平板显示器技术

显示技术是多学科交叉综合技术，是信息时代重要的标志之一。

1897年，德国的布朗发明了阴极射线管（CRT）（Cathode Ray Tube）的雏形。

CRT的缺点：从大屏幕显示方面来讲，100cm以上的CRT质量要超过100kg，体积大，搬动困难，不能适应现代家庭对高清晰度电视（HDTV）和现代战争对大屏幕显示器的要求。

在这种情况下平板显示技术应运面生，而且获得了迅速发展。

平板显示在国际上尚没有严格的定义，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，平板显示因此而得名。

1-2 平板显示器的种类及其特性平板显示器因其结构上，与传统的显示器有很大的不同，因而平板显示器的种类，也因基本原理、元件结构和去方式的变化，而有不同的分类，而且其物理特性也是各有不同的表示。

平板显示器依其光源机制(应用层面)，可分为：▪直视型(Direct V iew)▪反射型(Reflective)直视型▪发光型▪非发光型反射型▪液晶平板显示器1-2-1 平板显示器的种类区分发光型平板显示器▪交流或直流电式的等离子体平板显示器▪有机或无机电致发光平板显示器▪发光二级管平板显示器▪冷阴极电子发射型平板显示器非发光型平板显示器▪二端子型的薄膜二级管元件▪金属绝缘金属元件▪三端子型的非晶硅的或高溫/低溫多晶硅的薄膜电晶体元件反射式的液晶平板显示器早期所使用之LCD如笔记型电脑的TFT-LCD面板均为穿透式平板显示器，附有一个级为耗损电量的背光源模组，藉由电压控制液晶的排列，进而调节穿透光线的强度，当使用于户外明亮的环境时，背光源模组的光强度较周边环境的光线为弱時，就会造成影像画质的劣化。

一般简单型反射式平板显示器，亦就是无所謂的背光源模组，藉由液晶分子调制反射光的强度，并用以显示所需的信息，因而既省电量，同時也非常适合于强光环境下使用。

反射式彩色高解析度之薄膜液晶平板显示器因应而生。

平板显示的种类较多，按显示媒质和工作原理分：有液晶显示（LCD）、等离子体显示（PDP）、电致发光显示（ELD）等。

从目前的技术发展水平看，CRT每个像素的性能价格比要比其他显示器件高得多，LCD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，是发展多媒体显示，壁挂式电视和HDTV最有竞争力的显示技术。

随着RGB激光技术的迅速发展，激光电视技术已向我们靠近，它具有色域宽，色彩更逼真，且成像面积大的特点，是公众媒体及娱乐场所多媒体显示的又一发展方向。

本章介绍几种主要的显示技术。

人眼的生理特性眼睛的內部结构眼球壁(三层): 1.巩膜Sclera•保持眼球的形狀•保护易受损的内层•让眼肌附在巩膜表面• 2.脉络膜Choroid含有很多血管和黑色素•血管为眼球提供营养素和氧, 将代谢废物移走•黑色素可吸收光线, 减少眼球內的光反射3. 视网膜Retina•含感光细胞•视杆Rods 负责黑白视觉(不能分別颜色)•视锥Cones 分辨颜色黄点Y ellow spot•满布视锥细胞•沒有视杆细胞•能准确地分析影像的颜色和提供清晰的影像盲点Blind spot•视神经由此离开眼球•沒有任何感光细胞 不能侦查任何影像角膜Cornea•巩膜伸延至眼球前端形成角膜•受结膜conjunctiva 保护•容许光线通过•将光线折射到视网膜上瞳孔Pupil•虹膜中央的小孔, 容许光线通过进入眼球虹膜Iris•脉络膜的前端形成虹膜•含有色素•控制瞳孔的大小晶体Lens•透明, 富弹性, 变凸的结构•可改变凸度, 控制进入眼球的光线折射程度•将光线聚焦在视网膜上悬韧带Suspensory ligaments•将晶体固定在眼球內睫狀体Ciliary body•控制睫狀肌收缩或放松可使晶体的凸度增加或减少前室Anterior chamber•充满水状液–折射光线到视网膜上–维持眼球的形狀–为结膜, 角膜和晶体提供营养素后室Posterior chamber•充满玻璃状液–折射光线到视网膜上–维持眼球的形状视神经Optic nerve•将神经脉冲送到位于大脑皮层的视觉中心翻译光学过程＋化学过程＋神经处理过程客观景物（发光体或者散射体）发出的光束，携带光能量进入左右眼睛并同时作用在视网膜上引起视感觉。

光刺激在视网膜上经神经处理产生的神经冲动（电流脉冲）沿视神经纤维传到大脑皮层，产生视知觉。

•锥体和杆体细胞锥体细胞：分布在视网膜中央，是明视觉器官，能分辨颜色，能辨别细节。

杆体细胞：分布在较边缘部分，对弱光反应灵敏，不能感受颜色，不能辨别精细物像。

我们俗语所说的“黑眼珠”和“白眼球”分别应当是眼球的哪部分结构？―黑眼珠‖：虹膜；“白眼球”：巩膜可觉察的最小亮度韦伯定律在均匀亮度背景下，（韦伯－费赫涅尔系数）。

其中，B 是背景亮度，是人眼差。

说明人眼的亮度感觉不仅与物体自身亮度有关，还与周围环境亮度有关。

一般地，背景越亮，越不易分辨•暗适应和明适应暗适应的两种基本过程亮→暗：慢（10～30秒左右）1、瞳孔大小变化2、视网膜感光物质的变化：中央视觉变为边缘视觉明适应的两种基本过程暗→亮：快（1～2秒左右）1、瞳孔大小变化2、杆体细胞作用转为锥体细胞作用光谱光效率函数眼睛的灵敏度与波长的依赖关系，称为光谱光视效率。

所谓光谱光效率函数就是达到同样亮度时，不同波长所需能量的倒数，即V（）=1/E。

人眼视觉特性视敏度的定义在相同亮度感觉的情况下，测出各种波长光的辐射功率。

辐射功率越大，说明人眼对该波长的光越不敏感，辐射功率越小，人眼对该波长的光越敏感。

习惯上定义辐射功率的倒数为光谱光视效率函数相对视敏度曲线（光谱响应曲线）明亮环境下，对黄绿光视敏度的归一化曲线观察视敏度曲线可以发现：在等能量分布的光谱中，人眼感觉最暗的是红色，其次是蓝色和紫色，感觉最亮的是黄绿色（波长为555nm）。

人眼亮度感觉特性谱尔金效应不同亮度下，人眼的视敏度曲线会发生变化。

弱光条件下，视敏度曲线会向左移。

源于视网膜内锥状细胞和柱状细胞的不同工作特点问：明视觉、暗视觉光谱光效率函数的含义是什么?人眼对不同色光感受性不一样，可用光谱光效率函数来表征，并用光谱光效率曲线来表示。

所谓光谱光效率函数就是达到同样亮度时，不同波长所需能量的倒数。

由于视网膜包含两种不向的感光细胞，在不同照明水平时，V(λ)函数会发生变化。

当亮度大于3cd/m2时，为明视觉，锥体细胞起主要作用，V(λ)的峰值产生在0.55—0.56μm部位；当亮度小于0.03cd/m2时，为暗视觉，杆体细胞起主要作用，V(λ)的峰值向短波方向移动，相当于0.50—0.51μm的蓝绿色部位。

人眼分辨力：对景物细节的分辨能力。

一般将被观察物体上刚能分辨的最近邻两黑点或两白点的视角的倒数称为人眼的分辨力。

P15：分辨率1’，0.03mm是分辨极限•分辨力•分辨力是指人眼在观看景物时对细节的分辨能力。

对人眼进行分辨力测试的方法•如图1-4所示，在眼睛的正前方放一块白色的屏幕，屏幕上面有两个相距很近的小黑点，逐渐增加画面与眼睛之间的距离，当距离增加到一定长度时，人眼就分辨不出有两个黑点存在，感觉只有一个黑点，这说明眼睛分辨景色细节的能力有一个极限值。

•我们将这种分辨细节的能力称为人眼的分辨力或视觉锐度。

•分辨力的定义是：眼睛对被观察物上相邻两点之间能分辨的最小距离所对应的视角θ的倒数，即分辨力=1/视角第一章彩色与视觉特性•人眼的最小视角取决于相邻两个视敏细胞之间的距离。

对于正常视力的人，在中等亮度情况下观看静止图像时，θ为1～1.5′。

•分辨力在很大程度上取决于景物细节的亮度和对比度，当亮度很低时，视力很差，这是因为亮度低时锥状细胞不起作用。

但是亮度过大时，视力不再增加，甚至由于眩目现象，视力反而有所降低。

•此外，细节对比度愈小，也愈不易分辨，会造成分辨力降低。

在观看运动物体时，分辨力更低。

•人眼对彩色细节的分辨力比对黑白细节的分辨力要低，例如，黑白相间的等宽条子，相隔一定距离观看时，刚能分辨出黑白差别，如果用红绿相间的同等宽度条子替换它们，此时人眼已分辨不出红绿之间的差别，而是一片黄色。

•实验还证明，人眼对不同彩色，分辨力也各不相同。

如果眼睛对黑白细节的分辨力定义为100%，则实验测得人眼对各种颜色细节的相对分辨力用百分数表示如表1-1所示一般将人眼亮度感觉变化滞后于实际亮度变化，以及视觉暂留特性，总称为视觉惰性。

视觉惰性是人眼的重要特性之一，它描述了主观亮度与光作用时间的关系。

图1-5 人眼的视觉惰性(a) 作用于人眼的光脉冲亮度；(b) 主观亮度感觉如果光脉冲频率不高，会使人眼产生一明一暗的闪烁感觉，长期观看容易疲劳。

与视觉惰性紧密联系的还有临界闪烁频率，它是指刚好不引起闪烁感觉的最低频率。

•不引起闪烁感觉的最低重复频率，称为临界闪烁频率。

临界闪烁频率与很多因素有关，其中最重要的是光脉冲亮度，随着光脉冲亮度的提高，临界闪烁频率也会提高。

•临界闪烁频率还与亮度变化幅度有关亮度变化幅度越大，临界闪烁频率越高。

人眼的临界闪烁频率约为46 Hz。

对于重复频率在临界闪烁频率以上的光脉冲，人眼不再感觉到闪烁，这时主观感觉的亮度等于光脉冲亮度的平均值。

不同频率显示图像对人眼的造成的不同感觉。

一般在电影播放中每秒放24幅固定的画面，电视每秒传送25～30幅图像，就可以使人眼感觉为连续活动的图像。

当人眼接受光刺激后，不但有延时效应，而且有暂留现象。

在眼睛接受光脉冲刺激之后，大约要过百分之一秒，才达到响应的最大值。

其残留时间大约为0.1秒。

闪烁消失时对应的频率称为临界闪烁频率。

临界频率的影响因素：（1）光信号强弱，n=alogL+b；（2）发光面积，n=clogA+d；（3）视网膜的部位；（4）光的颜色；（5）背景光。

光度学与色度学物体的发光方式：热光：又叫热辐射，是指物质在高温下发出的光。

冷光：某种能源在较低温度时所发出的光。

发冷光时，某个原子的一个电子受外力作用从基态激发到较高的能态。

由于这种状态是不稳定的，该电子通常以光的形式将能量释放出来，回到基态。

白炽灯：当钨丝在真空或是惰性气体中加热至很高的温度，就会发出白光。

生物发光：萤火虫化学发光：荧光粉阴极射线发光：荧光灯、金卤灯场致发光：无极灯电致发光：LED电致发光原理：电场的作用激发电子由低能态跃迁到高能态，当这些电子从高能态回到低能态的时候，根据能量守恒原理，多余的能量将以光的形式释放出来。

光的本质是什么？•光是一种能量的形态，是一种电磁波。

•在同一介质中，能量从能源出发沿直线向四面八方传播,这种能量传递的方式通常叫做辐射。

•通常可以用波长来表达人眼所能感受到的可见光的辐射能量。

光的特性光是一种电磁波！在真空的速度是每秒30万公里•波长在380～780nm范围内的电磁波能够使人眼产生颜色感觉，称为可见光。