光電顯示技術(shù)緒論

光電顯示技術(shù)目錄1.緒論2.陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)3.液晶顯示器件4.發(fā)光二極管(LED)顯示技術(shù)5.等離子顯示器件6.激光顯示技術(shù)7.新型光電顯示技術(shù)8.大屏幕顯示技術(shù)

了解顯示技術(shù)的基本原理，能夠在選擇顯示手段時，有明確的理論依據(jù)。了解各種顯示器件的結(jié)構(gòu)、發(fā)光機(jī)理、工作原理，驅(qū)動方式和制造工藝了解不同顯示器件的性能差異及其各自所擅長的應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用方法了解顯示技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。教學(xué)目的主要參考書應(yīng)根裕,胡文波,邱勇.平板顯示技術(shù).人民郵電出版社，2002.10古千束.先進(jìn)顯示器技術(shù).科學(xué)出版社，共立出版社，2002.8大石嚴(yán)等.顯示技術(shù)基礎(chǔ)(前沿顯示技術(shù)叢書).科學(xué)出版社，2003新居宏壬等.顯示器的應(yīng)用(前沿顯示技術(shù)叢書).科學(xué)出版社，2003山崎映一.發(fā)光型顯示(前沿顯示技術(shù)叢書).科學(xué)出版社，2003小林俊介.下一代液晶顯示(前沿顯示技術(shù)叢書).科學(xué)出版社，2003彩色液晶顯示(前沿顯示技術(shù)叢書).科學(xué)出版社，2003西田信夫.大屏幕顯示(前沿顯示技術(shù)叢書).科學(xué)出版社，2003李宏.液晶顯示器件應(yīng)用技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2004.7郭強(qiáng).液晶顯示應(yīng)用技術(shù).電子工業(yè)出版社，2003.2國內(nèi)相關(guān)研究所、院校、公司以及論壇中國電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所國家平板顯示工程技術(shù)研究中心南京國顯電子公司東南大學(xué)顯示技術(shù)研究中心陜西科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院京東方科技集團(tuán)股份有限公司/光電論壇/bbs/中國光學(xué)光電子行業(yè)論壇/forum/default.asp液晶論壇/index.php光行天下論壇/bbs/大屏幕顯示論壇/bbs/OLED中國論壇/液晶之家/omp/index.php光機(jī)人國內(nèi)相關(guān)的學(xué)術(shù)與技術(shù)期刊《液晶與顯示》《現(xiàn)代顯示》《光電子技術(shù)》《電視技術(shù)》《現(xiàn)代電子技術(shù)》《現(xiàn)代電視技術(shù)》《電子技術(shù)》《微納電子技術(shù)》《光電子技術(shù)與信息》《光電技術(shù)應(yīng)用》《家庭電子》《電子產(chǎn)品世界》《視聽技術(shù)》《今日電子》《電視工程》《儀器儀表學(xué)報》《中國圖象圖形學(xué)報》《山東理工大學(xué)學(xué)報》《世界電子元器件》《微電腦世界》《中國計算機(jī)用戶》《稀土信息》《半導(dǎo)體行業(yè)》《山西電子技術(shù)》《電腦迷》《真空電子技術(shù)》《福建電腦》考核方式平時成績（30%）：包括考勤、作業(yè)（A4紙）、平時回答問題等。期末成績（70%）：采取閉卷考試形式，考查課程基本和重點內(nèi)容。第1章緒論1.1光電顯示技術(shù)概述

1.2顯示參量與人的因素習(xí)題一人類獲取信息的方式人類感知外界信息依靠眼、耳、鼻、舌、身(皮膚)所具有的視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺。

人的各種感覺器官從外界獲得的信息的比例:電視和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)普及之前是:視覺占60％，聽覺占20％，觸覺占15％，味覺占3％，嗅覺占2％。電視和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)普及之后是:視覺占83％，聽覺占11％，觸覺占3.5％，嗅覺占1.5％,味覺占1％。一、顯示技術(shù)的重要性人類獲得信息的方式

1.1.1.顯示技術(shù)研究的意義1.1顯示技術(shù)的概述人類感知外界信息依靠眼、耳、鼻、舌、身(皮膚)所具有的視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺。

人的各種感覺器官從外界獲得的信息的比例:電視和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)普及之前是:視覺占60％，聽覺占20％，觸覺占15％，味覺占3％，嗅覺占2％。視覺信息特別是圖像，能達(dá)到“眼見為實”、“一目了然”的效果。圖像顯示成為信息顯示的最重要的方式。信息源信號處理與傳送顯示

電子顯示技術(shù)是用電子學(xué)等手段將各種信息以文字、符號、圖形和圖像的形式付諸于人的視覺的技術(shù)。電視和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)普及之后是:視覺占83％，聽覺占11％，觸覺占3.5％，嗅覺占1.5％,味覺占1％。二、顯示技術(shù)研究的意義

光電子（OpticalElectronic）技術(shù)是由光學(xué)、激光、電子學(xué)和信息技術(shù)互相滲透、交叉而形成的一門高新技術(shù)學(xué)科，具有廣泛應(yīng)用背景。光電子技術(shù)以物理學(xué)為基礎(chǔ)，涉及激光技術(shù)、光波導(dǎo)技術(shù)、光檢測技術(shù)、光計算和信息處理技術(shù)、光存儲技術(shù)、光電顯示技術(shù)、激光加工與激光生物技術(shù)、光生伏特技術(shù)、光電照明技術(shù)，已逐漸形成了光電子材料與元件產(chǎn)業(yè)、光信息產(chǎn)業(yè)、現(xiàn)代光學(xué)產(chǎn)業(yè)、光通信產(chǎn)業(yè)、激光器與激光應(yīng)用產(chǎn)業(yè)等五大類光電子信息產(chǎn)業(yè)，開創(chuàng)出了“光電子時代”！光電子技術(shù)也是當(dāng)今世界上競爭最為激烈的高技術(shù)領(lǐng)域之一，許多科學(xué)家認(rèn)為：光電子技術(shù)、納米技術(shù)及生物工程技術(shù)構(gòu)成當(dāng)今三大高新技術(shù)，是21世紀(jì)的代表產(chǎn)業(yè)。

顯示（display），就是指對信息的表示，即informationdisplay。在信息工程學(xué)領(lǐng)域中，把顯示技術(shù)限定在基于光電子手段產(chǎn)生的視覺效果上，即根據(jù)視覺可識別的亮度、顏色，將信息內(nèi)容以光電信號的形式傳達(dá)給眼睛產(chǎn)生視覺效果。

光電顯示技術(shù)是將電子設(shè)備輸出的電信號轉(zhuǎn)換成視覺可見的圖像、圖形、數(shù)碼以及字符等光信號的一門技術(shù)。它作為光電子技術(shù)的重要組成部分，近年來發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛。早期的顯示器(~1970年)

最早使用的電子式信息顯示器－由陰極射線管(CRT-CathodeRayTube)構(gòu)成的示波器。1897年，德國的Braun發(fā)明了最初的顯像管－布勞恩管，也稱陰極射線管，主要用于觀測波形及相應(yīng)的測量設(shè)備。當(dāng)時因為它的體積大、重量沉，而且還拖了一個“尾巴”，就有人認(rèn)為不超過10年，它就會被某些平板顯示器所替代。殊不知，體積和重量不是它的缺點，而是存在的問題，如CRT電視機(jī)只能做到40英寸以下，但人們關(guān)心的屏幕上顯示圖像的質(zhì)量，如亮度、對比度、分辨率、視野角、刷新頻率和響應(yīng)時間等綜合性的視覺性能，迄今為止，任何平板顯示器件的工作性能都不如CRT。而且，由于它的工作原理很巧妙，本身及相應(yīng)配合線路也簡單，成本低，所以在顯示器件中，CRT的性能價格比是最高的。2001年，市場規(guī)模達(dá)到了2.74億只、250億美元。1.顯示技術(shù)的發(fā)展史三、顯示技術(shù)的發(fā)展及分類1950年，RCA公司研制了第一只彩色顯像管。到1954年正式播送彩色電視節(jié)目，開創(chuàng)了彩色顯示的新紀(jì)元。1953年日本黑白電視廣播開播，1958年中國黑白電視廣播開播。1924年，美國無線電公司(RCA)俄裔科學(xué)家佐里金發(fā)明的光電攝像管和顯像管打開了電視系統(tǒng)由機(jī)械進(jìn)入電子時代的大門，出現(xiàn)了黑白電視。1928年，佐里金又取得了彩色電視系統(tǒng)的發(fā)明專利。1935年，德國開始了世界上最早的電視廣播。1923年，英國人約翰·貝爾德根據(jù)尼普可夫原理設(shè)計出機(jī)械式電視系統(tǒng)。與半導(dǎo)體、計算機(jī)技術(shù)共同發(fā)展(1970~1990)視頻顯示終端(VDT－VisualDisplayTerminal)的進(jìn)展1970年，計算機(jī)終端顯示用CRT實用化。用于顯示的彩色CRT稱為彩色顯示器(ColorDisplayTube,CDT)，而用于電視機(jī)的彩色CRT稱為彩色顯像管(ColorPictureTube,CPT)平板型顯示器的實用化1970年，對電子信息顯示器的需求迅速朝著多樣化發(fā)展，該時期也是各種新型顯示材料、器件進(jìn)入實用化階段?，F(xiàn)今的顯示器發(fā)展方向是平板顯示器，平板顯示器是60-70年代發(fā)展起來的LCD、LED、PDP、ELD等顯示器，如今平板顯示器所占市場份額已超過CRT。平板顯示有CRT無法超越的優(yōu)點：分辨率不斷提高、顯示面積不斷擴(kuò)大、功耗低、體積小，與數(shù)字技術(shù)很容易融合。風(fēng)靡一時的平板顯示器(FPD)時代(1990～今)LCD大放異彩90年代末，由于采用了改進(jìn)的光學(xué)補(bǔ)償膜和面內(nèi)切模式(IPS)、多疇垂直取向(MVA)方式的TFT-LCD(非晶硅薄膜晶體管液晶顯示器)大大改進(jìn)了對角線的依賴性，LCD向著大屏幕、高清晰度進(jìn)發(fā)了，開始拓展電視機(jī)顯示器的市場。同時，網(wǎng)絡(luò)及手機(jī)的普及，數(shù)字影象設(shè)備的發(fā)展，使小型LCD具有更多的發(fā)展空間。低能耗、高亮度反射型，超薄是當(dāng)前小型LCD的發(fā)展方向。全彩色PDP的實用化－大型化，PDP（等離子體顯示器）不僅用于40英寸以上的彩色顯示器，用于高清晰度電視（HDTV）的PDP已進(jìn)入家庭用顯示器領(lǐng)域，并成為一個新興顯示器件產(chǎn)業(yè)。企盼已久的明亮的藍(lán)色發(fā)光二極管LED1993年日本人采用InGaN系雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，研制出發(fā)光強(qiáng)度為1cd的藍(lán)色發(fā)光二極管，隨后，高亮度藍(lán)色LED及高亮度綠色LED產(chǎn)量化迅猛發(fā)展，到90年代末，三色高亮度LED代替了原小型CRT，放電管等構(gòu)成的全彩色大型廣告牌用顯示器。新器件的登場有機(jī)發(fā)光二極管OLED(OrganicLightEmittingDiode)，場致發(fā)射顯示器FED（FieldEmissionDisplay)，硅基液晶顯示LCOS，數(shù)字微鏡顯示DMD（DLP）。OLED甚至可以折疊，被譽為“夢幻顯示器”，可用于可視移動多媒體。顯示器件Display

發(fā)展趨勢顯示器件發(fā)展趨勢陰極射線管CRT提高分辨率，小型化，平板化電致變色顯示器ECDelectrochomericdisplay

改進(jìn)可靠性

真空熒光顯示器VFD多色，矩陣顯示的實際使用

液晶顯示器

LCD彩色，小電視的實際使用交流等離子體顯示器AcPlasmaDisplayPanel

驅(qū)動的簡化

發(fā)光二極管

高亮度，藍(lán)LED的實際使用

直流等離子體顯示器DCPlasmaDisplayPanel提高電視顯示效率

電致發(fā)光顯示器ELD矩陣顯示商品化電泳顯示器ElectrophoreticDisplay

改進(jìn)可靠性

在大屏幕顯示方面，除了當(dāng)前教學(xué)和商業(yè)用投影器的主流產(chǎn)品透射式TFT-LCD投影儀外，近期開發(fā)的直觀式HDTV大屏幕顯示系統(tǒng)把HDTV(High-definitionTV)、PAL(PhaseAlternatingLine)和NTSC(NationalTelevisionSystemCommittee)制式普通電視以及計算機(jī)的VGA、SVGA、XGA等全在一個大屏幕上顯示，被稱為“多媒體大屏幕顯示墻”（MultimediaDisplayWall)，還有藍(lán)光LED（LightEmittingDiode）和高亮度、超高亮度LED組成的三基色全彩色LED大顯示屏由于使用壽命長、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、價格性能比高、使用成本低等特點，在大屏幕顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。如今的顯示器件世界，無論是市場還是技術(shù)都處于急劇變化的時期，可謂是百花齊放、爭奇斗艷。各種顯示器的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，爭奪未來潛在的大市場。2002年全世界顯示器件銷售額為500億美元，估計到2025年將達(dá)到5000億美元。顯示器行業(yè)群雄爭霸，前景難料。1.1.2光電顯示器件分類

如果根據(jù)收視信息的狀態(tài)分類，可分成：1.直觀型（DirectViewType）2.投影型（ProjectionType）3.空間成像型（SpaceImagingType）

原則上把顯示設(shè)備上出現(xiàn)的視覺信息直接觀看的方式稱為直觀型把由顯示設(shè)備或者光控裝置所產(chǎn)生的比較小的光信息經(jīng)過一定的光學(xué)系統(tǒng)放大投射到大屏幕后收看的方式稱為投影型。指采用某種光學(xué)手段（如激光）在空間形成可供觀看圖像的方式，從原理上說，圖像大小與顯示器無關(guān),可以很大?？臻g成像顯示因為圖像具有縱深而大大提高了真實感和現(xiàn)場感。從顯示原理的本質(zhì)來看，光電顯示技術(shù)利用了發(fā)光和電光效應(yīng)兩種物理現(xiàn)象。所謂電光效應(yīng)是指加上電壓后物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)（如折射率、反射率、透射率等）發(fā)生改變的現(xiàn)象。因此，根據(jù)像素本身發(fā)光與否，又可將顯示器件分為以下兩大類：1.主動發(fā)光（emissive）型2.被動顯示(passive)型在外加電信號作用下，主動發(fā)光型器件本身產(chǎn)生光輻射刺激人眼而實現(xiàn)顯示。比如CRT、PDP、ELD、激光顯示器(LPD:LaserProjectionDisplay)等。在外加電信號作用下，被動顯示型器件單純依靠對光的不同反射呈現(xiàn)的對比度達(dá)到顯示目的。人類視覺所感受的外部信息中，90%以上是由外部物體對光的反射，而不是來自物體發(fā)光。所以，被動顯示更適合人的視覺習(xí)慣，不會引起疲勞。當(dāng)然，被動顯示在黑暗的環(huán)境下是無法顯示的，這時我們必須為器件配上外光源。比如LED、各種光閥管（lightvalve）投影儀等。（6）真空熒光顯示管(VFD:VacuumFluorescentDisplay);主動顯示器件的有：（1）陰極射線管(CRT：cathodeRayTube);（2）等離子體顯示（DPP:PlasmaDisplayPanel）；（3）電致發(fā)光顯示(ELD:ElectroLuminescentDisplay)；（4）場致發(fā)射顯示FED(FieldEmissionDisplay)；（5）發(fā)光二極管(LED:LightEmittingDiode);（7）激光顯示(LaserDisplay)等。屬于被動顯示器件的有：（1）液晶顯示(LCD:LiquidCrystalDisplay);（2）電致變色顯示(ECD:ElectroChromaticDisplay)；（3）電泳顯示(EPID:ElectroPhoreticImageDisplay)；（4）鐵電陶瓷顯示(PLZT:TransparentCeramicsDisplay)等。

按顯示屏幕大小分類有：超大屏幕（＞4m2）、大屏幕（1~4m2）、中屏幕（0.2~1m2）和小屏幕（＜0.2m2）。按色調(diào)顯示功能分類有：黑白二值色調(diào)顯示、多值色調(diào)顯示（三級以上灰度）和全色調(diào)顯示。按色彩顯示功能分類有：單色（monochrome）黑白或紅黑顯示、多色（multicolor）顯示（三種以上）和全色顯示。按顯示內(nèi)容、形式分類有：數(shù)碼、字符、軌跡、圖表、圖形和圖像顯示。按成像空間坐標(biāo)分類有：二維平面顯示和三維立體顯示。按所用顯示材料分類有：固體(晶體和非晶體)、液體、氣體、等離子體、液晶體顯示等。按顯示原理分類有：陰極射線管(CRT)、真空熒光管(VFD)、輝光放電管（GDD）、液晶顯示器(LCD)、等離子體顯示器(PDP)、發(fā)光二極管(LED)、場致發(fā)射顯示器(FED)、電致發(fā)光顯示器(ELD)、電致變色顯示器（ECD）、激光顯示器(LPD)、電泳顯示器(EPD)、鐵電陶瓷顯示器(PLZT)等等。圖1.1光電顯示器件的種類

1.2顯示參量與人的因素1.2.1光的基本特性光是一種波長很短的電磁波，可見光是光刺激人眼的感覺，波長范圍為380~780nm），頻率為7.5×108~4.0×108MHz，波譜很窄；而電磁波的波譜范圍很廣，包括甚低頻（VLF）超長波、低頻（LF）長波、中頻（MF）中波、高頻（HF）短波、甚高頻（VHF）超短波、特高頻（UHF）分米微波、超高頻（SHF）厘米微波、極高頻（EHF）毫米微波、紅外線、光波、紫外線、X射線、γ射線等。圖1.2電磁波的波譜對光量的測量稱為測光（Photometry）。介紹幾個主要的測光量的定義及其基本單位：光通量(Luminousflux)光源單位時間內(nèi)發(fā)出的光量稱為光通量，符號為Φ，單位為流明（lm）。發(fā)光強(qiáng)度（Luminousintensity）光源在給定方向的單位立體角（ω）輻射的光通量稱為發(fā)光強(qiáng)度，符號為Ｉ，單位為坎德拉（cd）。發(fā)光強(qiáng)度Ｉ可由下式表示：光通量的大小反應(yīng)了一個光源發(fā)出的光輻射所能引起的人眼光亮感覺的能力。光照度單位受光面積上（S）所接收的光通量稱為光照度，符號為E，單位為勒克斯（lx）。光照度E可由下式表示：亮度垂直于傳播方向單位面積（）上的發(fā)光強(qiáng)度稱為亮度，符號為L，單位為cd/m2，也稱為尼特（nt）。亮度L可由下式表示：1.2.2人眼視覺特性

1.人眼的視覺生理基礎(chǔ)：外界信息以光波形式射入眼簾，通過眼睛的光學(xué)系統(tǒng)在視網(wǎng)膜上成像。視網(wǎng)膜內(nèi)的視覺細(xì)胞把光信息變換為電信號，傳遞給視神經(jīng)。由左右眼引出的視神經(jīng)在視交叉處把左右眼分別獲得的右視覺信號和左視覺信號進(jìn)行整理，然后傳向外側(cè)膝狀體。外界右半部分的視覺信息傳入左側(cè)的外側(cè)膝狀體，而左半部分的視覺信息傳入右側(cè)的外側(cè)膝狀體。兩個外側(cè)膝狀體經(jīng)視放射線神經(jīng)連接于左右后頭部的大腦視覺區(qū)域。圖1.3信息從人眼到大腦的路徑

人的眼睛很像一部精巧的照相機(jī)，圖1.4是眼球的截面圖。該圖是把右眼沿垂直方向剖切后，從前部所見的構(gòu)造。眼球為直徑約24mm的球狀體，光線通過瞳孔射入眼球內(nèi)，再經(jīng)晶狀體在位于眼球后部內(nèi)側(cè)的視網(wǎng)膜上成像。角膜的作用類似照相機(jī)的第一組鏡片，承擔(dān)著為了能在視網(wǎng)膜上成像所必需的光線折射作用。虹膜緊貼在晶狀體上，虹膜中心有一個小孔稱為瞳孔。瞳孔的直徑可以從2mm調(diào)節(jié)到8mm左右（16倍）。改變瞳孔的大小，就可以調(diào)節(jié)進(jìn)入眼睛的光通量，類似于照相機(jī)光圈的作用。圖1.4眼球的構(gòu)造

晶狀體起著照相機(jī)透鏡的作用，四周的睫狀肌收縮、松緩可以調(diào)節(jié)其凸度，亦即調(diào)節(jié)了焦距，以便使不同距離的景物成像在視網(wǎng)膜上；晶狀體同時吸收一部分紫外線，對眼睛起到保護(hù)作用。晶狀體的彈力會隨著年齡增加而減小，到60歲左右，會失去調(diào)節(jié)能力而變得扁平。視網(wǎng)膜廣泛分布于眼球的后部，其作用很像照相機(jī)中的感光膠片。視網(wǎng)膜主要由許多感光細(xì)胞組成，感光細(xì)胞把光變換為電信號，它又分為兩大類：一類叫桿狀（rod）細(xì)胞，另一類叫錐狀（cone）細(xì)胞。

錐狀細(xì)胞大部分集中分布在視網(wǎng)膜上正對者瞳孔的中央部分直徑約為2mm的區(qū)域，因呈黃色，稱為黃斑區(qū)。在黃斑區(qū)中央有一個下陷的區(qū)域，稱為中央凹（fovea）。在中央凹內(nèi)錐狀細(xì)胞密度最大，視覺的精細(xì)程度主要由這一部分所決定。在黃斑區(qū)中心部分，每個錐狀細(xì)胞連接著一個視神經(jīng)末梢。根據(jù)對光譜敏感度的不同，錐狀細(xì)胞又可分為三類，即紅視錐狀細(xì)胞（吸收峰值為700nm）、綠視錐狀細(xì)胞（吸收峰值為540nm）和藍(lán)視錐狀細(xì)胞（吸收峰值為450nm）。

在遠(yuǎn)離黃斑區(qū)的視網(wǎng)膜上分布的視覺細(xì)胞大部分是桿狀細(xì)胞，而且視神經(jīng)末梢分布較稀，每個錐狀細(xì)胞和幾個桿狀細(xì)胞合接在一條視神經(jīng)上。所有視神經(jīng)都通過視網(wǎng)膜后面的一個空穴，稱為乳頭（nipple）的通到大腦去。在乳頭處沒有感光細(xì)胞，不能感受光線，故又稱為盲點。2.人眼視覺特性

光射入眼睛會引起視覺反應(yīng)，單一波長成分的光稱為單色光，人眼感覺到的單色光按波長由長到短的順序為：紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫，參考圖1.2。包含兩種或兩種以上波長成分的光稱為復(fù)合光。太陽光就是一種復(fù)合光，且波長范圍寬、能量幾乎均勻分布，給人以白光的綜合感覺。（1）光譜光效率。人眼對不同波長光的敏感程度。相同主觀亮度感覺情況下，λ=555nm的黃綠光，所需光的輻射功率最小。（2）視覺二重功能。人的視覺具有明視覺功能和暗視覺功能。錐狀細(xì)胞的感光靈敏度比較低，大約在1