显示与照明重点.docx
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显示与照明重点
显示与照明
第一章发光材料根底
1、发光材料定义：
适当的材料受激吸收能量后发光，其发射出的光子的能量比激发能量低。
具有这种发光行为的物质称为发光材料。
亦称荧光体或磷光体。
发光材料发出的电磁波通常在可见光区，有时也可以在紫外光区或红外光区。
2、发光材料分类
光致发光〔Photoluminescence）：
由电磁辐射〔通常为紫外光〕激发
阴极射线发光〔Cathodolumniescence〕：
由高能量电子束激发。
电致发光〔Electrolumniescence〕：
由电场或电流激发。
摩擦发光〔Triboluminescence〕：
由机械能激发。
化学发光〔Chemiluminescence〕：
由化学反响的能量激发。
X射线发光〔X-rayluminescence〕：
由X射线发光。
热致发光〔Thermoluminescence〕：
经X射线、放射线、低能电子束或紫外光辐射后，吸收能量并将局部能量存储，辐射停顿后受热发光。
热致发光中的鼓励能量并不是热能，加热只是把存储的能量通过发光释放出来。
3、荧光〔Fluorescence〕：
由一样自旋态电子跃迁所产生的自发性快速发光，寿命大约为1ns-1ms。
磷光〔Phosphorescence〕：
由三重态到单重态电子跃迁所产生的持续性发光。
寿命大约为1ms-10s
4、荧光材料的组成•荧光材料一般都是离子型结合的无机化合物。
正离子在晶体构造中占据固定的晶格位置而它们的总电荷那么等于晶格另外位置的负离子的总电荷。
为了得到无机荧光体，必须对基质掺入杂质，用一个具有光学活性的正离子来取代晶格内的正离子，也可以用一个具有光学活性的负离子取代晶格内的负离子。
掺入的杂质离子就是激活剂。
有时也掺入作为敏化剂的杂质离子。
•如果杂质离子与晶格中被取代的离子的荷电量不一样，还得再添加其他适当物质以补偿电荷，使晶体保持电中性。
用于补偿电荷的添加剂称为共激活剂，它将与激活剂共同作用而形成稳定的发光中心。
•对于基质离子的要求：
没有光学活性，具有透光性。
•对于激活剂离子的要求：
具有光学活性。
•当负离子作为激活剂时，该负离子既是基质负离子，同时又起激活剂的作用，通常称为自激活荧光材料。
•荧光材料一般表示形式：
基质:
激活剂[敏化剂或共激活剂
5、半导体基质发光材料
•在半导体中，激发能把电子从价带激发到导带，在价带形成自由空穴，在导带形成自由电子。
作为荧光粉基质的半导体禁带宽度一般在3eV以上，实际上由自由电子与自由空穴复合而产生光发射并不常见。
通常情况下，发光是在半导体晶格的缺陷处或靠近缺陷处发生的。
•在半导体禁带中，距离导带或价带边缘较远的杂质能级或缺陷能级称为深能级，由此产生的发光称为深能级发光〔光子能量明显低于禁带宽度〕。
靠近导带或价带边缘的杂质能级或缺陷能级称为浅能级，由此产生的发光称为浅能级发光〔光子能量接近禁带宽度〕。
定义
•深能级主要起陷阱或复合中心的作用，束缚在深能级上的电子或空穴不易激发为载流子。
靠近导带边缘的浅能级是施主浅能级，在常温下，施主浅能级向导带提供电子。
靠近价带边缘的浅能级是受主浅能级，在常温下，受主浅能级承受价带激发的电子而在价带中形成空穴。
•半导体基质荧光粉主要依靠杂质能级之间的跃迁产生可见光。
7、发光现象的物理过程〔发光根底+原理+应用〕发光材料的组成：
基质＋发光中心＋〔敏化剂、共激活剂等〕基质除了紧固发光中心外，有时也吸收激发能并传递给发光中心，它对可见光通常是透明的。
发光中心是具有光学活性的杂质离子，亦激活剂。
吸收激发能并传递给发光中心的杂质子称为敏化剂。
起电荷补偿作用的杂质离子称为共激活剂。
•激发过程：
激活剂、敏化剂，或者基质吸收能量的过程。
如果是敏化剂或者基质吸收能量，还存在敏化剂或者基质把能量传递给激活剂的过程。
•发光过程：
激活剂从激发态返回基态以发光的形式释放能量。
•非辐射过程：
激活剂非辐射返回基态，此过程会降低发光效率。
辐射和非辐射返回基态的比率决定发光物质的量子效率。
8、
10、照明的应用：
1、荧光灯2、PDP显示3、FED显示4、EL显示5、白光LED的实现6、蓝光LED芯片
第二章光学量度知识
11、绝对黑体〔了解〕
也称全辐射体指既不反射，也不投射，而完全吸收入射辐射的物体。
对所有波长辐射光的系数均为100%，反射系数均为0.
严格说，绝对黑体在自然界是不存在的，是个理想的模型。
12、•色温的定义
当绝对黑体在某一特定绝对温度下，其辐射的光谱与某一光源的光谱具有一样的特性，那么绝对黑体的这一特定温度定义为该光源的色温，单位为K。
色温并非光源本身的实际温度，而是用来表征其光谱特性的参量。
色温较低颜色偏红，色温较高颜色偏蓝。
在显示技术领域，人们关心的是白场色温。
23、人眼的视觉生理根底
•与相机构造相似，由两大系统组成：
屈光系统：
角膜、晶状体和玻璃体等
感光系统：
视网膜
24、视网膜构造
第三章阴极射线管〔CRT〕显示技术
39、•CRT〔Cathode-Ray-Tube〕显示器，即阴极射线管显示器，是最早使用的显示器，它技术成熟，价格廉价，寿命长，可靠性高。
40、黑白显像管〔构造〕
•黑白显像管是通过电光转换重现电视图像的一种窄束强流电子束管，是单CRT。
主要用途是在电视机中显示图像。
黑白显像管由电子枪、偏转系统、荧光屏和锥体外壳组成。
41、根本工作原理：
当阴极被阴极里面的灯丝加热到约800℃时，电子获得逸功，
大量电子从阴极外表发出，并对准栅极的小圆孔飞行出去。
电子飞出的多少，由栅极与阴极之间所加的电压的大小决定，因此，将视频信号电压加在阴极或栅极上可以调制电子束强度。
电子束经过加速极的加速，聚焦极的聚焦，偏转磁场的偏转扫描到屏幕前面的荧光涂层上，产生复合发光，最终形成满足人眼视觉特性要求的光学图像。
42、图像变形的特征：
1、桶形失真；2、枕形失真。
43、彩色显像管的色纯与会聚〔定义、原因〕色纯度就是指单色光栅纯洁的程度，就是要求红、绿、蓝三支电子束只分别激发与其对应的三种颜色荧光粉，而不触及其他荧光粉。
即当绿束和蓝束截止时，要求只出现红色的光栅；当红束和绿束截止时，要求只出现纯蓝色光栅；当红色和蓝色截止时，那么只出现纯绿色光栅。
•出现色度不良的可能原因有：
1、显像管在制造过程中的工艺误差，通常是依靠转动色纯环〔又称色纯磁铁〕获得校正；
2、生产电视机时作业要求的不严格，只是色纯调整工作的精度不够；
3、或生产过程中受到杂散磁场的影响，包括地磁场的影响，可通过人工消磁去除影响。
会聚：
将三条电子束会合在一起，使它们分别同时击中荧光屏上任何同一组三基色荧光粉的方法称为会聚。
•由于产生会聚误差的原因不同，可分为静会聚和动会聚两种。
静会聚是指屏幕中心区A区的会聚，A区是以屏幕高度80%为直径的圆内面积；动会聚是指屏幕中心区〔A区〕以外区域〔B区〕的会聚，即显像管屏幕四周的会聚。
静会聚误差产生的原因：
往往是由于显像管制造工艺上的误差所造成的，致使屏幕中心区域无法获得好的会聚。
•动会聚误差产生的原因：
是由于荧光屏的曲率中心与电子束的偏转中心不重合，即荧光屏的曲率半径大于屏幕到偏转中心的距离，致使偏转之后，在屏幕四周边缘出现与电子枪排列相反的失聚现象。
•两者产生的原因不同，所以校正的方法也不一样。
第四章液晶〔LCD〕显示技术
44、液晶的概念〔定义〕
液晶是一种高分子材料，是一种以碳为中心所构成的有机化合物。
它既具有液体的流动性，又有晶体的各向异性特征，对电磁场敏感，极具实用价值。
它在一定温度范围内呈现既不同于固态、液态，又不同于气态的特殊物质态，有人称之为物质的第四态。
45、液晶材料：
液晶显示材料主要用于电子表和各类显示板，它的显示原理是利用液晶的电光效应〔液晶的电光效应是指它的干预、散射、衍射、旋光、吸收等受电场调制的光学现象〕把电信号转换成字符、图像等可见信号。
种类：
•按液晶分子的中心桥键和环的特征分类合成有上万种，常见的有上千种，主要有联苯液晶、苯基环己烷液晶及脂类液晶
•按分子量大小分类
低分子液晶和高分子液晶
•按液晶相的物理条件分
热致液晶和溶质液晶
•按液晶分子排列构造分
向列相液晶、胆甾相液晶和近晶相液晶46、胆甾相构造能使光的偏振面旋转18000°/mm〔50r/mm〕，是的旋光性最强的物质。
47、液晶的光电特性：
•是指液晶在外电场的作用下，分子的排列状态发生变化，从而引起液晶盒的光学性质之变化的一种电的光调制现象
•由于液晶具有各向异性，因此在外加电场下，液晶的排列
能产生光调制，同时由于双折射性，可以显示出旋光性、光干预和光散射现象等特殊的光学性质。
•整个过程是以“电〞通过液晶对“光〞进展调制。
•常见的电光效应有：
动态散射效应、宾主效应、电控双折射效应、相变效应、热光学效应、扭曲效应、超扭曲效应和铁电效应。
•本质上都是使液晶分子在电场作用下改变其分子排列或使
分子变形；不同的电光效应可以制成不同的显示器件。
48、液晶显示的特点液晶显示器件〔LCD〕是利用液态晶体的光学各向异性特性，在电场作用下对外照光进展调制而实现显示的。
液晶显示器主要有以下特点：
〔1〕液晶显示器件是厚度仅数毫米的薄形器件，非常适合于便携式电子装置的显示。
〔2〕工作电压低，仅几伏，用CMOS电路直接驱动，电子线路小型化。
〔3〕功耗低，显示板本身每平方厘米功耗仅数十微瓦，采用背光源也仅10mW/cm2左右，外用电池长时间供电。
〔4〕采用彩色滤色器，LCD易于实现彩色显示。
〔5〕现在的液晶显示器显示质量已经可以赶上，有些方面甚至超过CRT的显示质量。
49、液晶的显示原理：
液晶显示器件LCD的显示原理是：
在两片玻璃基板上装有取向膜〔PI〕，所以液晶会沿着沟槽配向﹐具有偶极矩的液晶棒状分子在外加电场的作用下其排列发生变化，使得通过液晶显示器件的光被调制﹐从而呈现明与暗或透过与不透过的显示效果。
液晶显示器件中的每个显示像素都可以单独被电场控制，不同的显示像素按照控制信号的“指挥〞便可以在显示屏上组成不同的字符、数字及图形。
因此建立显示所需的电场以及控制显示像素的组合就成为液晶显示驱动器和液晶显示控制器的功能。
50、背照光源：
〔优缺点、技术特征〕
三大主流：
CCFL〔冷阴极荧光灯〕、EL〔电致发光〕和LED〔发光二极管〕CCFL背光源工作原理〔ColdCathodeFluorescentLamp〕
当在灯管两端加高压后，灯管内少数电子高速撞击电极后产生二次电子发射，开场放电，管内的水银受电子撞击后，激发辐射253.7nm的紫外光，产生的紫外光激发涂布在管内壁上的荧光粉而产生可见光，可见光的颜色将根据所选的荧光粉的不同而不同。
CCFL缺点
•CCFL运用水银气体放电来产生照明，非绿色环保材料，存在一定的危险性。
即便是无汞CCFL，采用密闭光管对外力的抗受性有限，较大的冲撞会导致光管破裂。
•为了提升画面亮度，必须增加光管数目，光管过密排置的结果将不利于散热；由于左右空间相间的距离空间缩减，只好从厚度层面来增加散热空间，然而厚度增加等于局部低损LCD-TV的优点——轻薄。
•由于冷阴极荧光灯不是平面光源，因此为了实现背光源均匀的亮度输出，LCD的背光模组还要搭配扩散片、导光板、反射板等众多辅助器件。
即便如此，大局部LCD在全白或全黑显示时，屏幕边缘和中心亮度的差异仍很明显。
•此外，CCFL作为LCD背光源，其使用寿命较短。
绝大局部CCFL在使用2-3年之后亮度衰退非常明显，屏幕出现变黄、发暗现象。
EL优点:
由于电致发光板具有超薄、高亮度、高效率、低功率、低热量、可弯曲、抗冲击、长寿面、多种颜色等特性，因此广泛应用于显示领域。
EL工作原理：
〔ElectroLuminescent〕
通过加在两电极的电压产生电场，被电场激发的电子撞击发光中心，引致电子能级的跃进、变化、复合导致发光的一种物理现象，又称电场发光，简称EL。
CCFL与LED技术比拟
•LED优点：
固体式电子照明，对冲撞的抗受性高于CCFL，且无汞、无UV泄露等顾虑；
LED只需正向低电压驱动，而CCFL需要交流驱动；
LED亮度只需脉波宽度调变方式可调节，并可用同种方式抑制显示上的残影问题，而CCFL那么较复杂，且需另行消除残影。
LED背光的缺点：
〔LightEmittingDiode〕
1.发光效率：
LED不及CCFL
•LED的发光效率已达100lm/W以上，性能提升中。
2.散热问题比CCFL严重
•提高发光效率，降低发热量
•优化器件构造设计
3.LED属于点光型源，与CCFL的线型光源相比更难控制光均匀性
•需对生产出来的LED进展精挑严选，提高了本钱。
52、开口率是指光线能透过的有效区域比例。
•信号走线、TFT本身、存储电容等不透光，且不受调制需加以遮蔽
•定义为有效的透光区域与全部面积的之比
53、透光率估算•从背光板出来的光，会依次通过偏光板、玻璃、液晶、彩色滤光片等。
假设其各自的光穿透率为：
•偏光片：
50%
•玻璃：
95%〔上下两片〕
•液晶：
95%
•彩色滤光片：
27%〔假设三色光〔RGB〕中仅一色通过，故仅剩1/3〕
最终从背光板发出的光线只剩下6%，实在少的可怜！
•因此，尽量提高开口率显得非常重要！
•只要提高开口率，便可增加亮度，同时节省耗电及花费。
第五章等离子体〔PDP〕显示技术
54、等离子体的定义〔Plasma〕
•指分子、原子及被电离后产生的正负电子组成的气体状物质，是一种拥有离子、电子和核心离子的不带电的离子化物质，由光子、电子、基态原子〔或分子〕、激发态原子〔或分子〕以及正离子和负离子等六种根本离子构成的集合体。
•对电荷输运呈现出导体特性，受磁场和温度等因素的影响。
气体放电根底：
•气体放电的伏安特性
PDP通常选择工作正常辉光放电和反常辉光放电区，要串R、L、C确定工作点。
55、特点及分类
•与其他物态的区别主要表达在以下几个方面
等离子体从整体上可以看成是一种导电流体
气体分子间并不存在净电磁力，而等离子体和电离气体带
电粒子间存在库仑力，由此导致带电粒子群的种种集体行
为，如等离子体振荡和等离子体辐射等。
等离子体的粒子温度进展分类
56、冷阴极辉光放电管
各发光区中，发光强度以负辉区最强，正柱区居中，阴极光层和阳极辉光最弱。
正柱区的强度不如负辉区强,但它的发光区域最大,因此对光通量的奉献
也最大。
如日光灯就是利用正柱区发
光，光效高达80lm/W。
PDP由于其放电单元的空间通常很小〔电极间隙约100m〕，放电时只出现阴极位降区和负辉区，所以通常利用的是负辉区的发光，这是其发光效率不高的主要原因之一，目前其光效只有12lm/W。
57、气体放电着火电压的决定因素
〔1〕Pd值的作用
〔巴邢定律:
气体压强和电极间距〕
〔2〕气体种类和成分
〔原子电离能低，满足潘宁电离条件〕
〔3〕阴极材料和外表状况
〔二次电子发射系数越高，着火电压越低〕
〔4〕电场分布的影响
〔影响气体中电子与离子的运动轨迹以及电子雪崩过程〕
〔5〕辅助电离源的影响
〔辅助电离源来加快带电粒子的形成，也可以使着火电压降低；空间带电粒子消失的快慢，将影响放电着火电压的上下。
〕
58、等离子体显示器件构造、原理、特点
彩色AC-PDP的显示原理
PDP显示构造及原理图：
优点：
等离子体技术是一种自发光显示技术，不需要背光源，因此没有
LCD的视角和亮度均匀性问题，而且实现了较高的亮度和比照度。
第六章其他显示技术之激光显示技术
57、激光的产生：
〔产生条件〕
科学家在电子管中以光或电流的能量来撞击某些晶体或原子易受激发的物质，使其原子的电子到达受激发的高能量状态，当这些电子要恢复到平静的低能量状态时，原子就会射出光子，以释放多余的能量；接着这些被放出的光子又会撞击其他原子，激发更多的原子产生光子，引发一连串的连锁反响，并且都朝同一个方向前进，形成强烈而且集中朝向某个方向的光，激光就由此产生。
58、激光的优势：
-色度优势
激光为线谱－－色饱和度高
谱线丰富－－大色域
高强度－－高亮度、大屏幕
方向性好－－高分辨
60、激光显示的特点
色饱和度最高－－－色彩最鲜艳
色度三角形最大－－－色彩最丰富
－－－色域覆盖率高
方向性最好－－－图像更清晰
高功率－－－大屏幕、高亮度
结论：
新一代显示技术----图像复原性好显示色彩最鲜艳、最丰富、最真实
61、LCRT〔LaserCathodeRayTube〕的工作原理：
•LCRT的工作原理除了用半导体激光器代替荧光面板外，激光CRT实质上就是一个标准的投影用阴极射线管。
〔LCRT的根本构造如上图所示。
〕
•半导体材料的两面与镜面相邻接从面形成一个激光器的谐振腔，并与一片衬底相结合从而形成一块激光面板。
用电子束扫描激光面板时，在电子束轰击到的地方就产生出激光来。
这种激发的物理机制和荧光CRT相似，只是产生的是激光而不是荧光。
62、电致发光显示技术
电致发光〔又称电场发光，EL〕是某些物质受到外界电场的作用而发出光，也就是电能转换为光能的现象。
具有这种性能的物质可作为一种电控发光器件。
一般它们是固体元件，具有响应速度快、亮度高、视角广的特点，同时又具有易加工的特点，可制成薄型的、平面的、甚至是柔性的发光器件。
电致发光的种类：
〔1〕注入式电致发光：
注入式电致发光的根本构造是结型二极管〔LED〕；〔2〕本征型电致发光：
又分为高场电致发光与低能电
致发光.（3〕无机电致发光〔4〕有机电致发光〔5〕薄膜型电致发光
〔6〕分散型电致发光
63、OLED发光原理
有机电致发光：
有机半导体发光材料在电场驱动下，通过载流子注入、传输、电子和空穴结合形成激子、进而辐射复合导致发光的现象。
OLED构造：
有机材料的电致发光属于注入式的复合发光。
有机电致发光材料依据在OLED器件中的功能及器件构造的不同，又可以区分为空穴注入层〔HIL〕、空穴传输层〔HTL〕、发光层〔EML〕、电子传输层〔ETL〕、电子注入层〔EIL〕等材料。
64、OLED材料性能要求
1.较高的玻璃化转变温度〔Tg〕；2.电化学性能稳定；
3.热力学和光学性能稳定；4.较高的电子〔或空穴〕迁移率；
5.较高的发光效率；6.易于形成均匀一致的薄膜；
7.容易合成及提纯〔高纯度〕。
65、与LCD相比所具有的优点
•自发光，不需背光源，发光效率高;•直流低电压驱动；
•具有快响应特性（微秒级）；•宽视角（视角超过170度）；
•宽温度特性〔在－40℃～70℃范围内都可正常工作〕；
•易于实现软屏显示。
•由于是有机发光材料，电流驱动，纳米薄膜等，
•对水氧敏感，对ITO薄膜等缺陷敏感，对干净度敏感。
66、场致发光显示器：
FieldEmissionDisplay，FED
FED类别：
•依据电子发射源的不同进展分类
Spindt型〔1〕•圆锥发射体型〔2〕•常见材料：
W、Mo
Nanotip型〔1〕纳米尖锥型〔2〕常见材料：
T〔最被看好之一〕、ZnO、CuO
BSD型〔1〕•弹道电子放射型〔2〕•常见材料：
多孔硅
SED型•外表传导型•常见材料：
PdO〔最被看好之一〕
67、FED的发光原理：
电场-阴极发射电子-荧光粉-可见光。
68、FED与CRT的一样点
利用阴极电子经电场加速而轰击荧光材料发光的主动发型显示器件。
因此，FED具有与CRT相似的显示品质，如高亮度、高比照度、全彩色、高显示容量及低功耗等性能。
FED与CRT的区别点
〔1〕CRT采用热阴极，通过加热阴极材料使其外表电子获得克制外表势垒的能量从而发射出来；而FED采用冷阴极，采用外表功函数较低、电子势很小甚至为负值得材料，使之在外加电场作用下逸出。
因此，FED不但降低了功耗，而且可以瞬时发射电子。
〔2〕CRT的热阴极为点发射源或线发射源，需要通过偏转磁场的作用，才能在显示屏幕上进展扫描而产生显示。
因此，CRT难以实现平板化；而FED的冷阴极为面发射源，可以十分方便地实现平板化和矩阵驱动，无论重量还是体积都大大降低。
〔3〕CRT的加速电场电压通常在1330kV之间；而采用平板构造的FED一般加速电压小于10kV。
另一方面，CRT的消耗电流很小，因此其功耗控制在可承受的范围内；而FED的加速电压较低，要到达与CRT相当地亮度，必然需要较高的消耗电流。
〔4〕阴阳极距离也是两者的主要区别之一。
CRT的阴阳极距离至少在1cm以上，大尺寸CRT甚至到达几十厘米；而FED的阴阳极距离小于3mm。
69、FED器件构造
Spindt型〔金属尖锥〕阴极阵列
70、3D显示技术
3D显示的特征：
•3D〔立体〕显示比二维显示相比，具有以下特点：
（1）信息量更大〔2〕感染力更强、更逼真〔3〕更富实感性、参与性
3D显示的分类
第六章作业
1.激光显示技术可分为哪些类型？
并分别简述其工作原理。
2.请简述电致发光器件的分类及主要特点。
3.论述AMOLED的器件构造及工作原理，当前该技术存在的主要问题是什么？
4.以Spindt构造FED为例，简述FED的根本工作原理，并比拟与CRT技术的异同之处。
5.简述立体显示的根本原理及特点。
第七章照明技术根底
72、几种常用电光源
•白炽灯•卤钨灯•荧光灯•紧凑型荧光灯•高压汞灯
•高压钠灯•金属卤化物灯•氙灯73、三种经典的照明1、荧光2、场致发光3、半导体发光
74、卤钨灯型号标注方法
•第二局部
•FY——表示放映电影用的卤钨灯•FJ——表示冷反射放映卤钨灯
•HD——表示幻灯、投影用幻灯卤钨灯•Z——表示照明用卤钨灯
第八章半导体照明应用之LED技术
74、发光二极管定义
概念：
半导体发光二极管是一类发射波长覆盖了可见光、红外-远红外，构造较简单的半导体发光器件。
LED的发光机理：
•核心构造：
PN结，P区和N区均重掺杂。
•热平衡时P区有较多的迁移率低的空穴，N区有较多的迁移率很高的电子。
由于PN结阻挡层的限制，常态下，二者不能发生自然复合；而当外加电压时，沟区导带中的电子可越过PN结的势垒进入到P区一侧。
于是在PN结附近稍偏于P区一边的地方，处于高能态的电子向价带跃迁时，便发生光复合。
•这种光复合发出的光属于自发辐射，辐射光的波长取决于材料的禁带宽度Eg，即λ=1.24um·ev/Eg由于不同材料制成的LED具有不同的禁带宽度，故可发出不同波长的光。
•电子由导带向价带跃迁时以光的形式释放能量，大小为禁带宽度Eg，由光的量子性可知，hf=Eg（h为普朗克常量,f为频率，据f=c/λ,可得λ=hc/Eg,当λ的单位用mm,Eg单位用ev时，上式为λ=1.24mm·ev/Eg〕
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