管（有效顯示區(qū)）三部分組成。圖4-25表面放電型彩色PDP顯示屏結構圖第4章電轉換現象和圖像顯示器件2.等離子體顯示板的結構

前玻璃基板上設置有供放電用的透明電極，正對著透明電極的稍下方是發(fā)生氣體放電的部位。后玻璃基板上設有寫入用的選址電極。（b）前玻璃基板結構圖（c）后玻璃基板結構圖圖4-25表面放電型彩色PDP顯示屏結構圖第4章電轉換現象和圖像顯示器件2.等離子體顯示板的結構

缺陷點類型：1.常亮點：無圖像顯示時持續(xù)發(fā)光的點（介質層缺陷）2.不亮點：有圖像顯示時無法發(fā)光的點（介質層缺陷、異物或污染）3.不穩(wěn)定點：有圖像顯示時處于閃爍狀態(tài)，無法保持穩(wěn)定（異物或污染）4.串擾：有圖像時一個點亮導致周圍點亮（熒光粉混色或障壁缺陷）第4章電轉換現象和圖像顯示器件4.3.2等離子體顯示板的工作原理

1．等離子體顯示板的發(fā)光原理2．等離子體顯示板的驅動第4章電轉換現象和圖像顯示器件1.等離子顯示板的發(fā)光原理（1）發(fā)光原理等離子體顯示器的工作原理與一般日光燈原理相似，它在顯示平面上安裝數以十萬計的等離子管作為發(fā)光體（象素）。每個發(fā)光管有兩個玻璃電極、內部充滿氦、氖等惰性氣體，其中一個玻璃電極上涂有三原色熒光粉。當兩個電極間加上高電壓時，引發(fā)惰性氣體放電，產生等離子體。等離子產生的紫外線激發(fā)涂有熒光粉的電極而發(fā)出不同分量的由三原色混合的可見光。圖4-26等離子體顯示板發(fā)光原理圖第4章電轉換現象和圖像顯示器件1.等離子顯示板的發(fā)光原理（2）發(fā)光顯示過程①氣體放電過程惰性氣體在外加電信號的作用下產生放電，使原子受激發(fā)而躍遷，發(fā)射出真空紫外線（波長等于147nm）的過程。②熒光粉發(fā)光過程氣體放電所產生紫外線，激發(fā)紅、綠、藍熒光粉發(fā)射可見光，由三原色光組合，可產生豐富多彩的顏色，實現彩色顯示。第4章電轉換現象和圖像顯示器件2.等離子顯示板的驅動（1）驅動方式PDP采用存儲式驅動方式，大體由寫入、發(fā)光維持和擦除三個部分組成。圖4-27

單色交流PDP驅動電路原理框圖PDP行方向驅動電路列方向驅動驅動控制電路電源顯示控制電路接口第4章電轉換現象和圖像顯示器件2.等離子顯示板的驅動（2）驅動原理

單色交流PDP驅動的原理如圖4－27所示。它由驅動電路、顯示控制電路和電源3大部分組成。其中x、y方向驅動電路可采用專用集成塊，在控制電路的控制下產生PDP所需要的維持、書寫和擦除脈沖。顯示控制電路以單片微處理器為核心，在系統(tǒng)軟件的協調下，提供驅動控制電路所需要的各種信號。電源部分提供整個系統(tǒng)所需的多組電壓。第4章電轉換現象和圖像顯示器件4.3.3等離子體顯示板的特性

1．顯示灰度2．壽命3．PDP的優(yōu)缺點第4章電轉換現象和圖像顯示器件1.顯示灰度PDP的灰度控制等級豐富，可以實現256級灰度控制。第4章電轉換現象和圖像顯示器件2.壽命PDP是一種氣體放電型器件。工作時，如不采取保護措施，PDP的壽命將很快終了。采用MgO保護膜的器件，再加上合理的器件設計，工作壽命可達到3～５萬小時。彩色PDP的壽命主要由兩方面決定：（1）MgO薄膜在正離子的不斷轟擊下，直到PDP無法驅動。（2）熒光粉在遭受正離子的轟擊、紫外線的照射和在少量轟擊蒸發(fā)物的污染下劣化，使發(fā)光亮度下降。第4章電轉換現象和圖像顯示器件3.PDP的優(yōu)缺點（1）優(yōu)點圖4-28等離子體顯示板的優(yōu)點第4章電轉換現象和圖像顯示器件3.PDP的優(yōu)缺點（2）缺點①由于PDP是平面設計，且顯示屏上的玻璃極薄，所以不能承受太大或太小的大氣壓力，更不能承受意外的重壓。②PDP的幾十萬個像素都是獨立發(fā)光，相比于傳統(tǒng)顯像管使用一支電子槍而言，耗電量大幅增加，一般等離子顯示器的耗電量要高于300W。③另外，等離子電視在長年使用過程中會出現亮度衰減，它的畫質隨時間遞減。

第4章電轉換現象和圖像顯示器件4.3.4等離子體顯示板的應用

1．等離子電視2．軍用裝備3．其他應用第4章電轉換現象和圖像顯示器件1.等離子電視彩色PDP的主要應用領域是大屏幕電視市場。在40～80英寸的應用范圍內具有明顯的技術優(yōu)勢。近年來，彩色PDP的關鍵技術紛紛取得了重大的突破，產品性能日漸提高并已達到實用化水平，進入快速產業(yè)化生產階段，隨著數字電視（DTV）和高清晰度電視（HDTV）時代的來臨，彩色PDP技術迎來了一個嶄新發(fā)展的機遇。目前生產等離子電視的廠家主要為日本企業(yè)，如松下，日立等。第4章電轉換現象和圖像顯示器件2.軍用裝備彩色PDP由于以惰性氣體為工作媒質，可以在－55℃～＋70℃的寬溫范圍內穩(wěn)定工作，因此在武器裝備系統(tǒng)中首先獲得廣泛應用。現代化艦艇的駕駛系統(tǒng)、發(fā)動機參數顯示系統(tǒng)和火炮控制系統(tǒng)都使用彩色PDP顯示。在綜合電子戰(zhàn)系統(tǒng)中，彩色PDP可廣泛用作對環(huán)境有嚴格要求的野戰(zhàn)和戰(zhàn)術計算機終端顯示，指揮部可用作大屏幕戰(zhàn)場實時顯示，另外，彩色PDP一改CRT笨重的弱點，使部隊及武器裝備的機動性增強，可靠性得到保證。第4章電轉換現象和圖像顯示器件3.其他應用由于PDP具有薄型、大畫面、自發(fā)光、色彩豐富、大視角等優(yōu)勢，因此在計算機顯示器、壁掛式顯示壁、室外大型廣告牌等方面也有著廣泛的應用。PDP還主要用于辦公自動化設備方面，如銷售終端、銀行出納終端等，占市場份額較大的個人計算機及工作站也是PDP發(fā)展的一個方向。另外，在液晶顯示尚未能加大屏幕尺寸以及另外一些新替代技術未完全成熟之前，PDP還有多種應用，如公共信息標牌、會議室演示系統(tǒng)、證券交易所金融行情顯示終端、醫(yī)療診斷及公共娛樂場所游戲機等。第4章電轉換現象和圖像顯示器件等離子電視常見安裝方式（a）壁掛（b）桌面擺放（c）移動支架（d）垂直吊裝圖4－29等離子電視常見安裝方式第4章電轉換現象和圖像顯示器件等離子電視常見安裝方式圖4－29等離子的拼接安裝（a）普通有邊框等離子的拼接安裝（b）等離子無縫拼接安裝第4章電轉換現象和圖像顯示器件4.4.1電子書的發(fā)展和前景

4.4.2電子書的終端閱讀器產品4.4.3電子書的功能特點

4.4電子書閱讀器第4章電轉換現象和圖像顯示器件4.4.1電子書的發(fā)展和前景

今后電子書產業(yè)的市場空間會被逐漸放大，會出現終端閱讀器、出版機構、網絡服務商等多方合作共贏的局面。電子閱讀器的商業(yè)前景很好,購買力是很大的,購買電子閱讀器的客戶主要是兒童、少年、中青年。電子書的發(fā)展

電子書和電子書閱讀器早在上世紀90年代就已經出現,在2001年已經推出了相關的電子書閱讀器產品，2007年亞馬遜推出電子書閱讀器kindle，掀起了全球電子書閱讀熱潮。我國杭州最新研發(fā)上市的這款“數源墨客”超薄電書攻克了眾多技術難關，不僅薄，而且采用國際先進的Ｅ－ｉｎｋ電子墨水技術顯示屏，文字顯示可呈現類似宣紙上潑墨揮毫的效果。2．電子書的前景第4章電轉換現象和圖像顯示器件幾款電子書閱讀器

第4章電轉換現象和圖像顯示器件4.4.2電子書的終端閱讀器產品

電子紙作為顯示屏，現在電子紙采用E-ink子墨水技術顯示屏。E-ink電子子墨水技術顯示屏是一種新型的顯示器，最大特色在于能自由彎曲，與紙的十分相似，其色彩對比高、分辨率高、耗電量小、制造成本低。

電子書閱讀器的顯示技術包括四個部分，一是屏的技術，二是線路板技術，三是軟件技術，四是外殼工藝技術。其中真正核心的技術是屏的技術。

1.電子紙張的組成

2.電子紙顯示圖像的原理

第4章電轉換現象和圖像顯示器件1.電子紙張的組成是由兩片基板所組成，上面涂有一種由無數微小透明顆粒組成的電子墨水，顆粒由帶正、負電的許多黑色與白色粒子密封于內部液態(tài)微膠囊內形成，兩個基板有透明的電極

第4章電轉換現象和圖像顯示器件2.電子紙顯示圖像的原理電子紙作為顯示屏，可有多種技術（如LCD等），一般使用所謂“電泳”的技術，即：在微小膠囊中灌注極小的帶電顆粒，不同顏色的帶電粒子會因施加電場的不同，而朝不同的方向運動，如加電后白色顆粒浮游到表面，顯示白色，否則顯示黑色或藍色，從而達到顯示圖文的目的。白色顆粒到位置后，即使撤掉電壓，它們也會保持在該位置，因此不需持續(xù)加電，只有畫面像素顏色變化時（例如從黑轉到白）才耗電，即變換內容時才用電，因此非常省電。功耗是同尺寸大小TFT液晶的千分之一。

第4章電轉換現象和圖像顯示器件4.4.3電子書的功能特點第4章電轉換現象和圖像顯示器件4.5.1CCD/CMOS圖像傳感器4.5.2觸摸屏

4.5其他光電轉換器件介紹第4章電轉換現象和圖像顯示器件4.5.1CCD/CMOS圖像傳感器

3．CCD/CMOS圖像傳感器的尺寸1．圖像傳感器的發(fā)展情況2．CCD/CMOS圖像傳感器的結構4．CCD/CMOS圖像傳感器的工作原理5．CCD的類型6．CCD圖像傳感器的應用第4章電轉換現象和圖像顯示器件1．圖像傳感器的發(fā)展

20世紀70年代，CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器同時起步。CCD圖像傳感器由于靈敏度高、噪聲低，逐步成為圖像傳感器的主流。但由于工藝上的原因，敏感元件和信號處理電路不能集成在同一芯片上，造成由CCD圖像傳感器組裝的攝像機體積大、功耗大。CMOS圖像傳感器以其體積小、功耗低在圖像傳感器市場上獨樹一幟。第4章電轉換現象和圖像顯示器件1．CCD和CMOS圖像傳感器的比較

項目類型性能組成靈敏度噪聲體積功耗分辨率集成度價位功能CCD圖像傳感器高低大高高低高全分三層，１.“微型鏡頭”，２.“分色濾色片”,３.“感光層”。（敏感元件和信號處理電路不能集成在同一芯片上）芯片設計改進后（亞微米和深亞微米級設計）CMOS圖像傳感器高低更小低高更高更低全圖像傳感器核心（與CCD相似）、時序邏輯（邏輯寄存器、存儲器、定時脈沖發(fā)生器）和轉換器、單一時鐘及芯片內的可編程功能（敏感元件和信號處理電路集成在同一芯片上）第4章電轉換現象和圖像顯示器件

2．CCD/CMOS圖像傳感器的結構CCD的結構為三層，第一層是“微型鏡頭”，第二層是“分色濾色片”以及第三層“感光層”

圖4—33CCD的外形圖4—34CCD的結構圖第4章電轉換現象和圖像顯示器件3．CCD/CMOS圖像傳感器的尺寸CCD/CMOS尺寸越大，感光面積越大，成像效果越好。1/1.8英寸的300萬像素相機效果通常好于1/2.7英寸的400萬像素相機(后者的感光面積只有前者的55%)。而相同尺寸的CCD/CMOS像素增加固然是件好事，但這也會導致單個像素的感光面積縮小，有曝光不足的可能。

CCD的尺寸標示第4章電轉換現象和圖像顯示器件4．CCD/CMOS圖像傳感器的工作原理CMOS圖像傳感器是一個圖像系統(tǒng),原理相對復雜，但其核心部分是將離散信號電平多路傳輸到一個單一的輸出，這與CCD圖像傳感器很相似,下面就重點介紹CCD圖像傳感器的工作原理。電荷藕合器件圖像傳感器CCD（ChargeCoupledDevice）它使用一種高感光度的半導體材料制成，能把光線轉變成電荷，通過模數轉換器芯片轉換成數字信號，數字信號經過壓縮以后由相機內部的閃速存儲器或內置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數據傳輸給計算機，并借助于計算機的處理手段，根據需要和想象來修改圖像。CCD由許多感光單位組成，通常以百萬像素為單位。當CCD表面受到光線照射時，每個感光單位會將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產生的信號加在一起，就構成了一幅完整的畫面。

（1）CCD黑白數字相機（3）單CCD彩色相機（2）三CCD彩色相機第4章電轉換現象和圖像顯示器件

（1）CCD黑白數字相機的工作原理物體在有光線照射到它時將會產生反射，這些反射光線進入鏡頭光圈照射在CCD芯片上，在各個單元中生成電子。曝光結束后，這些電子被從CCD芯片中讀出，并由相機內部的微處理器進行初步處理。此時由該微處理器輸出的就是一幅數字圖像了。

第4章電轉換現象和圖像顯示器件（2）三CCD彩色相機的工作原理棱鏡將光線中的紅、綠、藍三個基本色分開，使其分別投射在三個CCD上。這樣一來，每個CCD就只對一種基本色分量感光，分別生成紅、綠、藍三個電子排布圖，紅、綠、藍三個電子排布圖通過相機內部處理器，分別得到三個數字原始圖像，三個數字原始圖像進行疊加就是原來的圖像。這種解決方案在實際應用中的效果非常好，但它的最大缺點就在于，采用3個CCD+棱鏡的搭配必然導致價格昂貴。

第4章電轉換現象和圖像顯示器件（3）單CCD彩色相機的工作原理每個像素都含有這三種顏色的信息，這就要對這些像素的值使用“色彩空間插值法”進行處理，單CCD+色彩插值處理后的結果與3CCD的成像結果進行比較，我們發(fā)現所得圖片完全一致。

第4章電轉換現象和圖像顯示器件5．CCD的類型目前主要有兩種類型的CCD光敏元件，分別是線性CCD和矩陣性CCD。線性CCD用于高分辨率的靜態(tài)照相機，它每次只拍攝圖像的一條線，這與平板掃描儀掃描照片的方法相同。這種CCD精度高，速度慢，無法用來拍攝移動的物體，也無法使用閃光燈。

第4章電轉換現象和圖像顯示器件6．CCD圖像傳感器的應用(1）CCD/CMOS圖像傳感器應用很廣泛如數碼照相機、攝像機、安防監(jiān)控、攝像測距等。(2）CMOS圖像傳感器應用這種多功能的集成化使得許多以前無法應用圖像技術的地方現在也變得可行了如孩子的玩具，更加分散的保安攝像機、嵌入在顯示器和膝上型計算機顯示器中的攝像機、帶相機的移動電路，指紋識別系統(tǒng)，甚至于醫(yī)學圖像上所使用的一次性照相機等。

第4章電轉換現象和圖像顯示器件4.5.2觸摸屏

3．觸摸屏的原理1．觸摸屏的結構2.電容式觸摸屏與傳統(tǒng)的電阻式觸摸屏的區(qū)別4．觸摸屏的應用實例第4章電轉換現象和圖像顯示器件1．觸摸屏的結構

(１）電容式觸摸屏的結構

（a）互電容式觸摸屏（b）自電容式觸摸屏第4章電轉換現象和圖像顯示器件(2）電阻式觸摸屏的結構圖圖

電阻式觸摸屏的結構圖

第4章電轉換現象和圖像顯示器件2.電容式觸摸屏與傳統(tǒng)的電阻式觸摸屏的區(qū)別電容式觸摸屏與傳統(tǒng)的電阻式觸摸屏有很大區(qū)別。電阻式觸控屏幕在工作時每次只能判斷一個觸控點，如果觸控點在兩個以上，就不能做出正確的判斷了，所以電阻式觸摸屏僅適用于點擊、拖拽等一些簡單動作的判斷。而電容式觸摸屏可多點觸控，可以將用戶的觸摸分解為采集多點信號及判斷信號意義兩個工作，完成對復雜動作的判斷。電容式觸摸屏也有以下幾個缺點：精度不高，易受環(huán)境影響，成本偏高。第4章電轉換現象和圖像顯示器件3．觸摸屏的原理

觸摸屏觸控感測的過程(1)電阻式觸摸屏。第4章電轉換現象和圖像顯示器件(