CRT顯示技術(shù)介紹

1、陰極射線管陰極射線管（cathode-ray tube）01第一部分陰極射線管（陰極射線管（cathode-ray tube）：）： 一種電真空器件，通過驅(qū)動電路控制電子發(fā)射和偏轉(zhuǎn)掃描，受控電子束激發(fā)涂在屏幕上的熒光材料而發(fā)出可見光。其主要特點是：其主要特點是： 可用磁偏轉(zhuǎn)或靜電偏轉(zhuǎn)驅(qū)動、亮度高、彩色鮮艷、灰度等級多、壽命長、實現(xiàn)畫面及活動圖像顯示容易；但需要上萬伏的高壓、體積大、笨重、功耗大。它是電真空器件，能承受高壓并防爆裂。最初在雷達顯示器和電子示波器上使用，后來用于家用電視機和計算機終端顯示。CRT發(fā)展歷史發(fā)展歷史Vladimir ZworykinKarl Ferdinand Brau

2、n J.L.BairdKarl Ferdinand Braun (18501918) Braun博士于1897年發(fā)明了首支現(xiàn)代意義上的陰極射線管(稱為布朗管),該管包括了現(xiàn)代CRT所具有的所有基本功能。該管具有實用意義(測量波形)而非僅是實驗性質(zhì)的管子。所以人們把Braun博士看作是現(xiàn)代CRT的發(fā)明人,陰極射線管也從此誕生了。這樣，CRT就作為二十世紀(jì)最主流的顯示手段出現(xiàn)在各種場合。 在CRT一百多年的發(fā)展歷史中，前五十年只是作為示波波形應(yīng)用。 后五十年與黑白電視、彩色電視急劇普及和發(fā)展的歷史一致。 約翰洛吉貝爾德（John Logie Baird） 1925年在倫敦的一次實驗中使用CRT器材

3、“掃描”出木偶的圖象成為一個轉(zhuǎn)折點，其被稱為電視誕生的標(biāo)志 。斯福羅金（斯福羅金（Vladimir Zworykin） 弄出了自己的電視系統(tǒng),雖然這兩個人實現(xiàn)圖像傳輸?shù)哪Ｊ接行┎煌?，但都是由CRT設(shè)備實現(xiàn)的。 當(dāng)然這兩者中對未來影響最大的就是斯福羅金的“電視”系統(tǒng)了，這種全電子模式也是未來電視發(fā)展的一個起點。球面顯像管顯示器“平面直角”顯像管顯示器（2000mm）柱面顯像管顯示器（垂直方向完全筆直）完全平面顯示器顯示質(zhì)量的上升，圖像失真和屏幕反光的降低。 1928年，用帶有紅、藍、綠三色濾光器的3個有30個孔的尼普科夫掃描圓盤，進行公開演示，在電視機屏幕上出現(xiàn)了鮮紅色的草莓、藍色的領(lǐng)帶等圖像。

4、黑白的結(jié)構(gòu)黑白的結(jié)構(gòu)電子槍熒光屏玻璃外殼玻璃外殼玻璃外殼玻璃外殼包括管頸、管錐體和屏面玻璃玻璃外殼包括管頸、管錐體和屏面玻璃三部分三部分 管錐體部分的內(nèi)外壁上分別涂有石墨導(dǎo)電層，從而形成一個以玻璃為介質(zhì)，以內(nèi)外壁石墨層為兩個極片的電容器（電容量約為1000pF）。 內(nèi)壁石墨層與高壓陽極相連，形成一個等電位空間，以保證電子束流高速運動。 外壁石墨層通過金屬隔離皮與電視機中的接地相接，以防止管外電磁場的干擾。在管錐體部分裝有高壓嘴，它與顯像管的內(nèi)部高壓陽極相連，作為高壓供電端。管頸直徑應(yīng)適宜。電子槍電子槍 電子槍通常由燈絲、陰極、控制柵極、加速陽極、聚焦陽極和高壓陽極等組成。高壓陽極插座安裝在管錐

5、體上，其余各電極均在管頸末端用金屬管腳引出。電子槍用來發(fā)射密度可調(diào)的電子流，通過聚焦和加速，形成截面積很小、速度很高的電子束，該電子束在偏轉(zhuǎn)線圈形成的行、場偏轉(zhuǎn)磁場作用下實現(xiàn)全屏幕的掃描光柵，所以，電子槍是顯像管的心臟。顯像管電氣性能的好壞，即形成的光柵和圖像的好壞主要取決于電子槍的好壞。陰極陰極 陰極的外形是一個圓筒，頂部涂有能發(fā)射電子的氧化物，圓筒里面裝有加熱用的燈絲。當(dāng)燈絲通電后，陰極就被加熱，向外發(fā)射電子，稱為熱電子發(fā)射。要調(diào)整好燈絲的電壓和電流，使陰極在可靠的狀態(tài)下工作。通常燈絲電壓為6.3V交流（或直流12V，對小尺寸的顯像管來說），電流0.6A（或85mA），其電壓變化應(yīng)小于。如

6、電壓過高，會使顯像管在使用一段時間后受到損壞，亮度急劇下降；如電壓過低，燈絲熱度不夠，會導(dǎo)致陰極中毒，即陰極發(fā)射的電子數(shù)量不足使陰極長期處于疲勞狀態(tài)。控控制柵極制柵極 陰極外面有一個中心開有小孔的金屬圓筒，這個圓筒就是控制柵極。改變控制柵極與陰極間的電壓，便可以控制電子束流的大小。對陰極而言，柵極上加有直流負壓，一般在2080V之間。柵、陰極負壓越大，對電子束的阻礙就越大，則電子束流就越??；反之，電子束流就越大。這樣，在熒光屏上對應(yīng)光點就會發(fā)生暗明變化。如果將視頻信號加至柵、陰極間，則掃描電子束流的大小就隨圖像電平的起伏而變化，從而在屏幕上顯示出不同灰度層次的圖像。電視機通常通過固定柵極（即柵

7、極接地）、改變陰極電位來調(diào)節(jié)亮度。加速陽極加速陽極 加速陽極也叫第一陽極，其外形像中間開孔的圓盤。對柵極而言，加有一個正100左右甚至更高的直流電壓，在與陰極形成的電場作用下，把電子從陰極表面吸出來，向屏幕方向作加速運動。有兩種情況要注意，電壓過高會造成亮度失調(diào)（即亮度調(diào)不暗），并產(chǎn)生回掃線；電壓過低會使顯像管不能發(fā)光。高壓陽極高壓陽極 第二陽極和第四陽極相接形成高壓陽極，為金屬圓筒形。該陽極將進一步加速電子轟擊熒光屏，而且與管錐體內(nèi)壁石墨導(dǎo)電層相連，形成一個均勻的等電位空間，保證電子束進入管錐體空間后能徑直地飛向熒光屏，不會產(chǎn)生雜亂的偏離或散焦。一般黑白顯像管的高壓陽極電壓為916kV。陽極

8、高壓不能偏低，否則電子束轟擊熒光屏的速度將減慢，光柵亮度會變暗。另外，由于電子束的偏轉(zhuǎn)角與高壓成反比，在同的偏轉(zhuǎn)磁場作用下，陽極高壓偏低，電子束的偏轉(zhuǎn)角將加大，從而出現(xiàn)光柵變大、中心變暗等現(xiàn)象。聚焦陽極聚焦陽極 聚焦陽極也叫第三陽極，處在第二陽極和第四陽極之間，為金屬圓筒形。 在顯像管中，因電子槍各陽極電壓不同而形成的電子透鏡完成聚焦作用。由第二陽極和第三陽極形成預(yù)聚焦透鏡，由第三陽極和第四陽極形成聚焦透鏡，從而使電子束流會聚成一點。改變聚焦電極上的電壓，使電子束的聚焦點正好落在熒光屏上，從而得到最清晰的圖像。 黑白電視機中常用一個電位器來調(diào)整聚焦電壓，其范圍在0400V之間。陽極高壓對聚焦透

9、鏡的形成起著關(guān)鍵作用，如果陽極高壓偏低，就會使電子透鏡聚焦能力降低出現(xiàn)散焦（圖像模糊）。采用四陽極電子槍的顯像管具有良好的聚焦，且聚焦電壓較寬，因此常用固定電壓聚焦不需要調(diào)整。熒光屏熒光屏熒光屏由屏面玻璃、熒光粉層和鋁膜三部分組成。 在顯像管屏幕內(nèi)的玻璃表面上，沉積一層厚度約為10的熒光粉。熒光粉層外面又蒸鍍了一層厚度約為的鋁膜。鋁膜與內(nèi)石墨層相連，加有高壓。鋁膜可以加速電子束，又可以保護熒光粉，使其不受離子沖擊而損傷形成離子斑（離子因質(zhì)量大，速度慢穿不過鋁膜）。此外，鋁膜還可以將熒光粉發(fā)出的光線向管外反射，有利于提高屏幕的高度。 一般顯像管要求把電子束流限制在150A以下，如果電子束流太大，

10、有可能使熒光屏上的熒光粉局部過熱而降低發(fā)光能力。顯像管的成像過程顯像管的成像過程： 當(dāng)燈絲發(fā)熱時，陰極發(fā)射電子束流，此時如在柵、陰極間疊加圖像信號，那么電子束流的大小就隨圖像信號電壓的變化而變化，通過加速、聚焦，并在行、場偏轉(zhuǎn)線圈的作用下，高速打在整個熒光屏上，這樣屏上各點就呈現(xiàn)不同的灰度，從而重現(xiàn)原來的圖像。CRT顯示器的分顯示器的分類類根據(jù)調(diào)控方式不同可分為：根據(jù)調(diào)控方式不同可分為：模擬調(diào)節(jié)數(shù)字調(diào)節(jié)OSD調(diào)節(jié)按顯像管種類的不同可分為：按顯像管種類的不同可分為：球面顯像管： 球面管的缺陷非常明顯，在水平和垂直方向上都是彎曲的，邊角失真現(xiàn)象嚴(yán)重，隨著觀察角度的改變，圖像會發(fā)生傾斜，而且容易引起

11、光線的反射，會降低對比度，對人眼的刺激較大。柱面顯像管： 柱面顯像管采用柵式蔭罩板，在垂直方向上不存在任何彎曲，在水平方向上略有弧度。目前常見的柱面管可分為單槍三束和三槍三束管。純平顯像管： 純平顯像管是CRT彩顯的發(fā)展方向，純平顯像管在水平和垂直方向上均實現(xiàn)了真正的平面，失真、反光都被減到了最低限，使觀看時的聚焦范圍增大。02第二部分 主要內(nèi)容黑白CRT的結(jié)構(gòu)和原理CRT的調(diào)制特性CRT的掃描方式CRT的一些性能指標(biāo)黑白CRT的結(jié)構(gòu)示意圖 01 黑白黑白CRTCRT的工作原理的工作原理 工作時，電子槍中陰極被燈絲加熱后發(fā)射大量電子，電子束首先由加在柵極的視頻電信號控制，然后經(jīng)加速和聚焦后，高

12、速轟擊熒光屏上的熒光體，熒光體發(fā)出可見光。電子束的電流受顯示信號控制，信號電壓高，電子槍發(fā)射的電子束流也越大，熒光體發(fā)光高度也越高。最后通過偏轉(zhuǎn)磁軛控制電子束，在熒光屏上從上到下，從左到右依次掃描，從而將原被攝圖像或文字完整的顯示在熒光屏上。 圖像的形成圖像的形成一是由于熒光粉的余暉效應(yīng)。其受到電子束轟擊時，其光輸出按指數(shù)規(guī)律較快的增長到最大值，當(dāng)電子束停止攻擊時，其光輸出并不立即停止，而是按照指數(shù)規(guī)律慢慢的衰減。二是由于人眼睛的視覺暫留特性。人眼在觀察景物時，光信號傳入大腦神經(jīng)，需經(jīng)過一段短暫的時間，當(dāng)光的作用結(jié)束后，視覺現(xiàn)象并不立即消失。即，亮度在眼睛里建立得快，消失的慢。綜上，讓電子束不

13、斷的轟擊屏幕上的熒光粉，不端重復(fù)刷新就能保持圖像的連續(xù)性。 黑白顯像管的調(diào)制特性黑白顯像管的調(diào)制特性熒光屏上形成圖像的各點的灰度由柵極電流的大小決定，而陰極電流的變化受柵陰電壓的調(diào)制，我們把柵陰電壓Ugk對陰極電流ik的控制關(guān)系成為顯像管的調(diào)制特性。曲線公式為： i k=k(ugk-ugk0) 其中，看是比例系數(shù)，與電極的特性和構(gòu)造等因素有關(guān)，是非線性系數(shù)，其數(shù)值大小因管子而異，取值在2-3之間，ugk0是柵極截止電壓從調(diào)制特性曲線圖形可以看出，柵陰電壓越負，陰極電流就越小，則熒光屏亮度越暗，反之，亮度越高。電子掃描電子掃描在顯像管的管徑上，裝有兩種偏轉(zhuǎn)線圈，一種叫行偏轉(zhuǎn)線圈，一種叫場偏轉(zhuǎn)線圈

14、。前者產(chǎn)生垂直方向的磁場，后者產(chǎn)生水平方向的磁場。偏轉(zhuǎn)線圈通以線性變化電流時，產(chǎn)生的磁場也是線性變化的。電子束在行偏轉(zhuǎn)線圈作用下作水平方向掃描，在場偏轉(zhuǎn)線圈作用下作垂直方向掃描。掃描方式電子束掃描分為逐行掃描和隔行掃描兩種方式。(a) 逐行掃描方式 (b) 隔行掃描方式 逐行掃描，就是電子束自上而下逐行依次進行掃描。在逐行掃描方式中，當(dāng)場頻為50Hz，掃描行數(shù)為625，圖像寬高比為4:3時，則需要10.5MHz的信號帶寬（帶寬指每秒鐘電子束掃描過的總像素）。這將使電視設(shè)備復(fù)雜化，信道的頻帶利用率下降。 隔行掃描方式是把一幀畫分成兩場來掃描，第一場掃描奇數(shù)行，第二場掃描偶數(shù)行，使偶數(shù)行正好插在奇

15、數(shù)行之間，兩場組成了一幅完整光柵。這樣既不會引起人眼的閃爍感，又不會增加掃描圖像所占的帶寬。關(guān)鍵是要實現(xiàn)隔行掃描，就應(yīng)該保證偶數(shù)場的掃描行能準(zhǔn)確的插在奇數(shù)場的掃描行之間，否則就會出現(xiàn)并行現(xiàn)象，使圖像質(zhì)量下降。 CRT顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)顯示器的技術(shù)性能指標(biāo) 像素和分辨率 像素是指屏幕能獨立控制其顏色與亮度的最小區(qū)域。分辨率就是屏幕圖像的密度，即顯示器屏幕上有多少個基本像素點，它們是圖像清晰程度的標(biāo)志，也是描述分辨能力大小的物理量。 對于CRT顯示器，分辨率常用單位面積上的掃描線數(shù)或兩光點之間的距離來表示。這取決于場頻和行頻。具體來說就是每一條水平線上的點數(shù)乘以水平線的線數(shù)，如640480、72

16、0348、1024768及10241024等。分辨率越高，屏幕上所能呈現(xiàn)的圖像也就越精細。 分辨率不僅與顯示尺寸有關(guān)，還要受顯像管點距、視頻帶寬等因素的影響。知道分辨率、點距和最大顯示寬度就能得出像素值。 分辨率的計算方法如下： 最大顯示寬度/水平點距=像素數(shù) 比如標(biāo)準(zhǔn)17英寸CRT顯示器的最大顯示寬度是320mm，標(biāo)稱點距是0.28mm，那么首先按0.280.866=0.243的公式計算出水平點距，然后按320/0.243=1316的公式得出像素數(shù)。 CRT顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)CRT顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)顯示器的技術(shù)性能指標(biāo) 2. 場頻、行頻及視頻帶寬 如果說畫質(zhì)等顯示效果

17、只能通過主觀來判斷的話,那么水平掃描頻率、垂直掃描頻率及視頻帶寬這三個參數(shù)就絕對是顯示器的硬指標(biāo)，并且很大程度上決定了顯示器的檔次。 視頻帶寬是指每秒鐘電子槍掃描過圖像點的個數(shù)（以兆赫茲為單位）。這是顯示器非常重要的一個參數(shù)，能夠決定顯示器性能的好壞。帶寬越高則表明了顯示器電路可以處理的頻率范圍越大，顯示器性能越好。高的帶寬能處理更高的頻率，信號失真也越小，顯示的圖像質(zhì)量更好，它反映了顯示器的解像能力。 CRT顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)視頻帶寬的計算方法為：視頻帶寬的計算方法為： 帶寬帶寬 = 刷新率刷新率（垂直分辨率（垂直分辨率0.93）（水平分辨（水平分辨率率0.8）刷新率）

18、刷新率垂直分辨率垂直分辨率水平分辨率水平分辨率1.34 垂直像素和水平像素都要除以一個參數(shù)是因為要考慮電子槍從最后一行/列返回到第一行/列的回程時間。 場頻就是垂直掃描頻率或叫刷新率，通常以Hz為單位, 也就是指每秒鐘屏幕刷新的次數(shù)。刷新率越高，屏幕的閃爍現(xiàn)象越不明顯，眼睛就越不容易疲勞一般來說，垂直刷新率最好不要低于80Hz 。 CRT顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)顯示器的技術(shù)性能指標(biāo) 行頻就是水平掃描頻率，指電子槍每秒鐘在屏幕上掃過的水平線數(shù)。單位一般是千赫茲。場頻和行頻的關(guān)系式一般如下： 行頻 = 場頻垂直分辨率1.04 可見行頻是一個綜合了分辨率和場頻的參數(shù)，能夠比較全面的反映顯示器的性能。當(dāng)在

19、較高分辨率下要提高顯示器的刷新率時，可以通過估算行頻是否超出頻率響應(yīng)范圍來得知顯示器是否可以達到想要的刷新率。 CRT顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)顯示器的技術(shù)性能指標(biāo) 3. 屏幕尺寸和最大可視面積 屏幕尺寸實際是指顯像管尺寸。最大可視面積指顯像管的屏幕顯示的可見圖形的最大范圍。屏幕大小通常以對角線的長度衡量，以英寸為單位(1英寸=2.54厘米)。一般顯示器的最大可視面積都會小于屏幕尺寸，我們平常說的17英寸、15英寸實際上指顯像管尺寸，而實際可視區(qū)域(就是屏幕)遠遠到不了這個尺寸。14英寸的顯示器可視范圍往往只有12英寸；15英寸顯示器的可視范圍在13.8英寸左右；17英寸顯示器的可視區(qū)域大多在151

20、6英寸之間；19英寸顯示器可視區(qū)域達到18寸英寸左右。CRT顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)03第三部分熒光粉受激發(fā)光原理01010202 能量大約在幾千電子伏以上的高速電子打到熒光能量大約在幾千電子伏以上的高速電子打到熒光粉表面時，大部分都可進入材料內(nèi)部。粉表面時，大部分都可進入材料內(nèi)部。0303主要是這些低能量的電子激發(fā)發(fā)光材料。這些次級主要是這些低能量的電子激發(fā)發(fā)光材料。這些次級電子的能量分布在幾電子伏到十幾電子伏的很寬范電子的能量分布在幾電子伏到十幾電子伏的很寬范圍內(nèi)，因而能將發(fā)光體激發(fā)到多種激發(fā)態(tài)。最終由圍內(nèi)，因而能將發(fā)光體激發(fā)到多種激發(fā)態(tài)。最終由這些激發(fā)態(tài)電子向低能級躍遷向

21、外發(fā)射光子。這些激發(fā)態(tài)電子向低能級躍遷向外發(fā)射光子。射入固體中的電子慢慢失去能量射入固體中的電子慢慢失去能量, ,當(dāng)能量消失時會當(dāng)能量消失時會使周圍產(chǎn)生電離使周圍產(chǎn)生電離, ,從而產(chǎn)生大量速度越來越低的從而產(chǎn)生大量速度越來越低的“次級次級”電子。直到發(fā)光體中出現(xiàn)大量的能量在幾電子。直到發(fā)光體中出現(xiàn)大量的能量在幾電子伏到十幾電子伏的低速電子。電子伏到十幾電子伏的低速電子。彩色彩色CRT顯示器顯示器電子槍(electron gun)偏轉(zhuǎn)線圈(defiection coil)蔭罩(Shadow mask)熒光粉層(phosphor)玻璃外殼在結(jié)構(gòu)上，與黑白CRT顯示器有很大的不同，主要體現(xiàn)在彩色cr

22、t顯示器具有三個陰極和三個柵極，它們的陰柵電壓分別受三種控制信號控制，且由三個陰極分別發(fā)出的三束電子流轟擊相應(yīng)的三種不同的熒光粉，根據(jù)空間混色原理呈現(xiàn)出彩色圖像。彩色CRT顯示器的基本結(jié)構(gòu)三原色（RGB）配色原理通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，人們的眼通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，人們的眼睛對紅、綠、藍三種顏色反應(yīng)最睛對紅、綠、藍三種顏色反應(yīng)最靈敏靈敏三原色的配色范圍比較廣，用三原色的配色范圍比較廣，用這三種顏色可以隨意配出自然界這三種顏色可以隨意配出自然界中的大部分顏色中的大部分顏色彩色CRT顯示器的基本原理在彩色彩色CRT顯示器中正是使用顯示器中正是使用了三原色的配色原理得到的彩色了三原色的配色原理得到的彩色畫面畫

23、面在CRT顯示器中是怎樣利用三原色配色原理，得到彩色畫面的呢？怎樣保證三只電子束準(zhǔn)確的擊中每一個像素中對應(yīng)的熒光粉？怎樣保證三只電子束準(zhǔn)確的擊中每一個像素中對應(yīng)的熒光粉？蔭罩(Shadow mask)位置：位置：大概在熒光屏后面(從熒光屏正面看)約10mm處，厚度約為0.15mm的薄金屬障板形狀：形狀：上面有很多小孔或細槽，它們和同一組的熒光粉單元即像素相對應(yīng)原理：原理：三支電子束經(jīng)過小孔或細槽后只能擊中同一像素中的對應(yīng)熒光粉單元，因此能夠保證彩色的純正和正確的會聚，所以我們才可以看到清晰的圖像。球面顯像管從蔭罩技術(shù)的發(fā)展看彩色從蔭罩技術(shù)的發(fā)展看彩色CRT顯示器的發(fā)展顯示器的發(fā)展 孔狀蔭罩采用這種顯像管的顯示器，屏幕在水平方向和垂直方向都是彎曲的，造成了圖像失真及