光电子技术(2)(光电子发光与显示技术).pdf

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1、光电子技术光电子技术 精品课程精品课程电子科学与技术电子科学与技术电子科学与技术电子科学与技术 精密仪器与光电子工程学院精密仪器与光电子工程学院精密仪器与光电子工程学院精密仪器与光电子工程学院光电子技术光电子技术(2)(2)(光电子发光与显示技术光电子发光与显示技术) )目录及绪论目录及绪论目录及绪论目录及绪论1考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程目目 录录1 阴极射线管显示阴极射线管显示 1 1.1、黑白CRT 2 1.2、彩色CRT 6 2 半导体发光显示器件（半导体发光显示器件（LED） 17 2.1、P-N结发光原

2、理 18 2.2、LED的伏安特性 19 2.3、亮度与电流关系 19 2.4、LED的驱动 20 2.5、LED光源的特点 20 2.6、单色光LED的种类及其发展历史 21 2.7、单色光LED应用 21 2.8、白光LED的开发 232考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程3 液晶显示器件（液晶显示器件（LCD） 23 3.1、液晶基本知识 24 3.2、液晶的光电特性 26 3.3、动态散射（DS-LCD）型液晶显示器件 28 3.4、扭曲向列液晶显示器件（TN-LCD） 28 3.5、超扭曲向列液晶显示器件（STN

3、-LCD） 30 3.6、有源矩阵液晶显示器件（AM-LCD） 31 3.7、背照灯 33 4 等离子显示器件（等离子显示器件（PDP） 34 4.1、气体放电的物理基础 35 4.2、等离子体显示板工作原理 37 4.3、PDP驱动方式 37 4.4、驱动方式和灰阶 383考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程5 电致发光及场致发光器件（电致发光及场致发光器件（OLED） 39 5.1、高场交流电致发光显示 40 5.2、高场薄膜电致发光(TFEL) 40 5.3、OLED 41 6 激光显示技术激光显示技术 44 6.1

4、、LCRT(Laser Cathode Ray Tube) 45 6.2、激光光阀显示 46 6.3、点扫描激光电视 47 习题和思考题习题和思考题 4考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程绪绪 论论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。百余年来，CRT 一直占据了光电显示的主导地位，如今其技术已 极其成熟。阴极射线管做作为一种传统的信息显 示器件，它显示质量优良，制作和驱动比较简单， 有很好的性能价格比。随着

5、CRT应用的延伸，人 们已不满足于CRT现状，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。5考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程 6考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程绪绪 论论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

6、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。7考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程液晶LCD平板显示器等离子体PDP平板显示器8考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程绪绪 论论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

7、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。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。9考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术光电子技术 精品课程精品课程电子科学与技术电子科学与技术电子科学与技术电子科学与技术 精密仪器与光电子工程学院精密仪器与光电子工

8、程学院精密仪器与光电子工程学院精密仪器与光电子工程学院光电子技术光电子技术(2)(2)(光电子发光与显示技术光电子发光与显示技术) )1 1 1 1 阴极射线管显示阴极射线管显示阴极射线管显示阴极射线管显示 10考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程1 1 1 1 阴极射线管显示阴极射线管显示阴极射线管显示阴极射线管显示阴极射线管（Cathode Ray Tube, CRT）的发展 可追溯到1897年布朗的示波管，1938年德国人W. Fleching提出彩色显像管专利，1950年美国的 RCA公司研制出三枪三束荫罩式彩色显

9、你管， 1953年实用化。20世纪60年代，玻壳由圆形发展 为角矩形管，尺寸由21英寸发展到25英寸偏转角 由70增大到90，荧光粉由发光效率较低的磷酸 盐型发展为硫化物蓝绿荧光粉和稀土类红色荧光 粉。70年代后，彩色显示管进行了一系列的改进， 荧光屏由平面直角发展到超平，纯平，尺寸发展 到主流29英寸以上，偏转角由90增大到110， 横纵比不断增大，采用自会聚管以提高显示分辨 率。近年来，高分辨率彩电已成为发展方向。11考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程1.11.11.11.1、黑白、黑白、黑白、黑白CRTCRTCRT

10、CRT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，是单色CRT。 主要用途是在电视机中显示图像。其基本 工作原理是：电子枪发射出电子束，电子 枪受阴极或栅极所加的视频信号电压的调 制，电子束经过加束极的加速，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。其结构 如图1.1所示。12考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程1.11.11.11.1、黑白、黑白、黑白、黑白CRTCRTCRTCRT一、电子枪一、电子枪13考试点 w w w . k

11、a o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程1.11.11.11.1、黑白、黑白、黑白、黑白CRTCRTCRTCRT 电子枪是显像管中极为重要的组成部分。电子 束的发射、调制、加速、聚集均由电子枪来完 成。显示管用电子枪属于弱流电子枪，由圆筒 电极、圆片和圆帽电极排列装配而成。一般分 为双电位电子枪（Bi-potential Focus, BPF）和 单电位电子枪（Uni-Potential Focus, UPF）。 UPF电子枪比BPF电子枪多一个高压阳极，聚 焦能力大大提高，在荧光屏上形成直径为 0.2mm左右的光点。14考试点 w w w . ka

12、o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程1.11.11.11.1、黑白、黑白、黑白、黑白CRTCRTCRTCRT15考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程1.11.11.11.1、黑白、黑白、黑白、黑白CRTCRTCRTCRT 常用的黑白显像管电子枪包括5个以上的电极，即阴极（发射极） K，栅极（控制极）G，第一阳极（加速极）A1，第二阳极A2和 第三阳极A3级成聚焦极，第四阳极A4与A2内部相连组成高压电极 并且与管锥体内侧所涂石墨导电层相连至高压嘴处。它们的相互 位置如图1.2所示。

13、 阴极表面涂有氧化物材料，当阴极被阴极里面的灯丝加热到约 800时，电子获得逸出功，大量电子从阴极表面发出，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，从而可以调制光点的亮暗。正常工作时，栅 极所加的电压比阴极低，从而对来自阴极的电子有排斥作用，只 有少量电子能通过栅极到达屏幕。栅极电压负到电子束电流为零 时的电压值称为截止电压，一般为-20-90V。栅极与阴极间的距 离一般为1mm以下，栅极中心孔直径为0.60.8mm。 加速极呈圆盘状，中间也开有上孔，电压一般为300450V。 聚焦极装在加速极后面，电压在0450V之间可调，改变这个电压， 可以改

14、变电子束聚焦的质量。 第四阳极与第二阳极施加800016000V的高压，使电子束以足够 高的速度轰击荧光粉发光。 16考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程1.11.11.11.1、黑白、黑白、黑白、黑白CRTCRTCRTCRT 二、玻璃外壳二、玻璃外壳玻璃外壳由管颈、锥体和面玻璃三部分组成。管颈内部安 装电子枪。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和114等。玻璃锥体内， 外壁涂有石墨

15、导电层。玻璃锥体壁上装有高压帽，与内导 电层相通，并与电子枪内的A2和A4阳极相连。高压由高 压帽输入到A2和A4，这样高压就不从管座引入，其优点 是可以降低管座绝缘材料的耐高压指标。玻壳外涂层石墨 与电视机的地相连并与高压帽绝缘，内外石墨层在璃壳壁 形成5001000pf的高压电容器，兼作为高压整流滤波电 容。17考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程1.11.11.11.1、黑白、黑白、黑白、黑白CRTCRTCRTCRT 三、荧光屏三、荧光屏 荧光屏一般由玻璃基板、荧光粉层和和铝膜层构成，也称作屏幕。 面玻璃尺寸宽度与高

16、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。为了 减小环境光的影响，提高图像对比度，荧光屏玻璃采用具有中性 吸光性能的烟灰玻璃，此外还要满足光洁度、均匀性、耐压力、 面张力和防爆等性能要求。 荧光粉层完成显像管内的光电转换功能，黑白显像管要求在电子 轰击下荧光粉发白光，一般采用颜色互补的两种荧光粉混合起来 发白光。如将发蓝光的ZnSAg与发黄光的ZnS、CdSAg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。荧光 粉的另一个重要参数是余辉时间，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

17、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。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。18考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程1.11.11.11.1、黑白、黑白、黑白、黑白CRTCRTCRTCRT 荧光粉采用沉淀法涂覆，把洗净烘干的玻璃屏放在涂 覆机上，玻璃屏的倾角和转速由涂覆机来控制。向玻 璃屏中心滴入加有醋酸钡等电解质的荧光粉和水玻璃 悬浮液，开启涂覆机使其均匀涂覆于玻璃基板上，经 烘干后即形成牢固的荧光粉层。 在荧

18、光粉层表面蒸镀一层0.10.5m的铝膜，并使其 与电子枪的阳极相连，可以提高图像显示性能。主要 优点为：可以防止负电荷积累导致的荧面电位下降， 从而限制了亮度的提高；铝可将荧光粉发向管内的光 线反射到观察者一侧，提高亮度；阻档负离子对荧光 层的轰击防止离子斑。 荧光粉的发光效率以每瓦电功率所获得的发光强度计， 输入的电功率是电子束电流（阴极电流（A）与阳极 高压的乘积，发光强度为cd（坎德拉）。一般的荧光 粉发光效率都大于5cd/W，有的大于10cd/W，而白炽 灯的发光效率都不超过2cd/W。 19考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电

19、子技术精品课程1.11.11.11.1、黑白、黑白、黑白、黑白CRTCRTCRTCRT四、扫描方式四、扫描方式 在显像管中电子束的扫描是通过磁偏转来实现 的。在广播电视技术中，将一幅画面称为一帧， 并规定每秒传送25帧。每帧只要分解为几十万 个像素，这些像素又分割成625行，这样每系 就要传送25625=15625行，要实现这样的速 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，采用了匀速单 向直线扫描方式，而单向直线扫描又分为逐行 扫描和隔行扫描两种方式。20考试点 w w w . ka o s

20、 h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程1.11.11.11.1、黑白、黑白、黑白、黑白CRTCRTCRTCRT五、逐行扫描五、逐行扫描 在电视系统中，摄像管与显像管电子枪外部都装有相 互垂直的行、场两对偏转线圈，线圈中分别流有行、 场锯齿电流。电子束在通过两个偏转磁场时，在荧光 屏上做从上到下、从左到右的匀速往复直线扫描动动。 我们将一行紧跟一行的抚摸方式称为逐行扫描，在逐 行扫描过程中，其图像信号的时间顺序与空间顺序是 一致的。 我国电视标准规定，行扫描的周期为64s，其中行扫 描正程为52，行逆程为12s。场扫描频率为50Hz， 即可适应人眼的暂留效应，克

21、服闪烁感，又与电网频 率相同，达到消除干扰的目的。场扫描周期为20ms， 场扫描正程时间18.4ms，场扫描逆程时间1.6ms， 要实现这样的指标，电视图像信号的通频带要求达到 11MHz以上。21考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程1.1. 1.1. 1.1. 1.1. 黑白黑白黑白黑白CRTCRTCRTCRT六、隔行扫描六、隔行扫描 我国电视信号通频带规定，图像信号带宽为6MHz。为 了达到即不占用很宽的频率带，又能够满足足够高的 扫描频率，以克服以闪烁现像，因此提出了2：1隔行 扫描的工作方式。隔行扫描即是把一帧分为

22、两场来扫 描，每秒扫描50场。规定奇数行1，3，5，7573 （显示行，其它为场逆程非显示行）的场为奇数场， 偶数行2，4，6，574的场为偶数场。若采用奇、偶 两场均匀相互嵌套的话，即可以获得高的清晰度，又 能保证每帧扫描起点相同，两场的扫描锯齿电流规律 相同，大大降低了对扫描电路的要求。这就是奇数行2： 1隔行扫描方式。其扫描过程如图1.3所示。22考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程1.11.11.11.1、黑白、黑白、黑白、黑白CRTCRTCRTCRT隔行扫描示意图（a）奇场光栅（b）偶场光栅（c）每帧光栅（d）行

23、锯齿电流波形（e）场锯齿电流 波形 23考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程相加混色相加混色24考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程相减混色相减混色25考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程（4）色度坐标系为了使各种颜色可以通过人的视觉系统良好地重 现，人们建立了许多种色度坐标系，总的来说有 以下几种： 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

24、了三基色（RGB）计色系统。该系统采用的三基色是： 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的蓝光为一个蓝基色单位，用（B）表 示；等量的RGB能配出等能白光；26考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程即，当用1lm的红光做为基准时，要配出白光，需要4.507lm的绿光和0.0601lm 的蓝光，白光的光通量为5.6508lm。27考试点 w w w . ka o s h

25、 id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程任一彩色光F总可以通过下列配色议程配出其中，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 我时所需的各基色量的数值，28考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程1931CIE色度图系统29考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程 2）色度的XYZ计色系统由于19

26、31CIE-RGB坐标系统中，出现了坐标负值，不 易理解，因此1931年CIE推荐了一个新的国际色度学系 统，1931CIE-XYZ系统，又称XYZ国际坐标制。在 XYZ系统中，X、Y、Z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。在该系统中，X、Y、 Z均为正值，XYZ中只有Y（Y）基色分量一项有亮度， 令1（Y）的光通量 为1lm，而另外两个基色不含有亮 度，但其色度仍有X、Y、Z的比值确定，这样X=Y=Z 时仍代表等能白光。XYZ系统是由RGB系统推导而来 的。由于（X）和（Z）的光通量应为零，（X）、（Z） 的连线应为光通量等于零的轨迹。在RGB图中，这条 无亮度线公

27、式就应为30考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程 31考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程XYZ在RGB系统中的位置32考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程 33考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程1.21.2、彩色、彩色CRT CRT 彩色显像管采用红绿蓝（简称RGB）三基 色相加混色原理实现彩色图像的显示。

28、 彩色显像管应能产生三束电子流，它们可 以是来自一个电子枪（单枪三束），也可 以来自三个电子枪（三枪三束）。 确保受三个基色信号控制的三束电子束准 确轰击相应的荧光粉，是彩色显像管技术 的关键。34考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程（1 1）荫罩式彩色显像管）荫罩式彩色显像管荫罩是一块刻有成千上万个孔的薄钢板。 荫罩孔的作用在于保证三个电子共同穿过 同一个荫罩孔，以激发荧光粉，使之发出 红、绿、蓝三色光。 孔状荫罩和沟槽状荫罩 由于电子束在轰击荫罩时会产生软X射线， 因此玻壳配方中掺入重金属，屏幕上为氧 化锶和氧化钡，玻

29、壳内含有氧化铅。 35考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程主流中低档荫罩式显示器主流中低档荫罩式显示器孔状荫罩优点：成本低缺点：透过率50%，亮度、 对比度低，分辨率低沟糟荫罩优点：分辨率高， 透过率70%36考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程荫栅式彩色显像管荫栅式彩色显像管条状荫栅由固定在一个拉力极大的铁框中的互相 平行的铁线阵列组成。 电子透过率达到95%以上 37考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术

30、精品课程光电子技术精品课程三菱三枪三束与三菱三枪三束与SONYSONY单枪三束单枪三束38考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术光电子技术 精品课程精品课程电子科学与技术电子科学与技术电子科学与技术电子科学与技术 精密仪器与光电子工程学院精密仪器与光电子工程学院精密仪器与光电子工程学院精密仪器与光电子工程学院2 2 2 2 半导体发光显半导体发光显半导体发光显半导体发光显 示器件（示器件（示器件（示器件（LEDLEDLEDLED）39考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程2 2 2

31、 2 半导体发光显示器件（半导体发光显示器件（半导体发光显示器件（半导体发光显示器件（LEDLEDLEDLED） What is LED? Light emitting diodes, commonly called LEDs, are used for dozens of different applications and are found in all kinds of devices (digital clocks, remote controls, light up watches and tell turned on indicator). Television screen40

32、考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程2.12.1、P-NP-N结发光原理结发光原理 41考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程由于少数载流子在电场作用下能量增加， 这些载流子在同质结或异质结区的注入与 复合而产生的发光叫做结型电致发光（又 称注入式电致发光）。概据这种发光现象 制成的发光器件称为结型电致发光显示器 件。 用P-N结电致发光原理制成的发光二极管是 在60年代末得到迅速发展的。LED是注入 式电致发光显示器件的典型。 42考试点 w w w

33、. ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程P-NP-N结发光原理结发光原理43考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程2.22.22.22.2、LEDLEDLEDLED的伏安特性的伏安特性的伏安特性的伏安特性1.01.52.02.5020406080100120I (mA)U (V)开启电压与材料有关， 对 于 GaAs 是 1.0V ； GaAs1-xPx、Ga1- xAlxAs大致是1.5V；发 红光的GP是1.8V，发绿 光的GaP是2.0V。反向 击穿电压一般在-5V以 上

34、。44考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程2.32.32.32.3、亮度与电流关系、亮度与电流关系、亮度与电流关系、亮度与电流关系在低电流密度下，m=1.31.5；在高电流密 度下，扩散电流起支配作用，m1。 自发辐射情况下 由于存在非辐射复全以及隧道电流 45考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程2.42.42.42.4、LEDLEDLEDLED的驱动的驱动的驱动的驱动FFCCLIUUR/ )(（2.4）46考试点 w w w . ka o s h i

35、d ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程2.52.52.52.5、LEDLEDLEDLED光源的特点光源的特点光源的特点光源的特点 电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而 异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场 所。 效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80% 适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备 成各种形状的器件，并且适合于易变的环境 稳定性：10万小时，光衰为初始的50% 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒 级 对环境污染：无有害金属汞 颜色：改变电流可以变色，

36、发光二极管方便地通过化学修饰方法，调 整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为 红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿 色 价格：LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就可以 与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300500只二 极管构成。 47考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程2.62.62.62.6、单色光、单色光、单色光、单色光LEDLEDLEDLED的种类及其发展历史的种类及其发展历史的种类及其发展历史的种类及其发展历史 最早应用半导体P-N结发

37、光原理制成的LED光源问世于20 世纪60年代初。当时所用的材料是GaAsP，发红光（ =650nm），在驱动电流为20毫安时，光通量只有千分之 几个流明，相应的发光效率约0.1流明/瓦。 70年代中期，引入元素In和N，使LED产生绿光（ =555nm），黄光（=590nm）和橙光（=610nm）， 光效也提高到1流明/瓦。 到了80年代初，出现了GaAlAs的LED光源，使得红色 LED的光效达到10流明/瓦。 90年代初，发红光、黄光的GaAlInP和发绿、蓝光的 GaInN两种新材料的开发成功，使LED的光效得到大幅度 的提高。在2000年，前者做成的LED在红、橙区（ =615nm）

38、的光效达到100流明/瓦，而后者制成的LED在 绿色区域（p=530nm）的光效可以达到50流明/瓦。 48考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程2.72.72.72.7、单色光、单色光、单色光、单色光LEDLEDLEDLED应用应用应用应用最初LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光 色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了 广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。 以12英寸的红色交通信号灯为例，在美国本来是 采用长寿命，低光效的140瓦白炽灯作为光源， 它产生2000流明的白光。经红色滤光片后，光损 失90%，只

39、剩下200流明的红光。而在新设计的 灯中，Lumileds公司采用了18个红色LED光源， 包括电路损失在内，共耗电14瓦，即可产生同样 的光效。 49考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。1987 年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯，由于 LED响应速度快（纳秒级），可以及早让尾随车 辆的司机知道行驶状况，减少汽车追尾事故的发 生。 另外，LED灯在室外红、绿、蓝全彩广告显示屏 得到了广泛的应用。 50考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术

40、精品课程光电子技术精品课程360360360360 LEDLEDLEDLED环型显示器环型显示器环型显示器环型显示器51考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程工作原理工作原理52考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程 53考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程 54考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程 55考试点 w

41、 w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程分辨率的计算方法分辨率的计算方法设每列LED个数为K，列长度为L，若有n列 LED，列区间扫描等份数为m。若要形成正 方形像素，必须设计L/K=2r/nm，其中r 为旋转面半径。例如设计一个8列LED的旋 转显示屏，列区间等分为64份，每列有512 个发光管，则可构成一个512512=26万 像素的画面，而所用的发光管数量仅为 5128=4096个。 56考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程2.82.82.82.8、白光、白光

42、、白光、白光LEDLEDLEDLED的开发的开发的开发的开发57考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程对于一般照明，或显示器的背照光而言，人们更需 要白色的光源。1998年发白光的LED开发成功。这 种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在 一起做成。GaN芯片发蓝光（=465nm，谱宽 =30nm），高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉 受此蓝光激发后发出黄色光发射，峰值550nm。蓝 光LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG 的树脂薄层，约200-500nm。 LED基片发出的蓝光 部分被荧光粉吸收，

43、另一部分蓝光与荧光粉发出的 黄光混合，可以得到得白光。现在，对于 InGaN/YAG白色LED，通过改变YAG荧光粉的化学 组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500- 10000K的各色白光。58考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程白色LED照明灯地砖灯礼品灯手电筒59考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术光电子技术 精品课程精品课程电子科学与技术电子科学与技术电子科学与技术电子科学与技术 精密仪器与光电子工程学院精密仪器与光电子工程学院精密仪器与光电子工程学院精密仪器与光电子工程学院3 3 3 3 液晶显示器件液晶显示器件液晶显示器件液晶显示器件 （LCDLCDLCDLCD） 60考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程3 3 3 3 液晶显示器件（液晶显示器件（液晶显示器件（液晶显示器件（LCDLCDLCDLCD）什么是液晶？61考试点 w w w . ka o s h id ia n . c o m光电子技术精品课程光电子技术精品课程液晶的发现液晶的发现液晶的发现可追溯到19世纪末，1888年奥地利的 植物学家FReinitzer在作加热胆甾醇的苯甲酸脂 实验时发现，