1、信息材料,Information Materials,2,人体与信息技术,收集信息：眼、耳、鼻、舌、皮肤感测技术 传送信息：神经系统通信技术 存储和处理信息：大脑信息处理、存储技术 显示信息：肌肉、四肢根据大脑指令对感知信息迅速做出反应控制技术,信息技术是收集、存储、处理、传递和显示各种信息的技术：,3,信息材料分类,信息材料就是指与现代信息技术相关，用于实现信息的收集、存储、处理、传递和显示的材料 根据其功能，可把信息材料主要分为：,信息收集材料 信息存储材料 信息处理材料 信息传递材料 信息显示材料,4,一、信息收集（传感）材料,信息传感材料是指用于信息传感器和探测器的一类对外界信息敏感的
2、材料，主要包括：,力敏材料、热敏材料 光敏材料、磁敏材料 气敏材料、湿敏材料 压敏材料等,5,力敏传感材料是指在外力作用下，电学性质会发生明显变化的材料，分为：,金属应变电阻材料 半导体压阻材料 压电材料,1. 力敏传感材料,力敏传感器,6,电阻应变效应是指金属导体的电阻在导体受力产生变形（伸长或缩短）时发生变化的物理现象：,1）金属应变电阻材料,当金属电阻丝受到轴向拉力时，其长度增加而横截面变小，引起电阻增加 反之，当它受到轴向压力时则导致电阻减小,7,铜镍合金（康铜）：灵敏系数稳定性、耐辐射性能好，低温性能较差 镍铬系合金：电阻率和抗氧化能力高、工作温度较宽 铁铬铝合金：抗氧化、耐高温性能
3、最好 镍铬铁合金：电阻温度系数小、电阻率高 铂和铂合金：抗氧化、耐高温性能最好,主要的金属应变电阻材料,前三种最常用。,8,电阻温度系数、温度灵敏度系数等都比半导体好 具有很高的延展性和抗拉强度 在耐高温、大应变、抗辐射等场合得到广泛使用,金属应变电阻材料优点,9,压阻效应：当半导体受到机械力作用时，由于载流子迁移率的变化，使其电阻率发生变化的现象,2）半导体压阻材料,原理：机械力作用 晶格间距变化 禁带宽度变化 载流子相对能量改变 电阻率变化,压阻系数G：单位应力作用下电阻率的相对变化,主要采用单晶硅，为调节力敏元件的压阻系数、电阻值和温度特性，还要掺杂B、P等杂质。,10,灵敏度与精度高
4、易于微型化和集成化 结构简单、工作可靠，在几十万次疲劳试验后，性能保持不变 动态特性好，其响应频率为103105 Hz,半导体压阻材料优点,用来制成各种常温下压力、应力、应变、速度、加速度传感器，逐步取代金属型应变计。,11,压电效应：某些电介质，在一定方向上受到外力作用而变形时，内部会产生极化现象,3）压电材料,同时在其表面上会产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电状态的现象。,压电材料：具有压电效应的电介物质,12,石英晶体压电效应示意图,13,指对温度变化具有灵敏响应的材料,2. 热敏传感材料,1）双金属温度计（热膨胀式）,把两种膨胀系数不同的金属薄片焊接在一起制成,它是一种固体膨胀温
5、度计，可将温度变化转换成机械量变化。,14,优点：结构简单、牢固、可靠、防爆,15,将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路 当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流,2）热电势式温度计（热电偶）,此现象称为热电效应。,16,由于两种不同导体的自由电子密度N不同而在接触处形成的电动势 接触电动势的数值取决于两种不同导体的材料特性和接触点的温度,接触电动势,两接点的接触电动势eAB(T)和eAB(T0)可表示为：,17,同一导体的两端因其温度不同而产生的一种电动势，其机理：,温差电动势,高温端的电子能量要比低温端的电子能量大 从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多
6、 结果高温端因失去电子而带正电，低温端因获得多余的电子而带负电 在导体两端便形成温差电动势,18,eAB(T, T0) = eAB(T) + eB(T, T0) eAB(T0) eA(T, T0),热电偶回路中产生的总热电势,忽略温差电动势，热电偶的热电势可表示为：,取决于材料和接点温度，与形状、尺寸等无关。 对于已选定的热电偶，当参考端温度T0恒定时，总热电势就只与温度T成单值函数关系。,19,利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温 在实际生产中，热敏传感材料主要是指电阻值随温度显著变化的半导体热敏电阻陶瓷,3）热敏电阻式温度传感器,热敏电阻,20,PTC是指超过某一温度电阻
7、急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻现象或材料,PTC热敏电阻材料,可专门用作恒定温度传感器。,该材料是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3为基的烧结体，其中掺入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物进行原子价控制而使之半导体化,常将这种半导体化的BaTiO3等材料简称为半导（体）陶瓷。,21,NTC是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料 该材料是利用Mn、Cu、Si、Co、Fe、Ni、Zn等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合烧结而成的半导体陶瓷,NTC热敏电阻材料,现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物系NTC热敏电阻材料。,22
8、,光敏传感材料是指在光照下会因各种效应产生光生载流子的材料,3. 光敏传感材料,外光电效应：在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象,向外发射的电子称为光电子，如光电管、光电倍增管等。,内光电效应：半导体材料受光照时会产生电子-空穴对，使其导电性能增强，光线愈强，阻值愈低,如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。,23,光电管,当阴极受到适当波长的光线照射时便发射光电子 电子被正电位的阳极所吸引，在光电管内就有电子流，在外电路中便产生电流,24,光电导效应：在入射光的作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态,光电导效应和光生伏特效应,从而引起材料电导率变化的现象。,光生伏特效
9、应：当大于禁带宽度的光子照射到PN结后，光生电子-空穴对被内建电场分开,形成光生电动势。,25,光电导探测器的功能图,左：探测器的功能图；右：探测器光谱响应曲线,利用光电导效应做成的光探测器称为光电导探测器，亦叫光敏电阻 最常用的是CdS、CdSe和PbS等半导体化合物等,26,4. 磁敏材料,磁敏传感材料：主要是指具有磁阻效应的一类磁敏电阻材料 磁阻效应：指材料的电阻率随外加磁场变化而变化的现象,磁敏传感材料分为半导体磁敏电阻材料和强磁性薄膜磁敏电阻材料两种。,27,磁敏电阻,磁敏电阻器与霍尔器件均属磁敏元件，但前者结构简单，且可集成，温度系数可变得很小。,28,金属或半导体薄片置于磁场中，
10、当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势,1）霍尔传感器,这种物理现象称为霍尔效应。 可用于位移、压力、角度等传感。,29,令霍尔元件的工作电流保持不变，使其在一个均匀梯度磁场中移动,它输出的霍尔电压VH值只由它在该磁场中的位移量Z来决定。,30,霍尔速度传感器,31,高纯本征半导体Ge两端形成P型区和N型区 中间本征区的一个侧面磨成光滑的复合表面（I区），另一侧面打毛，设置成高复合区（r区） 电子空穴对易于在粗糙表面复合而消失,2）磁敏二极管,32,不加外磁场：空穴从P区到N区，电子从N区到P区形成电流 加正向磁场：电子和空穴向r区偏转，并在r区复合，电流减小 加反向磁场：电子
11、和空穴向I区偏转，复合减小，电流变大,磁敏二极管工作原理,33,气敏材料是对气体敏感，电阻值会随外界气体种类和浓度变化的材料 常用的气敏材料有SnO2、ZnO、Fe2O3、ZrO2、TiO2和WO2等n型或p型金属氧化物半导体,5. 气敏材料,利用气体在半导体表面吸附产生的氧化和还原反应引起载流子数量变化。 从而导致表面电阻率变化，进而对气体的种类和浓度进行探测。,34,二氧化碳传感器,烟雾报警器,酒精传感器,气敏氧化物半导体材料一般都具有多孔结构。 气体比较容易深入到材料内部，使其体电阻发生明显改变。,气敏材料用于制作气敏传感器,35,湿敏材料是指电阻值随环境湿度增加而显著增大或降低的一些材
12、料,6. 湿敏材料,陶瓷湿敏材料主要有MgCr2O3系、ZnCr2O3系和MnWO4、NiWO4等 高分子湿敏材料是指吸湿后电阻率或介电常数会发生变化的高分子电解质膜,如吸湿性树脂、硝化纤维系高分子膜。,36,湿敏传感器,37,电压敏感陶瓷是指具有非线性伏安特性，即电阻值对电压变化敏感的半导体陶瓷：,7. 压敏材料,它在某一临界电压以下，电阻值非常高，几乎没有电流通过 但是当外加电压超过这个临界电压时，电阻将急剧变小，并且有电流通过 随着电压的少量增加，电流增加会很快,种类很多，主要有ZnO、SiC、BaTiO3等。,38,应用领域：大量应用于电气设备的过流（过压）保护电路以及避雷器等,一般被
13、制成压敏电阻使用。,39,二、信息存储材料,信息存储材料是指用来制作各种信息存储器的一些能够记录和存储信息的材料 在外加物理场如电场、磁场、光照等的影响下，材料发生物理或化学变化，实现对信息的存储,主要介绍磁存储材料和光存储材料。,40,1. 磁存储材料,磁存储材料是指利用矩形磁滞回线或磁矩的变化来存储信息的一类磁性材料,41,42,磁性存贮器具有数据的存储和读取方便、容量大、成本低等优点 根据磁化方向与存储介质的运动方向是平行还是垂直，可把磁记录方式分为两种：,水平磁记录 垂直磁记录,43,水平（纵向）存储模式,44,磁化的磁介质以恒定的速度沿着与一个环形电磁铁相切的方向运动 工作缝隙对着介
14、质，存储信号时，在磁头线圈中通入信号电流，就会在缝隙产生磁场溢出 如磁带与磁头相对速度保持不变，则剩磁沿介质长度方向的变化规律完全反映信号的变化规律,存储信号的过程,电流随时间的变化转化成磁化强度随距离的变化而被存储在磁带上。,45,46,垂直磁记录,首先，由于可以在同样的面积里容纳更多的存储物质（磁粒子）,其结果就是单位存储容量的提升，最多将有10倍的差距。,其次，因为磁粒子与盘片之间的接触面积减小，因此“升温效应”将得到缓解,盘片的热量不再迅速地被传导给磁性记录物质。,47,垂直记录硬盘工作原理,垂直记录硬盘,确保数据存储的安全和稳定。,因此，在使磁粒子的排列更紧密的同时，由热量而引起的“
15、超磁极限”效应将不再明显,48,2. 光存储材料,光存储材料是由记录介质层、反射层以及保护层等构成的、具有光学匹配的多层结构 多层膜通常用物理或化学的方法沉积在衬盘上，在衬盘上沉积了光存储材科的盘片称为光盘,激光在盘片上刻出的小坑代表“1” 空白处代表“0”,49,将要存储的信息、模拟量或数字量，通过调制激光聚焦到记录介质上，使介质的光照微区发生物理或化学的变化实现记录，这就是信息的写入 读出信息时，低功率密度的激光扫描信息轨道，反射光通过光电检测器检测、解调取出所要信息,50,（1）只读存储光盘材料,在玻璃母盘上均匀涂上一层光刻胶，利用调制过的激光照射后，用化学方法使曝光部分脱落,形成具有凹
16、凸信息结构的正像母盘。,利用喷镀技术，在母盘上沉积较厚的金属层，金属层与主盘分离后形成负像，称为压模盘 光盘制作（下一页）,51,将融化的聚碳酸酯注入模板 用压模成型的方法将压模盘上的凹凸信息以负像的方式复制到聚碳酸酯盘表面 待聚碳酸酯凝固后，在数据面上镀覆金属铝作为反射层 再在反射层上加保护层，形成只读光盘,光盘制作,52,最上层是涂了漆的保护层，该层上印有商标 第二层是铝反射层，读盘时用来反射激光光束 第三层是用聚碳酸脂压制的透明衬底,同时压制出的预刻槽用来对光道径向定位，信息通常存储在光道上。,53,（2）一次写入光盘材料,一次写入光盘利用聚焦激光在介质的记录微区产生不可逆的物理化学变化
17、写入信息。,烧蚀型：写入激光的光强具有高斯分布，中心温度高于介质熔点Tm，其余部分温度低于介质熔点,中心光照部分的介质微区熔融，表面张力将其拉开 撤去脉冲，孔缘冷凝形成带有信息结构的凹坑，实现对信息的记录,54,烧蚀型信息凹坑的形成,55,起泡型：由高熔点金属与聚合物两层薄膜制成,光照使聚合物分解排出气体 形成气泡使聚合物膜面隆起 与周围形成反射率差异，实现反差记录,56,熔绒型：用离子束刻蚀硅表面，形成绒面结构，光照微区使绒面熔成镜面，实现反差记录 相变型：光照微区发生结构相变，利用两相反射率的差异鉴别信息,57,（3）可擦重写光盘材料,1）磁光盘,磁光盘读、写、擦原理,58,信息写入,写入
18、信息前，用强磁场对GdCo介质进行初始磁化，使各磁畴单元具有相同的磁化方向 写入信息时，磁头的写入脉冲激光聚焦在介质表面，光照下介质矫顽力因温升迅速减小,此时通过磁光头中的线圈施加反偏磁场，使光照微区反向磁化。,撤去写入脉冲和反偏磁场，介质中无光照部分磁化强度保持原来方向，实现磁化方向的反差记录,59,信息读出,利用Kerr磁光效应（1877年，Kerr发现）检测记录单元的磁化方向,用直线偏振光射到向上磁化的介质，反射后偏振面会绕反射线向右旋转一定角度 角度一般只有0.30.5，称为Kerr角,读取信息时，磁头中的起偏器产生偏振光扫描信息轨道，然后通过检偏器检测各单元磁化方向,60,信息擦除,
19、擦除信息时，用原来的写入激光照射信息道，并施加与初始方向相同的偏磁场,记录单元的磁化方向又会复原。,61,利用记录介质在晶态和非晶态之间的可逆相变也可以实现光盘信息的反复可擦重写：,信息写入：对应高功率的激光热效应，晶态介质快速凝固后从晶态转变成非晶态 信息读出：用弱激光来扫描相变盘，晶态反射率高，非晶态反射率低 信息擦除：对应中功率的激光热效应，非晶介质成核生长，从非晶态转变成晶态,2）相变盘,62,以下是近几年国外公司所用的相变介质：,IBM：可擦重写Sb2Se 飞利浦：可擦重写InSbTe、InSbSe、InSb 松 下：可擦重写Ge2Sb2Te5、Ge2Sb2Te4；直接擦写GeTe-
20、Sb2Te3-Sb 日 立：可擦重写InSeTl、InSeSn；直接重写InSeTl、GeTe-Sb2Te3Co,63,光盘存储优点,高存储密度：普通光盘单面可存储640M字节；高密度DVD光盘容量在8G以上 非接触式读写信息：不会让光学头或盘面磨损、划伤，并能自由更换光盘 长存储寿命：至少在10年以上 低信息位价格：光盘易于大量复制，容量大，因此存储单位信息的价格低廉,但数据传输速率比磁盘机低；由于存储单元面积过小，光盘原始误码率较高。,64,三、信息处理材料,场效应晶体管,晶体管,晶体管是一种固体半导体元件，可以用于放大、开关、稳压、信号调制和许多其他功能 S：源极；D：漏极；G：栅极,6
21、5,1. CPU是怎样制造的？,制造第一阶段：提炼硅锭,硅是单一元素半导体，具有力学强度高、结晶性能好等特点，在自然界中有丰富的储量 自然界中的石英砂、硅酸盐不具有半导体性质，其中含有大量杂质 通过多步净化得到可用于半导体制造质量的硅（Si纯度：99.9999%），学名电子级硅（EGS）,66,电子级硅通常为多晶结构，电子的运动速度和寿命低，这严重影响器件的频率特性,通常需采用提拉法生产比较均匀、无缺陷而且尺寸较大的单晶硅。,67,在坩埚中盛满硅并使其温度保持在高于硅的熔点100左右 将一颗小的硅种晶浸入硅熔液中 随后旋转拉杆将它缓慢从熔融硅中拉起来,68,制造第二阶段：切割晶圆,横向切割硅锭
22、成圆形的单个硅片，也就是我们常说的晶圆（Wafer）,69,制造第三阶段：光刻过程,在晶圆旋转过程中浇上光刻胶液体，固化 光刻胶层随后透过掩模（Mask）被曝光在紫外线之下，变得可溶,掩模上印着预先设计好的电路图案。,紫外线透过掩模照在光刻胶层上，就会形成一层包含数亿个晶体管的电路图案,由此进入50200 nm尺寸的晶体管级别。,70,图中蓝色部分就是在晶圆旋转过程中浇上去的光刻胶液体，类似制作传统胶片的那种。 晶圆旋转可以让光刻胶铺的非常薄、非常平。,71,制造第四阶段：光刻胶的使命,72,溶解光刻胶：光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉，清除后留下的图案和掩模上的一致 蚀刻：使用化学物
23、质溶解掉暴露出来的晶圆部分，而剩下的光刻胶保护着不应该蚀刻的部分 清除光刻胶：蚀刻完成后，光刻胶的使命宣告完成，全部清除后就可以看到设计好的电路图案,73,制造第五阶段：离子注入,74,光刻胶：再次浇上光刻胶（蓝色部分），然后光刻，并洗掉曝光的部分,剩下的光刻胶还是用来保护不会离子注入的那部分材料。,离子注入：用金属离子在电场之内加速，轰击硅片表面,由于速度很快，能量很高，离子能够直接进入硅内部，从而改变局部导电性。,清除光刻胶：离子注入完成后，清除光刻胶,75,制造第六阶段：沉积二氧化硅绝缘层,76,制造第七阶段：电镀晶圆,77,继续使用掩模光刻技术，在绝缘层（品红色）上蚀刻出三个孔洞 电镀
24、：铜离子沉积在晶圆表面，形成一个薄薄的铜层，那些孔也被使铜填满,三个孔洞填充铜，以便和其他晶体管互连。,78,制造第八阶段：抛光处理,将多余的铜抛光掉，留下晶体管的三个接触点,79,新一代CPU可以达到20层甚至更多的电路。,重复进行掩模光刻、电化学沉积、精密抛光步骤，在不同晶体管之间形成复合互连金属层,80,制造第九阶段：晶圆切片,81,晶圆测试：使用参考电路图案和每一块芯片进行对比 晶圆切片：将晶圆切割成块，每一块就是一个处理器的内核 丢弃瑕疵内核：测试过程中发现的有瑕疵的内核被抛弃，留下完好的准备进入下一步,82,制造第十阶段：封装,衬底、内核、散热片堆叠在一起，就形成处理器,衬底（基片
25、）相当于底座，并为处理器内核提供电气与机械界面，便于与PC系统其他部分交互 散热片负责内核散热,83,2. 其他常温半导体材料,锗是具有灰色金属光泽的固体，常温下化学性质稳定，是重要的元素半导体材料之一 1948年，诞生了第一只锗晶体管，在晶体管初期发展时代锗曾为晶体管的主要原料,（1）锗材料,到20世纪60年代中期才逐步被硅所代替。,84,锗的载流子迁移速率比硅高 相同条件下具有较高的工作频率、较低的饱和压降、较高的开关速度和良好的低温性能,锗半导体材料特点,可作为雪崩二极管、高速开关管以及高频小功率三极管等。,锗还具有优良的红外光学性能，可做为红外窗口和透镜、低温红外探测器及低温温度计等,
26、1984年，美国已把锗作为战略储备材料。,85,（2）砷化镓GaAs,由于Ga是周期表中第IIIA族元素，As是第VA族元素，所以称GaAs是III-V族化合物半导体 GaP、InP等也是III-V族化合物半导体，这些材料具有优良的半导体特性,GaAs和InP是微电子和光电子的基础材料，具有电子漂移速度高、耐高温、抗辐照等特点。,86,电子在GaAs中运动速度比Si中快67倍，GaAs晶体管开关速度比硅晶体管快14倍,III-V族化合物半导体的应用,成为微波通信、军事电子技术和卫星数据传输系统的关键部件。,在高频通信信号放大、光探测等方面，GaAs晶体管也有重要应用 InP具有比GaAs更优越
27、的高频性能,在超高速、超高频、低功耗、低噪声器件和电路，特别光电器件和光电集成上有独特优势。,87,3. 高温半导体,半导体Si器件工作温度一般不超过200 军事工业、飞机发功机和宇航等产业要求研制在500600范围内工作的电子器件 为提高半导体器件工作温度，应选禁带大，高温性能稳定的SiC高温半导体材料,其能隙宽度在2.393.33 eV的范围内变化。,88,SiC器件制成的p-n结可在500下工作这是它最重要的应用 SiC是军用GaN微电子材料和器件的首选衬底：,（1）碳化硅,与传统的蓝宝石衬底相比，SiC热导率更高 晶格常数和热膨胀系数与GaN更为接近，失配度仅为3.5%（蓝宝石为17%
28、）,89,（2）人造金刚石薄膜,金刚石是最理想的高温半导体材料,金刚石半导体材料在高温、高功率器件领域有着极大的潜在应用前景。,禁带宽度是5.45 ev 电子和空穴迁移率均高 抗电场击穿强度大 自然界热导率最高的材料,90,四、信息传递材料,信息传递材料是用于各种通信器件的能够用来传递信息的材料 光纤通信则是：,以光子为信息载体，用光纤通信替代电缆和微波通信，是20世纪通信技术的重大进步！,将记录声音的电信号变成光信号 通过玻璃纤维把光信号传输到对方 最后又把光信号转变成电信号,91,光纤通信的主要优点,传输频带宽、通信容量大 传输损耗小 抗电磁干扰能力强 线径细、质量轻 资源丰富，节省电缆通
29、信的铜资源,92,光纤的结构,纤芯：折射率较高，用来传送光 包层：折射率较低，与纤芯一起形成全反射 保护套：强度大，能承受较大冲击，保护光纤,芯和包层的交界面（折射率差）使光线无法透过，构成光壁，保证芯的导光。,93,光导纤维接受与传输光线原理图,A：要使光线在芯部正常导光，须使入射光线在纤芯和光壁间产生全反射 B：当入射光线发生光的折射，无法实现光导,94,目前绝大多数通信用光纤是用石英材料纤芯和包层做成的双层同心玻璃体,石英光纤,光纤的纤芯是纯度达到99.9999%的SiO2，在纤芯中掺入折射率比石英高的杂质锗 在包层中掺入折射率比石英低的杂质氟或者磷,其具有资源丰富、化学性能稳定、膨胀系
30、数小等优点。,95,五、信息显示材料,按照显示原理，信息显示材料主要可分为：,阴极射线管显示材料（CRT） 场发射显示材料（FED） 液晶显示材料（LCD） 等离子体显示材料（PDP） 发光二极管显示材料（LED） 电致发光有机材料（OLED）,96,1. 阴极射线管材料（CRT）,阴极射线管是将电信号转变为光学图像的一类电子束管,主要由电子枪、偏转系统、管壳和荧光屏构成。,97,电子枪发射高速电子 采用垂直偏转线圈、水平偏转线圈控制高速电子的偏转角度 高速电子击打屏幕上的磷光物质使其发光 采用电压调节电子束功率，在屏幕上产生明暗不同的光点，形成各种图案和文字,CRT工作原理,98,屏幕上每一
31、像素点都由红（R）、绿（G）、蓝（B）三种涂料组合而成。 三束电子束可分别激活这三种颜色的磷光涂料。 以不同强度的电子束调节三种颜色的明暗程度，就可得到所需的颜色。,99,倘若电子束瞄准不够精确，就可能打到邻近的磷光涂层，产生不正确的颜色或轻微的重像。 因此，必须对电子束进行精确的控制。,100,CRT显示材料是指能在电子束轰击下发光的一类发光材料，即阴极射线荧光粉 阴极射线荧光粉有上百种，目前用于彩色显像管的典型发光粉是：,ZnS：Ag（蓝色） ZnS：Cu、A1（黄绿色） Y2O3S：Eu2+（红色）,CRT显示材料,101,分辨率高、亮度高、视角大、色彩范围宽性价比较高 耗电量大、尺寸大
32、、重量大 受电磁场影响，容易发生线性失真 存在辐射，影响使用者身体健康 无法制造较大面积的显示屏,CRT的优缺点,因较大真空玻璃外壳容易破裂；显示面积较大时，扫描频率降低，无法显示运动影像。,102,2. 液晶显示材料（LCD）,液晶分子呈棒状、板状或碗状，长约一个纳米 液晶分子是含有极性基团的极性分子 液晶分子长轴不易弯曲，有一定的刚性,液晶分子的特点：,生成液晶相的能力以及液晶相的稳定性与三个因素的强弱有关，是三个特性的综合体现。,103,在分子序列中，液晶分子具有一维和二维远程有序，介于理想液体和晶体之间：,液晶具有晶体一样的各向异性 也具有液体的流动性,104,1）根据液晶的形成条件：
33、,液晶的分类,溶致型液晶：利用合适的溶剂制成一定浓度的溶液，当浓度超过某一临界值时才显示液晶性质 热致型液晶：Tc和Ti之间的温度范围形成液晶态,作为显示技术应用的液晶都是热致液晶。,Tc：由晶态转入液晶态的温度 Ti：由液晶态转入无序液体的温度,105,2）根据液晶态的结构：,106,向列型：棒状分子不分层，分子可转动，也可向各个方向滑动，只在分子长轴方向保持平行排列,这类液晶粘度较小，流动性较好，是液晶显示用的主要类型。,近晶型：棒状分子分层排列,这类液晶粘度很大，一般不用于液晶显示。,分子在层内按分子长轴方向互相平行 分子只能在层内转动或滑动，不能在层间移动,107,胆甾型：棒状分子分层
34、排列,层内分子相互平行，相邻两层分子的长轴方向略有变化，旋转一定角度 分子沿层的法线方向排列成螺旋状结构,108,胆甾液晶的螺距随温度变化而变化，液晶显示的颜色会随之变化，可用于温度的测量,胆甾液晶的性质及应用,薄膜体温计就是利用这一原理制作的。,胆甾液晶的螺距会因为某些微量杂质的存在而受到强烈影响，从而改变颜色,因而可用于某些化学药品痕量蒸汽的指示。,109,110,液晶显示原理,液晶显示是依靠液晶的电光效应和热光效应：,电光效应：在电场作用下，液晶分子的偶极矩会按电场方向取向，使分子原有排列方式发生变化,引起液晶光学性质变化。,热光效应：通过将液晶加热或冷却使其分子排列发生改变,从而造成液
35、晶的光学性质随温度的改变而改变的现象。,111,扭曲向列型液晶显示器原理,112,每一像素包括红、绿、蓝等三个子像素。,113,低压、低功耗：液晶分子间作用力微弱，改变液晶分子取向排列所需外力很小，几伏电压即可 平板结构,液晶显示的优点,各像素点之间不用采取隔离措施，所以在同样显示窗口内可容纳更多的像素。,液晶显示器基本结构是两片导电玻璃，中间灌有液晶的薄形盒，易于控制显示面积和厚度。,显示信息量大,114,易于彩色化：液晶无色，所以可采用彩色滤光片容易实现彩色 长寿命 无辐射、无污染：CRT中有X射线辐射，PDP中有高频电磁辐射,115,显示视角小：对不同方向的入射光，反射率是不一样的，视角
36、一旦增大对比度迅速下降,液晶显示的缺点,响应速度慢：液晶在显示快速移动的画面时，质量不好,大部分液晶显示的原理是依靠液晶分子的各向异性。,可通过减薄液晶厚度和改进电路来改善。,另外也不适用于高寒和高热地区使用,116,3. 等离子体显示材料（PDP）,等离子体就是被激发电离气体，达到一定的电离度，气体处于导电状态,因其整体表现出电中性，即电离气体内正负电荷数相等，故称这种气体状态为等离子体态。 由于它的独特行为与固态、液态、气态都截然不同，故称之为物质第四态。 具有集体行为：每一带电粒子的运动都会影响周围带电粒子，同时也受其他带电粒子约束。,117,气体的电子获得足够的能量后，可以完全电离：,
37、这种电子具有较大的动能，能在气体中高速飞行，同时与其他粒子碰撞，使得更多粒子电离 另一方面，电离的粒子之间也会发生复合，并以光的形式释放出能量,等离子体发光原理,118,单色PDP显示是利用Ne-Ar混合气体在一定电压作用下产生气体放电，直接发出582nm橙色光而制作的平板显示器。,119,PDP显示屏上安装数以十万计的等离子管作为发光体（像素） 每个发光管有两个玻璃电极，其中一个电极上涂有三基色荧光粉，内部充满氦、氖等惰性气体 当两个电极间加上高电压时，引发惰性气体放电，产生等离子体 惰性气体放电时产生紫外光，激发显示屏上的红、绿、蓝三原色荧光粉，发出可见光,彩色等离子体显示,120,121,等离子电视,122,亮度高、色彩还原性好、灰度丰富、画面响应速度快 视野开阔、视角广（高达160度） 能提供亮丽、均匀、平滑的画面 每一个像素都独立发光，耗电量大（相比CRT电子枪而言）,PDP显示技术的优缺点,Thank You !,
