显示设备通常包括两个接口,它一方面和信息源相接,称为输人接口;另一方面又和观 察者联接,称为输出接口,即显示器。输人接口要求信号转换效率高,寻址及擦除迅速,响应 速度快等。输出接口则要求显示器有合适的发光亮度、颜色、对比度、灰度级、分辨率、均匀 度、视角及显示面积等。
显示技术具有很多功能。按照它们某一重要功能的差异,有以下几种分类方法。
1.主动式显示及被动式显示
在主动式的显示中,像元本身就是光源,可以发射反映信号特点(如强弱、快慢、位幅等) 的光,白天黑夜都能使用。
在被动式的显示中,像元只能靠环境光的照射而显示出来。环境光越强,显示越清楚。 这种显示只能用于白天或有照明的地方。
2.稳态及瞬态显示
稳态显示用来显示不变化的信息。
瞬态显示则显示随时间而改变的信息,要求显示的反应速度很快。否则显示前一信息 的图像会与显示后一信息的图像重合。
3.亮暗显示及灰度显示
亮暗显示只有一种亮度,有无信号用有光或无光表示。字符、数字及状态显示通常就用 这种方法。
灰度显示则要求像元的亮度要有层次,以反映信号的强弱,用灰度级表示。显示图像必 须用此方法。
4.黑白及彩色显示
黑白屏只有某一种显示颜色,通常是在无光的背景上用白色显示,或者在有光的背景上 用黑色显示。
彩色显示的像元通常是由可以发出三种基本颜色,即红、绿、蓝色光的材料镶嵌而成。 这种显示不仅图像鲜明艳丽,而且表现的层次较多,可以显示更多的信息。
5.实时显示及存储显示
实时显示所反映的是当时的信息。虽然显示出来的字符或图像和真实过程发生的时间 相比,仍稍有延迟,但这个时差是很小的,为毫秒至微秒级。
存储显示所反映的是过去某一时刻的信息。这个时期可以很长,从收到信息到显示出 来后,图像一直保持着。但也可以在收到信息后存储起来,等有需要时再显示。
6.单一屏显示及复合屏显示
单一屏显示比较简单,它直接把信息转换成光信号。
复合屏则是把不同功能的屏连接在一起,经过转换才实现显示的功能。例如,信息可以 接配开关元件,使像元连通驱动电源,从而实现显示。
这两种屏都能做实时显示或存储显示,但要用合适的材料。例如,用单一屏做存储显示 时,显示材料必须有存储性能。用复合屏做实时显示时,则需要用反应快的敏感控制层。 同一显示技术可以兼具几种性能。
在信息化社会迅猛发展的今天,对显示技术的要求更加多种多样,应用也更加广泛。信 息显示内容和形式的多样性决定了显示材料必须具有不同的光转换功能,很显然,材料是显 示技术的基础。 .
在主动式显示中,像元本身在某种方式的激发下发出光来,这依靠像元上使用的发光材 料。所使用的材料,决定了显示器所提供的能量激发形式,由于这些形式的激发能量中含有 电子信息内容,又决定了显示器的结构。
使用阴极射线发光材料的显示器在电子束激发下实现发光显示,这类显示器有真空荧 光示波管、显示管及显像管,以及最新发展的场发射显示和场离子发射显示等。
使用电致发光材料的显示器在电场直接激发下实现发光显示,这类器件包括由高电压 驱动的电致发光屏及低电压驱动的发光二极管。
使用光致发光材料的显示器在紫外光的激发下实现发光显示,这类显示器有等离子体 显示器等。光致发光材料还有其他一些重要的用途,用来检测紫外光;用作照明材料制成日 光灯、三基色灯等。现在还有一类把不可见的红外光转换为可见光的上转换材料,这种材料 仍属光致发光材料的范围。但这种上转换现象需要在较强的红外光激发下才易实现。激光 器出现后,这个要求可以满足。用上转换材料做的屏可以显示激光输出的断面强度分布,即 ’显示其光场分布。
在X射线激发下发光的发光材料,可以做成髙分辨率的X射线荧光屏或X射线照相用 的增感纸。
有一些晶体可以在射线的激发下发光,这类材料的发光寿命一般都较短,所以它又被称 为闪烁晶体。利用这种发光材料可以检测a、p、7射线及快、慢中子等。
另外,在显示技术中还有使用气体的发光。这是一种使气体处于等离子体状态的发光 现象,氖灯、霓红灯利用这种发光形成显示。
在被动式显示中,必须有足够明亮的环境光,同时利用某些显示材料在信号(例如电信 号)作用下光学性质(如折射率、吸收率等)或其他性质的变化。也就是说,环境光与显示材料相互作用后,输出光发生了与信号相对应的变化而显示出来。
目前,在这个领域中发展最快的是液晶显示。它已经广泛地应用于计算机显示器、手 机、仪表、时钟等显示中。其余像电着色材料、电泳材料、油膜光阀、金属膜光阀、铁电材料、 铁磁材料、热塑材料等有的在试用,有的还处于试验阶段。
随着以电视为代表的大众传媒图像显示装置的广泛普及,随着以计算机为代表的各种 信息处理装置的迅速发展,显示器件向固体化、平板化、低驱动电压、低功耗的方向演化。因 此,显示技术一方面在传统类型的基础上改进和完善,另一方面,在各类显示技术之间开始 发生相互的借鉴和融合,推动了新的显示技术不断涌现。显示技术的快速发展,也对显示材 料提出了更高的要求,从而成为发光学的研究和发展的动力。
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