第六章 光电显示

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1、第6章 光电显示光电显示6.1光电显示技术基础6.2阴极射线显示6.3液晶显示6.4等离子体显示6.5场致发光显示6.1光电显示技术基础光电显示技术基础6.1.1显示技术与显示器件显示技术与显示器件1897年德国的布劳恩（Braun）发明了阴极射线管（CRT）雏形1968年美国的Heilmeier发现液晶双折射的电光效应可以用于制作显示装置，即现在的液晶显示器（LCD）20世纪90年代，液晶显示器首先在笔记本电脑领域取得了绝对优势。 显示器件与显示系统主要性能指标显示器件与显示系统主要性能指标 1 亮度 指垂直于传播方向单位面积上的发光强度，单位为cd/m2(坎德拉每平方米)。 一般室内观看清

2、晰可见亮度要在70 cd/m2 以上，室外要在300cd/m2以上。人眼可见的亮度范围为0.03-50000cd/m2。 填空坎德拉和流明的定义 坎德拉坎德拉在空气中波长为555nm的单色辐射，在给定方向上的辐射强度为1/683瓦特每球面度 时，则在该方向上的发光强度为1cd。 流明流明波长为555nm的单色辐射体，其辐射功率为1瓦时，则该辐射体所发出的光通量为634流明。2 对比度和灰度 对比度指画面上最大亮度与最小亮度之比。一般显示器对比度应达30:1。 灰度指图像画面上亮度的等级差别。灰度越多，图像层次越分明，图像越柔和。电视图像画面应有8级左右灰度，人眼可分辨的最大灰度级别为100级左

3、右。填空3 分辨力 分辨力是人眼观察图像清晰程度的标志。用光栅高度（帧高）范围内能分辨的等宽度黑白条纹（对比度100%）数目或电视扫描行数来表示。通常电视垂直分辨力为500线；也可用单一光点直径来表示,约为几微米到几毫米，电脑显示器分辨力常为0.28mm，CCD则可小到数微米以下。4 发光（显示）颜色 发光（显示）颜色可用发射光谱或显示光谱的峰值及带宽来衡量，或用色度坐标来表示。包括颜色的种类、层次与范围。 各种光电显示器性能比较见下表。6.1.2发光、色彩与视觉发光、色彩与视觉(1) 发光发光1 定义定义 指固体受到某种形式的能量激励后所产生的光发射现象，也即以某种方式(紫外线、高能电子、X

4、射线、/射线等高能辐射)来激发某些物质，使其部分能量以（非热激发形式）可见或近可见光谱形式重新发射出来的现象。分类：分类： 根据发光体化学结构可将发光现象分为无机化合物、有机化合物、晶态磷光体发光； 根据发光时间长短可分为长余辉(0.1s)、中余辉(1ms-0.1s)、短余辉(10ns6.1.2发光、色彩与视觉（2）颜色颜色具有以下性质：颜色具有以下性质：(1) 连续性：指光波长连续变化时颜色连续变连续性：指光波长连续变化时颜色连续变化的性质，表示为颜色化的性质，表示为颜色c为波长为波长 的函数：的函数：(2) 可分性：指白光可分为其他颜色成分，如可分性：指白光可分为其他颜色成分，如三棱镜将白

5、光分为三棱镜将白光分为7彩颜色。彩颜色。(3) 可合性：指多种颜色的光总可以按一定比可合性：指多种颜色的光总可以按一定比例混合使得通过三棱镜合成为白光。例混合使得通过三棱镜合成为白光。 )(fc nkkkcac1简答(4) 三基色原理：指自然界中客观存在的任一三基色原理：指自然界中客观存在的任一种颜色均可以表示为三个确定的相互独立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。的基色的线性组合。 实用上常选择红实用上常选择红(R)、绿、绿(G)、蓝、蓝(B)作为三基色。作为三基色。将三基色按一定比例混合调配，就可模拟各种将三基色按一定比例混合调配，就可模拟各种显示颜色显示颜色 彩电中常采

6、用相加混色法获得所需颜色；而彩彩电中常采用相加混色法获得所需颜色；而彩印、胶片中常采用相减混色法，为了方便，相印、胶片中常采用相减混色法，为了方便，相减混色法常取黄、品红和青为三基色，三者相减混色法常取黄、品红和青为三基色，三者相加为黑色。加为黑色。 (5) 亮度、色调和饱和度亮度、色调和饱和度 亮度表示各种颜色的光对人眼所引起的视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；觉强度，它与光的辐射功率有关； 色调（色品）表示颜色种类的区别，也就色调（色品）表示颜色种类的区别，也就是不同波长辐射在色觉上的不同色调表现，是不同波长辐射在色觉上的不同色调表现，自发光体的色调决定于

7、它本身光辐射的光自发光体的色调决定于它本身光辐射的光谱，非发光体的色调决定于照明光源的光谱，非发光体的色调决定于照明光源的光谱组成和该物体的光谱反射或透射特性；谱组成和该物体的光谱反射或透射特性； 饱和度（色纯度）表示颜色光的色纯粹性饱和度（色纯度）表示颜色光的色纯粹性程度，与颜色光中白光含量有关，色越纯，程度，与颜色光中白光含量有关，色越纯，白光含量越少。白光含量越少。 6.1.2发光、色彩与视觉发光、色彩与视觉(3) 视觉视觉人眼彩色视觉特性包括：人眼彩色视觉特性包括： (1)人眼有三种锥状色感细胞，分别对红、绿、蓝最人眼有三种锥状色感细胞，分别对红、绿、蓝最敏感；敏感；(2)人眼具有空间

8、混色特性，指同一时刻当空间三种人眼具有空间混色特性，指同一时刻当空间三种不同颜色的点靠得足够近，使得人眼不能分辨出不同颜色的点靠得足够近，使得人眼不能分辨出其各自颜色，而只能感觉到其混合色的特性其各自颜色，而只能感觉到其混合色的特性(3)人眼具有时间混色特性，指同一空间不同颜色的人眼具有时间混色特性，指同一空间不同颜色的变换时间小于人眼的视觉惰性时，人眼不能分辨变换时间小于人眼的视觉惰性时，人眼不能分辨出其各自颜色，而只能感觉到他们的混合色；出其各自颜色，而只能感觉到他们的混合色； (4)人眼具有生理混色特性，指两只眼睛同时分别观人眼具有生理混色特性，指两只眼睛同时分别观看两种不同颜色的同一景

9、象时，人眼不能分辨出看两种不同颜色的同一景象时，人眼不能分辨出其各自颜色，而只能感觉到他们的混合色其各自颜色，而只能感觉到他们的混合色简答6.1.3色度坐标系与彩色重现色度坐标系与彩色重现1 色度坐标系色度坐标系CIE-RGB计色系统该系统规定：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4.5907lm的绿光为一个绿基色单位，用(G)表示；波长435.8nm、光通量0.0601lm的蓝光为一个蓝基色单位，用(B)表示；等量的RGB能配出等能白光； 任一彩色光F总可以通过下列配色方程配出：式中，R(R)、G(G)、B(B)称为F的三色分量，R、

10、G、B称为三色系数，m称为色模，代表F所含三基色单位的总量，r、g、b称为色度坐标或相对色系数，分别代表F所用三基色单位总量为时所需的各基色量的数值，且)()()()()()(BbGgRrmBBGGRRF1bgr图图6-1 CIE-RGB色度图色度图 其可见光光谱轨迹为一舌形曲线，其中(R)的坐标为(1，0)，(G)的坐标为(0，1)，(B)的坐标为(0，0)，三角形RGB内各点所代表的彩色可以用规定的三基色相加配出，三角形的重心坐标为等能白光色坐标，而三角形之外的彩色不能直接相加配出，而需经过将一个或两个基色移到待配彩色一侧才能配出。该计色系统存在缺陷：A)光谱分布色系数和色坐标出现负值，不

11、易理解且计算不便；B)光谱轨迹不全在坐标第一象限内，作图不便；C)色度图上没有直接表示出亮度，需要经过计算才能求出。 (2) CIE-XYZ标准计色系统任意彩色光F的配色方程为：式中，(X)、(Y)、(Z)为三基色单位，X(X)、Y(Y)、Z(Z)称为F的三色分量，X、Y、Z称为三色系数，m 称为色模，x、y、z为色度坐标或相对色系数， )()()()()()(ZzYyXxmZZYYXXF1zyx 该计色系统中三基色单位(X)、(Y)、(Z)的选择保证了色度坐标系中三色系数均为正，并规定Y(Y)既含色度又包含亮度，而另两基色为纯色分量不含亮度，还保证了X=Y=Z时仍代表等能白光。 CIE-XY