顯示技術

實驗教學大綱

目錄

《顯示技術》..............................................................1

一、課程簡介....................................................2

二、課程實驗教學的目的、任務與要求..............................2

三、實驗方式與基本要求..........................................2

四、實驗項目設置................................................2

五、教材（講義、指導書）........................................3

六、實驗報告要求................................................3

七、考試（考核）方式..............................................3

八、使用說明....................................................4

附件：..........................................................5

《顯示技術》課程實驗項目1...................................5

《顯示技術》課程實驗項目2...................................7

《顯示技術》課程實驗項目3..................................15

《顯示技術》課程實驗項目4..................................20

《顯示技術》課程實驗項目5..................................24

《顯示技術》課程實驗項目6..................................29

《顯示技術》課程實驗項目7..................................38

《顯示技術》課程實驗項目8..................................41

課程名稱：顯示技術課程編號：056513

英文名稱：DisplayTechnology

課程性質：非獨立設課

課程屬性：專業

應開實驗學期：第七學期

學時學分：課程總學時40實驗學時16課程總學分3.5實驗學分一-

實驗者類別：本科生

適用專業：電子科學與技術

先修課程：大學物理、模擬電子技術、固體物理、半導體物理，單片機等

一、課程簡介

本課程是電子科學與技術等專業的一門專業課，主要研究顯示技術的基本原

理、顯示器件的基本結構、顯示驅動技術等，為培養學生對各種顯示電路原理的

分析、設計、使用打下基礎。

二、課程實驗教學的目的、任務與要求

實驗教學在顯示技術教學中具有十分重要的地位和作用，它和課堂教學相輔

相成，相得益影響。在一定意義上甚至可以說是對課堂教學內容的補充、延伸和

深化，通過與課堂教學的密切配合，共同達到課堂教學的基本目的和要求。本課

程的實驗教學部分著重于加深學生對顯示器件及顯示電路與技術的理解與掌握，

著重于培養學生問題的能力。主要包括計算機CRT顯示器的基本原理、CRT電子

聚焦與偏轉、液晶顯示器的電光特性曲線測量實驗等。

三、實驗方式與基本要求

實驗方式：學生2人一實驗臺，獨立實驗，注意記錄實驗數據與結果分析。

基本要求：每次實驗課前，學生應預習實驗講義，明確實驗目的和任務，擬

定實驗步驟，并認真復習與實驗內容相關的理論。實驗過程中嚴格按實驗規

程操作。愛護實驗儀器設備。實驗完成后要寫出實驗報告，其內容包括實驗

數據的整理和計算，對實驗結果及實驗中出現的問題的分析討論，對實驗方

法的建議等。實驗后，按要求編寫實驗報告。

四、實驗項目設置

序實驗實驗實驗實驗實驗每組

實驗項目名稱實驗內容提要

號編號時數類型類別要求人數

11計算機CRT顯示掌握計算機CRT顯示器的基本原理2驗證專業必修2

口口4=t-1-nr；-rm

CRT電子聚焦與了解電子槍及電子透鏡的工作原理和控制方法；

222蝴氈必修2

偏轉掌握陰極射線顯像管相關特性參數的測量方法

了解液晶顯示技術的物理基礎和相關特性

液晶顯示器的電

33掌握液晶顯示器件特性參數的測量方法2驗證專業必修2

光特性曲線測量

熟悉筆段型LCD的靜態驅動技術

液晶顯示器的驅掌握使用AT89C51單片機驅動3又1/2位LCD軟

442驗正割必修2

動硬件的實現方法

測量筆段型LCD的驅動波形信號

了解輝光放電與等離子體顯示器件的物理基礎；

55等離子體顯示2蝴氈必修2

掌握輝光放電與等離子體顯示器件相關特性參數測量

掌握晶體電光調制的原理和實驗方法。

學會用簡單的實驗裝置測量晶體半波電壓、電光

常數的實驗方法。

66電光效應觀察電光效應所引起的晶體光性的變化和會聚偏2粉正專業必修2

振光的干涉現象

了解微電子機械系統及DLP顯示的工作原理及相關特

MEMS微鏡與DLP

77性；2驗證必修2

顯示掌握MEMS器件性能參數的測量方法

掌握字符型顯示模塊的構成：

8字符型液晶顯示熟悉顯示驅動控制器的電路特性；

82給必修2

模塊的應用掌握單片機接控制方式的接口電路：

了解間接控制方式的驅動程序設計

16

法姬磔：1.滿42.魅的給4朗球游期1籟黜1.基即291基M專'W4?熊獎遮：1.必修2選修3屈

五、教材（講義、指導書）

《顯示技術》，肖云虹編，西安電子科技大學出版社，出版時間2011年

六、實驗報告要求

要求每個學生每次實驗均按山東工商學院實驗報告統一格式寫出實驗報告，

包括實驗目的與要求、實驗所用儀器、實驗內容與步驟、結論、實驗存在的問題

與解決方法等項目。

七、考試（考核）方式

本課程的總成績由理論考試成績、平時作業與實驗課成績3部分組成，按百

分制計。其中：理論考試成績占70%（理論考試成績通過期末考試方式評定），

平時作業成績占10強（按每次作業完成情況評定），實驗課成績占20%。

實驗成績的評定方法：預習報告占10%,硬件電路連接占25%,軟件設計占

25%,系統調試占25%,實驗報告占15隊另外，對實驗中出現的問題，根據解決

的情況可獎勵。?50分（百分制）。

八、使用說明

本實驗教學大綱適用于電子科學與技術等專業的《顯示技術》課程，課程總

學時為48,實驗學時為8。

附件：

《顯示技術》課程實驗項目1

一、實驗項目名稱及實驗項目編號

計算機CRT顯示器的基本原理，1

二、課程名稱及課程編號

顯示技術，055518

三、實驗目的

通過本實驗使學生掌握計算機CRT顯示器的基本原理。

四、實驗原理

本實驗是基于計算機的陰極射線顯像管（CRT顯示器）的工作原理來設計的。CRT顯示

器主要由電子槍、偏轉線圈，蔭罩、高壓石墨電極和熒光粉涂層以及玻璃外殼組成。熒光屏

上涂滿了按照一定方式緊密排列的紅、綠、藍三顏色的熒光粉點或熒光粉條，稱為熒光粉單

元。相鄰的紅、綠、藍熒光粉單元各為一組，稱為像素。在陽極高壓作用下，電子槍以極高

的速度轟擊熒光粉涂層。電子槍發射出三束電子束，它們分別受計算機顯卡R、G、B三個基

頻視頻信號電壓的控制，去轟擊各自的熒光粉單元，發出強弱不同的紅綠藍三中光。根據空

間混色法會產生豐富的色彩。在偏轉線圈的作用下，顯像管內的電子束會以一定的順序，周

期性的轟擊各個像素，由于視覺殘留和熒光粉的余暉作用，我們就可以看到一幅完整的圖形。

電子束有規律的周期性運動稱為掃描運動。通常實現掃描的方式很多，如直線式掃描，圓心

掃描，螺旋掃描等。其中直線式掃描又分為逐行掃描和隔行掃描兩種，在CRT顯示系統中兩

種都有采用。無論是逐行或是隔行掃描，為了完成對整個屏幕的掃描，掃描線并不完全水平，

而是稍微傾斜的，為此電子束既要作水平方向運動，又要作豎直方向運動。前者形成一行的

掃描稱為行掃描，后者形成一幅畫面的掃描稱為場掃描。蔭罩大概位于熒光屏火苗約10mm

處，是厚度約為0.15mm的薄金屬障板。它上面有很多小孔或細槽，它們和同一組的像素相

對應。三支電子束經過小孔或細槽后只能擊中同一像素中對應的熒光粉單元，保證了色彩的

純正和正確的會聚。畫面的連續感由場掃描的速度決定。場掃描越快，形成的單一圖像越多，

畫面就越流暢。

五、實驗內容

首先觀察紅、黑、綠三種顏色背景單獨顯示的情況，在將紅綠兩種顏色進行混合而產生

黃色的效果，使學生通過觀察大面積的顏色混合效果去體會像素顯示顏色的原理，并通過了

解程序的執行過程體會電子束掃描的特性與效果。

其次掌握顯像管陰極工作特性。

六、實驗方法與步驟

1.關閉計算機和顯示器的電源，拆下顯示器后蓋外殼，再接好顯示器電源和信號線,

然后啟動計算機

2.執行DEBUG命令，用A命令輸入以下匯編語言語句組成的程序:

XXXX：0100MOVAH,0

XXXX：0102MOVAL,E

XXXX：0104INT10

XXXX:0106MOVCL,0

XXXX：010AMOVBH,0

XXXX：010CMOVBL,A

XXXX：010EINT10

XXXX:0110MOVAH,B

XXXX：0112MOVBH,0

XXXX：0114MOVBL,0

XXXX:0116INT0

XXXX:0118MOVAH,B

XXXX：011AMOVBH,0

XXXX：oneMOVBL,C

XXXX：OUEINT10

XXXX:0120INTCL

義XXX：0122CMPCL,F0

XXXX：0124JNZ108

XXXX:0127MOVCL,0

XXXX：0129INT20

3.執行命令G=100no顯示綠色背景。此時只有連接綠色信號的電子槍發射電子束,

掃描轟擊背景范圍內的每一個像素的綠色熒光粉。由于掃描速度很快以及眼睛的視

覺殘留，可以看到穩定的綠色背景。找到與顯像管紅、綠、藍三支電子槍相插接線

電路上面的三個端點KR,KG,KB的位置，用萬用表測出這三個端點擱置的對地直流

電壓。

4.執行命令G=110118顯示黑色背景，此時三支電子槍均不發射電子束。找到與顯

像管紅、綠、藍三支電子槍相插接線電路上面的三個端點KR,KG,KB的位置，用萬

用表測出這三個端點擱置的對地直流電壓。

5.執行命令G=UO120顯示紅色背景，原理與上述顯示綠色背景相同。找到與顯像

管紅、綠、藍三支電子槍相插接線電路上面的三個端點KR,KG,KB的位置，用萬用

表測出這三個端點擱置的對地直流電壓。

6.執行命令G=100131顯示黃色背景，此時程序的循環控制使背景色交替顯示紅、黑、

綠色，由于程序執行速度很快及黑色背景時熒光粉不發光，所以可以看到綠、紅兩

種顏色的混合色為黃色。

七、實驗要求

1.實驗報告具體要求與寫實驗報告規范格式

2.實驗考核評價要求

八、場地、設備與器材

《顯示技術》課程實驗項目2

一、實驗項目名稱及實驗項目編號

CRT電子聚焦與偏轉，2

二、課程名稱及課程編號

顯示技術，055518

三、實驗目的

1、了解陰極射線顯像管（CRT）的工作原理；

2、了解電子槍及電子透鏡的工作原理和控制方法；

3、掌握陰極射線顯像管相關特性參數的測量方法；

四、實驗原理

陰極射線管顯示裝置的核心部件是CRT顯像管。CRT顯像管使用電子槍發射高速電子,

由垂直和水平的偏轉線圈控制電子的偏轉角度，高速電子擊打屏幕上的熒光物質使其發光,

通過電壓來調節電子束的功率，就會在屏幕上形成明暗不同的光點形成各種圖案和文字。

陰極射線顯像管主要由電子槍、偏轉線圈、熒光粉層及玻璃外殼幾部分組成，彩色顯像

管還含有蔭罩或蔭柵等部件。

1.電子槍

電子槍處于外殼尾部的細圓柱形管內，它由陰極、柵級、第一陽極（加速極）、第二陽極

（高壓極）和第三陽極（聚焦極）五部分組成。

1）.陰極是旁熱式的，其外形是個圓桶，陰極表面涂有能發射電子的氧化物，陰極筒內

裝有加熱燈絲。當燈絲通電后，烤熱陰極表面氧化物，使之發射電子，發射電子的數目受柵

極的電壓控制。

2）.控制柵極（G）又稱調制極，套在陰極的外面，呈圓桶形。圓桶的頂端有一個直徑為

0.6?0.8mm的小圓孔供熱電子射出。控制柵極離陰極很近，改變控制柵極和陰極的電壓就

可以控制電子束的強弱，從而達到控制顯像管亮度的目的。

CRT在陰極電壓一定時，柵極、陰極之間的電壓與陰極束電流關系曲線稱為調制曲線,

如圖2所示。滿足：

T

I?=K（Egk-EBko）

其中：K為比例系數，與電子槍有關；取。為截止柵壓；康為實際的柵偏壓；丫是表征

控制柵壓越負，束電流越小；控制柵壓負至一定值（以=%。）時，束電流為零，此時的柵

壓稱為截止柵偏壓（截止電壓），熒光屏因束電流等于零而無光；反之，控制柵的電壓逐漸提

高，束電流按指數曲線上升，熒光屏的亮度也隨之增加。由于Y的存在，造成亮度、灰度

等級變化失真，黑色壓縮，白色擴張，如圖3所示。重現圖像時，進行Y校正放大處理，

使發送和接收綜合特性成為線性。圖中靜態工作點的電壓由亮度調節電路提供。在電子束行、

場掃描逆程回掃期間，由于應該使電子束流截止，此時柵負壓應該低于截止電壓。

由截止電壓到電子束流為100?150uA的柵陰極電壓范圍，叫做最大調制量。顯像管的

最大調制量越小，所需的視頻信號峰峰值也越小。可見，最大調制量越小越好。值得注意的

是,最大調制量會隨著加速極電壓降低而減小，但是加速極電壓降低時,會使屏幕亮度下降。

3).加速極(A1)。加速極處于控制柵的前面，它也是一個頂部開有小孔的金屬圓桶。在

加速極上通常加有幾百伏的正電壓.它的作用是把電子從陰極表面拉出來，向熒光屏方向運

動，形成一束電子流，加速轟擊熒光屏。

4).高壓陽極(A2,A4)。高壓陽極分為兩部分，中間用金屬條相連，若將靠近加速極的

一極稱為第二陽極(A2),另一極則稱為第四陽極(A4)。第四陽極與管壁內的石墨導電層用彈

性金屬片相連接，石墨導電層又與高壓電極相連接。高壓陽極上加有9?16kV電壓，由于陽

極高壓的電壓高，不宜在管角處引出，而是從玻璃錐體側面的電極引出。陽極高壓使電子加

速至極高的速度沖射到熒光屏上。

5).聚焦極(A3)。因為電子束流

橫截面積的大小確定了重現圖像的像

素的大小，而電子束流是由帶負電的

電子組成的，電子之間的相互排斥則

有自然散焦的趨勢。聚焦極的作用就

是將電子束流聚攏成很細的一束射向20-60V4OOV0-400V

熒光屏。聚焦極位于兩節高壓陽極之

間，它是一個直徑較大的金屬圓桶，

其上加有數百伏的可調電壓，調整此

電壓大小，就可以改變它與高壓陽極

之間非均勻分布的聚焦電場，使電子

束聚攏成一細束，熒光屏上呈現一細￡，使圖像最清晰。由于電子束的聚焦恰似光線經光學

透鏡而聚焦，因此又常將電子聚焦系統稱為電子透鏡。

在電子槍中，由于各極電壓不同，共有三只電子透鏡，第一只是由陰極K、控制柵極G

第一陽極A1形成的，由于第一陽極電壓比陰極高得多，因此等位面穿過柵孔向陰極方向凸

出，把由陰極發出的電子在穿過柵極孔之后會聚成一點，但經過這點之后又重新發散開了。

如圖4的左半部所示。

第二只透鏡是由第一陽極A1與第二陽極A2(即高壓電極的一半)所形成的，由于第二

陽極比第一陽極電壓高得多，所以其電場分布如圖4的右半部所示。這是一個會聚透鏡，在

電子槍中把它叫做預聚焦透鏡。它的作用是把離開第一透鏡的發散電子束，預聚到與管軸平

行的方向上來。這樣做既可以使顯像光點變小，又可以減少電子束在偏轉磁場中的直徑，從

而減少偏轉像差，使屏幕中心和邊緣聚焦比較一致。

第三只透鏡是聚焦電極A3和第四陽極A4所構成的聚焦透鏡，是電子聚焦的主要透鏡。

其電場分布如圖5所示?

圖5：電子槍聚焦透鏡——第三電子透鏡（主聚焦透鏡）

圖6：電子聚焦過程

由圖可知，當電子以很高的速度射入此聚焦透鏡時，首先受到會聚場的作用，但作用時

間很短，隨后進入發散場，電子速度減慢下來，當進入到聚焦電極右側時，又受到會聚場作

用，此時電子速度最低，會聚作用最強，最后又以高速進入發散場。因此總的看來，會聚作

用遠大于發散作用，此透鏡是一會聚透鏡，又稱作聚焦透鏡。改變聚焦電極上的電壓可以調

節電子束的聚焦點，如圖6所示。聚焦電極的電位越低，聚集作用越強。

高壓陽極（第二、第三陽極）所加電壓最高，一般有9-16kV,不同顯像管所加的陽極高

壓不同，屏幕尺寸越大所加的陽極高壓越高。陽極高壓低于規定值時，電子速度較小，屏幕

的發光亮度下降，在同樣的偏轉磁場作用下，電子束的偏轉角將加大，從而圖像的尺寸將擴

大。反之，當陽極高壓偏高時，亮度提高，圖像尺寸縮小。

2.玻璃外殼

玻璃外殼包括管頸、玻璃錐體和屏面玻璃三個部分。

管頸是一個細長的玻璃管子，里面裝有電子槍。屏面玻璃內表面沉積了一層熒光粉膜,

厚度約10um,通常稱為熒光屏，俗稱熒幕。在熒光膜上還蒸鍍了一層lum厚的鋁膜導電層。

電子束可穿過鋁膜，轟擊熒光屏發光。玻璃錐體把屏面玻璃和管頸連接起來，里面抽成高度

真空。錐體張開角的大小決定了電子束偏轉的最大角度。錐體的內、外壁涂有石墨導電層,

內壁石墨導電層與高壓陽極、熒光屏鋁膜相連，并在錐體側面安有一個金屬高壓插座以接高

壓，從而使錐體內整個空間成為一個等位空間，高速電子一旦進入此空間則勻速前進到達熒

光屏。錐體外壁石墨導電層與電視機的地線相接以實現電屏蔽。內、外導電層以錐體玻璃作

為介質形成一個500-1000pF的電容，此電容正好作為陽極高壓整流器的濾波電容。

3.熒光屏

顯像管屏幕從正面看近似長方形，其寬、高比約4:3。國產黑白電視機習慣上以熒幕對

角線的長度尺寸作為分類標準。

電子槍產生電子射束，以很高的速度轟擊熒光屏，屏上的熒光粉受到電子轟擊后發光。

其發光強度主要決定于熒光粉的發光效率、電子轟擊熒光屏的速度以及電子束電流的強度。

電子束電流越大，熒光屏越亮；反之，熒光屏越暗。

熒光屏在電子轟擊下發光，停止轟擊后亮度并不立即消失，而是逐漸暗下來，熒光粉的

這種特性叫余輝特性。不同熒光粉余輝時間不同。電視顯像管屬于中短余輝，余輝時間1ms

左右。

熒光屏的熒光膜鍍了一層lum厚的鋁膜，鋁膜與內石墨導電層相連。電子射束可穿過鋁

膜，轟擊熒光膜發光。光亮如鏡的鋁膜將光線反射向管外，增加了熒幕亮度，同時保護熒光

膜免受負離子的轟擊（因為離子的質量大、速度慢，很難穿過鋁膜），防止產生離子斑。

4.偏轉系統

偏轉系統是控制電子束作掃描運動的部件，主要由偏轉線圈和中心調節器組成。

1）偏轉線圈包括行偏轉線圈和場偏轉線圈，它們套在玻璃外殼的錐體與管頸的連接處。

在偏轉線圈中流過鋸齒波電流的時候，就形成線性變化的偏轉磁場，使顯像管電子槍發射的

電子束從左到右、自上而下地掃描，在屏幕上形成光柵。

（1）電磁偏轉基本原理

電子束的偏轉方式有兩種:靜電偏轉和電磁偏轉。由于電磁偏轉容易實現大角度的偏轉，

一般的顯示器都采用電磁偏轉。電磁偏轉的基本原理是，在偏轉線圈中流過電流時將產生磁

場，電子槍發射的電子束通過偏轉磁場時受到力的作用而發生偏轉，其受力的方向可由左手

定則來確定。電子束偏轉角度的大小與流過偏轉線圈中電流的大小成正比。為了使電子束在

熒光屏上做均勻的水平掃描運動，行偏轉線圈中的電流就必須是良好的鋸齒波電流，如圖7

所示。在點a時，偏轉電流為負的最大值，使電子束偏轉達到屏幕的左邊緣。由a到b,偏

轉電流由負的最大值逐漸減小為零，它產生的磁場也減小到零，電子束偏轉角度隨著減小而

回到屏幕的的中央。由b到c,偏轉電流逐漸增加到正的最大值，電子束從屏幕的中央向右

偏轉到右邊緣。總之，由a經b到c,偏轉電流線性增加，使電子束從屏幕左邊緣向右邊緣

偏轉，完成了行掃描的正程，時間約為52uS。由c經d到e,偏轉電流又由正的最大值減小

為零至負的最大值，使電子束從右邊緣回到左邊緣，完成行掃描的逆程，時間約為12uS。

整個行掃描周期為64uS?

TH=THS+THR=52US+12uS=64uS

圖7:行掃描原理圖

如果將圖7所示的磁場方向轉一個90°角，電子束就上下偏轉進行場掃描。因此，行、

場掃描的偏轉磁場是互相垂直的。要使電子束在熒光屏上均勻地做垂直掃描，則在場偏轉

線圈中也應該流過鋸齒波電流，不過它的周期是20mS,其中逆程約占1.6mS,如圖8所示。

TV=TVS+TVR=18.4mS+l.6mS=20mS

圖8:場掃描原理圖

電子束行、場掃描的結果，在熒光屏上形成光柵。行、場偏轉線圈中鋸齒波電流分別是

由行、場掃描電路提供，行、場偏轉電流必須是線性良好，幅度足夠，而且經行、場同步信

號同步的鋸齒波電流。

(2)偏轉線圈的結構

偏轉線圈主要由磁環和行、場兩組線圈組成。

行偏轉線圈分成兩部分，放在顯示器管頸接近圓錐體部分。行偏轉線圈平面是水平放

置的，它產生的磁場是垂直方向的，因此使電子束做水平方向的偏轉。

場偏轉線圈是繞在磁環上的，在線圈中流過電流時形成磁場的情況如圖9所示，它形成

的磁場是水平方向的，因此使電子束作垂直方向的偏轉。行、場偏轉線圈組裝在一起套到顯

示器管頸上。

電流方向行偏轉線圈

圖9:場偏轉線圈形成的磁場及其組成

對偏轉線圈的主要要求是偏轉效率高及使光兒何失真小。偏轉效率高是指只要較小的偏

轉功率就可以達到滿幅光柵。幾何失真分枕形失真、桶形失真、平行四邊形失真和梯形失真

等。圖10說明了枕形失真及桶形失真的原因。因為電子束偏轉方向與磁場方向是垂直的，

如果磁場方向不規則，不均勻，那么光柵就會變形。例如磁力線中間疏邊緣密，電子束在中

間時偏轉小，兩邊偏轉大，就形成枕形失真；如磁力線中間密，兩邊疏，則電子束在中間偏

轉大，兩邊偏轉小，形成桶形失真。如果偏轉線圈太靠后了而沒有緊貼到圓錐部分上，邊緣

部分電子束被玻璃殼圓錐部分擋住，那就可能出現熒光屏四角有暗角的情況。

圖10：桶形失真和枕形失真

3）中心調節器

中心調節器一般放在顯像管偏轉線圈后面，它由兩片充有磁性的鐵鉆機薄圓片組成，如

圖11所示。中心調節器的作用是產生一個附加磁場，使電子束發生固定偏移，用來校正光

柵中心和屏幕中心的不一致，當改變兩片圓片磁性之間的夾角或改變磁性所在位置時，可改

變附加磁場的強弱和方向，使整個光柵中心在一定范圍內上下、左右移動，直至光柵中心和

屏幕中心重合。

合成磁場為零合成磁場向下.光柵向右移合成磁場向下（最大），光柵向右移

（⑴（＜,）⑴

合成磁場向上,光柵向左移合成磁場向左，光柵向下移合成磁場向右,光柵向上移

圖11：中心調節器

顯示器的光性能參數包括光點聚焦、亮度、分辨率等。

1.聚焦光點大小

因為光點直徑決定像素的大小，所以光點直徑越小越好，一般要求直徑略小于0.2mm。

2.最大亮度

一般為ISOcd/nA并且要求熒光屏各部分的亮度均勻。亮度應滿足白天室內觀看的需要，

并且要求對比度大，灰度等級不小于七級。

3.分辨率

指分辨圖像細節的能力。通常以能分辨清楚的線數多少來表示，能分辨清楚的線數越多

越好。沿著垂直方向的分辨能力稱為垂直分辨率，對于625行的隔行掃描來說，由于在有

50行的場回掃期間不傳送圖像，有效行數僅575行。因此，在電子束聚焦良好的條件下，

垂直分辨率最多也只能是575錢。沿著水平方向的分辨能力稱為水平分辨率，影響水平分辨

率的因素很多。水平分辨率在屏幕中心部分一般為550?600線，四角及邊緣部分的分辨率

會差一些，一般為450?500線。分辨率越高，圖像越清晰。圖像的清晰度也體現在顯像管

重顯圖像能分清的最高線數，它是由多方面因素決定的一個重要指標。

另外，對顯示器發光的色調等也有要求，例如黑白顯示器一般要求光柵為自然光色調。

五、實驗內容

電子槍及電子透鏡的工作原理和控制方法以及陰極射線顯像管相關特性參數的測量方法;

六、實驗方法與步驟

1.將CRT實驗模塊置于光學平臺之上，將光電二極管（Si-PD）正對顯像管屏幕固定，要

求Si-PD受光面距離顯像管屏幕30mm左右。CCD也固定于光學平臺之上，蓋上鏡頭蓋。

2.按以下要求連接線路：

a）將CCD視頻輸出連接至CRT視頻輸入（VIDEO）；

b）將CRT陰極電壓輸入（K）連接至主機高壓信號源輸出（PSG）；

c）將CRT陰極電流輸出（IK）連接至主機光電信號檢測器輸入（PD.IN）；

d）將CRT電源輸入（+12V、GND）分別連接至主機直流電源輸出（DCS,GND）；

3.接通CCD電源，打開主機電源，按以下要求設置參數：

a.設置PSG工作模式為高壓電源模式（HVS）；

b.設置PD工作模式為直流電流計模式（ADC）,量程（RTO）切換至1mA；

c.由17V開始增加陰極電壓仇，每隔IV測一個點，直至45V結束，記錄各電壓下的

陰極電流I束（忽略符號），作I束?E小曲線，即CRT調制特性曲線，求截止柵偏壓

和最大調制量（對應I求為0?lOOuA）。

4.將主機信號檢測器輸入（PD.IN）改接至Si-PD電流輸出，PD量程（RTO）切換至lOOuA,

由45V開始降低陰極電壓E.k,每隔IV測一個點，直至17V結束，記錄各電壓下的屏幕

亮度Ip,作Ip?渡曲線。

5.將主機高壓信號源輸出（PSG）改接至CRT聚焦極電壓輸入（A3）,聚焦極電壓先調至

0V；取下CCD鏡頭蓋，調整鏡頭光圈并對焦，使在CRT屏幕上的圖像最為清晰；由0V

開始增加聚焦極電壓，至200V結束，觀察CRT分辨率的變化。

六、實驗要求

3.實驗報告具體要求與寫實驗報告規范格式

4.實驗考核評價要求

七、場地、設備與器材

《顯示技術》課程實驗項目3

一、實驗項目名稱及實驗項目編號

液晶顯示器的電光特性曲線測量，3

二、課程名稱及課程編號

顯示技術，055518

三、實驗目的

1、了解液晶顯示技術的物理基礎和相關特性

2、掌握液晶顯示器件特性參數的測量方法

四、實驗原理

通常固體加熱或濃度減少后可以變成透明液體，其組成原子或分子由整齊的有序排列轉

變為無序排列。同樣物體隨著溫度降低或濃度的增加，可以從液體向固體轉變，由無序排列

轉變為整齊的有規則的排列。

有些有機材料卻不是直接從固體變液體，或者液體變固體，而是先經過一個中間狀態,

這種中間狀態的外觀是流動性的混濁液體，但其分子組成單元卻轉變為整齊、有規則的排列：

每個組成單元都處在一定的位置，規則地排列。這種能在某個溫度范圍內兼有液體和晶體二

者特性的物質稱為液晶，它是不同于通常固體、液體和氣體的一種新的物質狀態。

物質中基本組成單元非球形結構的很多，從形狀上來看，有棒形、盤形等：從結構上看

是復合結構，而它們都具有介于嚴格的液體與嚴格的晶體之間的中介相，即液晶。顯示技術

應用最廣的是由簡單的桿形有機分子（即剛性棒狀分子）為組成單元的液晶。

液晶由奧地利植物學家萊尼次爾（F.Reinitzer）于1988年發現。他在測定有機物的熔點

時，驚奇地發現某些有機物（膽幽靜的苯甲酸脂和醋酸脂）溶化后會經歷一個不透明的呈白色

渾濁液體狀態，并發出多彩而美麗的珍珠光澤，只有在繼續加熱到某一溫度才會變成透明清

亮的液體；第二年，德國的物理學家萊曼（0.Lehmann）使用由他親自設計、在當時最新式的

附有加熱裝置的偏光顯微鏡對這些脂類化合物進行了觀察，發現這類白色渾濁的液體在外觀

上雖然屬于液體，但卻顯示出光學中各向異性晶體特有的雙折射特性。萊曼將其命名為“液

體晶體”，這就是液晶名稱的由來。

液晶物質基本上都是有機化合物，從其成分和物理條件上可分為熱致液晶和溶致液晶。

后者主要在生物系統中大量存在，采用溶劑破壞結晶晶格，而熱致液晶是加熱破壞結晶品格

而形成的，主要用于顯示液晶材料。

液晶一方面具有像液體一樣的流動性和連續性，另一方面又具有像晶體一樣的各向異性

（在晶格結點上作有規則的排列，即三維有序），這種液體和晶體之間的中間物質是一種有序

的流體。各類液晶具有不同的結構和性質，液晶分子排列沒有晶體結構那樣牢固，容易受到

電場、磁場、溫度等外部因素影響，使其各種光學性質發生變化。液晶的這種作用微弱的分

子排列正是液晶能開拓廣泛應用的關鍵條件。

液晶是單軸晶體。單軸晶體是只有一個光軸的晶體，三個互相垂直的主軸x、y、z沿三

個主軸方向的介電常數￡x、ez有e?=￡華￡”折射率廿11，=止,片八。在單晶中，z

軸方向稱為光軸方向，。光和e光都是線偏振光，其振動方向互相垂直。由此，液晶具有特

別有用的光學特性。

1）能使入射光的前進方向向液晶分子長軸即指向矢量n的方向偏轉

入射光線

（a）均勻介質（b）液晶（＜,）液晶（d）液晶

俵示垂直干紙面的偏振光一表示與紙面平行的偏振光g表示液晶分子

圖1：射入液晶的光線的前進方向

2）能改變入射光的偏振狀態（線偏振、圓偏振、橢圓偏振）或偏振方向

3）能使入射偏振光相應于左旋光或右旋光進行反射或者投射。

圖1為射入液晶的光線的前進方向的變化圖，其中圖（a）、（b）為光線垂直地入射兩個均

勻的各向同性介質界面，即使折射率不同光仍然照直前進。而對圖（c）、（d）而言就要考慮到

液晶是各向異性物質，而且還要考慮到液晶的分子軸和入射光線不同的方向，它可分解為垂

直于紙面的偏振光。偏振光分為兩部分，一部分的偏振平行分子長軸，另一部分垂直于分子

長軸。平行于分子軸和垂直于分子軸方向的速度只是由V〃=C〃/n」，VLj/n〃所決定，這兩

部分光的矢量都與液晶分子長軸垂直，V〃=VQ光線照直前進，光不發生折射，即是單軸晶

體中的尋常光。光。

另一方面，可把入射光的偏振面與紙平面平行光線分成兩個部分傳播,其一部分偏振面

平行于分子長軸，另一部分偏振面垂直于分子長軸；此時，

V〃=C〃/ru=Ccos9/n±V_L=Cj_/n〃=Csin。/n〃

由于n〃>ru,所以V〃>V」。所以光速合成方向與液晶長軸夾角變小，光線方向向液晶分

子長軸方向靠攏，這束光即是單軸晶體中的非尋常光e光。綜上所述，一入射光既可產生尋

常光，也可產生非尋常光，這就說明液晶體中發生了雙折射，對液晶而言分子長軸就是光軸。

液晶之所以作為顯示材料有兩大特性：

①可使入射光偏向分子軸方向

②可使入射光的偏振方向發生改變。

液晶顯示器基本結構

兩塊導電玻璃夾持一個液晶層，封接成一個扁平盒，是液晶顯示器的基本結構。不同類

型的液晶顯示器件的部分部件可能會有不同，有的不要偏光片，如TN型。如圖2,將兩片

己光刻好的透明導電電極圖案的平板玻璃相對放置在一起，間距約為7um。四周用環氧樹脂

密封制接一個扁平的玻璃盒。但在一個側面封接邊上留下一個開口，通過抽真空將液晶注入,

然后將此用膠封住，再在前后導電玻璃外側正交地貼上偏振片即構成一個液晶顯示器。

向

取

層

片

光

液晶層偏

璃

玻

電

極

框

封

過渡電極接

玻

璃

偏

光

電極片

反射片

圖2：TN型液晶顯示器結構圖

由于玻璃盒內側的定向層作用，夾在中間的液晶分子長軸沿玻璃面并行，并在兩片玻璃

基片之間連續扭曲90。，這種TN型排列盒的扭矩遠遠大于可見光波長。因偏光片有一個固

定的偏光軸，偏光片的作用是只允許振動方向與其偏光軸方向相同的光通過，而振動方向與

偏光軸垂直的光被其吸收，當光源射來的光經過偏振片，變成垂直線偏振光射入液晶盒內的

過程中，就被液晶分子旋轉了90°,呈水平線偏振光，再由水平光軸的檢偏器（偏光片）射

出，經反射片反射，按原光路折回射出，呈亮視場。這樣光通過檢偏器的量的大小，取決于

線偏振光經過液晶盒后的偏振狀態，從而控制最后透過檢偏器的光狀態來實現顯示。如圖3

所示。

（a）不通電時光透過（b）通電時光不透過

圖3：TN型器件分子排布與透過光示意

然而一旦對90°扭曲排列的液晶盒施加電壓（電場），液晶分子的長軸就開始向電場方

向傾斜（是極性分子）。當外在電壓達到一定值（21k）時，分子會沿著電場方向重新排列，從

而導致90。旋光性消失，因而垂直偏振光無法透過水平光軸的光檢偏振片，也就不能被反

射，所以形成暗視場，這就是電光效應。

無外加電壓時，將TN液晶盒置于兩塊平行偏光片之間時，光線不能通過；而置于兩塊

垂直的偏光片之間時，光線就能通過。

有外加電壓時，TN液晶盒在兩平行偏光片之間時光線能通過：而在兩塊垂直的偏光片

之間時，光線不能通過，與不施加電場的情況完全相反。

對于白底黑字型的液晶顯示器，上下偏光片是正交放置的，即偏光軸相互垂直，入射自

然光經上偏光片后，變成平面偏振光。在液晶未施加電場時，偏振光將順著分子的扭曲結構

扭轉90°,振動的方向變成和檢偏器（下偏光片）的偏光軸一致，因此可順利通過檢偏器呈

亮視場，處于非顯示態。當施加電場時（即加電壓到有關電極時），由于偏振方向與檢偏器方

向（光軸）垂直，該液晶盒分子扭曲結構消失，喪失了旋光能力，偏振光無法透過檢偏器，呈

現出暗視場，處于顯示態。而當電場撤除以后，液晶分子受取向層表面（定向層）的作用，恢

復原來的扭曲狀態（排列），顯示器又變得透明。若采用適當的液晶和合適的電壓，也可顯示

中間色調，即在“全亮”與“全暗”之間產生連續變化的灰度級。這就是液晶的電光效應。

液晶的電光效應是指液晶在外電場下的分子排列狀態發生變化，從而引起液晶盒的光學

性質隨之變化的一種電的光調制現象。因為液晶具有介電各向異性和電導各向異性，因此外

加電場能使液晶分子發生變化進行光調制；同時由于雙折射特性，可以顯示旋光性、光干涉、

光散射等特殊的光學性質。

液晶在電場（即外加電壓）的作用下將引起投射光強度的變化，其電光特性曲線如圖4

所示?

正型電光曲線負型電光曲線

圖4-a：常白型液晶顯示器件的電光曲線圖4-b：常黑型液晶顯示器件的電光曲線

如果選擇在液晶盒兩畫放置互相正交的偏振片，在不加外加電壓時，投射光強度最大,

隨外加電壓的增加，它的投射光強度開始減弱，當外加電壓達到一定值兒時，投射光強度

下降速率陡增（加快）；而達到Us值時，可近似認為投射光強度最小（10%）,即扭轉結構消

失，喪失旋光能力，如圖4-a所示。如果選擇在液晶盒兩面放置平行偏光片，在未加外加電

壓時，或外加電壓的值小于一定值（Uu,）,投射光強度幾乎不發生變化（很小）；而當外加電

壓超過一定值⑴小）時，投射光強度開始逐漸增大（變化較快）；而當外加電壓增大到一定數

值（UJ后，投射光強度達到最大值以后，投射光的強度不隨外加電壓變化，如圖4-b所示。

引起投射光強度明顯變化的起始電壓稱為閥值電壓（心），正型電光曲線90%,負型電

光曲線10%,標志了液晶電光效應可觀察透視光強度變化（±10%）驅動電壓的有效值。它

的值越小，則顯示器的工作電壓越低。TN型一般為2V左右，動態散射型（DS型）為7V左右。

液晶顯示器亮度變化達到最大變化量的90%時驅動電壓的有效值稱為飽和電壓Us,標

志著顯示器得到最大或最小對比度的外加驅動電壓有效值，Us小易獲得良好的顯示效果，功

耗低。

液晶顯示器是被動發光型器件，不能用亮度去標定顯示效果，只能用對比度。

對比度Cr=Tmax最大投射光強度/Tmin最小投射光強度

?f>C）

圖5：對比度和視覺的關系

通常用陡度。來描述電光曲線的變化斜率（坡度）：

B=Us/Uth

B表示閥值和飽和電壓的比值，B值愈小，Us和Uu,愈近；B值愈大，Us和U“愈遠。一

般TN液晶顯示器：B=1.4?1.6。

電光曲線中,透射光強度從10%到90%之間所需時間（負型電光曲線）稱為上升時間Tr,

對正型電光曲線，則為下降時間Td。

五、實驗內容

液晶顯示器的電光特性

六、實驗方法與步驟

1.按圖6放置并固定各光學器件，各器件通光孔等高同軸。

2.按以下要求連接線路：

a)將635nm半導體激光器控制端口連接至主機半導體激光控制器輸出(LD1)；

b)將TN液晶盒驅動電壓輸入連接至主機函數信號發生器輸出(SIG);

c)將Si光電二極管電流輸出連接至主機光電信號檢測器輸入(PD)。

3.打開主機電源，按以下要求設置參數：

a.設置LDC工作模式(LDCMOD)為恒流模式(ACC),調節LDC驅動電流(Ic)至20.0mA0

b.設置SIG工作模式為方波輸出(SQU),輸出信號頻率Fs調至32Hz,輸出信號幅度

Vs調至0V),

c.設置OPM工作模式為直流電流計模式(PD/mA),量程(RTO)切換至1M；

4.暫時移開液晶盒，微調各器件位置，使激光光束照射到Si-PD受光面的中心。將起偏

器光軸調至與水平面成45°夾角。觀察PD輸出，將檢偏器光軸調至與起偏器平行。將液晶

盒重新固定到位。

5.由0V開始增加液晶盒驅動電壓UTN,每隔0.2V測一個點，直至5V結束，記錄各電壓

下的探測器電流數據歸一化后作T?U曲線，即LCD電光特性曲線，求閾值電壓、飽和

電壓、最大對比度。

七、實驗要求

1.實驗報告具體要求與寫實驗報告規范格式

2.實驗考核評價要求

八、場地、設備與器材

圖6：LCD電光特性曲線測量實驗裝置

《顯示技術》課程實驗項目4

7\\實驗項目名稱及實驗項目編號

液晶顯示器的驅動，4

七、課程名稱及課程編號

顯示技術，055518

八、實驗目的

1、熟悉筆段型LCD的靜態驅動技術

2、掌握使用AT89C51單片機驅動3又1/2位LCD軟硬件的實現方法

3、測量筆段型LCD的驅動波形信號

九、實驗原理

靜態驅動法是獲得最佳顯示質量的最基本的方法。它適用于筆段型液晶顯示器件的驅動。

圖1(a)示出此類液晶顯示器件的電極結構，當多位數字組合時，各位的背電極BP是連接在

一起的。靜態驅動法的電路實現見圖1(b)。振蕩器的脈沖信號經分頻后直接施加在液晶顯

示器件的背電極BP上，而段電極的脈沖信號是由顯示選擇信號A與時序脈沖通過邏輯異或

合成產生，異或邏輯的真值表如表1所示。

表1-1-異或門真值表?

A端.BP.SEG-1顯示

狀態“

0+，非顯示。

1，

b顯示屋

0<

圖1寶段型LCD的靜態疆動技術

當某位像素被顯示選擇時，A=l,該像素上段電極和背電極脈沖電壓相位相差180o,在

像素上產生2V的電壓脈沖序列，使該像素呈現顯示特性，當某位像素為非顯示選擇時,A=0,

該像素上兩電極的脈沖電壓相位相等，在顯示像素上合成電壓脈沖為0V,從而實現顯示的

效果。這就是靜態驅動法，驅動波形見圖1(c)。為了提高顯示的對比度，適當地調整脈沖

的電壓即可。

用MPU直接與液晶顯示器件連接，然后通過軟件編程實現對液晶顯示器件的驅動，這是實現

液晶顯示器件驅動的一種方法。圖2就是用AT89c51單片機的Pl、P2、P3三個并行口聯合

驅動31/2位液晶顯示器件的電路，使用晶振為12MHz。

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