1、现代显示技术及设备,目 录1. 绪论2. 阴极射线管显示技术及设备3. 液晶显示技术及设备4. 发光二极管显示技术及设备5. 等离子体显示技术及设备6. 激光显示技术及设备7. 新型光电显示技术及设备8. 三维显示技术及系统9. 大屏幕显示技术及系统,第1章 绪论1.1 现代显示技术及设备概述 1.1.1 显示技术研究的意义 1.1.2 现代显示设备分类1.2 显示参量与人的因素 1.2.1 光的基本特性 1.2.2 人眼视觉特性 1.2.3 色彩学基础 1.2.4 显示器件主要性能指标习题一,现代显示技术及设备,现代显示技术及设备,1.1 现代显示技术及设备概述 1.1.1.显示技术研究的意
2、义 1.显示技术研究的意义 光电子（Optical Electronic）技术是由光学、激光、电子学和信息技术互相渗透、交叉而形成的一门高新技术学科，具有广泛应用背景。光电子技术以物理学为基础，涉及激光技术、光波导技术、光检测技术、光计算和信息处理技术、光存储技术、光电显示技术、激光加工与激光生物技术、光生伏特技术、光电照明技术，已逐渐形成了光电子材料与元件产业、光信息产业、现代光学产业、光通信产业、激光器与激光应用产业等五大类光电子信息产业，开创出了“光电子时代”！,第1章 绪论,现代显示技术及设备,光电子技术也是当今世界上竞争最为激烈的高技术领域之一，许多科学家认为：光电子技术、纳米技术及
3、生物工程技术构成当今三大高新技术，是21世纪的代表产业。 显示（display），就是指对信息的表示，即information display。在信息工程学领域中，把显示技术限定在基于光电子手段产生的视觉效果上，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、数码以及字符等光信号的一门技术。它作为光电子技术的重要组成部分，近年来发展迅速，应用广泛。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,2.显示技术的发展历史 自1897年德国人布劳恩（Braun）发明阴极射线管(CRT:Cathode Ray Tub
4、e)以来，随着电视广播媒体和计算机等媒体的出现和发展，显示器件产业取得了极大的进步。 全世界第一只球形彩色布劳恩管（CRT）于1950年问世。当时因为它的体积大、重量沉，而且还拖了一个“尾巴”，就有人认为不超过10年，它就会被某些平板显示器（FPD:Flat Panel Display）所替代。殊不知，体积和重量不是它的缺点，而是存在的问题，如CRT电视机只能做到40英寸1)以下。但人们关心的屏幕上显示图像的质量，如亮度、对比度、分辨率、视野角、刷新频率和响应时间等综合性的视觉性能。 迄今为止，任何平板显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，本身及相应配合线路也简单，成本
5、低，所以在显示器件中，CRT的性能价格比是最高的。2001年，市场规模达到了2.74亿只、250亿美元。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,然而，到了1983年，日本的科技人员对传统反射型的液晶显示器（LCD：Liquid Crystal Display）作了一些改进，除偏光片外，又在其背面加上了背景光源，在前面加上了微型彩色滤光片，改变为透射型彩色LCD。从此开创了平板显示的新纪元。接着，日本政府又组织企业和高等院校的研究所，共同攻关，先后投资达200亿美元，在此基础上研制出薄模晶体管液晶显示器（TFT-LCD）。如今TFT-LCD已逐步替代了计算机显示器的彩色显示器（CDT:Color D
6、isplay Tube），并向大屏幕发展，进入TV领域，2005年已形成一个240亿美元的庞大显示器件产业。也就是说，CRT构筑了大众媒体时代的现代工业社会，LCD则构筑了个人媒体为主导的现代信息社会。 另一方面，显示技术已不再局限于以前的CRT和LCD，等离子体显示器（PDP:Plasma Display Panel）和有机电致发光效应（EL:Electro Luminescence）等多种新型的显示技术和显示方式已在多媒体市场上闪亮登场。PDP不仅用于40英寸以上的彩色显示器，用于高清晰度电视（HDTV）的PDP已进入家庭用显示器领域，并成为一个新兴显示器件产业。,第1章 绪论,现代显示技
7、术及设备,最近几年还出现了有机发光二极管平板显示器（OLED:Organic Light Emitting Diode）及场致发射显示器（FED:Field Emission Display）。OLED甚至可以折叠，被誉为“梦幻显示器”，可用于可视移动多媒体。 在大屏幕显示方面，除了当前教学和商业用投影器的主流产品透射式TFT-LCD投影仪外，近期开发的直观式HDTV大屏幕显示系统把HDTV、PAL和NTSC制式普通电视以及计算机的VGA、SVGA、XGA等全在一个大屏幕上显示，被称为“多媒体大屏幕显示墙”（Multimedia Display Wall)，还有蓝光LED（Light Emit
8、ting Diode）和高亮度、超高亮度LED组成的三基色全彩色LED大显示屏由于使用寿命长、环境适应能力强、价格性能比高、使用成本低等特点，在大屏幕显示领域得到了广泛的应用。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,另一方面，显示技术已不再局限于以前的CRT和LCD，等离子体显示器（PDP:Plasma Display Panel）和有机电致发光效应（EL:Electro Luminescence）等多种新型的显示技术和显示方式已在多媒体市场上闪亮登场。PDP不仅用于40英寸以上的彩色显示器，用于高清晰度电视（HDTV）的PDP已进入家庭用显示器领域，并成为一个新兴显示器件产业。 最近几年还出现了
9、有机发光二极管平板显示器（OLED:Organic Light Emitting Diode）及场致发射显示器（FED:Field Emission Display）。OLED甚至可以折叠，被誉为“梦幻显示器”，可用于可视移动多媒体。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,在大屏幕显示方面，除了当前教学和商业用投影器的主流产品透射式TFT-LCD投影仪外，近期开发的直观式HDTV大屏幕显示系统把HDTV、PAL和NTSC制式普通电视以及计算机的VGA、SVGA、XGA等全在一个大屏幕上显示，被称为“多媒体大屏幕显示墙”（Multimedia Display Wall)，还有蓝光LED（Light
10、Emitting Diode）和高亮度、超高亮度LED组成的三基色全彩色LED大显示屏由于使用寿命长、环境适应能力强、价格性能比高、使用成本低等特点，在大屏幕显示领域得到了广泛的应用。 如今的显示器件世界，无论是市场还是技术都处于急剧变化的时期，可谓是百花齐放、争奇斗艳。各种显示器的应用范围不断扩大，争夺未来潜在的大市场。2002年全世界显示器件销售额为500亿美元，估计到2025年将达到5000亿美元。显示器行业群雄争霸，前景难料。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,第1章 绪论,现代显示技术及设备,1.1.2 现代显示器件分类,如果根据收视信息的状态分类，可分成： 1. 直观型（Direc
11、t View Type） 2. 投影型（Projection Type） 3. 空间成像型（Space Imaging Type）,原则上把显示设备上出现的视觉信息直接观看的方式称为直观型,把由显示设备或者光控装置所产生的比较小的光信息经过一定的光学系统放大投射到大屏幕后收看的方式称为投影型。,指采用某种光学手段（如激光）在空间形成可供观看图像的方式，从原理上说，图像大小与显示器无关,可以很大。空间成像显示因为图像具有纵深而大大提高了真实感和现场感。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,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（
12、如折射率、反射率、透射率等）发生改变的现象。因此，根据像素本身发光与否，又可将显示器件分为以下两大类： 1. 主动发光（emissive）型 2. 被动显示(passive)型,在外加电信号作用下，主动发光型器件本身产生光辐射刺激人眼而实现显示。比如CRT、PDP、ELD、激光显示器(LPD:Laser Projection Display)等。,在外加电信号作用下，被动显示型器件单纯依靠对光的不同反射呈现的对比度达到显示目的。,人类视觉所感受的外部信息中，90%以上是由外部物体对光的反射，而不是来自物体发光。所以，被动显示更适合人的视觉习惯，不会引起疲劳。当然，被动显示在黑暗的环境下是无法显
13、示的，这时我们必须为器件配上外光源。比如LED、各种光阀管（light valve）投影仪等。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,按显示屏幕大小分类有：超大屏幕（4m2）、大屏幕（14m2）、中屏幕（0.21m2）和小屏幕（0.2m2）。按色调显示功能分类有：黑白二值色调显示、多值色调显示（三级以上灰度）和全色调显示。按色彩显示功能分类有：单色（monochrome）黑白或红黑显示、多色（multi color）显示（三种以上）和全色显示。按显示内容、形式分类有：数码、字符、轨迹、图表、图形和图像显示。按成像空间坐标分类有：二维平面显示和三维立体显示。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,按所用
14、显示材料分类有：固体(晶体和非晶体)、液体、气体、等离子体、液晶体显示等。按显示原理分类有：阴极射线管(CRT)、真空荧光管(VFD)、辉光放电管（GDD）、液晶显示器(LCD)、等离子体显示器(PDP)、发光二极管(LED)、场致发射显示器(FED)、电致发光显示器(ELD)、电致变色显示器（ECD）、激光显示器(LPD)、电泳显示器(EPD)、铁电陶瓷显示器(PLZT:Transparent Ceramics Display)等等。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,图1.1 光电显示器件的种类,第1章 绪论,现代显示技术及设备,1.2显示参量与人的因素,1.2.1 光的基本特性 光是一种
15、波长很短的电磁波，可见光是光刺激人眼的感觉，波长范围为380780nm），频率为7.51084.0108MHz，波谱很窄；而电磁波的波谱范围很广，包括甚低频（VLF）超长波、低频（LF）长波、中频（MF）中波、高频（HF）短波、甚高频（VHF）超短波、特高频（UHF）分米微波、超高频（SHF）厘米微波、极高频（EHF）毫米微波、红外线、光波、紫外线、X射线、射线等 。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,图1.2 电磁波的波谱,第1章 绪论,现代显示技术及设备,对光量的测量称为测光（Photometry）。介绍几个主要的测光量的定义及其基本单位：光通量(Luminous flux) 光源单位时间
16、内发出的光量称为光通量，符号为，单位为流明（lm）。发光强度（Luminous intensity） 光源在给定方向的单位立体角（）辐射的光通量称为发光强度，符号为，单位为坎德拉（cd）。发光强度可由下式表示：,第1章 绪论,现代显示技术及设备,光照度（Illuminance） 单位受光面积上（S）所接收的光通量称为光照度，符号为E，单位为勒克斯（lx）。光照度E可由下式表示：亮度（Luminance） 垂直于传播方向单位面积（ ）上的发光强度称为亮度，符号为L，单位为cd/m2。亮度L可由下式表示：,第1章 绪论,现代显示技术及设备,1.2.2 人眼视觉特性,1.人眼的视觉生理基础 ： 外界
17、信息以光波形式射入眼帘，通过眼睛的光学系统在视网膜上成像。视网膜内的视觉细胞把光信息变换为电信号，传递给视神经。由左右眼引出的视神经在视交叉处把左右眼分别获得的右视觉信号和左视觉信号进行整理，然后传向外侧膝状体。外界右半部分的视觉信息传入左侧的外侧膝状体，而左半部分的视觉信息传入右侧的外侧膝状体。两个外侧膝状体经视放射线神经连接于左右后头部的大脑视觉区域。,图1.3 信息从人眼到大脑的路径,第1章 绪论,现代显示技术及设备,人的眼睛很像一部精巧的照相机，图1.4是眼球的截面图。该图是把右眼沿垂直方向剖切后，从前部所见的构造。眼球为直径约24mm的球状体，光线通过瞳孔射入眼球内，再经晶状体在位于
18、眼球后部内侧的视网膜上成像。角膜的作用类似照相机的第一组镜片，承担着为了能在视网膜上成像所必需的光线折射作用。虹膜紧贴在晶状体上，虹膜中心有一个小孔称为瞳孔。瞳孔的直径可以从2mm调节到8mm左右（16倍）。改变瞳孔的大小，就可以调节进入眼睛的光通量，类似于照相机光圈的作用。,图1.4眼球的构造,第1章 绪论,现代显示技术及设备,晶状体起着照相机透镜的作用，四周的睫状肌收缩、松缓可以调节其凸度，亦即调节了焦距，以便使不同距离的景物成像在视网膜上；晶状体同时吸收一部分紫外线，对眼睛起到保护作用。晶状体的弹力会随着年龄增加而减小，到60岁左右，会失去调节能力而变得扁平。视网膜广泛分布于眼球的后部，
19、其作用很像照相机中的感光胶片。视网膜主要由许多感光细胞组成，感光细胞把光变换为电信号，它又分为两大类：一类叫杆状（rod）细胞，另一类叫锥状（cone）细胞。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,锥状细胞大部分集中分布在视网膜上正对者瞳孔的中央部分直径约为2mm的区域，因呈黄色，称为黄斑区。在黄斑区中央有一个下陷的区域，称为中央凹（fovea）。在中央凹内锥状细胞密度最大，视觉的精细程度主要由这一部分所决定。在黄斑区中心部分，每个锥状细胞连接着一个视神经末梢。根据对光谱敏感度的不同，锥状细胞又可分为三类，即红视锥状细胞（吸收峰值为700nm）、绿视锥状细胞（吸收峰值为540nm）和蓝视锥状细胞（
20、吸收峰值为450nm）。在远离黄斑区的视网膜上分布的视觉细胞大部分是杆状细胞，而且视神经末梢分布较稀，每个锥状细胞和几个杆状细胞合接在一条视神经上。所有视神经都通过视网膜后面的一个空穴，称为乳头（nipple）的通到大脑去。在乳头处没有感光细胞，不能感受光线，故又称为盲点。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,2. 人眼视觉特性,光射入眼睛会引起视觉反应，单一波长成分的光称为单色光，人眼感觉到的单色光按波长由长到短的顺序为：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，参考图1.2。包含两种或两种以上波长成分的光称为复合光。太阳光就是一种复合光，且波长范围宽、能量几乎均匀分布，给人以白光的综合感觉。（1）光谱光效
21、率。人眼对不同波长光的敏感程度。相同主观亮度感觉情况下，=555nm的黄绿光，所需光的辐射功率最小。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,（2）视觉二重功能。人的视觉具有明视觉功能和暗视觉功能。锥状细胞的感光灵敏度比较低，大约在104个光子数量级，只有在明亮条件下才起作用。锥状细胞密集地分布在视网膜中央凹区域，且每个锥状细胞连接一根视神经，因此它能够分辨颜色和物体细节，是一种明视觉器官。杆状细胞的感光灵敏度比较高，大约在102个光子数量级，是一种暗视觉器官。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,（3）暗适应。从明亮处向昏暗处移动时，视觉系统灵敏度会逐渐变化，大约40min左右达到最大灵敏度。在进入
22、黑暗环境的初期（前10min），暗适应进行得很快，即视觉界限快速下降，光灵敏度快速提高，此时是锥状细胞在起作用，锥状细胞依靠本身灵敏度的上升来感光；而在后期就进入了光感更出色的杆状细胞的作用范围。在黑暗中，视网膜边缘部分的杆状细胞内有一种紫红色的感光化学物质，叫视紫红质。在明亮环境下视紫红质因被暴光而破坏退色，使杆状细胞失去对亮度的感觉能力；在黑暗环境下视紫红质又重新合成而恢复其紫红色，使杆状细胞恢复对亮度的感觉能力。完全达到暗适应时，视觉感受能力提高约十万倍。当我们从明亮的地方进入黑暗环境，或突然关掉电灯，要经过一段时间才能看清物体，这就是暗适应现象。另外，红光对杆状细胞的视紫红质不起作用，
23、因此红光不阻碍暗适应过程，一些重要的信号灯用红光即这个道理。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,（4）明适应。从黑暗环境到明亮环境变化的逐渐习惯过程，称为明适应。与暗适应比较，其时间要快得多，大约仅需1min左右即可完成。在明亮处，由于众多的锥状细胞在工作，它们能够分辨出颜色和细节；而在非常暗的地方，杆状细胞不能区分颜色，仅能看清物体的明暗却不能分辨其颜色。（5）视觉惰性。在外界光作用下，感光细胞内视敏感物质经过暴光染色过程是需要时间的，响应时间大约为40ms；另一方面，当外界光消失后，亮度感觉还会残留一段时间，大约为100ms。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,（6）闪烁（flicker）
24、。 以周期性光脉冲形式反复刺激眼睛，频率低时，可以出现闪烁现象；随着频率逐渐提高就观察不到闪烁了，视觉变得稳定而均匀。将此闪烁感刚刚消失时的频率称为临界闪烁频率（CFF:Critical Fusion Frequency）。此时视野内的明亮度等于亮度的时间平均值。近代电影、电视、显示等正式利用了这一生理特点发展起来的，闪烁状况是与电影每秒出现的帧数、电视的场频、显示终端（VDT）的刷新率等观看指标密切相关的重要因素。例如电视的场频，日本、美国采用60Hz，中国、欧洲采用50Hz。不同环境下CFF会有变化，当以600cd/m2高亮度显示时，即使是60Hz，也会出现闪烁感。,第1章 绪论,现代显示
25、技术及设备,（7）视角。 眼睛的视野是比较大的，由视线方向的中心与鼻侧的夹角约为65，与耳侧的夹角约为100104，向上方约为65，向下方 为75。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,1.2.3. 色彩学基础,彩色是物体反射光作用于人眼的视觉效果。自然界中的景物，在太阳光照射下，由于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。 1.三基色原理 自然界中任意一种颜色均可以表示为三个确定的相互独立的基色的线性组合。国际照明委员会（CIE）的色彩学CIE-RGB计色系统规定：波长700nm，光通量为1lm的红光为一个红基色单位，用（R）表示；波长546.1nm，光通量为4.9
26、5lm的绿光为一个绿基色单位，用（G）表示；波长435.8nm，光通量为0.060lm的蓝光为一个蓝基色单位，用（B）表示。将三基色按一定比例相加混合，就可以模拟出各种颜色，如：,第1章 绪论,现代显示技术及设备,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 等量的RGB能配出等能的白光。这样三基色按不同比例就能合成出如图1.5所示的以三基色为顶点的三角形所包围的各种颜色。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,图1.5三基色原理示意图,第1章 绪论,现代显示技术及设备,2. 色彩再现,显示器中的色彩再现，不是把实际的色彩完全忠实地再现，只要再现出的色彩令收看者满意就可以
27、了。图1.6所示为一个彩色显像管（CPT）荧光粉点的布局图，红（R）、绿（G）、蓝（B）三色荧光粉点各自在相应的红、绿、蓝电子束的轰击下发光从而产生颜色。当没有光的时候为黑色，光线加到最大时为白色。由于每一个荧光粉点的面积很小，像距0.5mm，如果在2m以外的距离（约等于五倍以上屏幕对角线距离）观看，每组荧光粉点对眼睛形成约0.9视角。这个视角使三色荧光粉点在视网膜上成像的面积小于两个锥状细胞的面积，超越了视觉的空间分辨能力。三个荧光粉点虽然在荧光屏上占有不同的空间位置，但它们产生的不同颜色的光却落在同一个视觉细胞上，产生出三色相加的视觉效果。可见，彩色再现是对人眼视觉特性的巧妙利用，荧光屏上
28、所显示的颜色实际上是在观察者自己的视觉上混合产生的。色彩再现的过程如图1.7所示。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,图1.6 彩色显像管荧光粉点布局图,图1.7 色彩再现过程示意图,第1章 绪论,现代显示技术及设备,3.颜色的特征参数：颜色包括三个特征参数：亮度、色度、饱和度。亮度表示各种颜色的光对人眼所引起的视觉强度，它与光的辐射功率有关。色调（hue）表示颜色彼此区分特性，不同波长的光辐射在物体上表现出不同色调特性。饱和度（chroma）表示颜色光所呈现的颜色深浅程度（或纯度）。饱和度越高，则颜色越深，如深红、深绿等。激光具有最高的饱和度；饱和度越低，则颜色越浅，如浅红、浅绿等。高饱和度
29、的彩色光可以因掺入白光而被冲淡，变成低饱和度的彩色光。色调与饱和度又合称为色度，它既说明彩色光的颜色类别，又说明颜色的深浅程度。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,1.2.4 .显示器件主要性能指标,1.像素（pixel）：像素指构成图像的最小面积单位，具有一定的亮度和色彩属性。在显示器中，像素点的大小可依据该系统的观看条件（如观看距离、照明环境等）下，肉眼所能分辨的最小尺寸而确定。实际系统的具体例子，如表1-3所列。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,表1-3 显示器制式与像素数、宽高比,第1章 绪论,现代显示技术及设备,2.亮度： 显示器件的亮度指从给定方向上观察的任意表面的单位投射面积上
30、的发光强度。亮度值用cd/m2表示。一般显示器应有70cd/m2的亮度，具有这种亮度图像在普通室内照度下清晰可见。在室外观看要求亮度更高，可达300cd/m2以上。人眼可感觉的亮度范围为0.0350000cd/m2。3.亮度均匀性： 亮度均匀性反应的是显示器件在不同显示区域所产生的亮度的均匀性。通常也用它的反面概念不均匀性来描述，或者用规定取样点的亮度相对于平均亮度的百分比来描述。CRT显示器亮度均匀性能达到45%的水平，原因在于其边角的亮度值与中心区域的亮度值有一定差距，这也是由于CRT显示器件电子枪发射电子到显示屏上的不均匀性造成的。其他显示器件由于其显示屏由许多个显示单元组成，各个单元的
31、亮度值相差不大，所以基本上亮度均匀性都可以达到80%以上。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,4.对比度和灰度 对比度指画面上最大亮度和最小亮度之比。该指标与环境光线有很大关系，另外测试信号一般采用棋盘格信号，并将亮度控制器调整到正常位置，对比度调整到最大位置，此时对比度为白色亮度和黑色亮度的比值。一般显示器应有301对比度。5.灰度 指画面上亮度的等级差别。例如，一幅电视画面图像应有八级左右的灰度。人眼可分辨的最大灰度级大致为100级。6.分辨率（resolution） 分辨率指单位面积显示像素的数量。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,7.清晰度（definition） 清晰度是指人眼能察
32、觉到的图像细节清晰的程度，用光高度(帧高)范围内能分辨的等宽度黑白条纹(对比度为100)数目或电视扫描行数来表示。如果在垂直方向能分辨250对黑白条纹，就称垂直清晰度为500行(线)。根据信息产业部颁布的数字电视有关标准来看，平板显示器（FPD）通过分量视频输入基本可以达到720线以上，而CRT显示器稍微低一些，达到620线以上，垂直清晰度与水平清晰度相同。其中，CRT边角的清晰度要低于中心区域的清晰度。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,8.分辨力 是人眼观察图像清晰程度的标志，与清晰度定义近似，分辨力可以用图像小投影点的数量表示，如SVGA彩色显示器的分辨力是800600，就代表画面是由8
33、00600个点所构成，组成方式为每条线上有800个投影点，共有600条线。分辨力有时也用光点直径来表示。用光栅高度除以扫描线数，即可算出一条亮线的宽度，此宽度即为荧光屏上光点直径的大小。在显示器件中，光点直径大约几微米到几千微米。一般对角线为2353cm的电视显像管其光点直径约为0.20.5mm。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,9.发光颜色 发光颜色(或显示颜色)的衡量方法，可用发射光谱或显示光谱的峰值及带宽，或用色度坐标表示。显示器件的颜色显示能力，包括颜色的种类、层次和范围，是彩色显示器件的一个重要指标。真（全）色彩的色彩数目为16777216色，即红、绿、蓝各256级灰度，25625
34、6256=1677721616M。10.余辉时间 余辉时间指荧光粉的发光，从电子轰击停止后起，到亮度减小到电子轰击时稳定亮度的l/10所经历的时间，余辉时间主要决定于荧光粉，一般阴极射线荧光粉的余辉时问从几百纳秒到几十秒。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,11.解析度DPI（Dot Per Inch） 解析度指图片1英寸长度上小投影点的数量，分为水平解析度和垂直解析度。解析度越高显示出来的影像也就越清晰。12.收看距离 收看距离可以用绝对值表示，也可以用与画面高度H的比值来表示（即相对收看距离）。收看电视的适当距离应该约为距离屏幕2m为好，以利于通过眼球四周的肌肉收缩和松弛来调节眼睛的焦点。
35、在现行彩色电视的隔行扫描的场合，约68H为宜。在办公自动化中，距离视频显示终端（VDT）的距离为50cm较为适宜。,第1章 绪论,现代显示技术及设备,13.周围光线环境 周围光线环境主要指观看者所在的水平照度以及照明装置。在收看电视时，室内照明条件太亮或太暗都不好，四周光线的反射亮度应控制在2cd/m2以下，最好的值约为0.7cd/m2。在办公自动化中，对于计算机键盘和录入原稿等的水平面工作照度以500lx或稍高一些为好，约为家庭平均电视收看场合的周围水平面照度的2倍；显示器平面的垂直入射照度以300lx左右为好。在电影院参看电影时，屏幕亮度范围由ISO-2910国际标准规定为2565cd/m
36、2，中心亮度标准值为40cd/m2。在体育场、广告牌等室外大屏幕显示场合，光照环境在阳光直射下约为104lx，因此需要3000500cd/m2的亮度。,第1章 绪论,14.图像的数据率 数据率指在一定时间内、一定速度下，显示系统能将多少单元的信息转换成图形或文字并显示出来。如果已知一个字符或像素是以n比特4）（bit）计算机符号表示，数据率可以换算成比特/秒（bps）。图像的信息量是惊人的，比如：一张A4文件的数据量大约是2KB），一张A4黑白照片的数据量大约是40KB，一张A4彩色照片的数据量大约是5MB，一分钟家用录像系统（VHS:Video Home System）质量的全活动图像的数据
37、量约为10MB，一分钟广播级全动态影像（FMV:Full-motion Video）的数据量就约为40MB。,现代显示技术及设备,第1章 绪论,现代显示技术及设备,15.其它 其它指标如辐射，CRT明显大于其他显示器件，其它显示器件之间差别不大。在显示相应时间方面，LCD类的显示器件劣于其他器件。在显示屏的缺陷点方面，CRT一般不会出现这样的问题，而其它显示器件虽然在出厂时该指标控制的较严，但用户在使用过程中有时会出现缺陷点。在可靠性方面（MTBF值），基本上都可以达到15000h，需要注意的是投影设备里往往使用了灯泡作为光源，灯泡的寿命有限，只能作为消耗品，也就是说在使用过程中需要定期更换这
38、些部件。,第1章 绪论,现 代 显 示 技 术,1.3显示接口1.3.1 VGA接口1.3.2 DVI接口1.3.3 HDMI接口1.3.4 DP接口1.3.5 AV接口1.3.6 S端子接口1.3.7 光纤接口,第1章 绪论,习题一1.光电显示器件有哪些分类？2.测光量有哪些？单位分别是什么？3.简述人眼的视觉生理基础。4.简述色彩再现原理？,现代显示技术及设备,5.表征显示器件的主要性能指标有哪些？6.计算：一个满帧图像，分辨力为VGA制式640480像素，每像素量化量为8bits，刷新频率为30Hz，则一秒钟视频图像的资料长度为多少字节。假设拨号上网的速率为33.6kbps，以这样的速率
39、来传送一分钟的图像资料大约需要多少时间才能完成？假如图像压缩比为501，实时传输图像需要多大的传输速率？,现代显示技术及设备,第2章 阴极射线管显示技术及设备 2.1 CRT显示器的基本结构与工作原理 2.1.1 黑白CRT显示器的基本结构与工作原理 2.1.2 彩色CRT显示器的基本结构与工作原理 2.1.3 CRT显示器的主要单元 2.2 CRT显示器的驱动与控制 2.2.1 CRT显示器相关技术 2.2.2 CRT显示器驱控电路 2.3 CRT显示器的特点、性能指标及发展历史 2.3.1 CRT显示器的特点 2.3.2 CRT显示器的性能指标 2.3.3 CRT显示技术的发展历史 习题二
40、,现代显示技术及设备,CRT显示器即为一种使用阴极射线管(Cathode Ray Tube)的显示器，主要分为黑白CRT显示器和彩色CRT显示器两大类。它的核心部件是CRT显像管（即阴极射线管），其主要由五部分组成：电子枪(Electron Gun)、偏转线圈(Defiection coils)、荫罩(Shadow mask)、荧光粉层(Phosphor)及玻璃外壳，其中电子枪是显像管的核心。CRT显示器的工作原理和我们家中电视机的显像管基本一样，我们可以把它看作是一个图像更加精细的电视机。经典的CRT显像管使用电子枪发射高速电子，经过垂直和水平的偏转线圈控制高速电子的偏转角度，最后高速电子轰
41、击屏幕上的磷光物质使其发光。通过电压调节电子枪发射电子束的功率，就会在屏幕上形成明暗不同的光点，形成各种图案和文字。,现代显示技术及设备,第2章 阴极射线管显示技术及设备,2.1.1 黑白CRT显示器的基本结构与工作原理 黑白CRT即单色(Monochrome Monitor)CRT，只有单一的电子枪，仅能产生黑白两种颜色。它的主要用途是在电视机中显示图像，以及在工业控制设备中用作监视器。黑白CRT主要由圆锥形玻壳、玻壳正面用于显示的荧光屏、封入玻壳中发射电子束用的电子枪系统和位于玻壳之外控制电子束偏转扫描的磁轭器件四部分组成。,现代显示技术及设备,第2章 阴极射线管显示技术及设备,现代显示技
42、术及设备,第2章 阴极射线管显示技术及设备,图2.1 单色CRT的结构示意图,结构中灯丝、阴极（K）、第一控制栅极（G1或称调制器）、加速极（G2或称屏蔽极）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，电子枪中阴极（K）被灯丝加热至200K时，阴极（K）大量发射电子。电子束首先被加在第一控制栅极的视频电信号所调制，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，信号电压高，电子枪发射的电子束流也越大，荧光体发光亮度也越高。最后通过偏转磁轭控制电子束，在荧光屏上从上到下，从左到右依次扫描，从而将原被摄图像或文字完整地显
43、示在荧光屏上。,现代显示技术及设备,第2章 阴极射线管显示技术及设备,2.1.2 彩色CRT显示器的基本结构与工作原理 彩色CRT利用三基色图像叠加原理实现彩色图像的显示。荫罩式彩色CRT是目前占主导地位的彩色显像管，这种管子的原始设想是德国人弗莱西（Fleshsig）在1938年提出的。荫罩式彩色CRT的基本结构如图2.2所示。,现代显示技术及设备,第2章 阴极射线管显示技术及设备,现代显示技术及设备,第2章 阴极射线管显示技术及设备,图2.2 彩色CRT的结构示意图,彩色CRT是通过红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色组合产生彩色视觉效果。荧光屏上的每一个像素由产生红(R)、绿(G)、蓝(B
44、)的三种荧光体组成，同时电子枪中设有3个阴极，分别发射电子束，轰击对应的荧光体。为了防止每个电子束轰击另外两个颜色的荧光体，在荧光面内侧设有选色电极荫罩。 在荫罩型彩色CRT中，玻壳荧光屏的内面形成点状红、绿、蓝三色荧光体，荧光面与单色CRT相同，在其内侧均有膜金属覆层。在离荧光面一定距离处设置荫罩。荫罩焊接在支持框架上，并通过显示屏侧壁内面设置的紧固钉将荫罩固定在显示屏内侧。,现代显示技术及设备,第2章 阴极射线管显示技术及设备,现代显示技术及设备,第2章 阴极射线管显示技术及设备,图2.3 彩色CRT工作原理,荫罩与荧光屏的距离可根据几何关系由下式确定： (2-1) (2-2) 式中： 为
45、荫罩与荧光屏的距离； 为孔距放大率； 为从电子枪到荧光面的距离； 为电子枪的束间距； 为电子束排列方向的荫罩孔距； 为电子束排列方向的荧光屏上同一色荧光体的点间距。,现代显示技术及设备,第2章 阴极射线管显示技术及设备,整体工作过程：由灯丝、阴极、控制栅组成电子枪，通电后灯丝发热，阴极被激发，发射出电子流，电子流受到带有高电压的内部金属层的加速，经过透镜聚焦形成极细的电子束，在阳极高压作用下，获得巨大的能量，以极高的速度去轰击荧光粉层。这些电子束轰击的目标就是荧光屏上的三原色。 为此，电子枪发射的电子束不是一束，而是三束，电子束在偏转磁轭产生的磁场作用下，可以控制其射向荧光屏的指定位置，去轰击
46、各自的荧光粉单元。一般荫罩式CRT的内部有一层类似筛子的网罩，电子束通过网眼打在呈三角形排列的荧光点上，以防止每个电子束轰击另外两个颜色的荧光体。,现代显示技术及设备,第2章 阴极射线管显示技术及设备,受到高速电子束的激发，这些荧光粉单元分别发出强弱不同的红、绿、蓝三种光。根据空间混色法(将三个基色光同时照射同一表面相邻很近的三个点上进行混色的方法)产生丰富的色彩，这种方法利用人们眼睛在超过一定距离后分辨力不高的特性，产生与直接混色法相同的效果。用这种方法可以产生不同色彩的像素，而大量的不同色彩的像素可以组成一张漂亮的画面，而不断变换的画面就成为可动的图像。,现代显示技术及设备,第2章 阴极射线管显示技术及设备,2.1.3 CRT显示器的主要单元 1. 电子枪 电子枪用来产生电子束，以轰击荧光屏上的荧光粉发光。在CRT中，为了在屏幕上得到亮而清晰的图像，要求电子枪产生大的电子束电流，并且能够在屏幕上聚成细小的扫描点（约0.2mm）。此外，由于电子束电流受电信号的调制，因而电子枪应有良好的调制特性。在调制信号控制过程中，扫描点不应有明显的散焦现象。 电子枪是由灯丝（用H、HT或F表示）、阴极（用K表示，彩色显像管有三个阴极，分别用RK、GK、BK表示）、栅极（用G1表示）、加速极（用G2表示）、高压阳极（用G或V表示）组成。,
