ch1第一章陰極射線管顯示課件

光電子技術(2)(光電子發(fā)光與顯示技術)§1陰極射線管顯示§1陰極射線管顯示陰極射線管（CathodeRayTube,CRT）的發(fā)展可追溯到1897年布朗的示波管，1938年德國人W.Fleching提出彩色顯像管專利，1950年美國的RCA公司研制出三槍三束蔭罩式彩色顯你管，1953年實用化。20世紀60年代，玻殼由圓形發(fā)展為角矩形管，尺寸由21英寸發(fā)展到25英寸偏轉角由70°增大到90°，熒光粉由發(fā)光效率較低的磷酸鹽型發(fā)展為硫化物藍綠熒光粉和稀土類紅色熒光粉。70年代后，彩色顯示管進行了一系列的改進，熒光屏由平面直角發(fā)展到超平，純平，尺寸發(fā)展到主流29英寸以上，偏轉角由90°增大到110°，橫縱比不斷增大，采用自會聚管以提高顯示分辨率。近年來，高分辨率彩電已成為發(fā)展方向。1.1、黑白CRT黑白顯像管是通過電光轉換重現(xiàn)電視圖像的一種窄束強流電子束管，是單色CRT。主要用途是在電視機中顯示圖像。其基本工作原理是：電子槍發(fā)射出電子束，電子槍受陰極或柵極所加的視頻信號電壓的調制，電子束經過加束極的加速，聚焦極的聚焦，偏轉磁場的偏轉掃描到屏幕前面的熒光涂層上，產生復合發(fā)光，最終形成滿足人眼視覺特性要求的光學圖像。其結構如圖1.1所示。1.1、黑白CRT電子槍是顯像管中極為重要的組成部分。電子束的發(fā)射、調制、加速、聚集均由電子槍來完成。顯示管用電子槍屬于弱流電子槍，由圓筒電極、圓片和圓帽電極排列裝配而成。一般分為雙電位電子槍（Bi-potentialFocus,BPF）和單電位電子槍（Uni-PotentialFocus,UPF）。UPF電子槍比BPF電子槍多一個高壓陽極，聚焦能力大大提高，在熒光屏上形成直徑為0.2mm左右的光點。1.1、黑白CRT1.1、黑白CRT常用的黑白顯像管電子槍包括5個以上的電極，即陰極（發(fā)射極）K，柵極（控制極）G，第一陽極（加速極）A1，第二陽極A2和第三陽極A3級成聚焦極，第四陽極A4與A2內部相連組成高壓電極并且與管錐體內側所涂石墨導電層相連至高壓嘴處。它們的相互位置如圖1.2所示。陰極表面涂有氧化物材料，當陰極被陰極里面的燈絲加熱到約800℃時，電子獲得逸出功，大量電子從陰極表面發(fā)出，并對準柵極的小圓孔飛行出去。電子飛出的多少，由柵極與陰極之間所加的電壓的大小決定，從而可以調制光點的亮暗。正常工作時，柵極所加的電壓比陰極低，從而對來自陰極的電子有排斥作用，只有少量電子能通過柵極到達屏幕。柵極電壓負到電子束電流為零時的電壓值稱為截止電壓，一般為-20~-90V。柵極與陰極間的距離一般為1mm以下，柵極中心孔直徑為0.6~0.8mm。加速極呈圓盤狀，中間也開有上孔，電壓一般為300~450V。聚焦極裝在加速極后面，電壓在0~450V之間可調，改變這個電壓，可以改變電子束聚焦的質量。第四陽極與第二陽極施加8000~16000V的高壓，使電子束以足夠高的速度轟擊熒光粉發(fā)光。1.1、黑白CRT

三、熒光屏熒光屏一般由玻璃基板、熒光粉層和和鋁膜層構成，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，習慣上將屏幕對角線長度定為顯像管的規(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。熒光粉層完成顯像管內的光電轉換功能，黑白顯像管要求在電子轟擊下熒光粉發(fā)白光，一般采用顏色互補的兩種熒光粉混合起來發(fā)白光。如將發(fā)藍光的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。熒光粉的另一個重要參數(shù)是余輝時間，余輝時間定義為亮度減少到1/10時所用的時間，余輝時間長于0.1秒的叫長余輝熒光粉，介于0.1~0.001秒的稱為中余輝熒光粉，短于0.001秒的稱為短余輝熒光粉。余輝太長運動畫面會有拖影，余輝太短平均亮度降低，電視采用中余輝熒光粉，示波器等則采用長余輝熒光粉。1.1、黑白CRT熒光粉采用沉淀法涂覆，把洗凈烘干的玻璃屏放在涂覆機上，玻璃屏的傾角和轉速由涂覆機來控制。向玻璃屏中心滴入加有醋酸鋇等電解質的熒光粉和水玻璃懸浮液，開啟涂覆機使其均勻涂覆于玻璃基板上，經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極相連，可以提高圖像顯示性能。主要優(yōu)點為：可以防止負電荷積累導致的熒面電位下降，從而限制了亮度的提高；鋁可將熒光粉發(fā)向管內的光線反射到觀察者一側，提高亮度；阻檔負離子對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)光強度計，輸入的電功率是電子束電流（陰極電流（μA）與陽極高壓的乘積，發(fā)光強度為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2cd/W。1.1、黑白CRT四、掃描方式在顯像管中電子束的掃描是通過磁偏轉來實現(xiàn)的。在廣播電視技術中，將一幅畫面稱為一幀，并規(guī)定每秒傳送25幀。每幀只要分解為幾十萬個像素，這些像素又分割成625行，這樣每系就要傳送25×625=15625行，要實現(xiàn)這樣的速度，必須采用電子掃描來實現(xiàn)。按電子束運動的規(guī)則可分為直線掃描、圓掃描、螺旋掃描等。在電視系統(tǒng)中，為了充分利用矩形屏幕并使掃描設備簡單可靠，采用了勻速單向直線掃描方式，而單向直線掃描又分為逐行掃描和隔行掃描兩種方式。1.1.黑白CRT六、隔行掃描我國電視信號通頻帶規(guī)定，圖像信號帶寬為6MHz。為了達到即不占用很寬的頻率帶，又能夠滿足足夠高的掃描頻率，以克服以閃爍現(xiàn)像，因此提出了2：1隔行掃描的工作方式。隔行掃描即是把一幀分為兩場來掃描，每秒掃描50場。規(guī)定奇數(shù)行1，3，5，7…573（顯示行，其它為場逆程非顯示行）的場為奇數(shù)場，偶數(shù)行2，4，6，…574的場為偶數(shù)場。若采用奇、偶兩場均勻相互嵌套的話，即可以獲得高的清晰度，又能保證每幀掃描起點相同，兩場的掃描鋸齒電流規(guī)律相同，大大降低了對掃描電路的要求。這就是奇數(shù)行2：1隔行掃描方式。其掃描過程如圖1.3所示。1.1、黑白CRT隔行掃描示意圖（a）奇場光柵（b）偶場光柵（c）每幀光柵（d）行鋸齒電流波形（e）場鋸齒電流波形相加混色（4）色度坐標系為了使各種顏色可以通過人的視覺系統(tǒng)良好地重現(xiàn)，人們建立了許多種色度坐標系，總的來說有以下幾種：1）CIE-RGB計色系統(tǒng)在色度學中，國際照明委員會（CEI）于1931年規(guī)定了三基色（RGB）計色系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的三基色是：波長700nm、光通量1lm的紅光為一個紅基色單位，用（R）表示；波長546.1nm、光通量為4.5907lm的綠光為一個綠色單位，用（G）表示；波長435.8nm、光通量為0.0601lm的藍光為一個藍基色單位，用（B）表示；等量的RGB能配出等能白光；即，當用1lm的紅光做為基準時，要配出白光，需要4.507lm的綠光和0.0601lm的藍光，白光的光通量為5.6508lm。任一彩色光F總可以通過下列配色議程配出其中，R（R）、G（G）B（B）稱為F的三色分量，R、G、B稱為三色系數(shù)，m稱為色模，代表F所含三基色單位總量，r、g、b稱為色度坐標或相對色系數(shù)，分別代表F所用三基色單位總量為我時所需的各基色量的數(shù)值，2）色度的XYZ計色系統(tǒng)由于1931CIE-RGB坐標系統(tǒng)中，出現(xiàn)了坐標負值，不易理解，因此1931年CIE推薦了一個新的國際色度學系統(tǒng)，1931CIE-XYZ系統(tǒng)，又稱XYZ國際坐標制。在XYZ系統(tǒng)中，X、Y、Z不是真實的三基色，而是假想紅、綠、藍三基色或數(shù)學計算三基色。在該系統(tǒng)中，X、Y、Z均為正值，XYZ中只有Y（Y）基色分量一項有亮度，令1（Y）的光通量為1lm，而另外兩個基色不含有亮度，但其色度仍有X、Y、Z的比值確定，這樣X=Y=Z時仍代表等能白光。XYZ系統(tǒng)是由RGB系統(tǒng)推導而來的。由于（X）和（Z）的光通量應為零，（X）、（Z）的連線應為光通量等于零的軌跡。在RGB圖中，這條無亮度線公式就應為XYZ在RGB系統(tǒng)中的位置1.2、彩色CRT彩色顯像管采用紅綠藍（簡稱RGB）三基色相加混色原理實現(xiàn)彩色圖像的顯示。彩色顯像管應能產生三束電子流，它們可以是來自一個電子槍（單槍三束），也可以來自三個電子槍（三槍三束）。確保受三個基色信號控制的三束電子束準確轟擊相應的熒光粉，是彩色顯像管技術的關鍵。（1）蔭罩式彩色顯像管蔭罩是一塊刻有成千上萬個孔的薄鋼板。蔭罩孔的作用在于