光电子技术基础与应用 第七章 光电显示技术 第十三、十四、十五讲

1. 物理与微电子科学学院 光电子技术基础与应用 第七章 光电显示技术 第十三、十四、十五讲 School of Physics and Microelectronics Science 2013 年 04 月

2. 第十三讲 6 光电探测技术（回顾第十二讲内容） 6.2 6.3 6.4 6.1 光探测器性能参数 光电探测方式 光电探测的物理效应 光电探测器

3. 图6-5光电导效应 6.3.1 外光电效应—光电发射效应 6.3.2 内光电效应 6.3.3 光热效应 光电导效应 光伏效应 • 光电导效应：光照变化引起半导体材料电导变化。 • 无光照，热激发少数电子从价带跃迁至导带，电导率很低—暗电导0： • n和e无光照导带电子密度和迁移率； • p和p无光照价带空穴密度和迁移率； • 光入射到本征半导体，入射光子将电子从价带激发到导带，导电电子、空穴变化n、p，电导率变化： • n型半导体例。V外加偏压，RL负载R, L, W, d样品长、宽、高，探测器电极面积A=Wd。光功率P沿x入射，光电导材料吸收系数，入射光功率在材料内沿x变化： P为x=0入射光功率。 光生电子在外电场作用漂移电流J(x)： • 探测器收集极上光I平均值：

4. 偏流 扩散 6.3.1 外光电效应—光电发射效应 6.3.2 内光电效应 6.3.3 光热效应 光电导效应 光伏效应 内建电场 • 光伏效应：光照使不均匀半导体或半导体与金属组合不同部位产生电位差现象。 • 产生电位差机理：阻挡层引起； • 光伏效应下p-n结总I： 开路电压Uoc：光照下p-n结外电路开路(I=0)时p端对n端电压为开路Uoc： 短路Is：光照下p-n结外电路短路(U=0)，从p端流出， 经过外电路流入n端I：

5. 图6-8热释电效应 图6-7温差电效应 6.3.1 外光电效应—光电发射效应 6.3.2 内光电效应 6.3.3 光热效应 温差电效应 热释电效应 • 这两种不同材料连接成回路，两接头T不同，回路产生I—温差电效应—塞贝克效应。 • 温差热电偶灵敏度定义： • 热电晶体自发极化矢量随T变， • 入射光引起电容器电容改变现象称热释电效应。 • 图热电体居里Tc。 • 晶体自发极化矢量Ps，方向⊥晶体表面，辐射引起表面极化电荷变化： • 把热释电体放进一电容器极板间，将一I表与电容器极板连接，I表有I流过，I称短路热释I：

6. 图6-10光敏R结构和偏置电路 • 光电探测器分类 • 光电导型探测器 • 光伏型探测器 • 热电探测器 6.4.1 光电探测器类型 6.4.2 典型光电探测器 • 光探测器分类： • 按工作时利用物理效应分：光子效应、光热效应、液相互作用效应； • 根据探测器结构形式分：单元探测器和多元探测器， • 根据探测方式：直接探测和外差探测。 • 利用光电导效应工作光电探测器——光电导型探测器， • 探测器光照改变自身电阻率，光照越强器件电阻率越小——光导管或光敏电阻。 • 用光导型光伏效应p-n结型光电二极管(PD)，响应速度快， • 工作原理： • 光照产生大量空穴加在p-n结上反向偏压加速，移动速度加快，产生光I。 光伏型探测器特点： 光接收面↑，p-n结电容↑，响应速度↓，p-n结中加本征层，形成p-i-n结光电二极管。 雪崩光电二极管(APD)有“自增益”，进一步↑电子和空穴数，不损害高速响应性能。 肖特基势垒光电二极管量子效率高(>70%)，响应高(>10GHz)。 光电三极管（p-n-p结和n-p-n结）形成光敏晶体管，普通晶体三极管中，基极由光照射电极代替形成。 光电池和太阳能电池零偏二极管机构，

7. 光电探测器分类 • 光电导型探测器 • 光伏型探测器 • 热电探测器 6.4.1 光电探测器类型 6.4.2 典型光电探测器 • 温差热电偶冷端分开与电表相连，光照熔接端，吸收光能使热电偶接头T升高，电表有I读数，数值间接反映光照能量大小，是热电偶探测器工作原理。 • 为↑灵敏度，将若干热电偶串联，称热电堆。 • 实体型温差热电偶用于测温， • 薄膜型温差热电堆用于测量辐射，标定光源、测量光功率、 充当红外分光光度计/光谱分析仪辐射接收元件。 • 热电探测器最小可探测功率限制因素：温度噪声和约翰逊噪声。 • 热释电效应工作探测器优点： • 工作时无需冷却， • 无需偏压电源， • 室温与高温均可工作， • 结构简单、 • 使用方便， • 远紫外到远红外很宽波谱范围有均匀光谱响应， • 较宽频率和温度范围内有较高探测度，

8. 图6-12 Si光电二极管结构与外形示意图 图6-11两种不同结构光电倍增管 • 光电倍增管 • 硅光电二极管 • 雪崩光电二极管 6.4.1 光电探测器类型 6.4.2 典型光电探测器 • 光电倍增管：光电阴极C、系列倍增电极D、收集阳极A密封在真空外壳中组成。 • 倍增电极D，发射二次电子，电位与阴极相比逐渐↑，极间电位差100V； • 光电阴极C，将入射光转换为I，决定探测器响应特性及极限灵敏度； • 收集阳极A，汇总经系列光电倍增阴极作用在最后一级倍增阴极产生巨大二次电子。 • 硅光电二极管：工作在反向偏置下结型半导体二极管。 • 特点： • 优点：量子效率高、噪声低、响应快、 动态工作范围大、体积小、寿命长； • 微弱、快速光信号探测应用多； • 同电子学雪崩二极管类似，光照在反向偏置特殊结构二极管，雪崩击穿，使光生载流子浓度迅速↑，结I急剧↑，称雪崩光电二极管(APD Avalanche Photo Diode)。 • 优点：内部I增益，灵敏度高，响应速度快，工作范围宽。 图6-14雪崩光电二极管结构图示

9. 光电子技术 光源 ? 传输 调制 显示 探测 成像

10. 按信息传递各个环节划分　　　　

11. 讲授内容 11 6 3 光电探测技术（十一、十二讲） 激光原理与技术（三、四、五讲） 连续可调太赫兹超常材料宽带低损超吸收器（二十四讲） 第十三讲 1 绪　　论（一讲） 　 2 光学基础知识与光场传播规律（二讲） 4 光波导技术基础（六、七讲） 5 光调制技术—光信息系统的信号加载与控制（八、九、十讲） 7 光电显示技术（十三、十四、十五讲） 光通信无源器件技术（十六、十七、十八、十九讲） 8 9 光盘与光存储技术（二十、二十一、二十二讲） 10 表面等离子体共振现象与应用的探究（二十三讲）

12. 7 光电显示技术 7.2 7.5 7.3 7.4 7.1 场致发光显示 光电显示技术基础 液晶显示 阴极射线显示 等离子体显示

13. 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 发展历史： • 1889年德国莱曼发现液晶具有双折射现象； • 1897年德国布劳恩(Braun)发明阴极射线管(CRT)雏形； • 1960年激光器问世； • 1968年美国Heilmeier发现液晶双折射电光效用于显示装置—液晶显示器(LCD)； • 20世纪90年代，液晶显示器在笔记本电脑取得优势。

14. 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 表7-1显示器件分类表

15. 亮度 • 对比度和灰度 • 分辨力 • 发光（显示）颜色 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 显示器件与显示系统性能指标（1）： • 亮度：⊥传播方向单位面积发光强度，cd/m2。 • 室内清晰可见亮度70cd/m2以上； • 室外300cd/m2以上； • 人眼可见亮度0.03~50000cd/m2。 • 坎德拉和流明定义： • 流明－555nm单色辐射体，辐射功率1W，辐射体发出光通量634lm。 • 坎德拉－空气中 555nm单色辐射，给定方向辐射强度1/683WSr-1（瓦特球面度），发光强度1cd； • 对比度—画面最大与最小亮度比； • 显示器对比度30:1. • 灰度—图像画面亮度等级差别； • 灰度越多，图像层次越分明，图像越柔和； • 电视图像画面8级灰度，人眼可分辨最大灰度100级。

16. 亮度 • 对比度和灰度 • 分辨力 • 发光（显示）颜色 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 显示器件与显示系统性能指标（2）： • 分辨力——人眼观察图像清晰程度。 • 用光栅高度（帧高）范围内能分辨等宽度黑白条纹（对比度100%）数目或电视扫描行数表示（电视⊥分辨力500线）； • 光点直径表示，几m~几mm， • 电脑显示器分辨率0.28mm， • CCD（电荷耦合器件）小到数m以下。 • 发光（显示）颜色： • 发射光谱或显示光谱峰值及带宽衡量，或： • 色度坐标表示。 • 包括： • 颜色种类、 • 层次与 • 范围。

17. 亮度 • 对比度和灰度 • 分辨力 • 发光（显示）颜色 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 7-2各种光电显示性能比较（1）

18. 亮度 • 对比度和灰度 • 分辨力 • 发光（显示）颜色 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 表7-2各种光电显示性能比较（2）

19. 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 • 发光 • 颜色 • 视觉 • 定义： • 固体受某种能量激励产生光发射现象，以某种（紫外线、 高能电子、X射线、 / /射线高能辐射）激发物质， 部分能量以（非热激发）可见或近可见光谱重新发射现象。 • 分类： • 发光体化学结构：无机化合物、有机化合物、晶态磷光体发光； • 发光t长短：长余辉(>0.1 s)、中余辉(1ms~0.1s)、短余辉(<1ms)发光； • 发光机理：分立中心发光、复合发光； • 激励方式：光致发光、阴极射线发光、场致发光、化学发光。

20. 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 • 发光 • 颜色 • 视觉 • 分类 • 激励方式分： • 光致发光：激励来自对光子（紫外光）吸收。荧光灯代表， 灯内水银蒸汽外电场作用放电辐射紫外光，紫外光激发管壁荧光粉发光。 阴极射线发光：发光体在加速电子轰击下激发发光。 器件阴极射线显像管(CRT)，电子枪在加速场作用下产生高速电子束； • 场致发光：发光体在外电场或I 作用下激发发光： • 交流粉末显示器、 • 直流粉末显示器、 • 发光二极管、 • 等离子体显示器； • 化学发光：发光体在化学反应过程化学能激发发光。磷氧化发磷光。 • 荧光（光致发光冷发光现象）：发光t ≤10ns； • 磷光：发光t >10ns；

21. 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 • 发光 • 颜色 • 视觉 磷光和荧光区别： • 磷光： • 含磷物质和氧化剂作用，被氧化放出光，化学变化，物质消耗尽后不再发光； • 荧光： • 长余辉材料，稀土金属元素，搀杂在硫化物中受光照一段t黑暗中持续发光一段t，比普通余辉材料发光持续t长—长余辉材料。发荧光，物理变化，发光后再照射一段t 重新发光。

22. 相加混色 相减混色 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 • 发光 • 颜色 • 视觉 • 颜色性质： 连续性：光连续变化颜色连续变化，颜色c为函数： 可分性：白光分为其他颜色成分，三棱镜将白光分为7彩颜色； 可合性：多种颜色光按一定比例混合通过三棱镜合成为白光： • 三基色原理：自然界任颜色为三个确定相互独立基色线性组合。 • 红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色。按一定比例混合调配，模拟各种显示颜色； • 彩电用相加混色法获需颜色； • 彩印、胶片用相减混色法，取黄、品红和青为三基色，三者相加黑色。

23. 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 • 发光 • 颜色 • 视觉 • 颜色性质： 亮度、色调和饱和度 • 亮度：各种颜色光对人眼引起视觉强度，与光辐射功率有关； • 色调（色品）：颜色种类区别，不同辐射色觉不同色调表现： • 自发光体色调决定它本身光辐射光谱； • 非发光体色调决定照明光源光谱组成和该物体光谱反射或透射特性； • 饱和度（色纯度）：颜色光色纯粹性程度，与颜色光中白光含量有关，色越纯，白光含量越少。

24. 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 • 发光 • 颜色 • 视觉 人眼有明暗视觉、彩色视觉。国际标准人眼分辨3000多种视觉，有经验的能分辨120多种。 • 人眼彩色视觉特性： • 三种锥状色感细胞，分别对红、绿、蓝最敏感； • 空间混色特性，同一时刻空间三种不同颜色点靠得足够近，人眼不能分辨出各自颜色， 只感觉到混合色特性； • t 混色特性，同一空间不同颜色变换t<人眼视觉惰性时，人眼不能分辨出各自颜色， 只感觉他们混合色； • 生理混色特性，两只眼睛同时分别看两种不同颜色同一景象，人眼不能分辨出各自颜色，只感觉到他们混合色。

25. CIE-RGB 计色系统 • CIE-XYZ 标准计色系统 • CIE-UCS 均匀计色系统 • 色度坐标系 • 彩色重现 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 • 色度学，国际照明委员会(CIE)1931年三基色(RGB)计色系统： •  700nm、光通量1lm红光一个红基色单位，R； •  546.1nm、光通量4.5907lm绿光一个绿基色单位，G； •  435.8nm、光通量0.0601lm蓝光一个蓝基色单位，B； • 等量RGB配等能白光； • 任一彩色光F通过配色方程配： • R(R), G(G), B(B)—F（彩色光）三色分量， • R, G, B三色系数， • m色模，F含三基色单位总量， • r, g, b色度坐标或相对色系数，F用三基色单位总量1需各基色量数值：

26. CIE-RGB 计色系统 • CIE-XYZ 标准计色系统 • CIE-UCS 均匀计色系统 • 色度坐标系 • 彩色重现 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 任一彩色光F通过配色方程配出 • 待配色彩色光投射到屏幕一边， 三基色光投射到屏幕另一边， 分别调节三个基色光强度， 混合彩色与待配色色度和亮度一致为止。 • 从三基色调节装置读出各基色数值， 写出配色方程。

27. 图7-1 CIE-RGB色度图 • CIE-RGB 计色系统 • CIE-XYZ 标准计色系统 • CIE-UCS 均匀计色系统 • 色度坐标系 • 彩色重现 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 • 可见光光谱轨迹舌形曲线(r, g, b)， • (R)(1, 0)， • (G)(0, 1)， • (B)(0, 0)， • 三角形RGB内各点代表彩色用规定三基色相加配出； • 三角形重心E坐标等能白光色坐标； • 三角形外彩色不能直接相加配出，经：将一个或两个基色移到待配彩色一侧才能配出。

28. 图7-1CIE-RGB色度图 • CIE-RGB 计色系统 • CIE-XYZ 标准计色系统 • CIE-UCS 均匀计色系统 • 色度坐标系 • 彩色重现 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 • 该计色系统缺陷： • 光谱分布色系数和色坐标出现负值： • 不易理解， • 计算不便； 光谱轨迹不全在坐标第一象限内（第二象限有），作图不便； 色度图上不直接表出亮度，需计算求出。

29. 任一彩色光F通过CIE-RGB计色系统配色方程配出 • 任意彩色光F配色方程： • X(X), Y(Y), Z(Z)为F三色分量； • (X), (Y), (Z)三基色单位； • X, Y, Z三色系数； • m’色模； • x, y, z色度坐标或相对色系数： • CIE-RGB 计色系统 • CIE-XYZ 标准计色系统 • CIE-UCS 均匀计色系统 • 色度坐标系 • 彩色重现 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 • R(R), G(G), B(B)—F（彩色光）三色分量， • R, G, B三色系数， • m色模，F含三基色单位总量， • r, g, b色度坐标或相对色系数，F用三基色单位总量1需各基色量数值：

30. 含色度又含亮度 图7-2CIE-XYZ色度图 • CIE-RGB 计色系统 • CIE-XYZ 标准计色系统 • CIE-UCS 均匀计色系统 • 色度坐标系 • 彩色重现 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 • 该计色系统三基色单位(X), (Y), (Z)保证色度坐标系中三色系数均为正； • 规定： • Y(Y)既含色度又含亮度， • 另两基色纯色分量不含亮度， • 保证X=Y=Z代表等能白光。

31. 图7-4XYZ色域图 图7-3(X), (Y), (Z)在RGB色度图中的位置 • CIE-RGB 计色系统 • CIE-XYZ 标准计色系统 • CIE-UCS 均匀计色系统 • 色度坐标系 • 彩色重现 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 为方便，在XYZ色度图基础根据不同坐标点颜色异同程度划分若干小区，形成色域图7-4。 • x, y, z与r, g, b转换：

32. CIE-RGB 计色系统 • CIE-XYZ 标准计色系统 • CIE-UCS 均匀计色系统 • 色度坐标系 • 彩色重现 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 根据需要得到等色调图，等饱和度线图，图7-5示。 (a)等色调线与等饱和度线 (b)等色差域图 图7-5等色调波长线与等饱和度线、等色差域图

33. 颜色亮度 白色点 图7-6CIE-UCS色度图 • 色度坐标系 • 彩色重现 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 • CIE-XYZ色度图色度空间不均匀性给颜色差别衡量带来不便，提出均匀计色系统CIE-UCS，色度图7-6。 • 计色系统规定： • 规定v坐标决定颜色亮度，白色点坐标(0.201, 0.307)。

34. 色度坐标系 • 彩色重现 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 • 电视彩色图像获得需经： • 景物彩色画面分色、 • 摄像器件光电转换、 • 电信号处理和传输、 • 显像器件电光转换过程。 • 彩色显像管：红、绿、蓝荧光粉为显像三基色，空间相加混色法实现彩色重现； • 图像亮度、色调和饱和度电信号：色度编码，通过矩阵电路使其成为发送端编码矩阵； • 接收端：用矩阵电路解码，用取出三基色图像信号控制彩色显像管三个电子束，激发相应荧光粉发光，彩色重现。

35. 第十四讲 7 光电显示技术（回顾第十三讲内容） 7.2 7.5 7.3 7.4 7.1 场致发光显示 光电显示技术基础 液晶显示 阴极射线显示 等离子体显示

36. 亮度 • 对比度和灰度 • 分辨力 • 发光（显示）颜色 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 显示器件与显示系统性能指标(1)： • 亮度：⊥传播方向单位面积发光强度，cd/m2。室内清晰可见亮度70cd/m2以上；室外300cd/m2以上；人眼可见亮度0.03~50000cd/m2。 • 对比度—画面最大与最小亮度比；显示器对比度30:1。 • 灰度—图像画面亮度等级差别；灰度越多，图像层次越分明，图像越柔和；电视图像画面8级，人眼可分辨最大灰度100级。 • 分辨力—人眼观察图像清晰程度。 • 光栅高度（帧高）范围内能分辨等宽度黑白条纹（对比度100%）数目或电视扫描行数表示（电视⊥分辨力500线）； 光点直径表示，几m~几mm，电脑显示器分辨率0.28mm，CCD（电荷耦合器件）小到数m以下。 • 发光（显示）颜色： • 发射光谱或显示光谱峰值及带宽衡量，或：色度坐标表示。 • 包括：颜色种类、层次与范围。

37. 相加混色 相减混色 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉——(1)发光 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 • 定义：固体受某种能量激励产生光发射现象， • 根据发光体化学结构：无机化合物、有机化合物、晶态磷光体发光； • 根据发光t长短：长余辉(>0.1 s)、中余辉(1 ms~0.1 s)、短余辉(<1 ms)发光； • 根据发光机理：分立中心发光、复合发光； • 根据激励方式：光致发光、阴极射线发光、场致发光、化学发光。 • 颜色性质： • 连续性：光连续变化颜色连续变化，颜色c为函数： • 可分性：白光分为其他颜色成分，三棱镜将白光分为7彩颜色； • 可合性：多种颜色光按一定比例混合通过三棱镜合成为白光： 三基色原理：自然界任颜色表示为三个确定相互独立基色线性组合。 亮度、色调和饱和度 • 亮度：各种颜色光对人眼引起视觉强度，与光辐射功率有关； • 色调（色品）：颜色种类区别，不同辐射色觉不同色调表现： • 饱和度（色纯度）：颜色光色纯粹性程度，与颜色光中白光含量有关，色越纯，白光含量越少。

38. 含色度又含亮度 图 7-1 CIE-RGB色度图 图7-2CIE-XYZ色度图 • CIE-RGB 计色系统 • CIE-XYZ 标准计色系统 • CIE-UCS 均匀计色系统 • 色度坐标系 • 彩色重现 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉——(3)视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 任一彩色光F通过配色方程配出： • R(R)、G(G)、B(B)—F（彩色光）三色分量， • R、G、B三色系数， • m色模，F含三基色单位总量， • r、g、b色度坐标或相对色系数，F用三基色单位总量1需各基色量数值： • 该计色系统缺陷： • 光谱分布色系数和色坐标出现负值：不易理解，计算不便； • 光谱轨迹不全在坐标第一象限内（第二象限有），作图不便； • 色度图上不直接表出亮度，需计算求出。 任意彩色光F配色方程： • x, y, z与r, g, b转换：

39. 颜色亮度 白色点 图 7-6 CIE-UCS 色度图 • CIE-RGB 计色系统 • CIE-XYZ 标准计色系统 • CIE-UCS 均匀计色系统 • 色度坐标系 • 彩色重现 7.1.1 显示技术与显示器件 7.1.2 发光、色彩与视觉——(3)视觉 7.1.3 色度坐标系与彩色重现 • CIE-XYZ色度图色度空间不均匀性给颜色差别衡量带来不便，提出均匀计色系统CIE-UCS，色度图7-6。 • 计色系统规定： • 电视彩色图像获得需经： • 景物彩色画面分色、 • 摄像器件光电转换、 • 电信号处理和传输、 • 显像器件电光转换过程。 • 彩色显像管：红、绿、蓝荧光粉为显像三基色，空间相加混色法实现彩色重现； • 图像亮度、色调和饱和度电信号：色度编码，通过矩阵电路使其成为发送端编码矩阵； • 接收端：用矩阵电路解码，用取出三基色图像信号控制彩色显像管三个电子束，激发相应荧光粉发光，彩色重现。

40. 讲授内容 11 6 3 光电探测技术（十一、十二讲） 激光原理与技术（三、四、五讲） 连续可调太赫兹超常材料宽带低损超吸收器（二十四讲） 第十四讲 1 绪　　论（一讲） 　 2 光学基础知识与光场传播规律（二讲） 4 光波导技术基础（六、七讲） 5 光调制技术—光信息系统的信号加载与控制（八、九、十讲） 7 光电显示技术（十三、十四、十五讲） 光通信无源器件技术（十六、十七、十八、十九讲） 8 9 光盘与光存储技术（二十、二十一、二十二讲） 10 表面等离子体共振现象与应用的探究（二十三讲）

41. 7 光电显示技术 7.2 7.5 7.3 7.4 7.1 场致发光显示 光电显示技术基础 液晶显示 阴极射线显示 等离子体显示

42. T电子陷阱能级 G基态能级 图7-7 晶态发光体的能带结构示意图 7.2.1 发光机理 7.2.2 阴极射线管 (Cathode Ray Tube, CRT) • 复合发光 • 分立发光 • 晶态发光体：复合发光； • 特点： • 能量吸收在基质进行； • 能量辐射在激活剂产生； • 发光过程在晶体内完成。 • 过程晶体内伴随电子和空穴漂移或扩散，产生特征性光电导现象； • 发光——光电导型发光。 复合发光用能带模型描述。 晶态发光体能带结构图7-7示。

43. T电子陷阱能级 G基态能级 图7-7 晶态发光体的能带结构示意图 7.2.1 发光机理 7.2.2 阴极射线管 (Cathode Ray Tube, CRT) • 复合发光 • 分立发光 • 吸收激发能电离过程 • 电子和空穴的中介运动过程 • 电子空穴对复合发光过程 • 由： • 晶体基质决定价带和导带、 • 制备发光体掺入激活剂离子产生局部能级G（基态能级）及 • 晶体结构缺陷或加入协同激活剂产生局部能级T（电子陷阱能级）组成。 • 发光微观过程： ① 吸收激发能电离过程 • 晶体吸收外界激发能，引起基质价带电子和激活剂G能级上电子（远少于基质电子）激发、电离到达导带，价带引入空穴，导带引入电子。

44. T电子陷阱能级 G基态能级 图7-7 晶态发光体的能带结构示意图 7.2.1 发光机理 7.2.2 阴极射线管 (Cathode Ray Tube, CRT) • 复合发光 • 分立发光 • 吸收激发能电离过程 • 电子和空穴的中介运动过程 • 电子空穴对复合发光过程 • 发光微观过程包括： • 电离产生电子和空穴分别在导带和价带扩散。 • 空穴扩散到价带顶附近：被激活剂离子G能级俘获。 • 电子扩散到导带底附近： • 有的不经亚稳态，直接落入激活剂离子G能级相应激发态A（a过程）； • 有的被浅层亚稳态陷阱能级T俘获，借助热运动回到导带，失去部分能量落入激发态A（b, d过程）； • 有的被深层陷阱能级T俘获，外界能量激发下回到导带，失去部分能量落入激发态A（c过程）。

45. T电子陷阱能级 G基态能级 图7-7 晶态发光体的能带结构示意图 7.2.1 发光机理 7.2.2 阴极射线管 (Cathode Ray Tube, CRT) • 复合发光 • 分立发光 • 吸收激发能电离过程 • 电子和空穴的中介运动过程 • 电子空穴对复合发光过程 • 激活剂离子A能级电子与G能级空穴复合向外辐射光子。 • a过程电子在导带停留t <0.1ns复合发光——短时复合发光； • b, c, d过程电子存在T能级（亚稳态）俘获过程，复合发光滞后于电子受激发跃迁，存在余辉t—长时复合发光。 • 硫化物发光体是这类发光体代表。 • 发光过程，除基质ZnS提供导带（Zn2+构成）和价带（S2-构成），需激活剂（有效Cu, Ag, Au）提供基态能级G，还需协同激活剂（有效Cl, Ar, I）提供陷阱能级T。

46. 基态 激发态 图7-8 分立发光机理的位形坐标模型 7.2.1 发光机理 7.2.2 阴极射线管 (Cathode Ray Tube, CRT) • 复合发光 • 分立发光 分立发光是另一类发光机制。 特点： 能量吸收和辐射均发生在晶体单分子中的激活剂附近，发光中心上，称短时非发光电导型发光，称荧光。日光灯发光属于这类发光。 分立发光机理用位形坐标模型解释，图7-8。 • 一束高能(≥1keV)粒子打到某固体上，小部分(10%)被反向散射，剩余部分穿透到固体中并在其中失去能量，图基态1上位置A电子吸收外界高能量子跃迁到激发态2 A’。 • 电子在A’不稳定，经由状态B’↓到激发态能量最低点G’。 • 电子从激发态跃迁到基态G，发光。 • 特点： • 能量吸收和辐射发生在晶体单分子激活剂附近发光中心——短时非光电导型发光——荧光。

47. 吸收能量 发射光子能量 图7-8 分立发光机理的位形坐标模型 7.2.1 发光机理 7.2.2 阴极射线管 (Cathode Ray Tube, CRT) • 复合发光 • 分立发光 • 斯托克斯位移 • 发射光子能量<吸收能量： • 能量损失——斯托克斯损失。 • 外部激发量子光子，损失为发射光谱峰值相对吸收光谱峰值向长波移动——斯托克斯位移。 • 荧光灯（实例），通过由氩气和水银蒸气组成混合气体放电，发浅蓝色光和有大量能量紫外线。 • 荧光灯管壁涂发光材料，发生斯托克斯位移，紫外线变为可见光，↑荧光灯发光效率。

48. 7.2.1 发光机理 7.2.2 阴极射线管 (Cathode Ray Tube, CRT) 发展： 1897，布朗的示波管； 1938，德国W.Fleching彩色显像管专利； 1950，RCA（美国无线电公司）三束三枪荫罩式彩色显像管； 1953，实用化； 20世纪60年代，波壳由圆发展为圆角矩形管，尺寸21英寸到25英寸，偏转角70到90，荧光粉发光效率较低磷酸盐型到硫化物蓝绿荧光粉和稀土类红色荧光粉； 20世纪70年代后，彩色显像管显示屏平面直角到超平、纯平，尺寸到主流29英寸以上，偏转角90到110，纵横比增大，自会聚管提高显示分辨率； 近年，向高分辨率彩电方向发展，超薄、纯平彩电。

49. 图7-9 黑白显像管的基本结构 7.2.1 发光机理 7.2.2 阴极射线管 (Cathode Ray Tube, CRT) • 黑白显像管 • 彩色显像管 • 工作原理 • 黑白显像管的基本结构 • 电子枪 • 偏转系统 • 扫描方式 • 荧光屏 黑白显像管通过电光转换重现电视图像的一种窄束强流电子束管； 原理： • 电子枪发射电子束被加在电子枪栅极或阴极上视频电信号调制，经： • 加速、 • 聚焦、 • 扫描、 • 复合发光过程， • 变为荧光屏按空间分布、亮度随电信号强弱变化相应光信号， • 得：与原被摄景物几何相似、明暗对应适合人眼视觉要求光学图像。

50. 图7-9 黑白显像管的基本结构 图7-9 黑白显像管的基本结构 7.2.1 发光机理 7.2.2 阴极射线管 (Cathode Ray Tube, CRT) • 黑白显像管 • 彩色显像管 • 工作原理 • 黑白显像管的基本结构 • 电子枪 • 偏转系统 • 扫描方式 • 荧光屏 黑白显像管结构包括： 电子枪、 偏转系统、 荧光屏和玻壳，图。 • 聚焦极（阳极） • 高压阳极 • 电子束 • 玻壳 • 灯丝 • 阴极 • 控制极（阳极） • 加速极（阳极）