光电子技术学习.pptx

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1、第1页/共41页CRT的缺点：从大屏幕显示方面来讲，的缺点：从大屏幕显示方面来讲，100cm以上的以上的CRT质量要超过质量要超过100kg，体积大，搬动困难，不能适应现，体积大，搬动困难，不能适应现代家庭对高清晰度电视（代家庭对高清晰度电视（HDTV）和现代战争对大屏幕显）和现代战争对大屏幕显示器的要求。示器的要求。随着CRT应用的延伸，期望一种显示质量如同CRT，而又具有体积小，重量轻，工作电压低，功耗小的新产品。平板显示技术应运面生，且迅速发展。平板显示在国际上尚没有严格定义，一般是指显示器的厚度小于显示屏幕对角线尺寸四分之一的显示技术。这种显示器厚度较薄，看上去就像一块平板，平板显示因

2、此而得名。第2页/共41页液晶LCD平板显示器等离子体PDP平板显示器第3页/共41页按显示媒质和工作原理分：按显示媒质和工作原理分：阴极射线显示（阴极射线显示（CRT）、液晶显示（）、液晶显示（LCD）、等离子）、等离子体显示（体显示（PDP）、电致发光显示（）、电致发光显示（ELD）等。）等。CRT每个像素的性能价格比要比其他显示器件高得多，每个像素的性能价格比要比其他显示器件高得多，因此它不会在短期内消失。因此它不会在短期内消失。LCD主要在微型和中小屏幕占优势。主要在微型和中小屏幕占优势。PDP由于制作工艺相对简单，易于制作大屏幕，是发展由于制作工艺相对简单，易于制作大屏幕，是发展多媒

3、体显示、壁挂式电视和多媒体显示、壁挂式电视和HDTV最有竞争力的显示技最有竞争力的显示技术。术。显示的分类光电显示的性能指标亮度、对比度和灰度、分辨力、发光颜色第4页/共41页光电显示分类发光类型结构状态显示内容显示原理CRT,VFD,PDP,ELDLCD,LED,LD,ECD主动型被动型CRT,PDP,ELDLCD平板显示体显示CRT,PDP,ELDLCD数码、字符、轨迹图表、图形、图像显示屏幕超大屏幕、大屏幕中屏幕、小屏幕第5页/共41页一、光电显示的物理基础发光、色彩与视觉1.发光固体受到某种形式的能量激励后所产生的光发射现象。由于离子跃迁产生的,时间约0.1纳秒.发光的激励方式：光致发

4、光 荧光灯 阴极射线发光 显像管 场致发光 LED、PDP、ELD 化学发光 磷第6页/共41页2.颜色(色彩)1)连续性:颜色 波长(nm)红 622-760 橙 597-622 黄 577-597 绿 492-577蓝 455-492 靛 435-455 紫 390-435 光谱色是最饱和的纯色标准色 第7页/共41页2)可分性:3)可合性:第8页/共41页4)三基色原理:自然界中客观存在的颜色均可以为三个确定的相互独立的基色的线性组合.颜色的三个特征参量:亮度（视觉强度）色调（色品、颜色种类）饱和度（色纯度）相加混合色：彩电相减混合色：彩印第9页/共41页亮度：颜色的光功率越大则感觉越亮

5、。被动发光，物体反射的光功率越大则感觉越亮。色调：颜色彼此区分的特征。光波的色调取决于光波的光谱成分。物体的色调取决于物体表面的光源光谱，或取决于物体表面反射的光波光谱。例如：衣服在白光照射下呈现红色：将红光分量反射出来第10页/共41页物体呈色机理及影响因素物体呈色机理及影响因素 物体色物体色：物体对光的选择性吸收是物体呈色的主要原因。：物体对光的选择性吸收是物体呈色的主要原因。花,叶子本身没有色彩，光是色彩的源泉。红色表面用绿光来照射，呈现黑色，因为绿光的辐射被全部吸收，它不包含可反射的红光波长。花是红色是因为它吸收了白色光中400500nm的蓝色光和500600nm的绿色光，仅仅反射了6

6、00700nm的红色光。同理对于叶子是由于反射了绿光才呈现出绿色。第11页/共41页光源色是影响物体颜色的重要因素。光源色的变化会影响物体的颜色。亮度变化：例如白炽灯，亮度增大时，颜色趋向于白；亮度减弱时，颜色趋向于红。距离变化：光源与观察者距离的变化，会使光源色发生改变。如白炽灯光，随着距离的推远，其颜色由黄逐渐向橙、橙红、红色变化。传播媒质的变化，环境色对物体颜色的影响。第12页/共41页饱和度：指颜色光所呈现的颜色的深浅程度。对于同一色调的颜色光，饱和度越高颜色越深。高饱和度的颜色光因掺入白光而被冲淡，变成低饱和度的颜色光。所以饱和度反映了某种颜色光的纯度。通常所说色度是色调和饱和度的总

7、称。度量颜色常用色度图或色度坐标系。3.视觉 标准分辨3000种颜色；一般分辨120种。第13页/共41页人眼的三种感色细胞具有合色的能力。当一复色光刺激人眼时，人人眼的三种感色细胞具有合色的能力。当一复色光刺激人眼时，人眼感色细胞可将其分解为红、绿、蓝三种单色光，然后混合成一种眼感色细胞可将其分解为红、绿、蓝三种单色光，然后混合成一种颜色。颜色。加法混合：两种或两种以上的色光相混合时，同时或者在极短的时间内连续刺激视觉器官，产生一种新的色彩感觉。混合色光的总亮度等于相混各色光亮度之和。颜色旋转混合：把两种或多种色并置于一个圆盘上，通过动力令其快速旋转看到的新的色彩。颜色旋转混合效果在色相方面

8、与加法混合的规律相似，但在明度上却是相混各色的平均值。空间混合：将不同颜色并置在一起，当它们在视网膜上的投影小到一定程度时，不同颜色刺激就会同时作用到视网膜非常邻近的感光细胞，以致眼睛很难将它们独立地分辨，在视觉中产生色彩的混合。感红细胞感绿细胞感蓝细胞红绿蓝 人眼视网膜的三种感色视锥细胞第14页/共41页 加法混色常用的相加混色方法有以下三种：时间混色法：将三基色按一定比例轮流投射到同一屏幕上，由于人 眼的视觉惰性，只要交替速度足够快，产生的彩色视觉与三基色直 接相混时一样。这是顺序制彩色电视图像显示的基础。空间混色法：将三基色同时投射到彼此距离很近的点上，利用人眼 分辨力有限的特性而产生混

9、色，或者使用空间坐标相同的三基色光的同时投射产生合成光，这是同时制彩色电视图像和计算机图像的 显示基础。生理混色法：利用两只眼睛分别观看两个不同颜色的同一景象，也获得混色效果。第15页/共41页二、色度坐标系与彩色重现为使各种颜色可以通过人的视觉系统良好地重现，建立了许多种色度坐标系：1）CIE-RGB计色系统在色度学中国际照明委员会（CEI）于1931年规定了三基色（RGB）计色系统。三基色是：波长700nm、光通量1lm的红光为一个红基色单位，用（R）表示；波长546.1nm、光通量为4.5907lm的绿光为一个绿色单位，用（G）表示；波长435.8nm、光通量为0.0601lm的蓝光为一

10、个蓝基色单位，用（B）表示；等量的RGB能配出等能白光。当用1lm的波长700nm红光做为基准时，要配出白光，需要4.507lm的546.1nm绿光和0.0601lm的435.8nm蓝光，白光的光通量为5.6508lm。第16页/共41页其中，R（R）、G（G）B（B）称为F的三色分量，R、G、B称为三色系数，m称为色模，代表F所含三基色单位总量，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1所需的各基色量的数值，r+g+b=1。任一彩色光F总可以通过下列配色议程配出第17页/共41页CIE色度图r-g图r有负数轨迹复杂无亮度值第18页/共41页2）CIE-XYZ计色系统

11、计色系统因因1931CIE-RGB坐标系统出现了坐标系统出现了坐标负值，不易理解坐标负值，不易理解，1931年年CIE推荐了一个新的国际色度学系统，推荐了一个新的国际色度学系统，1931CIE-XYZ系统，又称系统，又称XYZ国际坐标制。国际坐标制。在在XYZ系统中，系统中，X、Y、Z不是真实的三基色，而是假想不是真实的三基色，而是假想红、绿、蓝三基色或数学计算三基色。红、绿、蓝三基色或数学计算三基色。X、Y、Z均为正值，均为正值，XYZ中只有中只有Y（Y）基色分量一项有）基色分量一项有亮度，令（亮度，令（Y）的光通量）的光通量 为为1lm，而另外两个基色不含，而另外两个基色不含有亮度，但其色

12、度仍有有亮度，但其色度仍有X、Y、Z的比值确定，这样的比值确定，这样X=Y=Z时仍代表等能白光。时仍代表等能白光。XYZ系统是由系统是由RGB系统推系统推导而来的。由于（导而来的。由于（X）和（）和（Z）的光通量应为零，（）的光通量应为零，（X）、）、（Z）的连线应为光通量等于零的轨迹。）的连线应为光通量等于零的轨迹。第19页/共41页XYZ在RGB系统中的位置第20页/共41页XYZ色域图第21页/共41页3 3）CIE-UCSCIE-UCS均匀计色系统均匀计色系统CIE-XYZCIE-XYZ系统不均匀性系统不均匀性给颜色差别的衡量带来不便，为给颜色差别的衡量带来不便，为此提出均匀计色系统此

13、提出均匀计色系统CIE-UCSCIE-UCS。CIE 1976 UCSCIE 1976 UCS图是图是CIECIE在在19761976年规定的，对亮度大致相同的颜色提供一种在年规定的，对亮度大致相同的颜色提供一种在视觉上更为均匀的色空间视觉上更为均匀的色空间。CIE-UCS色度图u-v图亮度第22页/共41页CIE-UCS色度图u-v图第23页/共41页彩色重现彩色重现电视彩色重现经过景物彩色画面的分色。摄像电视彩色重现经过景物彩色画面的分色。摄像器件的光电转换、电信号的处理和传输、显像器件的光电转换、电信号的处理和传输、显像器件的电光转换等过程。器件的电光转换等过程。彩色显像管利用红绿蓝三种

14、荧光粉为显像三基彩色显像管利用红绿蓝三种荧光粉为显像三基色，利用相加混合色实现彩色重现。色，利用相加混合色实现彩色重现。第24页/共41页 阴极射线管发光：光致发光中的分立发光（荧光）和阴极射线发光中的复合发光（磷光）CRT（Cathode ray tube）7.2 7.2 阴极射线显示阴极射线显示一、发光机理发光余晖较短10ns发光余晖较长阴极射线显示的典型发光物质为晶态发光体（离子型晶体）。第25页/共41页复合发光复合发光晶态发光体发光，能量吸收在晶态发光体发光，能量吸收在基质基质中进行，能量辐射在中进行，能量辐射在激活剂激活剂上产生，发光过程在整个晶体内完成。上产生，发光过程在整个晶体

15、内完成。常常伴有电子空穴的漂移或扩散，产生光电导特性，为常常伴有电子空穴的漂移或扩散，产生光电导特性，为光电导发光。发光余辉长为磷光。光电导发光。发光余辉长为磷光。207页图页图 电视机、监视器电视机、监视器分立发光晶态发光体发光，能量吸收和能量辐射均在晶体单分子中的激活剂（发光中心）上产生。短时非光电导特性，为荧光。日光灯发光第26页/共41页2.黑白显像通过光电转换重现电视图像的一种窄束强流电子束管。基本结构：四部分第27页/共41页1灯丝；2阴极；3控制极；4加速极；5聚焦极；6高压电极；7电子束；8玻壳(1)电子枪第28页/共41页(1)电子枪：(2)偏转系统：控制电子束的发射、调制、

16、加速、聚焦控制电子束的方向.电偏转和磁偏转第29页/共41页(3)荧光屏：余辉时间定义为亮度减少到1/10时所用的时间，余辉时间长于0.1秒的叫长余辉荧光粉，介于0.10.001秒的称为中余辉荧光粉，短于0.001秒的称为短余辉荧光粉。荧光屏一般由玻璃基板、荧光粉层和和铝膜层构成，也称屏幕。面玻璃尺寸宽度与高度之比有4：3、16：9等类型，习惯上将屏幕对角线长度定为显像管的规格，用厘米（或英寸）表示。余辉太长运动画面会有拖影，余辉太短平均亮度降低，电视采用中余辉荧光粉，示波器等则采用长余辉荧光粉。黑白显像管在电子轰击下荧光粉发白光，一般采用颜色互补的发蓝光的ZnSAg与发黄光的ZnS、CdSA

17、g两者荧光粉以55：45的比例混合制得P4荧光粉，或直接采用单一白色荧光粉。铝层：0.1-0.5微米，作用三个，1.与电子枪的阳极相连，可防止介电性的荧光粉负电荷积累导致荧光面电位下降，限制亮度；2.可将荧光粉所发出的光发射出来，增加亮度，改善对比度；3.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。第30页/共41页(4)玻壳：将电子枪、偏转系统和荧光屏封闭在真空的玻璃罩内。玻璃外壳由管颈、锥体和面玻璃三部分组成。玻璃锥体将面玻璃和管颈连接起来，其张开角代表最大电子束偏转角度。同样尺寸的荧光屏，偏转角越大，管子长度就越短，可以减少电视机的厚度，国产标准显像管主要有70、90、110

18、和114等。玻璃锥体内，外壁涂有石墨导电层。第31页/共41页在显像管中电子束的扫描是通过磁偏转来实现的。在在显像管中电子束的扫描是通过磁偏转来实现的。在电视技术中，将一幅画面称为一帧，并规定每秒传送电视技术中，将一幅画面称为一帧，并规定每秒传送2525帧。每帧只要分解为几十万个像素，这些像素又分帧。每帧只要分解为几十万个像素，这些像素又分割成割成625625行，这样每帧就要传送行，这样每帧就要传送25625=1562525625=15625行，要行，要实现这样的速度，必须采用电子扫描来实现。实现这样的速度，必须采用电子扫描来实现。按电子束运动的规则可分为直线扫描、圆扫描、螺旋按电子束运动的规

19、则可分为直线扫描、圆扫描、螺旋扫描等。在电视系统中，为了充分利用矩形屏幕并使扫描等。在电视系统中，为了充分利用矩形屏幕并使扫描设备简单可靠，采用了扫描设备简单可靠，采用了匀速单向直线扫描匀速单向直线扫描方式，方式，而单向直线扫描又分为逐行扫描和隔行扫描两种方式。而单向直线扫描又分为逐行扫描和隔行扫描两种方式。扫描方式第32页/共41页枕型失真桶型失真偏转线圈磁场的非均匀性产生枕型失真。偏转线圈水平和垂直磁场的非正交性产生桶型失真。第33页/共41页2.彩色显像管荫罩式彩色CRT的基本结构：电子枪，偏转系统，荧光屏，荫罩穿透式彩管和矩形式彩管（荫罩、聚焦荫罩、束指引）第34页/共41页荫罩式彩色

20、CRT的发展过程：三枪三束 单枪三束 自会聚三枪三束:第35页/共41页三菱三枪三束与三菱三枪三束与SONYSONY单枪三束单枪三束第36页/共41页自会聚:自会聚彩色CRT的特点：克服振动限制、便于安装。第37页/共41页第38页/共41页CRTCRT的优点和缺点的优点和缺点寿命长（寿命长（2 2万小时）万小时）亮度、对比度大，无视角问题亮度、对比度大，无视角问题清晰度高，可达到清晰度高，可达到SDTVSDTV及及HDTVHDTV要求要求对高速运动图像重显效果好对高速运动图像重显效果好技术成熟，综合性价比最好技术成熟，综合性价比最好体积大，重量重，实现34英寸以上显示有困难光栅失真大，受地磁影响，全屏亮度不均匀屏幕边沿和屏幕中心清晰度不同存在辐射，功耗较大第39页/共41页超薄超薄CRTCRT面世面世CRT老式电视原装进口超薄数字高清显像管厚度比传统显像管瘦身。加大偏转角来缩短的长度来减少电视机的厚度。第40页/共41页感谢您的观看。第41页/共41页