光电显示技术期末复习资料.docx
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光电显示技术期末复习资料
光电显示技术期末复习资料
第一章绪论
1、显示:
就是对信息的表示。
2、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.
3、亮度：
垂直于传播⽅方向单位面积（S*cosθ）上的发光强度称为亮度,符号为L，单位为cd/m²。
4、光通量:
单位时间发出的光量。
5、光照度：
单位受光面积上所接受的光通量。
6、发光强度:
光源在给定方向的单位立体角辐射的光通量.
7、对比度:
画面上最大亮度和最小亮度之比。
8、灰度：
画面上亮度的等级差别.
9、分辨率:
单位面积显示像素的数量。
10、点距：
荧光屏上两个临近的同色的荧光点的直线距离，即两个红色（或绿色、蓝色）像素单元之间的距离.
11、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。
12、暗适应：
从明亮环境到黑暗环境变化的逐渐习惯过程，称为暗适应。
13、视觉惰性:
在外界光的作用下，感光细胞内敏感物质经过曝光染色过程是需要时间的，响应时间约40ms；当外界光消失后，亮度感觉还会残留一段时间，约100ms。
人眼的这一特性称为视觉惰性。
14、三基色：
可以混合出任意颜色的三个确定的相互独立的基色。
分别红光R；绿光G；蓝光B。
混合：
红+绿=黄；绿+蓝=青；红+蓝=紫；红+绿+蓝=白
15、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。
16、显色指数:
光源对物体的显色能力称为显色指数.
17、场频：
垂直扫描频率即屏幕垂直刷新率,常以Hz为单位，表示屏幕的图像每秒钟重复描绘多少次，也就是指每秒钟屏幕刷新的次数。
18、行频：
水平扫描频率,指电子枪每秒钟在屏幕上扫过的水平线数。
单位一般是KHz。
19、电光效应:
通过电学方法，产生光变化的现象称为液晶的电气光学效应,简称电光效应。
20、扫描：
文字及图像画面都是由一个个称为像素的点构成的，使这些点顺次显示的方法称为扫描。
21、激光：
通过受激发射的放大光。
22、色温：
光源的辐射在可见区和绝对黑体的辐射完全相同时，此时黑体温度就称为此光源色温。
23、激光投影显示:
由激光射出的光束，经过光学处理后,成像投影至屏上。
24、场致发射显示器件：
即场致发射阵列平板显示器。
简述题：
1、光电显示器件有哪些分类？
【作业题】
答:
（1）根据收视信息的状态可分为三种：
①直观型：
电子束型、平板型、数码显示器件；②投影型：
前投式、背投式；③空间成像型:
主动发光型、被动发光型。
（2）根据显示原理可分为：
阴极射线管（CRT）、真空荧光管（VFD）、液晶显示器（LCD）、等离子显示器（PDP）、发光二极管（LED）、场致发射显示器（FED）、激光显示器（LPD）等.
2、表征显示器件的主要性能指标有哪些？
【作业题】
答：
像素、亮度、亮度均匀性、对比度、灰度、分辨率、响应时间、余辉时间、清晰度、解析度、收看距离、周围光线环境、图像的数据率等.
3、简述色彩再现原理。
【作业题】
答：
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。
用红色（R）、绿色（G）、蓝色（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.②色彩再现：
RGB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.③色彩再现过程：
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.
彩色再现是对人眼视觉特性的巧妙利用,荧光屏上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。
4、人眼的视觉特性
答：
光谱效率、视觉二重功能、暗适应、明适应、视觉惰性、闪烁
5、简述人眼的视觉原理。
答：
人眼由瞳孔、角膜、虹膜、晶状体和视网膜等组成。
角膜用于承担视网膜上成像所需光线折射；虹膜紧贴晶状体中心有一个瞳孔，用于调节进入眼睛的光通量。
晶状体用于调节焦距，以便在视网膜上成不同距离景物的像，视网膜上分布有杆状和锥状细胞。
第二章液晶显示技术（LCD）
1、液晶：
在某一温度范围内,从外观看属于具有流动性的液体，同时又具有晶体的各向异性的物质。
液晶是白色浑浊的黏性液体，分子形状为棒状。
2、液晶显示器分为：
扭曲向列型TN—LCD、超扭曲向列型STN-LCD、薄膜晶体管型TFT-LCD等.
3、驱动方式：
静态，动态，有源矩阵,光束扫描
4、LCD静态驱动：
在相对应的一对电极间连续外加电场或不外加电场.根据此电信号，同相时液晶上无电场，LCD处于非选通状态。
反相时，液晶上施加了一矩形波.当矩形波的电压比液晶阈值高很多时,LCD处于选通状态。
当液晶显示器件上显示像素众多时，通过矩阵型的结构,即把水平一组显示像素的背电极都连在一起引出，称之为行电极，把纵向一组显示像素的段电极都连接起来一起引出，称之为列电极。
在液晶显示器上每一个显示像素都由其所在的列与行的位置唯一确定。
在驱动方式上相应地采用了类同于CRT的光栅扫描方法。
5、LCD动态驱动：
是循环地给行电极施加选择脉冲,同时所有为显示数据的列电极给出相应的选择或非选择的驱动脉冲，从而实现某行所有显示像素的显示功能，这种行扫描是逐行顺序进行的，循环周期很短,使得液晶显示屏上呈现出稳定的图象.
简述题:
1、简述液晶的种类与特点.【作业题】
答：
种类分为：
①溶致液晶:
有些材料在溶剂中，处于一定的浓度区间时便会产生液晶,这类液晶称之为溶致液晶。
②热致液晶：
把某些有机物加热熔解，由于加热破坏了结晶晶格而形成的液晶称为热致液晶。
液晶的特点：
①低压微功耗②平板型结构③被动显示型
显示信息量大
易于彩色化
无电磁辐射
寿命长
2、简述热致液晶分类和特点.【作业题】
答：
按照棒形分子排列方式把热致晶体分为三种:
向列相液晶，近晶相液晶，胆甾相液晶.
（1）向列相液晶主要特点：
具有单轴晶体的光学性质，对外界作用非常敏感，是液晶显示器件的主要材料。
（2）近晶相液晶主要特点:
具有正性双折射性，因此,近晶相液晶显示器件比向列相液晶显示器件的特性更优越.
（3）胆甾相液晶主要特点：
具有明显的旋光性、圆偏振光二向色性以及选择性光散射等特殊光学性质。
因此，常将胆甾相液晶作为控制液晶分子排列的添加剂或直接作为变色液晶膜.
3、试述液晶显示器的特点。
答：
（1）低压、微功耗
（2）平板型结构（3）被动显示型（4）显示信息量大（5）易于彩色化（6）无电磁辐射（7）长寿命
4、什么是液晶的电光效应？
【作业题】
答:
液晶分子在某种排列状态下，通过施加电场，将向着其它排列状态变化，液晶的光学性质也随之变化。
这种通过电学方法，产生光变化的现象称为液晶的电气光学效应，简称电光效应。
5、LCD显示产生交叉效应的原因是什么?
用什么方法克服交叉效应?
【作业题】
答：
液晶单元是容性负载,是无极性的，即正压和负压的作用效果相同.在液晶显示器的多路驱动中,当一个像素上施加电压时，附近未被选中的像素上也会有一定电压。
当所施加的电压大于阈值电压较多，而液晶显示器的电光曲线又不够陡时，附近未被选中的像素也会部分呈现显示状态，这就是液晶显示器在无源多路驱动时固有的交叉效应.
克服交叉效应的方法:
①平均电压法：
将半选择点上的电压和非选择点上的电压平均化。
②最佳偏压法：
增加选择点与半选择点间的电压差。
（3）有源电路驱动：
使每个像素独立驱动。
6、液晶有哪些主要的物理特性?
【作业题】
答：
液晶特点是同时具有流动性和光学各向异性。
物理特性包括：
有序性、对称性、曲率弹性、介电各向异性、磁化率各向异性、折射率各向异性、电导率各向异性、粘滞性。
7、简述TFT—LCD的工作原理.
答：
TFT液晶显示器是普通TN型工作方式。
在下基板上要光刻出行扫描和列寻址线，构成一个矩阵，在其交点上制作出TFT有源器件和像素电极。
同一行中与各像素串连的场效应管（FET）的栅极是连在一起的.而信号电极Y将同一行中各FET的漏极连在一起.而FET的源极则与液晶的像素电极相连.为了增加液晶像素的驰豫时间,还对液晶像素并联上一个合适电容。
当扫描到某一行时，扫描脉冲使该行上的全部FET导通.同时各列将信号电压施加到液晶像素上,即对并联电容器充电.这一行扫描过后，各FET处于开路状态，不管以后列上信号如何变化，对未扫描行上的像素都无影响，即信号电压可在液晶上保持接近一帧时间，使占空比达到百分之百，而与扫描行数无关。
8、简述TN-LCD的基本结构及工作原理。
【作业题】
基本结构：
LCD由以下几层构成并按下面的顺序排列:
极性过滤器、薄玻璃板、电极、配列层、液晶、配列层、电极、薄玻璃板、极性滤器。
工作原理：
在不加电压的情况下，入射光经过偏光片后通过液晶层,偏光被分子扭转排列的液晶层旋转90度。
在离开液晶层时，偏光方向恰与另一偏光板的方向一致，所以光线能顺利通过，在这种情况下，液晶层相当于是透明的，可以看到反射基板的透明电极。
当加一个电压时，液晶分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转，使器件不能透光。
在这种情况下,由于没有光反射回来,也就看不到反射板的电极，于是在电极部位出现黑色。
加电将光线阻断（有显示），不加电则使光线射出（无显示）。
因此，只要将电极制成不同的字的形状，就可以看到不同的黑色字。
这种黑字,不是液晶的变色形成的，而是光被遮挡或被穿透的结果。
综上所述，TN液晶显示屏的显示原理是：
液晶棒状分子在外加电场的作用下，其排列状态发生变化,使得穿过液晶显示器件的光被调制（即透过与不透过）,从而呈现明与暗的显示效果.也就是说,通过控制电压的大小,改变液晶转动的角度和光的行进方向,进而达到改变字符亮度的目的.
9、液晶显示器驱动方法有哪几种方式？
答：
静态驱动、简单矩阵驱动、有源矩阵驱动、光束扫描驱动4种方式。
10、液晶显示控制器有哪些特性？
【作业题】
答：
控制器可分为—-接口部、控制部、驱动部、指令集。
接口部：
简洁的计算机接口;控制部：
具备一整套完整的逻辑控制电路和时序发生器，可实现各种显示功能控制；驱动部:
具备液晶显示驱动器工作所必须的扫描时序信号的生成以及发送能力和现实数据的传输能力；指令集：
具备功能齐全的控制指令集。
11、自然光和偏振光的区别是什么？
简述偏振光的分类及线偏振光的特点。
【作业题】
答：
自然光和偏振光的区别是，自然光不显示出偏振性而偏振光具有偏振性。
偏振光分为：
自然光、椭圆偏振光、圆偏振光、部分偏振光.线偏振光的特点是：
在传播过程中,它在垂直于传播方向的平面上，光矢量的端点轨迹是一直线。
12、LCD结构和显示原理。
【重要】
LCD结构截面图
LCD显像原理
（1）结构
将设有透明电极的两块玻璃基板用环氧类黏合剂进行封合，并把液晶封入其中而成，与液晶相接的玻璃基板表面有使液晶分子取向的膜，一侧玻璃基板内面与像素相对应,设有三基色彩色滤光片。
（2）液晶的物理性质：
通电时导通,排列有序，使光线容易通过。
（3）显示原理
液晶本身不发光，故在显示屏两边都设有作为光源的灯管,而在液晶显示屏背面有一块背光板和反光膜。
背光板提供均匀的背景光源。
背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。
液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中,一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。
在玻璃板与液晶材料之间有透明电极，电极分为行和列,在行与列的交叉点上,通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。
在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分.
LCD是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间.这两个平面上的槽互相相交成90°.而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90°扭转的状态。
由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90°。
此时,由于液晶前后的两块偏振片方向垂直，所以正好光可以透过。
但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转.因为偏振方向垂直,此时光线正好无法通过第二块偏振片，处于光线阻断状态.
12、普通矩阵LCD的驱动技术.动态驱动器原理（点矩阵式），行列脉冲序列（5×7点阵为例）
行
列
选通
未选通
选通
未选通
V1
V5
V6
V4
V6
V2
V1
V3
平均电压值法计算行列差值电压公式：
V3=VCC-2V0/5;V4=VCC-3V0/5；V5=VCC-4V0/5;V6=VCC-V0。
V0值的选择由液晶显示器件的阈值电压确定。
第四章发光二极管LED和有机发光二极管OLED显示技术
1、电致变色：
施加电压后物质发生氧化还原反应使颜色发生可逆性的变色现象。
2、有机发光二极管：
基于有机材料的一种电流型半导体发光器件.
3、发光二极管：
当在其整流方向施加电压时，有电流注入，电子与空穴复合,其一部分能量变换为光并发射的二极管。
4、LED特点：
电光效率高、体积小、寿命长、电压低、节能和环保。
5、驱动方式：
直流驱动、恒流驱动、脉冲驱动。
简述题：
1、简述有机发光二极管显示器发光过程。
答：
①在外加电场作用下载流子的注入：
电子和空穴分别从阴极和阳极向夹在电极之间的有机功能薄膜注入;②载流子传输和复合:
注入的电子和空穴分别从电子传输层和空穴输送层向发光层迁移。
③载流子的复合：
电子和空穴复合产生激子；④激子迁移:
激子在电场作用下迁移,能量传递给发光分子，并激发电子从基态跃迁到激发态；⑤电致发光：
激发态能量通过辐射跃迁,产生光子,释放出能量.
2、以ITO阳极－空穴传输层－发光层－电子传输层－金属阴极结构OLED为例说明每一功能层的作用，并简述其工作原理。
答：
空穴传输层（HTL）负责调节空穴的注入速度和注入量，电子传输层（ETL）负责调节电子的注入速度和注入量，注入的电子和空穴在发光层中因库仑相互作用，结合在束缚状态中形成激子，激子衰变辐射出光子。
阳极ITO起到导电和空穴注入电极的作用，金属阴极起到导电和电子注入电极的作用.
3、简述影响OLED发光效率的主要因素和提高发光效率的措施.
答：
影响OLED发光效率的主要因素有：
①注入效率和均衡程度②载流子迁移率③激子荧光量子效率④单线态激子形成概率⑤能量转移。
提高发光效率的措施有：
①选择合适电极和有机层材料，提高载流子注入效率和均衡程度②采用薄膜结构和载流子传输层提高两种载流子的迁移率，并且使两者相差较小③改善器件的界面特性，提高器件的量子效率④利用能量转移提高发光效率⑤开发三线态电致发光材料。
4、OLED如何实现彩色显示?
答：
方式a是分别制备红、绿、蓝（即R、G、B）三原色的发光中心,然后调节三种颜色不同程度的组合，产生真彩色。
红、蓝、绿三色独立发光是目前采用最多的发光模式.
方式b是首先制备发白光的器件，然后通过滤色膜得到三原色，重新组合三原色从而实现彩色显示。
方式c是首先制备发蓝光的器件,然后通过蓝光激发其他层材料分别得到红光和绿光，从面进一步得到彩色显示。
由于必须加入显示全彩的色转换层物质，发光效率较差。
方式d是首先制备发白光或近于白光的器件，然后通过微腔共振结构的调谐，得到不同波长的单色光，然后再获得彩色显示.
方式e采用堆叠结构,将采用透明电极的红、绿、蓝发光器件纵向堆叠，从而实现彩色显示。
较普及的全彩技术主要为方式a、b、c前三种;
5、简述LED工作原理。
答：
LED主要由PN结芯片、电极和光学系统等组成。
由支架、银胶、晶片、金线、环氧树脂五种物料封装而成。
工作原理：
是一个电光转换过程。
当一个正向偏压施加于PN结两端，由于PN结势垒的降低,P区的正电荷将向N区扩散,N区的电子也向P区扩散，同时在两个区域形成非平衡电荷的积累.由于电流注入产生的少数载流子是不稳定的，对于PN结系统,注入到价带中的非平衡空穴要与导带中的电子复合，其中多余的能量将以光的形式向外辐射,电子和空穴的能量差越大，产生的光子的能量就越高。
能量级差大小不同,产生光的频率和波长就不同,相应的光的颜色就不同。
6、简述LED驱动方式。
答:
按驱动方式分为：
恒流式、稳压式.按电路结构方式分为：
电阻或电容降压方式、常规变压器降压方式、电子变压器降压方式、RCC降压方式开关电源、PWM控制方式开关电源.
7、OLED的结构与工作原理.
结构分为:
基层、阳极、有机层、导电层、发射层、阴极。
工作原理:
在外界电压的驱动下，由阴极的电子和阳极的空穴分别从电子传输层和空穴传输层向有机发光层迁移，在有机层中复合，释放能量,有机发光物质分子受到激发,跃迁到激发态，受激分子从激发态回到基态时产生发光现象。
8、OLED的特点有哪些？
优点：
发光效率高、具有自发光特性、轻薄、可视角度更大、低功耗。
缺点：
电磁干扰.
第六章激光显示技术（LDT）
1、电光调制：
电光调制的物理基础是光电效应。
光电效应是指物质的折射率因外加电场而发生变化的一种效应。
可做成光调制器件、光偏转器件和电光滤波器件。
分类：
①线性光电效应：
折射率随外加电场呈线性变化。
②二次光电效应:
折射率随外加电场平方成比例变化.
2、声光调制原理：
超声波是一种弹性波，在介质中传播时，引起介质疏密程度交替变化，折射率也发生变化。
所以超声波可看成是超声光栅，光栅常数等于声波波长.入射光进入介质时被光栅衍射,且衍射光的强度、频率、方向都受超声场影响.
3、激光显示优点：
高方向性和空间相干性、高单色性和时间相干性、高亮度和光子简并度
简述题：
1、激光具有哪些特性？
高方向性和空间相干性；单色性和时间相干性；高亮度和光子简并度。
2、激光用于显示具有哪些优势?
（1）激光发射光谱为线谱,色彩分辨率高，色饱和度高，能够显示鲜艳而且清晰的颜色;
（2）激光可供选择的谱线很丰富，能够用来显示丰富的色彩；
（3）激光方向性好，易实现高分辨显示；
（4）激光强度高，可实现高亮度、大屏幕显示。
第七章新型光电显示技术
1、场致发射显示（FED）结构及工作原理。
结构：
FED显示器是一个真空电子器件，它由两块平板玻璃，周边用特殊的玻璃封接而成。
阳极板上有红、绿、蓝三基色荧光粉条，它们之间由黑矩阵隔开。
阴极板上有行列寻址的微尖场发射阵列和栅极。
每一个像素由相交的金属带行列的交叉点所选通，而每一个像素中包含有大量的微尖。
阳极板和阴极板之间有支撑结构，以抵抗大气压.
工作原理：
电子由与荧光屏大小相同的场发射阴极阵列发出，每个荧光粉发光点对应一个场发射阴极.阴极发射电流由行和列电极上的电压控制，发光是逐行进行的。
因此每个阵列阴极的发射电流远远小于CRT中的电子束流.由场发射阴极构成行电极,控制栅极构成列电极。
在阴极一栅极之间加有低于100V的电压,被选通的发射极将在加电压的瞬间发射电子，电流密度很低，驱动电路复杂，因此功耗很低。
2、真空荧光显示器（VFD）结构及工作原理。
结构：
由阴极、阳极和栅极这三个基本电极组成。
这三个电极被封在高真空环境的玻璃管子里构成了VFD显示器.
工作原理：
通过电极引线施加驱动电压使之工作，阴极发射的电子经栅极和阳极所加的正电压而加速，并激励涂覆于阳极上的荧光粉而发光。
首先在各个电极上施加额定电压时，阴极灯丝加热至650℃,则从阴极上释放出热电子。
栅极位于阴极和阳极之间，热电子获得加速向阳极方向扩散，能否扩散到阳极决定于栅极电位相对于阴极是正电位还是负电位。
栅极上加上正电压，可加速并扩散自灯丝所放射出来的电子，将之导向阳极，使阳极发光；相反地，如果加上负电压，则能拦阻游向阳极的电子，使阳极消光。
必要条件是在阳极上施加正向电压.即栅极和阳极同时施加正向电压时才能产生发光显示.
第八章大屏幕显示技术
1、投影显示的分类
按工作原理，投影机可分为：
投影管式、光阀式和激光式。
根据成像器件核心技术的不同分为:
CRT（阴极射线管投影机）、LCD（液晶投影机）、LCOS（反射式液晶投影机）和DLP（数字光学处理器投影机）四种主要类型.CRT和LCD投影机采用透射式投射方式，DLP和LCOS投影机采用反射式投射方式。
2、LCOS投影机特点：
开口率大，光能利用好、利于大量生产，成本相对较低、高分辨率，1280×1024。
简述题：
1、DLP特点及工作原理
特点：
结构紧凑、光效率高、高对比度、寿命长、没有汇聚问题、响应速度快。
工作原理：
以DMD数字微反射器作为光阀成像器件。
DMD投影机根据反射镜片的多少可以分为单片式，双片式和三片式。
以单片式为例，DLP能够发生色彩是由于放在光源路径上的色轮光源发出的光通过会聚透镜到黑色滤色片产生RGB三基色，包括不可胜数微镜的DMD芯片，将光源发出的光通过快速转动的红、绿、蓝过滤器投射到一个镶有微镜面阵列的微芯片DMD外表，这些微镜面以每秒5000次的速度转动，反射入射光，经由整形透镜后通过镜头投射出画面.
所有文字图象就是经过这块板发生一个数字信号，一个DLP电脑板由模数解码器、内存芯片、一个影象处置器及几个数字信号处置器组成。
然后，数字信号转到DLP系统的心脏DMD而光束通过一高速旋转的三色透镜后，被投射在DMD上，然后通过光学透镜投射在大屏幕上完成图像投影.
2、LCOS特点及工作原理
特点：
LCOS具有利用光效率高、体积小、开口率高、制造技术较成熟等特点，它可以很容易的实现高分辨率和充分的色彩表现。
工作原理：
LCOS利用CMOS半导体制程，将电路及平面的反射镜做在非常平滑的硅芯片上做为基础，然后在此平面的硅基上涂布LCD，并将液晶着床于硅芯片之上，然后再覆上一片非常薄的玻璃.实际应用时，是把光线由外部投射至芯片之上,再由芯片上面那层LCD的明暗变化来决定要反射多少的光线出去，而此一反射率之变化则是受到影像讯号的调制；因此,只要把影像讯号加诸于硅芯片,经由芯片反射出来的光线就会随着视讯产生变化，此一变化再经由透镜投射至银幕，就变成可以观赏的投影机画面了.
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