第二章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)

第2章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)

2.1CRT顯示器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1.1黑白CRT顯示器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1.2彩色CRT顯示器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1.3CRT顯示器的主要單元

2.2CRT顯示器的驅(qū)動(dòng)與控制

2.2.1CRT顯示器相關(guān)技術(shù)

2.2.2CRT顯示器驅(qū)控電路

2.3CRT顯示器的特點(diǎn)、性能指標(biāo)及發(fā)展歷史

2.3.1CRT顯示器的特點(diǎn)

2.3.2CRT顯示器的性能指標(biāo)

2.3.3CRT顯示技術(shù)的發(fā)展歷史習(xí)題二光電顯示技術(shù)CRT顯示器即為一種使用陰極射線管(CathodeRayTube)的顯示器，主要分為黑白CRT顯示器和彩色CRT顯示器兩大類。它的核心部件是CRT顯像管（即陰極射線管），其主要由五部分組成：電子槍(ElectronGun)、偏轉(zhuǎn)線圈(Defiectioncoils)、蔭罩(Shadowmask)、熒光粉層(Phosphor)及玻璃外殼，其中電子槍是顯像管的核心。CRT顯示器的工作原理和我們家中電視機(jī)的顯像管基本一樣，我們可以把它看作是一個(gè)圖像更加精細(xì)的電視機(jī)。經(jīng)典的CRT顯像管使用電子槍發(fā)射高速電子，經(jīng)過(guò)垂直和水平的偏轉(zhuǎn)線圈控制高速電子的偏轉(zhuǎn)角度，最后高速電子轟擊屏幕上的磷光物質(zhì)使其發(fā)光。通過(guò)電壓調(diào)節(jié)電子槍發(fā)射電子束的功率，就會(huì)在屏幕上形成明暗不同的光點(diǎn)，形成各種圖案和文字。第2章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)

2.1.1黑白CRT顯示器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

黑白CRT即單色(MonochromeMonitor)CRT，只有單一的電子槍，僅能產(chǎn)生黑白兩種顏色。它的主要用途是在電視機(jī)中顯示圖像，以及在工業(yè)控制設(shè)備中用作監(jiān)視器。黑白CRT主要由圓錐形玻殼、玻殼正面用于顯示的熒光屏、封入玻殼中發(fā)射電子束用的電子槍系統(tǒng)和位于玻殼之外控制電子束偏轉(zhuǎn)掃描的磁軛器件四部分組成。

第2章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)

第2章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)圖2.1單色CRT的結(jié)構(gòu)示意圖

結(jié)構(gòu)中燈絲、陰極（K）、第一控制柵極（G1或稱調(diào)制器）、加速極（G2或稱屏蔽極）構(gòu)成發(fā)射系統(tǒng)；第二陽(yáng)極G3、聚焦極G4、高壓陽(yáng)極G5構(gòu)成聚焦系統(tǒng)。工作時(shí)，電子槍中陰極（K）被燈絲加熱至200K時(shí)，陰極（K）大量發(fā)射電子。電子束首先被加在第一控制柵極的視頻電信號(hào)所調(diào)制，然后經(jīng)加速和聚焦后，高速轟擊熒光屏上的熒光體，熒光體發(fā)出可見(jiàn)光。電子束的電流是受顯示信號(hào)控制的，信號(hào)電壓高，電子槍發(fā)射的電子束流也越大，熒光體發(fā)光亮度也越高。最后通過(guò)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地顯示在熒光屏上。第2章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)2.1.2彩色CRT顯示器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

彩色CRT利用三基色圖像疊加原理實(shí)現(xiàn)彩色圖像的顯示。蔭罩式彩色CRT是目前占主導(dǎo)地位的彩色顯像管，這種管子的原始設(shè)想是德國(guó)人弗萊西（Fleshsig）在1938年提出的。蔭罩式彩色CRT的基本結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。

第2章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)圖2.2彩色CRT的結(jié)構(gòu)示意圖

光電顯示技術(shù)

彩色CRT是通過(guò)紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三原色組合產(chǎn)生彩色視覺(jué)效果。熒光屏上的每一個(gè)像素由產(chǎn)生紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)的三種熒光體組成，同時(shí)電子槍中設(shè)有3個(gè)陰極，分別發(fā)射電子束，轟擊對(duì)應(yīng)的熒光體。為了防止每個(gè)電子束轟擊另外兩個(gè)顏色的熒光體，在熒光面內(nèi)側(cè)設(shè)有選色電極——蔭罩。在蔭罩型彩色CRT中，玻殼熒光屏的內(nèi)面形成點(diǎn)狀紅、綠、藍(lán)三色熒光體，熒光面與單色CRT相同，在其內(nèi)側(cè)均有膜金屬覆層。在離熒光面一定距離處設(shè)置蔭罩。蔭罩焊接在支持框架上，并通過(guò)顯示屏側(cè)壁內(nèi)面設(shè)置的緊固釘將蔭罩固定在顯示屏內(nèi)側(cè)。第2章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)圖2.3彩色CRT工作原理

光電顯示技術(shù)

蔭罩與熒光屏的距離可根據(jù)幾何關(guān)系由下式確定：

(2-1)(2-2)

式中：為蔭罩與熒光屏的距離；為孔距放大率；為從電子槍到熒光面的距離；為電子槍的束間距；為電子束排列方向的蔭罩孔距；為電子束排列方向的熒光屏上同一色熒光體的點(diǎn)間距。第2章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)蔭罩有圓孔形、長(zhǎng)方孔形等形式。通常，三角形布置的電子槍采用圓孔形蔭罩，直線性布置的電子槍可采用各種形式的蔭罩。玻殼內(nèi)除設(shè)有蔭罩之外，還設(shè)有屏蔽地磁場(chǎng)用的內(nèi)屏蔽罩，其作用是防止電子束受地磁場(chǎng)的干擾，使電子束不會(huì)射向其他顏色的熒光體。

整體工作過(guò)程：由燈絲、陰極、控制柵組成電子槍，通電后燈絲發(fā)熱，陰極被激發(fā)，發(fā)射出電子流，電子流受到帶有高電壓的內(nèi)部金屬層的加速，經(jīng)過(guò)透鏡聚焦形成極細(xì)的電子束，在陽(yáng)極高壓作用下，獲得巨大的能量，以極高的速度去轟擊熒光粉層。這些電子束轟擊的目標(biāo)就是熒光屏上的三原色。電子槍發(fā)射的電子束不是一束，而是三束，電子束在偏轉(zhuǎn)磁軛產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下，可以控制其射向熒光屏的指定位置，去轟擊各自的熒光粉單元。一般蔭罩式CRT的內(nèi)部有一層類似篩子的網(wǎng)罩，電子束通過(guò)網(wǎng)眼打在呈三角形排列的熒光點(diǎn)上，以防止每個(gè)電子束轟擊另外兩個(gè)顏色的熒光體。第2章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)

受到高速電子束的激發(fā)，這些熒光粉單元分別發(fā)出強(qiáng)弱不同的紅、綠、藍(lán)三種光。根據(jù)空間混色法(將三個(gè)基色光同時(shí)照射同一表面相鄰很近的三個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行混色的方法)產(chǎn)生豐富的色彩，這種方法利用人們眼睛在超過(guò)一定距離后分辨力不高的特性，產(chǎn)生與直接混色法相同的效果。用這種方法可以產(chǎn)生不同色彩的像素，而大量的不同色彩的像素可以組成一張漂亮的畫面，而不斷變換的畫面就成為可動(dòng)的圖像。第2章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)2.1.3CRT顯示器的主要單元

1.電子槍電子槍用來(lái)產(chǎn)生電子束，以轟擊熒光屏上的熒光粉發(fā)光。在CRT中，為了在屏幕上得到亮而清晰的圖像，要求電子槍產(chǎn)生大的電子束電流，并且能夠在屏幕上聚成細(xì)小的掃描點(diǎn)（約0.2mm）。此外，由于電子束電流受電信號(hào)的調(diào)制，因而電子槍應(yīng)有良好的調(diào)制特性。在調(diào)制信號(hào)控制過(guò)程中，掃描點(diǎn)不應(yīng)有明顯的散焦現(xiàn)象。電子槍是由燈絲（用H、HT或F表示）、陰極（用K表示，彩色顯像管有三個(gè)陰極，分別用RK、GK、BK表示）、柵極（用G1表示）、加速極（用G2表示）、高壓陽(yáng)極（用G或V表示）組成。第2章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)圖2.4電子槍結(jié)構(gòu)示意圖光電顯示技術(shù)

電子槍中各部分的作用：

(1)燈絲——通電后將電能轉(zhuǎn)變成熱能并對(duì)陰極加熱，使陰極表面產(chǎn)生600-800度的高溫，創(chuàng)造一個(gè)使陰極發(fā)射電子的外部條件。

(2)陰極——呈圓筒狀，裝在圓筒內(nèi)部，頂端涂有鋇鍶鈣的氧化物，燈絲通電時(shí)，陰極受熱后發(fā)射大量電子。

(3)柵極——柵極套在陰極外面，是一個(gè)金屬圓筒，頂端開(kāi)有小孔，讓電子束通過(guò)。改變與陰極的相對(duì)電位可以控制電子束的強(qiáng)弱。第2章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)

(4)加速極——它也是頂部開(kāi)有小孔的金屬筒，其位置緊靠柵極。通常在加速極上加有幾百伏的正電壓，它能控制陰極發(fā)射的電子束到達(dá)熒光屏的速度。

(5)聚集極——彩色顯像管聚集極通常加5~8KV電位。聚集極、加速極及高壓極一起構(gòu)成一個(gè)電子透鏡，使電子束會(huì)聚成一束轟擊熒光屏熒光粉層。

(6)高壓陽(yáng)極——建立一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)，使電子束以極快的速度轟擊熒光屏上的熒光粉。高壓陽(yáng)極通常為22~34KV。第2章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)

2.熒光屏熒光屏，是由涂覆在玻璃殼內(nèi)的熒光粉和疊于熒光粉層上面的鋁膜共同組成的，也稱作屏幕。面玻璃尺寸寬度與高度之比有4：3、16：9等類型，習(xí)慣上將屏幕對(duì)角線長(zhǎng)度定為顯像管的規(guī)格，用厘米（或英寸）表示。為了減小環(huán)境光的影響，提高圖像對(duì)比度，熒光屏玻璃采用具有中性吸光性能的煙灰玻璃，此外還要滿足光潔度、均勻性、耐壓力、面張力和防爆等性能要求。工作的時(shí)候熒光屏后面的電子槍發(fā)射電子束打在熒光粉上，于是一部分熒光粉亮起來(lái)，顯示出字符或者圖像。

熒光屏是實(shí)現(xiàn)CRT顯像管電光轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部位之一，要求發(fā)光亮度和發(fā)光效率足夠高，發(fā)光光譜適合人眼觀察，圖像分辨力高、傳遞效果好，余輝時(shí)間適當(dāng)，機(jī)械、化學(xué)、熱穩(wěn)定性好，壽命高。第2章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)

CRT的發(fā)光性能首先取決于所用的熒光粉材料，因?yàn)橹饕蔁晒夥蹖油瓿娠@像管內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換功能。黑白顯像管要求在電子轟擊下熒光粉發(fā)白光，一般采用顏色互補(bǔ)的兩種熒光粉混合起來(lái)發(fā)白光。如將發(fā)藍(lán)光的ZnS[Ag]與發(fā)黃光的ZnS、CdS[Ag]以55：45的比例混合制得P4熒光粉，或直接采用單一白色熒光粉。熒光粉的發(fā)光效率是指每瓦電功率能獲得多大的發(fā)光強(qiáng)度。余輝時(shí)間是熒光粉的重要特性參數(shù)。當(dāng)電子束轟擊熒光粉時(shí)，熒光粉的分子受激而發(fā)光，而當(dāng)電子束的轟擊停止后，熒光粉的發(fā)光并非立即消失，而是按指數(shù)規(guī)律衰減，這種特性稱為熒光粉的余輝特性。余輝時(shí)間是指熒光粉在電子束轟擊停止后，其亮度減小到電子轟擊時(shí)穩(wěn)定亮度的1/10所經(jīng)歷的時(shí)間。第2章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)

一般把余輝分成三類：余輝時(shí)間長(zhǎng)于0.1s的稱為長(zhǎng)余輝發(fā)光；余輝時(shí)間介于0.1s至0.001s的稱為中余輝發(fā)光；余輝時(shí)間短于0.001s的稱為短余輝發(fā)光。余輝太長(zhǎng)，則同一像素第一幀余輝未盡而第二幀掃描又到了，前一幀的余輝會(huì)重疊在后一幀圖像上，整個(gè)圖像便會(huì)模糊。若余輝時(shí)間太短，屏幕的平均亮度將會(huì)減低。電視采用中余輝熒光粉，示波器等則采用長(zhǎng)余輝熒光粉。屏幕的亮度取決于熒光粉的發(fā)光效率、余輝時(shí)間及電子束轟擊的功率。熒光粉的發(fā)光效率高時(shí)屏幕較亮，余輝時(shí)間長(zhǎng)平均亮度也較大。第2章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)熒光粉采用沉淀法涂覆，把洗凈烘干的玻璃屏放在涂覆機(jī)上，玻璃屏的傾角和轉(zhuǎn)速由涂覆機(jī)來(lái)控制。向玻璃屏中心滴入加有醋酸鋇等電解質(zhì)的熒光粉和水玻璃懸浮液，開(kāi)啟涂覆機(jī)使其均勻涂覆于玻璃基板上，經(jīng)烘干后即形成牢固的熒光粉層。在熒光粉層表面蒸鍍一層0.1~0.5μm的鋁膜，并使其與電子槍的陽(yáng)極相連，可以提高圖像顯示性能。主要優(yōu)點(diǎn)為：可以防止負(fù)電荷積累導(dǎo)致的熒面電位下降，從而限制了亮度的提高；鋁可將熒光粉發(fā)向管內(nèi)的光線反射到觀察者一側(cè)，提高亮度；阻擋負(fù)離子對(duì)熒光層的轟擊防止離子斑。熒光粉的發(fā)光效率以每瓦電功率所獲得的發(fā)光強(qiáng)度計(jì)，輸入的電功率是電子束電流（陰極電流（μA）與陽(yáng)極高壓的乘積，發(fā)光強(qiáng)度為cd（坎德拉）。一般的熒光粉發(fā)光效率都大于5cd/W，有的大于10cd/W，而白熾燈的發(fā)光效率都不超過(guò)2cd/W。

第2章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)

如果已知熒光粉的發(fā)光時(shí)間特性，那么在一幀時(shí)間T內(nèi)平均亮度應(yīng)為：

(2-3)

屏幕亮度除了與余輝時(shí)間有關(guān)外，還取決于電子束的電流密度和屏幕電壓的高低。因此屏幕亮度可表示為

(2-4)

從上式可以看出，欲增大亮度可以加大電流密度和電壓。兩者中以提高電壓更為有效。第2章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)

3.偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)如果不加偏轉(zhuǎn)電壓，經(jīng)過(guò)加速、聚焦的具有很高動(dòng)能的電子束轟擊熒光面時(shí)，僅能在熒光屏中心位置產(chǎn)生亮度很高的光點(diǎn)，難以成像；為了顯示一幅圖像，必須讓電子束在水平方向和垂直方向上同時(shí)偏轉(zhuǎn)，使整個(gè)熒光屏上的任何一點(diǎn)都能發(fā)光而形成光柵，這就是偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的作用。由于磁偏轉(zhuǎn)像差小，在高陽(yáng)極電壓下適用于大角度偏轉(zhuǎn)，所以顯像管通常采用磁偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)線圈是CRT顯像管的重要部件。分為行偏轉(zhuǎn)線圈和場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈即水平偏轉(zhuǎn)線圈和垂直偏轉(zhuǎn)線圈。行偏轉(zhuǎn)線圈通有由行掃描電路提供的鋸齒波電流，產(chǎn)生在垂直方向上線性變化的磁場(chǎng)，使電子束作水平方向掃描。場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈通有由場(chǎng)掃描電路提供的鋸齒波電流，產(chǎn)生一個(gè)水平方向線性變化的磁場(chǎng)，使電子束作垂直方向掃描。在行掃描和場(chǎng)掃描共同作用下，有規(guī)律的從上到下從左到右控制電子束的運(yùn)動(dòng)，屏幕上呈現(xiàn)一幅矩形的光柵。第2章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)

我國(guó)采用的PAL制式規(guī)定，每幀625行，每秒25幀。隔行掃描，每幀兩場(chǎng)，每秒50場(chǎng)；每行水平掃描正程為52μs，逆程為12μs，場(chǎng)正程時(shí)間≥18.4ms，逆程時(shí)間≤1.6ms，垂直方向顯示575行。第2章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)

4.蔭罩蔭罩、玻殼和電子槍是組成彩色顯像管的三大主要部件，在彩色顯象管內(nèi)，蔭罩裝于玻殼和電子槍之間，起分色作用。

5.玻璃管殼玻璃管殼通常由屏幕玻璃、錐體、管頸三部分組成。用普通玻璃做CRT的外圍器件，是因?yàn)橥该餍愿?，能耐受高空并能吸收從?nèi)部發(fā)生的X射線。第2章陰極射線管(CRT)顯示技術(shù)管頸內(nèi)部安裝電子槍。玻璃錐體將面玻璃和管頸連接起來(lái)，其張開(kāi)角φ代表最大電子束偏轉(zhuǎn)角度。同樣尺寸的熒光屏，偏轉(zhuǎn)角φ越大，管子長(zhǎng)度就越短，可以減少電視機(jī)的厚度，國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)顯像管主要有70°、90°、110°和114°等。玻璃錐體內(nèi)，外壁涂有石墨導(dǎo)電層。玻璃錐體壁上裝有高壓帽，與內(nèi)導(dǎo)電層相通，并與電子槍內(nèi)的A2和A4陽(yáng)極相連。高壓由高壓帽輸入到A2和A4，這樣高壓就不從管座引入，其優(yōu)點(diǎn)是可以降低管座絕緣材料的耐高壓指標(biāo)。玻殼外涂層石墨與電視機(jī)的地相連并與高壓帽絕緣，內(nèi)外石墨層在璃殼壁形成500~1000pf的高壓電容器，兼作為高壓整流濾波電容。

1.生成圖像

CRT的DeflectionCoil（偏轉(zhuǎn)線圈）用于電子槍發(fā)射器的定位，它能夠產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)，通過(guò)改變強(qiáng)度來(lái)移動(dòng)電子槍。線圈偏轉(zhuǎn)的角度有限，當(dāng)電子束傳播到一個(gè)平坦的表面時(shí)，能量會(huì)輕微地偏移目標(biāo)，僅有部分熒光粉被擊中，四邊的圖像都會(huì)產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問(wèn)題，顯示器生產(chǎn)廠把顯像管制造成球形，讓熒光粉充分地接受到能量，缺點(diǎn)是屏幕將變得彎曲。電子束射擊由左至右，由上至下的過(guò)程稱為刷新，不斷重復(fù)地刷新就能保持圖像的持續(xù)性。

2.2CRT顯示器的驅(qū)動(dòng)與控制2.2.1CRT顯示器相關(guān)技術(shù)

2.混合顏色

舊式的顯示器只有單一的電子槍，僅能產(chǎn)生黑白兩種顏色，即單色顯示器（MonochromeMonitor）。新一代顯示器有三只電子槍，每個(gè)電子槍都有獨(dú)立的偏轉(zhuǎn)線圈，分別發(fā)出R、G、B（Red、Blue、Green，紅、藍(lán)、綠）三束光線，混合光線可以產(chǎn)生1600萬(wàn)種顏色，或者說(shuō)真彩色。某些顯示器能用一個(gè)電子槍發(fā)出三束光線，經(jīng)過(guò)混合亦能生成其它顏色。生成彩色圖像電子槍要掃描屏幕三次，其過(guò)程比黑白圖像復(fù)雜得多。2.2.1CRT顯示器相關(guān)技術(shù)

3.回轉(zhuǎn)變壓器（FlybackTransformer）

回轉(zhuǎn)變壓器類似發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火線圈，在特定時(shí)間發(fā)出一個(gè)低能量信號(hào)給回轉(zhuǎn)磁線圈，并生成磁場(chǎng)。當(dāng)?shù)湍芰吭搓P(guān)閉后，磁線圈的能量轉(zhuǎn)移到高能量輸出中，最后傳到電子槍發(fā)出電子束。依照CRT尺寸的不同，產(chǎn)生的能量也各有差異，通常在10000V至50000V之間。2.2.1CRT顯示器相關(guān)技術(shù)4.垂直和水平同步

垂直和水平是CRT中兩個(gè)基本的同步信號(hào)，水平同步信號(hào)決定了CRT畫出一條橫越屏幕線的時(shí)間，垂直同步信號(hào)決定了CRT從屏幕頂部畫到底部，再返回原始位置的時(shí)間，垂直同步也可以稱為刷新率。標(biāo)準(zhǔn)電視機(jī)的水平同步信號(hào)=512線×30幀/秒=15.75kHz，顯示器的水平同步信號(hào)可任意調(diào)節(jié)，幅度在15.75KGz~95KHz之間。把水平同步信號(hào)反轉(zhuǎn)能夠得出掃描一條線的時(shí)間，即1/17.75KHz=63.5μs。電視機(jī)掃描一幀圖像要返回525次。因?yàn)镃RT的頻繁開(kāi)關(guān)和掃描切換，在屏幕上實(shí)際表現(xiàn)出來(lái)的線數(shù)比525要少一些，一般約為428～399條線。

2.2.1CRT顯示器相關(guān)技術(shù)5.交錯(cuò)和非交錯(cuò)

電視機(jī)采用的是交錯(cuò)(Interlace)掃描，機(jī)器本身刷新速度不足，每一幀都要刷新兩次，由于人眼的視覺(jué)暫停原理，會(huì)感到畫面是連續(xù)播入的，缺點(diǎn)是人眼能發(fā)現(xiàn)兩次刷新的不同，感到屏幕有閃爍，長(zhǎng)時(shí)間觀看容易使眼睛疲勞。電視機(jī)能穩(wěn)定運(yùn)行在30Hz，或30幀/秒，但早期CRT并不能保持刷新率不變，磁偏轉(zhuǎn)線圈常常影響著電子束的發(fā)射，有時(shí)還會(huì)減弱電子束，以及熒光粉的發(fā)熱時(shí)間的限制，導(dǎo)致上半部分屏幕比下半部分屏幕更亮，后來(lái)，人們采用了分線刷新的方法，第一次掃奇數(shù)行、第二次掃偶數(shù)行，缺點(diǎn)是每做一樣工作要刷新兩個(gè)周期，顯示器的反應(yīng)較慢，當(dāng)然，畫面閃爍是少不了的。不過(guò)，也因此而增加了顯示器的刷新速度，以30fps的頻率實(shí)現(xiàn)60fps圖像亦變?yōu)榭赡?，避免了顯像管負(fù)荷過(guò)重而燒毀。2.2.1CRT顯示器相關(guān)技術(shù)6.金屬隔板技術(shù)

點(diǎn)狀蔭罩(ShadowMasks)指電子槍和熒光屏之間放置一個(gè)金屬隔板，上面有許多小洞讓電子通過(guò)。其作用是防止一個(gè)熒光點(diǎn)加熱時(shí)傳導(dǎo)到附近的點(diǎn)，分離顯示器的色彩。在蔭罩技術(shù)方面，有兩點(diǎn)最重要：一是如何使用更薄的金屬來(lái)制造隔板，并縮小點(diǎn)與點(diǎn)之間的位置(DotPitch，點(diǎn)距)，讓它與屏幕上的點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)；二是如何修正電子束的顏色，讓它更符合要求。

蔭罩的主要缺點(diǎn)是金屬板會(huì)隨著能量的變化而產(chǎn)生彎曲，特別是在高亮度的情況下，需要更多的能量來(lái)戰(zhàn)勝蔭罩的阻抗，彎曲會(huì)更加嚴(yán)重。金屬板變形使電子束偏離原定目標(biāo)，顯示的畫面會(huì)模糊不清。為此，人們只好不斷尋找合適制造蔭罩的金屬，目前效果最好的是INVAR(不脹銅)，它是鎳/鐵合金，膨脹率幾乎為零。蔭罩的第二個(gè)缺點(diǎn)是屏幕彎曲會(huì)產(chǎn)生刺眼的眩光，用AGC(AntiGlareCoatings，防眩光涂層)能解決這個(gè)問(wèn)題。2.2.1CRT顯示器相關(guān)技術(shù)1.掃描方式文字及圖象畫面都是由一個(gè)個(gè)稱為像素的點(diǎn)構(gòu)成的，使這些點(diǎn)順次顯示的方法稱為掃描。一般CRT的電子束掃描是由偏轉(zhuǎn)磁軛進(jìn)行磁偏轉(zhuǎn)控制的。光柵掃描方式在垂直方向是從左上向右下的順序掃描方式，由掃描產(chǎn)生的水平線稱為掃描線，按該掃描線的條件決定顯示器垂直方向的圖像分辨率。如圖2.5所示，光柵掃描方式中有順序掃描(逐行掃描)方式和飛越掃描(隔行掃描)方式。在順序掃描方式中，當(dāng)場(chǎng)頻為50Hz，掃描行數(shù)為625，圖像寬高比為4:3時(shí)，則需要10.5MHz的信號(hào)帶寬。這將使電視設(shè)備復(fù)雜化，信道的頻帶利用率下降。實(shí)際系統(tǒng)采用隔行掃描方式來(lái)降低圖像信號(hào)的頻帶。2.2.2CRT顯示器驅(qū)控電路(a)順序掃描方式(b)飛越掃描方式(c)行光柵的行掃描與場(chǎng)掃描波形圖2.5CRT掃描方式光電顯示技術(shù)

隔行掃描方式是把一幀畫分成兩場(chǎng)來(lái)掃描，第一場(chǎng)掃描奇數(shù)行，第二場(chǎng)掃描偶數(shù)行，如圖2.5（b）所示。兩場(chǎng)掃描行組成的光柵相互交叉，構(gòu)成一整幀畫面。在第7行掃過(guò)一半時(shí)，奇數(shù)場(chǎng)掃描結(jié)束，偶數(shù)場(chǎng)掃描開(kāi)始，故第7行的后一半挪到偶數(shù)場(chǎng)開(kāi)始時(shí)掃描，這樣就會(huì)在光柵上端的中點(diǎn)開(kāi)始，結(jié)果使偶數(shù)行正好插在奇數(shù)行之間，兩場(chǎng)組成了一幅完整光柵。要實(shí)現(xiàn)隔行掃描，就應(yīng)該保證偶數(shù)場(chǎng)的掃描行準(zhǔn)確的插在奇數(shù)場(chǎng)的掃描行之間，否則就會(huì)出現(xiàn)并行現(xiàn)象，使圖像質(zhì)量下降。

2.輝度及顏色單色CRT只需要對(duì)輝度進(jìn)行控制，對(duì)彩色CRT來(lái)說(shuō)還需要對(duì)顏色進(jìn)行控制，輝度和顏色都是都是通過(guò)電流量來(lái)控制的。輝度和信號(hào)幅度的關(guān)系如圖2.6所示。電流控制方式中有柵極(G1)驅(qū)動(dòng)方式和陰極驅(qū)動(dòng)方式。在柵極(G1)驅(qū)動(dòng)方式中，在電子槍的柵極/陰極間施加不同的電壓，就可以得到相應(yīng)的輝度。彩色CRT的顏色顯示是通過(guò)3個(gè)電子束各自的電流（由電壓調(diào)制）來(lái)調(diào)制的。由各色輸入階數(shù)的乘積，決定顯示的色數(shù)，對(duì)于階數(shù)為16的情況，可顯示4096（163）種顏色。2.2.2CRT顯示器驅(qū)控電路圖2.6畫面的輝度與信號(hào)振幅的關(guān)系光電顯示技術(shù)3.CRT顯示器驅(qū)控器的電路構(gòu)成

CRT顯示器驅(qū)控器的電路，如圖2.7所示，主要包括視頻電路、偏轉(zhuǎn)電路、高壓電路、電源電路等基本電路，以及所選擇的動(dòng)態(tài)聚焦電路、水平偏轉(zhuǎn)周波數(shù)切換電路等。

2.2.2CRT顯示器驅(qū)控電路圖2.7CRT顯示器驅(qū)控器的電路2.3.1CRT顯示器的特點(diǎn)CRT的特點(diǎn)CRT最大的優(yōu)勢(shì)是可以在相對(duì)低的價(jià)格下獲得所必需的各種功能和性能。而且，可以進(jìn)行大畫面高密度顯示，彩色CRT與單色CRT在裝置的布局上無(wú)本質(zhì)變化，可進(jìn)行無(wú)級(jí)輝度調(diào)節(jié)的全色顯示。特別是CRT采用電子束掃描方式，與其他電子顯示采用矩陣陣列的掃描方式不同，所需要的驅(qū)動(dòng)電極數(shù)極少在輝度、對(duì)比度指標(biāo)上，與其他顯示器相比，CRT也處于有利地位。顯示亮度可以任意調(diào)節(jié)。而且，從電視機(jī)用CRT、超高密度顯示用CRT到分析觀測(cè)CRT，均可根據(jù)不同使用目的自由設(shè)計(jì)，從而應(yīng)用范圍極為廣泛。CRT的主要缺點(diǎn)是尺寸和重量都難以降低，由于笨重，又不能實(shí)現(xiàn)折疊化、便攜化，驅(qū)動(dòng)電壓高，給使用帶來(lái)不便?？傊?CRT最大的優(yōu)勢(shì)在于高的性能價(jià)格比及大畫面高密度顯示，同時(shí)還具有其它一系列優(yōu)點(diǎn)：

價(jià)格低、亮度高、對(duì)比度高、色域廣、分辨率高、響應(yīng)速度快、視野角寬、顯示版式可以靈活變化、壽命長(zhǎng).2.3CRT顯示器的特點(diǎn)、性能指標(biāo)及發(fā)展歷史2.3.2CRT顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)1.像素和分辨率像素是指屏幕能獨(dú)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，即顯示器屏幕的單位面積上有多少個(gè)基本像素點(diǎn)，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(duì)于電子顯示器件，常用單位面積上的掃描線數(shù)和兩光點(diǎn)之間的距離來(lái)表示分辨率。他們?nèi)Q于場(chǎng)頻和行頻的組合。

我們可以把它想象成是一個(gè)大型的棋盤，而分辨率的表示方式就是每一條水平線上的點(diǎn)數(shù)乘以水平線的數(shù)目，如640×480、720×348、1024×768及1024×1024等。以640×480的分辨率來(lái)說(shuō)，即每一條線上包含有640個(gè)像素點(diǎn)且共有480條線，也就是說(shuō)掃描列數(shù)為640列，行數(shù)為480行。分辨率越高，屏幕上所能呈現(xiàn)的圖像也就越精細(xì)。

分辨率不僅與顯示尺寸有關(guān)，還要受顯像管點(diǎn)距、視頻帶寬等因素的影響。知道分辨率、點(diǎn)距和最大顯示寬度就能得出像素值。比如一臺(tái)17英寸的CRT顯示器，一行中能容納1421組三原色，能滿足1280個(gè)像素點(diǎn)的需要，因此這臺(tái)顯示器的理想分辨率是1024×768，勉強(qiáng)可以達(dá)到1280×1024的分辨率，但不可能達(dá)到1600×1200的分辨率。分辨率的計(jì)算方法如下：最大顯示寬度/水平點(diǎn)距=像素?cái)?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(diǎn)距是0.28mm，那么首先按0.28×0.866=0.243的公式計(jì)算出水平點(diǎn)距，然后按320/0.243=1316的公式得出像素?cái)?shù)。2.3.2CRT顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)2.點(diǎn)距和柵距點(diǎn)距（DOTPITCH）是顯像管最重要的技術(shù)參數(shù)之一，單位為毫米。一般公認(rèn)的點(diǎn)距定義是熒光屏上兩個(gè)最臨近的同色熒光點(diǎn)的直線距離，即兩個(gè)紅色（或綠、藍(lán)）像素單元之間的距離。2.3.2CRT顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)

點(diǎn)距越小越好，點(diǎn)距越小，顯示器顯示圖型越清晰細(xì)膩，顯示器的檔次越高，不過(guò)對(duì)于顯像管的聚焦性能要求就越高。幾年以前的顯示器多為0.31mm和0.39mm，如今大多數(shù)顯示器采用的都是0.28mm的點(diǎn)距。常見(jiàn)的顯示器點(diǎn)距0.28mm(水平方向?yàn)?.243mm)。

用顯示區(qū)域的寬和高分別除以點(diǎn)距，即得到顯示器的垂直和水平方向上最高可顯示的點(diǎn)數(shù)。2.3.2CRT顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)

3.場(chǎng)頻、行頻及視頻帶寬如果說(shuō)畫質(zhì)等顯示效果只能通過(guò)主觀判斷的話，那么水平掃描頻率、垂直掃描頻率及視頻帶寬這三個(gè)參數(shù)就絕對(duì)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(guò)圖像點(diǎn)的個(gè)數(shù)，以兆赫茲為單位。這是顯示器非常重要的一個(gè)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(hào)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。

視頻帶寬的計(jì)算方法為：

帶寬=垂直刷新率×（垂直分辨率÷0.93）×（水平分辨率÷0.8）＝水平分辨率×垂直分辨率×垂直刷新率×1.34(2-6)

垂直像素和水平像素都要除以一個(gè)參數(shù)是因?yàn)橐紤]電子槍從最后一行/列返回到第一行/列的回程時(shí)間。

場(chǎng)頻就是垂直掃描頻率也即屏幕垂直刷新率，通常以Hz為單位,它表示屏幕的圖像每秒鐘重復(fù)描繪多少次，也就是指每秒鐘屏幕刷新的次數(shù)。垂直刷新率越高，屏幕的閃爍現(xiàn)象越不明顯，眼睛就越不容易疲勞。

行頻就是水平掃描頻率，指電子槍每秒在屏幕上掃過(guò)的水平線數(shù)。單位一般是千赫茲。場(chǎng)頻和行頻的關(guān)系式一般如下：

行頻=場(chǎng)頻×垂直分辨率×1.04(2-7)

可見(jiàn)行頻是一個(gè)綜合了分辨率和場(chǎng)頻的參數(shù)，能夠比較全面的反映顯示器的性能。當(dāng)在較高分辨率下要提高顯示器的刷新率時(shí)，可以通過(guò)估算行頻是否超出頻率響應(yīng)范圍來(lái)得知顯示器是否可以達(dá)到想要的刷新率。2.3.2CRT顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)

4.刷新率刷新率是指顯示屏幕刷新的速度，它的單位是赫茲。刷新頻率越低，圖像閃爍和抖動(dòng)的越厲害，眼睛觀看時(shí)疲勞的越快。刷新頻率越高，圖像顯示就越自然、越清晰。刷新率又分水平刷新率和垂直刷新率。水平刷新率又叫行頻，他是顯示器每秒內(nèi)水平掃描的次數(shù)。垂直刷新率也叫場(chǎng)頻，它是由水平刷新率和屏幕分辨率所決定的，垂直刷新率表示屏幕的圖像每秒鐘重復(fù)描繪多少次，也就是指每秒鐘屏幕刷新的次數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，垂直刷新率最好不要低于80Hz，如能達(dá)到85Hz以上的刷新頻率就可完全消除圖像閃爍和抖動(dòng)感，眼睛也不會(huì)太容易疲勞，在目前這是對(duì)顯示器最基本的要求了。2.3.2CRT顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)

5.屏幕尺寸和最大可視面積屏幕尺寸實(shí)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(jiàn)圖形的最大范圍。屏幕大小通常以對(duì)角線的長(zhǎng)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(huì)小于屏幕尺寸，我們平常說(shuō)的17英寸、15英寸實(shí)際上指顯像管尺寸，而實(shí)際可視區(qū)域(就是屏幕)遠(yuǎn)遠(yuǎn)到不了這個(gè)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15~16英寸之間；19英寸顯示器可視區(qū)域達(dá)到18寸英寸左右。2.3.2CRT顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)

6.色溫色溫是表示光源光譜質(zhì)量最通用的指標(biāo)。色溫是按絕對(duì)黑體來(lái)定義的，光源的輻射在可見(jiàn)區(qū)和絕對(duì)黑體的輻射完全相同時(shí)，此時(shí)黑體的溫度就稱此光源的色溫。色溫是人眼對(duì)發(fā)光體或白色反光體的感覺(jué)，這是物理學(xué)、身理學(xué)與心理學(xué)的綜合復(fù)雜因素的一種感覺(jué)，也是因人而異的。色溫在電視(發(fā)光體)或攝影(反光體)上是可以用人為的方式來(lái)改變的，現(xiàn)在的顯示器上一般都會(huì)提供色溫調(diào)節(jié)功能，這是由于不同區(qū)域的人眼睛對(duì)顏色的識(shí)別略有差別，黑眼睛的人看9300K（開(kāi)爾文溫度單位）是白色的，但是藍(lán)眼睛的人看了就是偏藍(lán)，藍(lán)眼睛的人看6500K是白色，所以在不同地區(qū)顯示器都要將顏色調(diào)節(jié)到適合這一地區(qū)的人的使用，調(diào)節(jié)色溫就是為了完善這些功能。2.3.2CRT顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)

7.亮度亮度是指顯示器熒光屏上熒光粉發(fā)光的總能量與其接受的電子束能量之比。所以某一點(diǎn)的光輸出正比于電子束電流、高壓及停留時(shí)間三者的乘積。簡(jiǎn)單的講，亮度是控制熒光屏發(fā)亮的等級(jí)。

8.對(duì)比度對(duì)比度是指熒光屏畫面上最大亮度與最小亮度之比。一般顯示器最起碼應(yīng)有30：1的對(duì)比度。

9.灰度在圖形顯示方式中，灰度是指一系列從純白到純黑的陰影。

10.余輝時(shí)間熒光屏上的熒光粉在電子束停止轟擊后，其光輝并不會(huì)立即消失，而是要經(jīng)歷一個(gè)逐步消失的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中觀察到的光輝稱之為余輝。

2.3.2CRT顯示器的技術(shù)性能指標(biāo)2.3.3CRT顯示技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展光電顯示技術(shù)圖2.8CRT的歷史１．三槍三束彩色顯像管（美國(guó)無(wú)線電公司1950年研制成功）三槍三束彩色顯像管的原理如圖所示，熒光屏內(nèi)壁涂有發(fā)光顏色為紅、綠、藍(lán)的熒光粉點(diǎn)，每一組三個(gè)紅、綠、藍(lán)熒光粉點(diǎn)排列成品字形，組成一個(gè)彩色像素，通常再現(xiàn)一幅清晰的彩色圖像需40～50萬(wàn)個(gè)像素，即需要120～150萬(wàn)個(gè)彩色熒光粉點(diǎn)，這些粉點(diǎn)的直徑很?。◣孜⒚椎綆资⒚祝?，在紅、綠、藍(lán)三個(gè)電子槍的激發(fā)下，紅、綠、藍(lán)熒光色點(diǎn)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)顏色的光點(diǎn)，在適當(dāng)?shù)木嚯x外，人眼分辨不出單色小點(diǎn)，而只是看到一個(gè)合成的彩色光點(diǎn)。紅、綠、藍(lán)三個(gè)電子槍在管頸內(nèi)成品字形排列，相隔120。，每個(gè)電子槍與管頸中心軸線傾斜10～1.50，在距離熒光屏后約２mm處放置一塊蔭罩板，一般用0.12mm～0.16mm厚的低碳鋼板制作，在鋼板上有規(guī)律地徘列小孔，一個(gè)小孔與熒光屏上的一個(gè)像素對(duì)應(yīng)，即小孔與熒光屏上的紅、綠、藍(lán)熒光粉點(diǎn)組一一對(duì)應(yīng)，蔭罩在彩色顯像管中起選色的作用。為了提高熒光屏的亮度和對(duì)比度，采取了黑底技術(shù)。熒光屏黑底結(jié)構(gòu)如圖所示。在早期的蔭罩管中，熒光粉點(diǎn)的直徑大于射向該點(diǎn)的電子束直徑，熒光粉點(diǎn)共約占屏面積的90％，未涂熒光粉的部分約占10％，所謂黑底技術(shù)，就是將蔭罩板上的小孔加大使通過(guò)小孔后的電子束直徑比熒光粉點(diǎn)大，這樣就提高了輸出亮度，屏面上除熒光粉點(diǎn)以外的部分涂上石墨，這樣又提高了對(duì)比度，一般全黑底管熒光屏的50％為黑底，50％為熒光粉點(diǎn)。三槍三束彩色顯像管原理示意圖熒光屏黑底結(jié)構(gòu)２．單槍三束彩色顯像管（日本索尼公司1968年研制成功）單槍三束彩色顯像管的基本原理與三槍三束管相似，但結(jié)構(gòu)上有重大改進(jìn)，如圖所示。單槍三束彩色顯像管有三個(gè)陰極，但發(fā)射出的三束電子束共用同一個(gè)電子槍聚焦。三條電子束在同一個(gè)水平面內(nèi)呈一字排列，因此在任何偏轉(zhuǎn)狀態(tài)下三條軌跡大致保持在同一水平線上，故只須進(jìn)行水平方向的動(dòng)會(huì)聚誤差校正，靜會(huì)聚的調(diào)整也較三槍三束管簡(jiǎn)單，大大簡(jiǎn)化了會(huì)聚的調(diào)節(jié)。用條狀結(jié)構(gòu)熒光屏代替點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)熒光屏，蔭罩板也做成柵縫狀，提高了電子束的透過(guò)率，圖像亮度高