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主流显示技术及其原理 10300720169 一． 背景 近代光学课程中，我们初步了解了光度学理论及光在介质中传播的基本规律，利用这些 规律，使用合适的材料与技术，以光作为媒介，可以将我们所需要的信息通过视觉手段展示 出来，也就是所谓的显示。而在各个领域高度信息化的今天，显示技术的覆盖率和普及率已 经到达一个新的高度，从最基本的黑白液晶屏计算器，到彩色CRT 电视，到液晶3D 显示器， 显示技术的飞跃大大增强了视觉信息的组织，加快了信息的传播，并成为日常生活中不可或 缺的一部分。而形形色色的显示技术应用到的光学原理则是简单明了的，这篇课程论文的主 要内容就是介绍目前的主流显示技术。 二． 主流显示技术及其原理 主流显示技术所涉及的原理包含光的色度学理论、光在介质中的传播理论以及材料的光 学性质等。 从光的色度学理论出发，可以研究显示的效果，如颜色、亮度、对比度等；从光的传播 理论可以研究显示技术的基本原理，如光的偏振和光的干涉原理；从材料的光学性质可以研 究不同材料对显示效果的影响，如TN 型液晶与IPS 型液晶材料。 1. 阴极射线管显示技术(CRT) 它是利用阴极电子枪发射电子，在阳极高压的作用下，射向萤光屏，使萤光粉发光，同 时电子束在偏转磁场的作用下，作上下左右的移动来达到扫描的目的。早期的 CRT 技术仅 能显示光线的强弱，展现黑白画面。而彩色 CRT 具有红、绿色和蓝色三支电子枪，三支电 子枪同时发射电子打在屏幕玻璃上磷化物上来显示颜色。 CRT 具有技术成熟、图像色彩丰富、还原性好、高清晰度、较低成本和丰富的几何失 真调整能力等优点，其极短的响应时间是液晶显示器很难超越的优点，因为改变电子束的过 程极快而液晶分子的旋转则需要更长时间。 CRT 显示技术并没有涉及过多的光学原理应用，R、G、B 三色荧光粉的发光是受到电 子冲击后的受激发光，通过调节电子束的强度来改变不同颜色的光强，从而实现彩色显示。 2. 液晶显示技术 液晶显示技术是目前应用最广泛的一种技术，其技术的基础是液态晶体（Liquid Crystal）。 液晶按形态分类有向列型、层列型和胆固醇型三中，其中向列型液晶的介电特性使得它成为 液晶显示技术的核心。 以TN （Twisted Nematic）型液晶面板为例，其基本构造是在两个透明电极间加入液晶 分子，两侧电极的内端有以聚酰亚胺制成的配向膜，其作用是使两侧的液晶分子顺着配向膜 的凹槽方向排列，两侧的配向膜凹槽呈垂直排列，使得液晶层内的液晶分子逐渐转向形成螺 旋状排列；电极两侧外端则有透光轴夹角为 90 °两片线偏振片。当光从一端入射进液晶面 板时，首先通过第一片偏振片起偏，然后在螺旋状液晶分子的作用下逐渐改变偏振方向，最 终旋转 90 °，于是可以从第二片偏振片射出。当在两电极间加上电压时，液晶分子会从平 行于面板的水平螺旋排列转换为垂直于面板排列，此时射入的线偏振光方向不发生改变，从 而无法从第二片偏振片射出。通过这种方法可以控制单个像素单元的通光与否，从而实现点 阵显示。 图：液晶显示原理 根据液晶分子的排布方式可以将液晶面板分为 TN （Twisted Nematic ）、VA （Vertical Alignment ）、IPS （In-Plane Switching）三种，TN 液晶分子在垂直-平行状态间切换， VA 将之改良为垂直-双向倾斜的切换方式，IPS 技术与上述技术最大的差异就在于，不管在何 种状态下液晶分子始终都与屏幕平行，只是在加电/常规状态下分子的旋转方向有所不同。 液晶技术主要运用了液晶分子的偏振片性质，光经过物质时，折射率与光偏振方向有关。 在大部分向列型液晶中，光偏振方向与分子长轴方向相同时折射率 （n∥）较大；光偏振方 向与分子长轴方向垂直时折射率 （n⊥）较小，于是线偏振光偏振光经过垂直于其入射方向 排列的液晶分子层后其偏振方向会改变。 3. 等离子体显示技术 等离子显示器采用等离子管作为发光元器件，大量的等离子管排列在一起构成屏幕，每 个等离子对应的每个小室内都充有氖氙气体。在等离子管电极间加上高压后，封在两层玻璃 之间的等离子管小室中的气体会产生紫外