1、第五章第五章 光显示光显示本章内容：本章内容：5.1 5.1 阴极射线管阴极射线管 5.2 5.2 液晶显示器液晶显示器本章要求：本章要求：了解两种显示技术的原理与应了解两种显示技术的原理与应用特点用特点1 显示技术概念显示技术概念 显示技术是一种将反映客观外界事物的信息显示技术是一种将反映客观外界事物的信息(光光学信息、电学信息、声学信息、化学信息学信息、电学信息、声学信息、化学信息)经过变换经过变换处理，以恰当形式处理，以恰当形式(图像、图形、数码、字符等图像、图形、数码、字符等)表表现出来，现出来，为人类提供视觉感受、分析、表达和处理为人类提供视觉感受、分析、表达和处理信息的技术信息的技
2、术，是多学科交叉的综合技术。，是多学科交叉的综合技术。 显示技术中的关键是显示器件。显示技术中的关键是显示器件。引言引言2 显示器种类显示器种类按结构形状分，显示技术主要有两种方式：阴极射线按结构形状分，显示技术主要有两种方式：阴极射线管管(CRT)、平板显示、平板显示(F1at Panel Display，FPD)。 (1)阴极射线管阴极射线管 CRT是传统的显示器件，显示质量优良，制作是传统的显示器件，显示质量优良，制作和驱动比较简单，有较高的性价比，半个世纪以来和驱动比较简单，有较高的性价比，半个世纪以来一直占统治地位。一直占统治地位。 缺点缺点: 电压高、耗电量大、产生软电压高、耗电量
3、大、产生软X射线、体射线、体积庞大、笨重、可靠性不高等积庞大、笨重、可靠性不高等. (2)平板显示平板显示 显示器的厚度小于显示屏幕对角线的四分之显示器的厚度小于显示屏幕对角线的四分之一一, 看上去就像一块平板看上去就像一块平板. 按显示媒质和工作原理分按显示媒质和工作原理分,平板显示主要有平板显示主要有:液晶显示液晶显示(LCD)、等离子体显示、等离子体显示(PDP)、电致发、电致发光显示光显示(ELD)等。等。引言引言3 发展现状发展现状 CRT（阴极射线管）的性价比高，仍在不断采用新（阴极射线管）的性价比高，仍在不断采用新技术，提高其附加价值，不会在短期内消失技术，提高其附加价值，不会在
4、短期内消失.平板显示中平板显示中:LCD（液晶）在微型和中小屏幕占优（液晶）在微型和中小屏幕占优.PDP（等离子体）易于制作大屏幕，是发展多媒体显（等离子体）易于制作大屏幕，是发展多媒体显示、壁挂式电视和示、壁挂式电视和HDTV（高清晰度电视）最有竞争（高清晰度电视）最有竞争力的显示技术。力的显示技术。 LED（注入电致发光）和（注入电致发光）和高场电致发光高场电致发光由于高亮度，由于高亮度，长寿命，被认是大屏幕显示有前途的发展方向。长寿命，被认是大屏幕显示有前途的发展方向。引言引言5.1 阴极射线管阴极射线管 CRT显示器显示器是一种使用阴极射线管是一种使用阴极射线管(Cathode Ray
5、 Tube)的显示器，是最早被广泛应用的显示的显示器，是最早被广泛应用的显示器。器。结构：结构：由电子枪、偏转系统、荧光屏和玻璃外壳组成。由电子枪、偏转系统、荧光屏和玻璃外壳组成。 荧光屏荧光屏电子枪电子枪玻璃外壳玻璃外壳1、黑白显像管、黑白显像管主要用于电视机中显示图像主要用于电视机中显示图像,以及在工业控制设备中以及在工业控制设备中用做监视器。用做监视器。5.1 阴极射线管阴极射线管CRT实物图实物图原理：原理：电子枪发射出的电子束电子枪发射出的电子束被加在栅极的视频电信被加在栅极的视频电信号所调制号所调制后，经过加速、聚焦、扫描等一系列过程最后，经过加速、聚焦、扫描等一系列过程最终变为荧
6、光屏上按空间分布的、亮度随电信号强弱而终变为荧光屏上按空间分布的、亮度随电信号强弱而变化的相应光信号，从而得到与原被摄景物几何相似、变化的相应光信号，从而得到与原被摄景物几何相似、明暗对应的适合人眼视觉特性要求的光学图像。明暗对应的适合人眼视觉特性要求的光学图像。荧光屏荧光屏电子枪电子枪玻璃外壳玻璃外壳5.1 阴极射线管阴极射线管(1) 电子枪电子枪实现电子束的发射、控制、加速和聚焦。实现电子束的发射、控制、加速和聚焦。有有:单电位电子枪、双电位电子枪单电位电子枪、双电位电子枪 。 (后者多一个高压阳极后者多一个高压阳极, 聚焦特性较稳定聚焦特性较稳定) 荧光屏荧光屏电子枪电子枪玻璃外壳玻璃外
7、壳5.1 阴极射线管阴极射线管双电位电子枪双电位电子枪BPF:发射系统发射系统预聚焦预聚焦 主聚焦主聚焦多加了一个高压多加了一个高压阳极阳极G3,增强了增强了预聚焦能力预聚焦能力5.1 阴极射线管阴极射线管(2) 偏转系统偏转系统 水平偏转水平偏转行扫描，垂直偏转行扫描，垂直偏转场扫描。场扫描。 采用磁偏转系统采用磁偏转系统（灵敏，角度大）。（灵敏，角度大）。 水平偏转线圈通以行频为水平偏转线圈通以行频为15625Hz的锯齿波的锯齿波电流，垂直偏转线圈通以场频电流，垂直偏转线圈通以场频50Hz的锯齿波电流的锯齿波电流, ,它们产生偏转磁场，使电子受洛仑兹力而分别沿水它们产生偏转磁场，使电子受洛
8、仑兹力而分别沿水平和垂直方向偏转。平和垂直方向偏转。5.1 阴极射线管阴极射线管为了缩短显像管管长，采用大偏转角。为了缩短显像管管长，采用大偏转角。偏转角偏转角在偏转磁场作用下，电子束在屏幕对在偏转磁场作用下，电子束在屏幕对角线处的张角角线处的张角(=900，1000，1100)。5.1 阴极射线管阴极射线管(3)荧光屏荧光屏 构成：玻璃基板、荧光粉层和铝层构成：玻璃基板、荧光粉层和铝层。矩形玻璃基板矩形玻璃基板: 宽宽:高高=4:3荧光粉层荧光粉层: 完成显像管内的电光转换功能，黑白显完成显像管内的电光转换功能，黑白显像管要求在电子轰击下荧光粉发白光像管要求在电子轰击下荧光粉发白光。铝膜铝膜
9、: 在荧光粉层表面蒸镀一层在荧光粉层表面蒸镀一层0.10.5 m的铝膜的铝膜。 作用作用: 1）铝膜与电子枪的阳极相连，可以防止负电荷）铝膜与电子枪的阳极相连，可以防止负电荷积累导致荧光面亮度下降；积累导致荧光面亮度下降；2）铝膜可将荧光粉所发向管）铝膜可将荧光粉所发向管内的光线反射到观察者一侧，从而增高荧光屏亮度、改善内的光线反射到观察者一侧，从而增高荧光屏亮度、改善对比度；对比度； 3）铝层能有效阻挡管内负离子对荧光粉的轰击，）铝层能有效阻挡管内负离子对荧光粉的轰击，防止荧光屏出现离子斑。防止荧光屏出现离子斑。5.1 阴极射线管阴极射线管2、彩色显像管、彩色显像管 彩色显像管利用三基色原理
10、和人眼的混色特性实现彩色彩色显像管利用三基色原理和人眼的混色特性实现彩色图像的显示。图像的显示。三基色原理：任一种颜色均可以表示为红三基色原理：任一种颜色均可以表示为红700nm、绿绿546.1nm、蓝、蓝435.8nm三原色的线性组合。三原色的线性组合。 如：如： 当这三原色光的相对亮度比例为当这三原色光的相对亮度比例为1.0000： 4.5907：0.0601时就能匹配出白光。时就能匹配出白光。 太阳光，白炽灯太阳光，白炽灯,日光灯等的光谱都不是严格的白光。日光灯等的光谱都不是严格的白光。荫罩式彩色显像管荫罩式彩色显像管德国人弗莱西（德国人弗莱西（Fleshsig）1938年提出，是目前占
11、主导地位的彩色显像管年提出，是目前占主导地位的彩色显像管.5.1 阴极射线管阴极射线管荫罩式彩管组成荫罩式彩管组成: 电子枪、偏转系统、荧光屏、电子枪、偏转系统、荧光屏、荫罩荫罩、玻璃外壳玻璃外壳五部分组成。五部分组成。5.1 阴极射线管阴极射线管5.1 阴极射线管阴极射线管为了防止每个电子束轰击另外两个颜色的荧光体，在荧光面为了防止每个电子束轰击另外两个颜色的荧光体，在荧光面内设有选色电极内设有选色电极荫罩荫罩。当电子束到达屏幕后部时，还要通。当电子束到达屏幕后部时，还要通过一个非常薄的，大约只有过一个非常薄的，大约只有0.1MM0.1MM厚的荫罩板，只使有用的电厚的荫罩板，只使有用的电子束
12、通过，无用电子束击打在荫罩板上做无用功发热。对于子束通过，无用电子束击打在荫罩板上做无用功发热。对于原来孔状的荫罩板，其上每原来孔状的荫罩板，其上每一个孔一个孔都与屏幕上的都与屏幕上的一组三个荧一组三个荧光粉颗粒光粉颗粒相对应。相对应。孔状荫罩孔状荫罩优点：成本低优点：成本低缺点：透过率缺点：透过率50%，亮度、对比度低，分亮度、对比度低，分辨率低辨率低沟槽荫罩沟槽荫罩优点：分辨率高，优点：分辨率高，透过率透过率90%缺点：成本较高缺点：成本较高主流中低档荫罩式显示器主流中低档荫罩式显示器5.2 液晶显示器液晶显示器(LCD)LCD（笔端型（笔端型+字符型）字符型）LCD（点阵图型）（点阵图型
13、）液晶显示器件液晶显示器件(liquid crystal display , LCD)利用液态晶体的光学各向异性利用液态晶体的光学各向异性,在含有信息的电场作在含有信息的电场作用下对照明光进行空间调制而实现显示。用下对照明光进行空间调制而实现显示。v液晶显示器主要有以下特点：液晶显示器主要有以下特点：（1）薄形器件薄形器件，非常适合于便携装置的显示。，非常适合于便携装置的显示。（2）工作电压低，易使电路小型化。工作电压低，易使电路小型化。（3）功耗低，可用电池长时间供电。功耗低，可用电池长时间供电。（4）采用彩色滤色器，采用彩色滤色器，LCD易于实现彩色显示。易于实现彩色显示。（5）显示质量已
14、赶上，甚至超过显示质量已赶上，甚至超过CRT的显示质量。的显示质量。5.2 液晶显示器液晶显示器液晶显示器的缺点：液晶显示器的缺点：（1）高质量液晶显示器的成本较高，但是目前呈现高质量液晶显示器的成本较高，但是目前呈现明显的下降趋势。明显的下降趋势。（2）显示视角小，对比度受视角影响较大显示视角小，对比度受视角影响较大。现在已。现在已找到多种解决方法，一些档次较高的彩色找到多种解决方法，一些档次较高的彩色LCD显示显示器的视角已接近器的视角已接近CRT的水平。的水平。（3）液晶的响应受环境影响，低温时响应速度较慢。液晶的响应受环境影响，低温时响应速度较慢。5.2 液晶显示器液晶显示器一、液晶的
15、基本知识一、液晶的基本知识 1. 什么是液晶什么是液晶 液晶是介于固态晶体与各向同性液态之间的液晶是介于固态晶体与各向同性液态之间的中中间态物质间态物质，它在机械上具有液体的流动性，在光学，它在机械上具有液体的流动性，在光学上具有晶体的性质。它是上具有晶体的性质。它是分子取向有序和位置无序分子取向有序和位置无序的体系的体系, 在受到电场和磁场的作用时，可以改变其分在受到电场和磁场的作用时，可以改变其分子排列的方向。子排列的方向。 2.液晶分类液晶分类 根据液晶态形成的条件不同，液晶分为三大类根据液晶态形成的条件不同，液晶分为三大类 溶致液晶、压致液晶和热致液晶。溶致液晶、压致液晶和热致液晶。
16、显示技术应用的液晶都是热致液晶。显示技术应用的液晶都是热致液晶。5.2 液晶显示器液晶显示器热致液晶热致液晶实际上是某些有机物在某一定温度范围内实际上是某些有机物在某一定温度范围内的状态。的状态。低于温度低于温度T T1 1，就变成固体（晶体），称，就变成固体（晶体），称T T1 1为液晶的为液晶的熔点熔点，高于温度，高于温度T T2 2就变成清澈透明各向同就变成清澈透明各向同性的液态，称性的液态，称T T2 2为液晶的为液晶的清亮点清亮点。LCDLCD能工作的极能工作的极限温度范围基本上由限温度范围基本上由T T1 1和和T T2 2确定。确定。固固体体液液晶晶液液体体T T1 1T T2
17、25.2 液晶显示器液晶显示器近晶相液晶又称为层状液晶近晶相液晶又称为层状液晶，粘度与表面张力都比较，粘度与表面张力都比较大大, ,对外界电、磁、温度等的变化不敏感。对外界电、磁、温度等的变化不敏感。热致液晶亦分为三类热致液晶亦分为三类 近晶相液晶、向列相液晶、胆甾相液晶。近晶相液晶、向列相液晶、胆甾相液晶。向列相液晶又称为丝状液晶向列相液晶又称为丝状液晶，对外界电、磁场、温度、，对外界电、磁场、温度、应力都比较敏感，是应力都比较敏感，是目前显示器件的主要材料目前显示器件的主要材料。胆甾相液晶又称为螺旋型液晶胆甾相液晶又称为螺旋型液晶，一定强度的电场、磁，一定强度的电场、磁场可转变为向列相液晶
18、。场可转变为向列相液晶。5.2 液晶显示器液晶显示器各类液晶中分子的排列各类液晶中分子的排列近晶相液晶近晶相液晶向列相液晶向列相液晶胆甾相液晶胆甾相液晶3. 液晶的特性液晶的特性（1）电场中液晶分子的取向）电场中液晶分子的取向液晶的电光效应液晶的电光效应P型液晶型液晶: 在外电场作用下，分子长轴方向平在外电场作用下，分子长轴方向平 行于外电场方向行于外电场方向。 N型液晶型液晶: 在外电场作用下，分子长轴方向垂在外电场作用下，分子长轴方向垂 直于外电场方向直于外电场方向液晶显示器件液晶显示器件主要使用主要使用P型液晶型液晶。5.2 液晶显示器液晶显示器（2）线偏振光在扭曲向列相液晶中的传播）线
19、偏振光在扭曲向列相液晶中的传播旋光性旋光性当线偏振光垂直入射时当线偏振光垂直入射时, 偏振方向将随着分子轴旋偏振方向将随着分子轴旋转转90o。使液晶盒的两个表面上的向列使液晶盒的两个表面上的向列相液晶分子方向互相垂直，液相液晶分子方向互相垂直，液晶分子在两片玻璃之间呈晶分子在两片玻璃之间呈900扭扭曲，即构成曲，即构成900扭曲向列液晶扭曲向列液晶。5.2 液晶显示器液晶显示器二、扭曲向列型液晶显示（二、扭曲向列型液晶显示（TN-LCDTN-LCD） 1 1 结构示意图结构示意图5.2 液晶显示器液晶显示器盒厚盒厚: 10微米微米1.1.偏振片；偏振片；2.2.玻璃基板；玻璃基板；3. ITO
20、3. ITO透明电极；透明电极；4.4.配向膜；配向膜；5.5.向列相液晶；向列相液晶；6.6.胶框胶框2.2.工作原理工作原理 如果检偏器的方向与起偏振器方向平行如果检偏器的方向与起偏振器方向平行, 无电压为黑场无电压为黑场,加电压加电压(信息信息)为白区为白区,从而实现从而实现黑底白字显示黑底白字显示负显示负显示 如果检偏器的方向与起偏器的方向垂直如果检偏器的方向与起偏器的方向垂直, 无电压为亮场无电压为亮场,加电压加电压(信息信息)为黑区为黑区,从而实现从而实现白底黑字显示白底黑字显示正显示正显示5.2 液晶显示器液晶显示器TN-LCDTN-LCD液晶显示的电极：液晶显示的电极：段型电极
21、段型电极（用于显示数字和拼音字母）、（用于显示数字和拼音字母）、固定图形电极固定图形电极（用于显示固定符号、图形）、（用于显示固定符号、图形）、矩阵型电极矩阵型电极（显示数字、曲线、图形及视频图象）。（显示数字、曲线、图形及视频图象）。TN-LCDTN-LCD驱动方式：静态驱动、矩阵寻址驱动驱动方式：静态驱动、矩阵寻址驱动静态驱动静态驱动在需要显示的时间里同时给所需显示在需要显示的时间里同时给所需显示的段电极加上驱动电压，直到不需要显示的时刻的段电极加上驱动电压，直到不需要显示的时刻为止。静态驱动的对比度较高，但使用的驱动元为止。静态驱动的对比度较高，但使用的驱动元器件较多，因此只用于电极数量
22、不多的段式显示。器件较多，因此只用于电极数量不多的段式显示。3. TN-LCD3. TN-LCD的驱动的驱动 5.2 液晶显示器液晶显示器矩阵寻址驱动矩阵寻址驱动简单驱动方式简单驱动方式 即把即把TN-LCDTN-LCD的上下基板上的显示电极做成条的上下基板上的显示电极做成条状状, ,并互相正交，行、列电极交叉点为显示单并互相正交，行、列电极交叉点为显示单元，称为像素。元，称为像素。P P1111P P2121P P2222P P1212X X1 1X X2 2Y Y1 1Y Y2 25.2 液晶显示器液晶显示器 逐一给各行电极施加选通电压，即扫描电压，逐一给各行电极施加选通电压，即扫描电压，
23、选到某一行时各列选到某一行时各列电极同时施加相应于该行的信电极同时施加相应于该行的信号电压，行电极选通一遍，就显示出一帧信息。号电压，行电极选通一遍，就显示出一帧信息。P P1111P P2121P P2222P P1212X X1 1X X2 2Y Y1 1Y Y2 25.2 液晶显示器液晶显示器 4 4、 LCDLCD的背光源的背光源 LCDLCD可以在反射、透射或者透反射模式下工作可以在反射、透射或者透反射模式下工作，但为了实现高对比度的全色显示，往往选择在透射但为了实现高对比度的全色显示，往往选择在透射模式下工作，这就需要外照光源。这种光源一般置模式下工作，这就需要外照光源。这种光源一
24、般置于液晶盒背后，称为于液晶盒背后，称为LCDLCD的的背光源背光源。荧荧 光光 灯灯灯灯 架架反反 射射 镜镜导导 光光 板板（ 透透 明明 聚聚 丙丙 烯烯 ）液液 晶晶 屏屏光光漫漫 光光 板板5.2 液晶显示器液晶显示器习题与思考题习题与思考题n1 什么显示技术？显示器的种类有哪些？什么显示技术？显示器的种类有哪些？举出每类中的代表性显示器。举出每类中的代表性显示器。n2 黑白黑白CRT主要由哪几部分构成？简述各主要由哪几部分构成？简述各部分的功能。部分的功能。n3 简述彩色简述彩色CRT中荫罩的作用。中荫罩的作用。n4 CRT显示器件的缺点有哪些？显示器件的缺点有哪些？n5 简述简述LCD的主要特点。的主要特点。n6 按照按照液晶分子排列状态分类，热致液液晶分子排列状态分类，热致液晶可分为哪几类？简述它们的特征晶可分为哪几类？简述它们的特征。n7 简述简述TN-LCD的基本结构与工作原理。的基本结构与工作原理。n8 TN-LCD的驱动方式有哪几种？的驱动方式有哪几种？习题与思考题习题与思考题
