CRT显示技术介绍

1、阴极射线管阴极射线管（cathode-ray tube）01第一部分阴极射线管（阴极射线管（cathode-ray tube）：）： 一种电真空器件，通过驱动电路控制电子发射和偏转扫描，受控电子束激发涂在屏幕上的荧光材料而发出可见光。其主要特点是：其主要特点是： 可用磁偏转或静电偏转驱动、亮度高、彩色鲜艳、灰度等级多、寿命长、实现画面及活动图像显示容易；但需要上万伏的高压、体积大、笨重、功耗大。它是电真空器件，能承受高压并防爆裂。最初在雷达显示器和电子示波器上使用，后来用于家用电视机和计算机终端显示。CRT发展历史发展历史Vladimir ZworykinKarl Ferdinand Brau

2、n J.L.BairdKarl Ferdinand Braun (18501918) Braun博士于1897年发明了首支现代意义上的阴极射线管(称为布朗管),该管包括了现代CRT所具有的所有基本功能。该管具有实用意义(测量波形)而非仅是实验性质的管子。所以人们把Braun博士看作是现代CRT的发明人,阴极射线管也从此诞生了。这样，CRT就作为二十世纪最主流的显示手段出现在各种场合。 在CRT一百多年的发展历史中，前五十年只是作为示波波形应用。 后五十年与黑白电视、彩色电视急剧普及和发展的历史一致。 约翰洛吉贝尔德（John Logie Baird） 1925年在伦敦的一次实验中使用CRT器材

3、“扫描”出木偶的图象成为一个转折点，其被称为电视诞生的标志 。斯福罗金（斯福罗金（Vladimir Zworykin） 弄出了自己的电视系统,虽然这两个人实现图像传输的模式有些不同，但都是由CRT设备实现的。 当然这两者中对未来影响最大的就是斯福罗金的“电视”系统了，这种全电子模式也是未来电视发展的一个起点。球面显像管显示器“平面直角”显像管显示器（2000mm）柱面显像管显示器（垂直方向完全笔直）完全平面显示器显示质量的上升，图像失真和屏幕反光的降低。 1928年，用带有红、蓝、绿三色滤光器的3个有30个孔的尼普科夫扫描圆盘，进行公开演示，在电视机屏幕上出现了鲜红色的草莓、蓝色的领带等图像。

4、黑白的结构黑白的结构电子枪荧光屏玻璃外壳玻璃外壳玻璃外壳玻璃外壳包括管颈、管锥体和屏面玻璃玻璃外壳包括管颈、管锥体和屏面玻璃三部分三部分 管锥体部分的内外壁上分别涂有石墨导电层，从而形成一个以玻璃为介质，以内外壁石墨层为两个极片的电容器（电容量约为1000pF）。 内壁石墨层与高压阳极相连，形成一个等电位空间，以保证电子束流高速运动。 外壁石墨层通过金属隔离皮与电视机中的接地相接，以防止管外电磁场的干扰。在管锥体部分装有高压嘴，它与显像管的内部高压阳极相连，作为高压供电端。管颈直径应适宜。电子枪电子枪 电子枪通常由灯丝、阴极、控制栅极、加速阳极、聚焦阳极和高压阳极等组成。高压阳极插座安装在管锥

5、体上，其余各电极均在管颈末端用金属管脚引出。电子枪用来发射密度可调的电子流，通过聚焦和加速，形成截面积很小、速度很高的电子束，该电子束在偏转线圈形成的行、场偏转磁场作用下实现全屏幕的扫描光栅，所以，电子枪是显像管的心脏。显像管电气性能的好坏，即形成的光栅和图像的好坏主要取决于电子枪的好坏。阴极阴极 阴极的外形是一个圆筒，顶部涂有能发射电子的氧化物，圆筒里面装有加热用的灯丝。当灯丝通电后，阴极就被加热，向外发射电子，称为热电子发射。要调整好灯丝的电压和电流，使阴极在可靠的状态下工作。通常灯丝电压为6.3V交流（或直流12V，对小尺寸的显像管来说），电流0.6A（或85mA），其电压变化应小于。如

6、电压过高，会使显像管在使用一段时间后受到损坏，亮度急剧下降；如电压过低，灯丝热度不够，会导致阴极中毒，即阴极发射的电子数量不足使阴极长期处于疲劳状态。控控制栅极制栅极 阴极外面有一个中心开有小孔的金属圆筒，这个圆筒就是控制栅极。改变控制栅极与阴极间的电压，便可以控制电子束流的大小。对阴极而言，栅极上加有直流负压，一般在2080V之间。栅、阴极负压越大，对电子束的阻碍就越大，则电子束流就越小；反之，电子束流就越大。这样，在荧光屏上对应光点就会发生暗明变化。如果将视频信号加至栅、阴极间，则扫描电子束流的大小就随图像电平的起伏而变化，从而在屏幕上显示出不同灰度层次的图像。电视机通常通过固定栅极（即栅

7、极接地）、改变阴极电位来调节亮度。加速阳极加速阳极 加速阳极也叫第一阳极，其外形像中间开孔的圆盘。对栅极而言，加有一个正100左右甚至更高的直流电压，在与阴极形成的电场作用下，把电子从阴极表面吸出来，向屏幕方向作加速运动。有两种情况要注意，电压过高会造成亮度失调（即亮度调不暗），并产生回扫线；电压过低会使显像管不能发光。高压阳极高压阳极 第二阳极和第四阳极相接形成高压阳极，为金属圆筒形。该阳极将进一步加速电子轰击荧光屏，而且与管锥体内壁石墨导电层相连，形成一个均匀的等电位空间，保证电子束进入管锥体空间后能径直地飞向荧光屏，不会产生杂乱的偏离或散焦。一般黑白显像管的高压阳极电压为916kV。阳极

8、高压不能偏低，否则电子束轰击荧光屏的速度将减慢，光栅亮度会变暗。另外，由于电子束的偏转角与高压成反比，在同的偏转磁场作用下，阳极高压偏低，电子束的偏转角将加大，从而出现光栅变大、中心变暗等现象。聚焦阳极聚焦阳极 聚焦阳极也叫第三阳极，处在第二阳极和第四阳极之间，为金属圆筒形。 在显像管中，因电子枪各阳极电压不同而形成的电子透镜完成聚焦作用。由第二阳极和第三阳极形成预聚焦透镜，由第三阳极和第四阳极形成聚焦透镜，从而使电子束流会聚成一点。改变聚焦电极上的电压，使电子束的聚焦点正好落在荧光屏上，从而得到最清晰的图像。 黑白电视机中常用一个电位器来调整聚焦电压，其范围在0400V之间。阳极高压对聚焦透

9、镜的形成起着关键作用，如果阳极高压偏低，就会使电子透镜聚焦能力降低出现散焦（图像模糊）。采用四阳极电子枪的显像管具有良好的聚焦，且聚焦电压较宽，因此常用固定电压聚焦不需要调整。荧光屏荧光屏荧光屏由屏面玻璃、荧光粉层和铝膜三部分组成。 在显像管屏幕内的玻璃表面上，沉积一层厚度约为10的荧光粉。荧光粉层外面又蒸镀了一层厚度约为的铝膜。铝膜与内石墨层相连，加有高压。铝膜可以加速电子束，又可以保护荧光粉，使其不受离子冲击而损伤形成离子斑（离子因质量大，速度慢穿不过铝膜）。此外，铝膜还可以将荧光粉发出的光线向管外反射，有利于提高屏幕的高度。 一般显像管要求把电子束流限制在150A以下，如果电子束流太大，

10、有可能使荧光屏上的荧光粉局部过热而降低发光能力。显像管的成像过程显像管的成像过程： 当灯丝发热时，阴极发射电子束流，此时如在栅、阴极间叠加图像信号，那么电子束流的大小就随图像信号电压的变化而变化，通过加速、聚焦，并在行、场偏转线圈的作用下，高速打在整个荧光屏上，这样屏上各点就呈现不同的灰度，从而重现原来的图像。CRT显示器的分显示器的分类类根据调控方式不同可分为：根据调控方式不同可分为：模拟调节数字调节OSD调节按显像管种类的不同可分为：按显像管种类的不同可分为：球面显像管： 球面管的缺陷非常明显，在水平和垂直方向上都是弯曲的，边角失真现象严重，随着观察角度的改变，图像会发生倾斜，而且容易引起

11、光线的反射，会降低对比度，对人眼的刺激较大。柱面显像管： 柱面显像管采用栅式荫罩板，在垂直方向上不存在任何弯曲，在水平方向上略有弧度。目前常见的柱面管可分为单枪三束和三枪三束管。纯平显像管： 纯平显像管是CRT彩显的发展方向，纯平显像管在水平和垂直方向上均实现了真正的平面，失真、反光都被减到了最低限，使观看时的聚焦范围增大。02第二部分 主要内容黑白CRT的结构和原理CRT的调制特性CRT的扫描方式CRT的一些性能指标黑白CRT的结构示意图 01 黑白黑白CRTCRT的工作原理的工作原理 工作时，电子枪中阴极被灯丝加热后发射大量电子，电子束首先由加在栅极的视频电信号控制，然后经加速和聚焦后，高

12、速轰击荧光屏上的荧光体，荧光体发出可见光。电子束的电流受显示信号控制，信号电压高，电子枪发射的电子束流也越大，荧光体发光高度也越高。最后通过偏转磁轭控制电子束，在荧光屏上从上到下，从左到右依次扫描，从而将原被摄图像或文字完整的显示在荧光屏上。 图像的形成图像的形成一是由于荧光粉的余晖效应。其受到电子束轰击时，其光输出按指数规律较快的增长到最大值，当电子束停止攻击时，其光输出并不立即停止，而是按照指数规律慢慢的衰减。二是由于人眼睛的视觉暂留特性。人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，当光的作用结束后，视觉现象并不立即消失。即，亮度在眼睛里建立得快，消失的慢。综上，让电子束不

13、断的轰击屏幕上的荧光粉，不端重复刷新就能保持图像的连续性。 黑白显像管的调制特性黑白显像管的调制特性荧光屏上形成图像的各点的灰度由栅极电流的大小决定，而阴极电流的变化受栅阴电压的调制，我们把栅阴电压Ugk对阴极电流ik的控制关系成为显像管的调制特性。曲线公式为： i k=k(ugk-ugk0) 其中，看是比例系数，与电极的特性和构造等因素有关，是非线性系数，其数值大小因管子而异，取值在2-3之间，ugk0是栅极截止电压从调制特性曲线图形可以看出，栅阴电压越负，阴极电流就越小，则荧光屏亮度越暗，反之，亮度越高。电子扫描电子扫描在显像管的管径上，装有两种偏转线圈，一种叫行偏转线圈，一种叫场偏转线圈

14、。前者产生垂直方向的磁场，后者产生水平方向的磁场。偏转线圈通以线性变化电流时，产生的磁场也是线性变化的。电子束在行偏转线圈作用下作水平方向扫描，在场偏转线圈作用下作垂直方向扫描。扫描方式电子束扫描分为逐行扫描和隔行扫描两种方式。(a) 逐行扫描方式 (b) 隔行扫描方式 逐行扫描，就是电子束自上而下逐行依次进行扫描。在逐行扫描方式中，当场频为50Hz，扫描行数为625，图像宽高比为4:3时，则需要10.5MHz的信号带宽（带宽指每秒钟电子束扫描过的总像素）。这将使电视设备复杂化，信道的频带利用率下降。 隔行扫描方式是把一帧画分成两场来扫描，第一场扫描奇数行，第二场扫描偶数行，使偶数行正好插在奇

15、数行之间，两场组成了一幅完整光栅。这样既不会引起人眼的闪烁感，又不会增加扫描图像所占的带宽。关键是要实现隔行扫描，就应该保证偶数场的扫描行能准确的插在奇数场的扫描行之间，否则就会出现并行现象，使图像质量下降。 CRT显示器的技术性能指标显示器的技术性能指标 像素和分辨率 像素是指屏幕能独立控制其颜色与亮度的最小区域。分辨率就是屏幕图像的密度，即显示器屏幕上有多少个基本像素点，它们是图像清晰程度的标志，也是描述分辨能力大小的物理量。 对于CRT显示器，分辨率常用单位面积上的扫描线数或两光点之间的距离来表示。这取决于场频和行频。具体来说就是每一条水平线上的点数乘以水平线的线数，如640480、72

16、0348、1024768及10241024等。分辨率越高，屏幕上所能呈现的图像也就越精细。 分辨率不仅与显示尺寸有关，还要受显像管点距、视频带宽等因素的影响。知道分辨率、点距和最大显示宽度就能得出像素值。 分辨率的计算方法如下： 最大显示宽度/水平点距=像素数 比如标准17英寸CRT显示器的最大显示宽度是320mm，标称点距是0.28mm，那么首先按0.280.866=0.243的公式计算出水平点距，然后按320/0.243=1316的公式得出像素数。 CRT显示器的技术性能指标显示器的技术性能指标CRT显示器的技术性能指标显示器的技术性能指标 2. 场频、行频及视频带宽 如果说画质等显示效果

17、只能通过主观来判断的话,那么水平扫描频率、垂直扫描频率及视频带宽这三个参数就绝对是显示器的硬指标，并且很大程度上决定了显示器的档次。 视频带宽是指每秒钟电子枪扫描过图像点的个数（以兆赫兹为单位）。这是显示器非常重要的一个参数，能够决定显示器性能的好坏。带宽越高则表明了显示器电路可以处理的频率范围越大，显示器性能越好。高的带宽能处理更高的频率，信号失真也越小，显示的图像质量更好，它反映了显示器的解像能力。 CRT显示器的技术性能指标显示器的技术性能指标视频带宽的计算方法为：视频带宽的计算方法为： 带宽带宽 = 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个参数是因为要考虑电子枪从最后一行/列返回到第一行/列的回程时间。 场频就是垂直扫描频率或叫刷新率，通常以Hz为单位, 也就是指每秒钟屏幕刷新的次数。刷新率越高，屏幕的闪烁现象越不明显，眼睛就越不容易疲劳一般来说，垂直刷新率最好不要低于80Hz 。 CRT显示器的技术性能指标显示器的技术性能指标 行频就是水平扫描频率，指电子枪每秒钟在屏幕上扫过的水平线数。单位一般是千赫兹。场频和行频的关系式一般如下： 行频 = 场频垂直分辨率1.04 可见行频是一个综合了分辨率和场频的参数，能够比较全面的反映显示器的性能。当在

19、较高分辨率下要提高显示器的刷新率时，可以通过估算行频是否超出频率响应范围来得知显示器是否可以达到想要的刷新率。 CRT显示器的技术性能指标显示器的技术性能指标 3. 屏幕尺寸和最大可视面积 屏幕尺寸实际是指显像管尺寸。最大可视面积指显像管的屏幕显示的可见图形的最大范围。屏幕大小通常以对角线的长度衡量，以英寸为单位(1英寸=2.54厘米)。一般显示器的最大可视面积都会小于屏幕尺寸，我们平常说的17英寸、15英寸实际上指显像管尺寸，而实际可视区域(就是屏幕)远远到不了这个尺寸。14英寸的显示器可视范围往往只有12英寸；15英寸显示器的可视范围在13.8英寸左右；17英寸显示器的可视区域大多在151

20、6英寸之间；19英寸显示器可视区域达到18寸英寸左右。CRT显示器的技术性能指标显示器的技术性能指标03第三部分荧光粉受激发光原理01010202 能量大约在几千电子伏以上的高速电子打到荧光能量大约在几千电子伏以上的高速电子打到荧光粉表面时，大部分都可进入材料内部。粉表面时，大部分都可进入材料内部。0303主要是这些低能量的电子激发发光材料。这些次级主要是这些低能量的电子激发发光材料。这些次级电子的能量分布在几电子伏到十几电子伏的很宽范电子的能量分布在几电子伏到十几电子伏的很宽范围内，因而能将发光体激发到多种激发态。最终由围内，因而能将发光体激发到多种激发态。最终由这些激发态电子向低能级跃迁向

21、外发射光子。这些激发态电子向低能级跃迁向外发射光子。射入固体中的电子慢慢失去能量射入固体中的电子慢慢失去能量, ,当能量消失时会当能量消失时会使周围产生电离使周围产生电离, ,从而产生大量速度越来越低的从而产生大量速度越来越低的“次级次级”电子。直到发光体中出现大量的能量在几电子。直到发光体中出现大量的能量在几电子伏到十几电子伏的低速电子。电子伏到十几电子伏的低速电子。彩色彩色CRT显示器显示器电子枪(electron gun)偏转线圈(defiection coil)荫罩(Shadow mask)荧光粉层(phosphor)玻璃外壳在结构上，与黑白CRT显示器有很大的不同，主要体现在彩色cr

22、t显示器具有三个阴极和三个栅极，它们的阴栅电压分别受三种控制信号控制，且由三个阴极分别发出的三束电子流轰击相应的三种不同的荧光粉，根据空间混色原理呈现出彩色图像。彩色CRT显示器的基本结构三原色（RGB）配色原理通过实验研究发现，人们的眼通过实验研究发现，人们的眼睛对红、绿、蓝三种颜色反应最睛对红、绿、蓝三种颜色反应最灵敏灵敏三原色的配色范围比较广，用三原色的配色范围比较广，用这三种颜色可以随意配出自然界这三种颜色可以随意配出自然界中的大部分颜色中的大部分颜色彩色CRT显示器的基本原理在彩色彩色CRT显示器中正是使用显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画面画

23、面在CRT显示器中是怎样利用三原色配色原理，得到彩色画面的呢？怎样保证三只电子束准确的击中每一个像素中对应的荧光粉？怎样保证三只电子束准确的击中每一个像素中对应的荧光粉？荫罩(Shadow mask)位置：位置：大概在荧光屏后面(从荧光屏正面看)约10mm处，厚度约为0.15mm的薄金属障板形状：形状：上面有很多小孔或细槽，它们和同一组的荧光粉单元即像素相对应原理：原理：三支电子束经过小孔或细槽后只能击中同一像素中的对应荧光粉单元，因此能够保证彩色的纯正和正确的会聚，所以我们才可以看到清晰的图像。球面显像管从荫罩技术的发展看彩色从荫罩技术的发展看彩色CRT显示器的发展显示器的发展 孔状荫罩采用这种显像管的显示器，屏幕在水平方向和垂直方向都是弯曲的，造成了图像失真及