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几经聚焦、调控的电子光束打在荧光粉上时，会产生亮点。

通过控制电子束的方向和强度，可产生不同的颜色与亮度。

当显示器接收到由计算机显示卡或由电视信号发射器所传出来的图像信号时，电子枪会从屏幕的左上角开始向右方扫描，然后由上至下依次扫射下来，如此反复的扫描即可构成人们所看到的影像。

2.简述PDP显示的面板结构。

PDP的显示面板由排列成矩阵型的像素点阵构成，每一个像素由红绿蓝三基色的子像素构成。

子像素是独立的，由单个放电单元独立进行放电发光。

面板结构：

1）在下玻璃基板上垂直配置扫描电极，上面用介质层覆盖。

2）光刻制作壁障，用来隔开各个像素，防止放电之间的干扰。

3）壁障外形成彩色荧光粉（红、绿、蓝）。

4）在上基板上水平配置信号电极，是用来为维持放电控制显示亮度的。

电极外面覆盖介质层。

再涂覆一层MgO保护层，用于得到稳定的放电和较低的保持电压，并延长显示器寿命。

3.简述场致发射的结构及原理。

FED显示结构：

由阳极基板与阴极基板构成。

阳极基板上为红、绿、蓝三基色荧光粉条，为了保证色纯，三基色之间由黑矩阵隔开，阳极采用通明的氧化物导电层；

阴极基板由行列寻址的尖锥阵列和栅极构成，栅极制作成孔状。

两基板之间充有隔垫物，用来抵抗大气压力。

在基板之间用低熔点玻璃胶封住。

为了维持器件中的真空度，器件中应放置合适的消气剂。

FED显示原理：

1）在尖锥阴极与栅极之间加低电压，小于100V,实现对阴极发射电子的调制；

2）由于电极的间距很小，在尖锥阴极的尖端会产生很强的电场。

电子在强电场下由于隧道效应从金属内部穿出进入真空中；

3）在上基板的阳极上加10000V的高电压，电子加速获得能量轰击阳极基板上的荧光粉，得到高亮度的发光。

4.简述FED和CRT的区别。

1）FED是阵列型发生源，是一个面矩阵，有数十万个主动发光的尖锥阴极阵列。

CRT只有一个电子束，或者彩色显示有3个电子束。

2）FED采用微尖型阵列平面电场作用下的冷阴极发射。

CRT是利用电子枪的热电子发射。

3）FED的荧光点到阴极的距离小于3mm,是平板显示。

CRT由于使用热电子抢，为了是电子束获得足够的偏离和扫描，必须有一定距离才能打到荧光屏上，体积又大又厚又重。

5.简述热电子发射和冷发射的区别。

热电子发射是利用加热物体提供能量使电子从物体表面逸出的过程。

当物体温度升高，电子的无序热运动能量随之增大。

升高到一定程度，电子克服体内的束缚力从物体表面逸出，发射出来进入真空。

冷阴极发射是一种场致电子发射的过程，又称自发射。

当物体表面电场加强，不需要加热，阴极体内的电子在电场下获得足够的能量后，克服体内的束缚力，利用隧道效应从表面发射出来进入真空。

6.简述真空荧光显示的结构和原理。

由玻璃基板、阴极、栅极、阳极和在阳极表面涂布的荧光体组成，属于一种三电极结构。

阴极采用丝状直热式氧化物，用于发射电子。

栅极采用网状或者丝状结构，通过调整栅极相对于阴极的电位，电子可以通过栅极向阳极运动。

阳极表面涂有荧光粉层。

当栅极的电位为正，电子向栅极运动，一部分电子穿过栅极，另一部分电子会被栅极拦截而变成栅流，一般要求这部分电流越小越好。

当阳极电压也同时为正时，穿过栅极的电子可以到达阳极，激发荧光体发光。

因此，VFD需要栅极和阳极同时加正压时才可以发光。

7.简述液晶显示器亮度决定因素有哪些？

并计算分析实际亮度能达到多少？

液晶显示器亮度决定因素有背光源的亮度、液晶屏的透过率。

其中液晶屏的透过率由偏振片1的透过率、液晶屏的开口率、彩膜的透过率、电极的透过率、偏振片2的透过率决定。

根据背光源的亮度计算显示器的亮度，如一个亮度为3000cd/m2的背光源，液晶屏的透过率大约为5-10%左右，可以得到的显示屏亮度为150~300cd/m2左右。

简述灰度级和颜色数的关系？

并举例说明。

灰度级数为2的数据比特数次方。

彩色显示的颜色数为灰度级数的3次方。

例如：

数据信号为3比特，可显示的灰度级数为23=8级。

彩色显示时可显示的颜色数是83=512色。

9.简述柔性显示面临的技术瓶颈。

面临的技术瓶颈主要有：

1）性能差；

2）寿命低；

3）生产设备不成熟；

4）相关高科技技术还未匹配。

四、思考题

1.思考一下PDP显示面临的问题？

适合应用在哪些领域？

面临的问题：

1）PDP显示器中，存在等离子体对荧光粉的烧伤问题；

2）PDP显示器中为防止像素间的放电干扰，必须采用障壁结构；

3）PDP的等离子体是在高压下产生的，某些像素要获得高亮度还需要更高的瞬时功率，成本高；

4）PDP显示器的单元像素变小时，发光效率会降低，亮度也会下降。

PDP的发光效率较CRT明显低很多。

应用：

只适用于比较大、清晰度较低的显示器。

2.以三片式液晶面板投影机说明透射式投影原理。

首先，利用光学系统把强光通过分光镜形成RGB三束光，分别透射过RGB三色液晶屏上；

接着，信号源调制液晶屏，通过控制液晶单元的透光或阻断，来控制光路；

然后，经过三片液晶屏的光线在棱镜中汇聚，由投影镜头投射到屏幕上实现彩色显示

3.分析VFD的局限性及发展。

VFD由于工作电压低限制了某些性能。

1）彩色化的限制。

由于驱动电压低，大部分材料在20V左右不能发光，材料局限导致彩色化困难；

2）阴极功耗大。

阳极的电流是由阴极提供的，阳极电流越大，所需要的阴极功耗也越大。

而且阴极必须一直加电压，功耗很大；

3）分辨率受限。

VFD的栅极在器件中是架空的，不可能制作太高的分辨率。

由于以上缺陷的限制，VFD主要应用在对功耗要求不大的小屏幕设备，如音视设备、微波炉等家用电器和电子称、仪器仪表中。

4.分析在一个演出的场合需要使用200英寸以上的显示器，你选择哪种显示器?

为什么？

选择发光二极管显示器。

因为发光二极管显示器是采用无数个小发光二极管拼接组成的显示器。

不受组装数量的限制，适合于大型、户外显。

5.思考一下如何提高开口率，并举例说明。

通过改变设计方案和工艺能力，缩小栅线、信号线宽度和TFT等大小可以提高开口率，但是提高程度有限。

另外，通过改变线间距提高开口率的措施也是非常有效的，常用的有两种，一种是BMonArray设计，另一种是有机膜绝缘层设计。

以BMonArray设计为例。

BMonArray设计中，阵列基板在制作薄膜晶体管阵列之前，先制作一层黑矩阵，光刻出黑矩阵图形正好可以遮挡住线间距，接着沉积一层隔离层。

再按照正常工艺制作薄膜晶体管阵列。

因为线间距被阵列基板上的黑矩阵遮挡住了，阵列基板和彩膜基板对盒时在像素电极上不用再交叠，开口率明显提高。

6.设计一款4.5英寸，分辨率为960x640的显示屏，能达到多少ppi?

长宽比为4:

3的话，像素间距能达到多少？

.a/960?

+64tf心

ppi==25o

4.5

4

横向的像素间距=4.5x2.54x十960?

加^95如

a/42+32

3

纵向的像素间距=4.5x2.54x-64Cbm«

107pm

第二章习题答案

一、填空题

1.向列相近晶相胆當相2.平行3.扭曲向列相4.热致液晶溶致液晶

5.黄色黑色黄模式6.热致液晶7.超扭曲向列相液晶显示器&

18889.

晶体的各向异性所特有10.动态散射效应电控双折射效应宾主效应扭曲向列效应

二、判断题

1.X2.X3.P4.X5.76.P7.X&

X9.710.7

1.液晶是指在某个温度范围内，具有晶体的各向异性和液体的流动性，不同于通常的固态、液态和气态的一种新的物质状态，又称为物质的第四态。

2.热致液晶是把某些有机物加热溶解，由于加热破坏晶体的点阵结构而形成的液晶，在某一温度范围表现出液晶的性质。

3.残像是指液晶屏施加信号电压后，显示屏上有影像残留的现象。

4.闪烁是指屏幕上某些点的亮度产生瞬时变化的现象。

5.液晶介电各向异性是指液晶在不同方向上的介电常数不同。

6.p型液晶，又称为正性液晶，在外电场作用下，液晶分子的长轴方向与外电场平行时体系的能量最小。

7.n型液晶，又称为负性液晶，在外电场作用下，液晶分子长轴方向与外电场垂直时体系的能量最小。

液晶的电光效应是指液晶在外电场下分子的排列状态发生变化，引起液晶屏的光学性质发生变化的一种电光调制效应。

9.宾主效应是指将二色染料作为客体（宾体）溶于特定排列的向列相液晶材料（主体）中，利用染料分子不同的吸收实现彩色显示的效应。

10.无源矩阵液晶显示器是单纯在两块玻璃之间注入液晶材料的液晶显示器。

11.有源矩阵液晶显示器是在内部引入薄膜晶体管或二极管等有源器件作开关器件，再注入液晶材料的液晶显示器。

12.常白型液晶显示器是不加电压时，液晶显示器为透光状态；

加上电压后，随电压的增加透过的光强逐渐减小的液晶显示器。

13.常黑型液晶显示器是不加电压下无光输出为暗态；

加上加电压后，随电压的增加透过的光强逐渐增加的液晶显示器。

四、简答题

1.液晶的种类

从组成和产生液晶态的物理条件看，液晶可以分为热致液晶和溶致液晶两大类。

按照刚性中心部分的形状可以把液晶分成两种类型：

细长棒状和扁平盘状。

2.TN型液晶显示器的显示原理

在不加驱动电压时（off态），来自光源的自然光经过上偏振片后只剩下平行于透光轴的线偏振光。

线偏振光射入液晶层。

液晶层内的液晶分子，由于上下基板表面取向层的作用，从上到下刚好扭曲90°

o光在传播中，偏振方向随液晶分子扭曲结构同步旋转。

光到达下偏振片时，偏振面刚好旋转了90°

正好与另一片偏振片的光轴平行，光可以透过，呈现亮

°

在施加足够电压时（on态），由于正性液晶的介电各向异性和电场的相互作用，液晶分子扭曲结构解体，液晶分子长轴平行于电场方向，线偏振光的偏振方向在盒中传播时不再旋转，保持原来偏振方向到达下偏振片。

正好与下偏振片的光轴正交，无光输出，呈现暗态。

当一些像素透光，而另一些像素不透光，就会显示出明暗不同的图像。

3.液晶相的分类

细长棒状液晶根据液晶相分为：

向列相、近晶相、胆當相。

4.向列相液晶的特点

向列相液晶由长径比很大的棒状分子组成。

每一分子的位置虽无规则，但分子长轴基本保持平行，不能排列成层状，可以上下、左右、前后滑动。

各个分子容易顺着长轴方向自由移动，粘度小，富于流动性。

5.简述液晶显示器残像产生的原因

液晶中快态离子在电场作用下引起离子的传输，导致在相对低的频率下光传输中图像的闪烁，获得错误的灰度级。

6.简述液晶显示器闪烁形成的原因

液晶中慢态离子在长时间高于50mV以上的直流驱动下，引起离子的产生和移动。

离子可以聚在取向层中，引起一个补偿电压，在施加的直流驱动去除后，离子导致的补偿电压还会持续很久，引起残像。

7.简述液晶材料的物理性质对显示性能的影响

弹性常数和旋转的粘度决定着液晶的响应时间和阈值电压的主要因数；

介电各向异性决定着液晶在电场下是p型还是n型的特性，大的介电常数可以降低阈值电压；

光学各向异性决定着液晶的光学性质；

阈值电压决定着在低功耗下的工作范围。

描述第一个液晶显示器采用的显示原理（动态散射效应）

动态散射效应显示原理：

在液晶材料上施加电场，外加电场直接对液晶分子作用，使液晶分子长轴按照电场相应地排列，如n型液晶垂直电场方向有序排列；

液晶中微量杂质的带电粒子受电场作用后分别向两极移动，使离子所过之处液晶分子受到离子冲击而转动，破坏液晶分子的有序排列；

电场继续增加，液晶分子处于不断摇摆状态，发生紊乱，造成液晶屏各部分折射率分布的不均匀。

有光通过液晶屏，入射光会被散射掉。

9.简述偏振片的作用

偏光片是只允许在某一个方向振动的光波通过，而其他方向振动的光将被全部或部分地被阻挡。

10.简述液晶显示器的分类及英文缩写

液晶显示器主要分为无源矩阵和有源矩阵液晶显示器。

无源矩阵液晶显示器又包括TN、STN、HTN、FSTN、ECB、铁电液晶、Ch-N相转变模式等液晶显示器。

有源矩阵液晶显示器又包括二端子和三端子器件两类。

二端子器件有MIM、MSI（SiNx硅氧化膜）、DR、BTB二极管、Pin二极管/（a-Si）等。

三端子器件主要有MOSFET和TFT,TFT有非晶硅a-SiTFT、多晶硅p-SiTFT,氧化物ZnOTFT、化合物CdSeTFT,CdSTFT、有机TFT（OTFT）等。

MOSFET：

MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor金属氧化物半导体场效应晶体管

TFT：

ThinFilmTransistor薄膜晶体管

MIM：

MetalInsulatorMetal金属-绝缘体-金属

MSI：

MetalSemi-InsulatorMetal金属-半绝缘体-金属

DR：

DiodeRing二极管环

BTB：

BackToBackDiode背靠背二极管

ECB：

EletricallyCoutrolledBirefringence电控双折射

11.简述STN型液晶显示器的显示原理

STN型液晶显示器基板表面的液晶分子与偏振片光轴方向不同。

入射光侧液晶分子长轴方向与上偏振片的光轴旋转30°

（卩），而出射光侧的液晶分子长轴方向与下偏振片的光轴旋转60°

（Y）。

在液晶中传播速度的不同，光通过下偏振片时相互发生干涉。

不加电压时，在液晶分子旋光和光的双折射共同作用下透光，呈现黄色；

加上一定的电压，液晶分子沿电场方向排列，从上偏振片透过的光，穿过液晶分子后到下偏振片，由于与下偏振片光轴垂直，不透光，呈现黑色。

因此，STN型显示本身能显示颜色。

12.简述铁电液晶的工作原理

当对铁电液晶的液晶屏加上直流电压时，自发极化的偶极矩与电场相互作用，使液晶分子自极化方向指向电场方向，螺距变长。

当电场超过一定值时，螺旋结构消失。

当电场方向反向时，分子的极化方向也反向，液晶分子相对于层面法线的倾斜角也从9变成七，即在基板面内变化了角度20o在E<

-Ec时，通过下偏振片的光，通过铁电液晶层，到上偏振片，与上偏振片光轴垂直，不能透光为暗态；

当E>

+Ec时，通过下偏振片的光，通过铁电液晶层，刚好扭曲了28,与上偏振片光轴几乎平常，光透过为亮态，

五、计算题与分析题

1.请画出TN-LCD的结构图，简述TN型液晶显示器的组成并在图中标出各部分的名称。

TN型液晶显示器是由偏振片、玻璃基板、彩膜、透明电极（ITO）、取向层和液晶组

o

偏振片玻璃基板彩膜

ITO电极

ITO电极玻璃基板偏振片

2.请画出常白型TN液晶显示器的显示原理图，并简述显示原理。

常白模式液晶显示器的上下两个偏振片透光的光轴垂直，内部液晶分子从上到下刚好扭曲90°

o不外加电压时，液晶显示器为透光状态，为亮态；

加上外界电场后，随电场的增加透过的光强逐渐减小，最后透光率趋近于零，为暗态，可以实现在白色背景上显示黑色图案。

以互换？

请举丄乖嗣皐莠旃为什么？

（”加电压不透光

各种类型的液晶材料基本都用于开发液晶显示器。

如向列相液晶显示器、聚合物分散液晶显示器、双（多）稳态液晶显示器、铁电液晶显示器和反铁电液晶显示器等。

在多种液晶显示器中，开发最成功、市场占有量最大、发展最快的是向列相液晶显示器。

不可以互换。

因为显示原理不一样，结构和参数设计都不一样，所以不可以互换。

第三章习题答案

1.对比度色差灰阶逆转2.多畴垂直排列技术图案化垂直排列技术共面转换技术边缘场开关技术3.MVA技术PVA技术4.5+15.交错排列V字阵列基板彩膜基板6.聚合物稳定取向材料7.先进的超视角技术&

楔形9.透明的ITO透明的ITO10.双畴像素

1.x2.73.P4.x5.x6.x7.79.x10.x

三、名词解释

1.视角是指液晶显示器可以清楚看到不失真影像的视线与屏幕法线的角度，数值越大越

好。

2.灰阶逆转是指随着观看角度的增加，液晶显示器上出现低灰阶比高灰阶还要亮的现象，产生逆转的临界点时的观看角度为最大可视角度。

3.色差是指随着观看角度的增加，液晶显示器上出现颜色锐变的现象，当这种变化超过一个无法接受的值的时候为最大可视角度。

4.漏光现象是指黑色显示时有不同程度的光透过的现象。

5.水平视角是指以液晶显示屏的屏幕法线方向为中心，向左和向右移动可以清楚看到影像的角度范围，又称为左右视角。

6.垂直视角是指以液晶显示屏的屏幕法线方向为中心，向上和向下移动可以清楚看到影像的角度范围，又称为上下视角。

7.补偿膜技术是在原有TN模式的基础上，在液晶屏外部粘贴一些各向异性的光学膜，用来补偿由于液晶分子的状态不同而产生的光学性质差异来改善视角的。

1.简述视角产生的原因。

1）液晶显示器本身不能发光，是一种被动发光显示器。

2）长条棒状的向列相液晶，具有和晶体类似的双折射现象；

3）当显示不同灰阶施加不同的电压时，液晶分子的长轴方向与玻璃基板有不同的角度，不同方向看到的灰阶不同；

4）入射的线偏振光，在扭曲的液晶分子作用下产生双折射，导致通过液晶层的偏振光的光程差不同，引起不同程度的漏光；

5）存在不同程度的灰阶逆转现象。

2.简述VA技术如何实现光学补偿的。

VA技术凸起物附近的液晶分子略有倾斜，分子状态正好对称。

左右相邻的液晶分子长轴方向分别指向不同的方向，分子状态对称。

利用这种不同指向的液晶分子长轴方向来实现光学补偿。

3.简述MVA技术的显示原理。

不加电压下，液晶分子在液晶屏内并不是全部垂直基板排列。

在垂直取向的作用下，一部分垂直基板排列，一部分垂直于凸起物排列，在交界处液晶分子会偏向某一个角度；

上下偏振片光轴垂直，从一个偏振片通过的偏振光，穿过液晶层，到另一个偏振片后与光轴垂直，不透光呈黑态。

当加电压后，n型液晶分子在电场下要垂直电场排列，但由于垂直取向的作用，使得液晶分子在液晶屏内倾斜排列，并趋向于水平。

光可以通过各层，由于双折射产生干涉，透光呈白态。

在视觉观察下，MVA技术上下基板交错的三角棱状的凸起物，共同作用下两个畴的液晶分子排列更加整齐有序，利用这种不同指向的液晶分子长轴方向来实现光学补偿。

4.描述MVA技术的工艺方案。

MVA型TFT-LCD的阵列工艺：

玻璃基板投入—Gate电极—TFT硅岛—源、漏电极—钝化及过孔-像素电极-MVA凸起物，共5+1次光刻。

MVA型TFT-LCD的彩膜工艺：

玻璃基板投入—黑矩阵（BM）膜—彩色膜（RGB）—保护膜（OC）—透明导电膜（ITO）—衬垫（PS）—MVA凸起物.

5.简述PVA技术和MVA技术的主要不同。

1）凸起物不同，MVA技术的上、下基板上间隔分布着三角棱状的凸起物，经垂直取向后，液晶分子在凸起物表面附近及上下基板表面上垂直取向。

PVA技术直接改变了液晶显示器单元像素结构，采用透明的ITO层代替MVA中的凸起物，具有更好的开口率、高的显示亮度，最大限度减少背光源的浪费。

2）电极结构不同，MVA技术的下基板上形成像素电

极，光刻出像素电极的形状，而上基板的ITO电极是一个整面的结构，不需要光刻出图形。

PVA型液晶显示器上基板的ITO电极，不再是一个完整的ITO薄膜，而是光刻出一道道平行的缝隙。

6.简述IPS技术的器件结构。

IPS技术中，像素电极和共用电极都制作在同一块基板上，在另一块基板上没有电极。

利用梳妆数字电极构成单元像素，电极间距为L,电极宽度为W,在共用电极和像素电极之间加上横向电场来控制液晶分子的排列。

7.描述IPS技术的显示原理。

以p型液晶的IPS技术为例。

在未加电压下，入射光通过上偏振片的线性偏振光在液晶屏内从上到下旋转90。

后，到下偏振片时，正好与偏振片的光轴方向垂直，不透光，呈现黑态（或关态）。

在电极之间施加一个足够的电压，会相应的产生一个电场E,使液晶分子重新排列后，沿电场方向排列，透过上偏振片的线偏振光经过液晶分子到下偏振片后，与下偏振片的光轴平行，透光，呈现亮态（或开态）。

简述FFS技术与IPS技术的差别。

1）电场不同，IPS技术中一个电极是金属电极，另一个电极是ITO像素电极，电极间距大。

在FFS技术中两个电极都是透明的ITO电极，电极间距小；

2）存储电容面积不同，IPS技术用ITO的像素电极和金属材料为条形结构，存储电容面积小。

FFS技术第一层ITO的共用电极制作成矩形，第二层像素电极ITO制作成长条形，存储电容面积大，

9.简述单像素双畴FFS模式的实现的原理。

双畴的FFS结构中，共用电极线在中间，把像素电极分成上下两部分。

条形电极的方向不同，分别与信号线成一定的角度。

表面取向层的摩擦方向，平行信号线方向。

不加电压下，液晶分子沿摩擦方向排列。

加电压后，正性液晶分子平行电场方向排列。

像素电极上部分的液晶分子顺时针旋转，像素电极下部分的液晶分子逆时针旋转。

两个方向旋转的液晶分