新建 Microsoft Office PowerPoint 演示文稿(CRT显示技术)

1、CRT的概念及发展史小结黑白CRT的原理及构成彩色CRT的原理及构成CRT控制方式及原理CRT的发展历程的发展历程 布劳恩（布劳恩（Braun）于）于1897年，布劳恩研制出采用布劳恩管的年，布劳恩研制出采用布劳恩管的示波器。布劳恩管利用气体放电现象产生自由电子，借助离示波器。布劳恩管利用气体放电现象产生自由电子，借助离子聚焦作用形成细长电子束。子聚焦作用形成细长电子束。 1925年年10月月2日约翰日约翰洛吉洛吉贝尔德（贝尔德（John Logie Baird）在伦敦）在伦敦的一次实验中使用的一次实验中使用CRT器材器材“扫描扫描”出木偶的图象成为一个出木偶的图象成为一个转折点，其被称为电视

2、诞生的标志。转折点，其被称为电视诞生的标志。 1927年年1929年，贝尔德通过电话电缆首次进行机电式电视年，贝尔德通过电话电缆首次进行机电式电视试播。试播。 1929年，美国贝尔实验室用年，美国贝尔实验室用3个电路分别发射个电路分别发射3种基色信号来种基色信号来播送彩色电视节目的方法，这种方法的原理成了现代彩色电播送彩色电视节目的方法，这种方法的原理成了现代彩色电视的基础。视的基础。 1930年，实现电视图像和声音同时发播。年，实现电视图像和声音同时发播。 1934年年8月月25日，费城的弗拉克林实验室实现了全电子的电日，费城的弗拉克林实验室实现了全电子的电视接收和传输设备视接收和传输设备

3、1936年的柏林夏季奥运会，这是人类历史上第一次实现电年的柏林夏季奥运会，这是人类历史上第一次实现电视转播。视转播。 1953年，美国国家电视制式委员会年，美国国家电视制式委员会(NTSC)确定了与黑白电确定了与黑白电视兼容的一种彩色电视制式视兼容的一种彩色电视制式NTSC制。制。 1954年，第一台民用支持年，第一台民用支持NTSC标准的彩色电视机标准的彩色电视机RCA CT-100诞生。诞生。 1953年，夏普拿出了日本第一台电子型电视机。年，夏普拿出了日本第一台电子型电视机。 1959年，索尼拿出了全球第一台使用晶体管的电视机年，索尼拿出了全球第一台使用晶体管的电视机-TV-8-301。

4、 1968年，索尼把特丽珑显像管应用在自己的彩色电视机上。年，索尼把特丽珑显像管应用在自己的彩色电视机上。 1973年，美国电视业最高荣誉奖年，美国电视业最高荣誉奖“埃美奖埃美奖”授予了索尼公授予了索尼公司开发的特丽珑显像管，此后的司开发的特丽珑显像管，此后的20年里一直处于年里一直处于CRT显示显示器的统治地位。器的统治地位。 随着液晶技术的兴起，随着液晶技术的兴起，CRT逐渐退出世界的舞台。逐渐退出世界的舞台。CRT的发展历程第一个CRT设备（德国物理学家 布劳恩）汤姆孙静电偏转示波管贝尔德机械扫描式摄像机CRT的定义的定义 CRT（Cathode Ray Tube）：是一种阴极射线管显示

5、器。 外形：内部真空的玻璃椎体。 主要分为黑白CRT和彩色CRT显示器。 五大组成部分：电子枪（electricn gun）、偏转线圈（deflection colis）、荫罩（shadow mask）、荧光粉层（phosphor）及玻璃外壳。 核心部件：电子枪。工作原理工作原理CRT是一内部抽成真空的玻璃锥体。是一内部抽成真空的玻璃锥体。其基本工作原理是：其基本工作原理是： 一些物质在电子轰击下发射磷光的特性一些物质在电子轰击下发射磷光的特性 电磁场对电子运动实施控制的效应电磁场对电子运动实施控制的效应 黑白黑白CRT的结构与原理的结构与原理黑白黑白CRT即单色即单色(Monochrome

6、Monitor) CRT，只有单，只有单一的电子枪，仅能产生黑白两种颜色。它的一的电子枪，仅能产生黑白两种颜色。它的主要用主要用途途是在是在电视机中显示图像电视机中显示图像，以及在工业控制设备中，以及在工业控制设备中用作用作监视器监视器。 黑白黑白CRT主要由主要由圆锥形玻壳圆锥形玻壳、玻壳正面用于显示、玻壳正面用于显示的的荧光屏荧光屏、封入玻壳中发射电子束用的、封入玻壳中发射电子束用的电子枪系统电子枪系统和位于玻壳之外控制电子束偏转扫描的和位于玻壳之外控制电子束偏转扫描的磁轭器件磁轭器件四四部分组成。部分组成。 荧光屏圆锥形玻壳偏转磁轭图2.1 单色CRT的结构示意图 结构中灯丝、阴极（K）

7、、第一控制栅极（G1或称调制器）、加速极（G2或称屏蔽极）构成发射系统；第二阳极G3、聚焦极G4、高压阳极G5构成聚焦系统。 黑白CRT的组成 阴极阴极：加热时发射电子：加热时发射电子 控制栅极控制栅极：对发射电子多少实施控制：对发射电子多少实施控制 加速结构加速结构：使电子形成高速度射速：使电子形成高速度射速 聚焦系统聚焦系统：使电子束轰击荧屏聚集成细点：使电子束轰击荧屏聚集成细点 偏转系统偏转系统：使电子束在屏幕上随意移动：使电子束在屏幕上随意移动 荧光屏荧光屏：电子束轰击时发出光辉：电子束轰击时发出光辉 阴极射线管工作原理阴极射线管工作原理工作原理工作原理 由阴极放出的电子通过控制栅极后

8、变成电子束，该电由阴极放出的电子通过控制栅极后变成电子束，该电子束在聚焦系统的作用下进一步聚焦，形成很细的束，然后子束在聚焦系统的作用下进一步聚焦，形成很细的束，然后在超高压电场在超高压电场( (通常为通常为1500020000V)1500020000V)的加速下轰击屏幕表的加速下轰击屏幕表面的磷光体从而发光。面的磷光体从而发光。阴极控制栅极聚焦系统偏转系统加速电场荧光屏电子电子束聚焦方向轰击 彩色彩色CRT显示器的基本结构与工作原理显示器的基本结构与工作原理 彩色CRT利用三基色图像叠加原理实现彩色图像的显示。荫罩式彩色CRT是目前占主导地位的彩色显像管，这种管子的原始设想是德国人弗莱西（F

9、leshsig）在1938年提出的。荫罩式彩色CRT的基本结构如图2.2所示。图2.2 彩色CRT的结构示意图 玻璃外壳玻璃外壳玻璃外壳包括管颈、管锥体和屏面玻璃三部分玻璃外壳包括管颈、管锥体和屏面玻璃三部分 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。 电子枪通常由灯丝、阴极、控制栅极

10、、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 电子枪分为双电位电子枪和单电位电子枪电子枪电子枪呈小圆筒状呈小圆筒状 ，圆筒表面涂有氧化物（氧化钡、氧化锶、，圆筒表面涂有氧化物（氧化钡、氧化锶、氧化钍）能在受热时发射电子，圆筒内有灯丝，能把阴极氧化钍）能在受热时发射电子，圆筒内有灯丝，能把阴极加热

11、到高温（加热到高温（10003000oC）使其发射出电子。）使其发射出电子。控制栅极（调制级）控制栅极（调制级）圆筒状，它套在阴极外面圆筒状，它套在阴极外面 ，圆筒的中间开有一个金属小圆筒的中间开有一个金属小孔这个圆筒比阴极的电位要孔这个圆筒比阴极的电位要低，它排斥电子，除少数电低，它排斥电子，除少数电子通过底部的孔子通过底部的孔逃脱外，大多数仍留在控制栅极逃脱外，大多数仍留在控制栅极内。内。阴极阴极 控制栅极控制栅极在在CRT中中作用作用是是： （1）控制电子束的电流密度）控制电子束的电流密度 （2）使从阴极飞出的电子聚焦成能穿过控制栅极小）使从阴极飞出的电子聚焦成能穿过控制栅极小孔的细束。

12、孔的细束。 控制栅极相对于阴极的电位越低，通过小孔逃控制栅极相对于阴极的电位越低，通过小孔逃逸的电子越少，如果电位低到一定程度，电子束电逸的电子越少，如果电位低到一定程度，电子束电流密度接近流密度接近0，达到这种情况的电流叫，达到这种情况的电流叫截止电压截止电压，其其值一般在值一般在201000v。 电子由控制栅极出电子由控制栅极出来，穿过第二栅极的小来，穿过第二栅极的小孔，被其间的强静电场孔，被其间的强静电场加速，然后电子束高速加速，然后电子束高速通过第二阳极上的小孔通过第二阳极上的小孔。2v1v（加速电压）（加速电压）22211()2eEmvv结论：电子束能到达的速度正比于加速电压的平方根

13、。结论：电子束能到达的速度正比于加速电压的平方根。加速结构加速结构聚焦系统聚焦系统 电子束离开控制栅极后，变细到一个点源，再发散，一直到聚电子束离开控制栅极后，变细到一个点源，再发散，一直到聚焦开始作用的地方由此开始向前收敛，到屏幕时又成一个小焦开始作用的地方由此开始向前收敛，到屏幕时又成一个小点，完成聚焦作用。点，完成聚焦作用。 作用是使电子束轰击荧光物质时，只限在很小的一点上发作用是使电子束轰击荧光物质时，只限在很小的一点上发出辉光，以保证图形和符号的清晰。出辉光，以保证图形和符号的清晰。 聚焦系统的好坏直接影响显示装置分辨率的高低。聚焦系统的好坏直接影响显示装置分辨率的高低。分辨率分辨率

14、(resolution)指的是显示设备所能表示的像素个指的是显示设备所能表示的像素个数。像素越密，分辨率越高，图像越清晰。分辨率取决于数。像素越密，分辨率越高，图像越清晰。分辨率取决于荧光粉的粒度，屏的尺寸和电子束的聚焦能力荧光粉的粒度，屏的尺寸和电子束的聚焦能力 聚焦系统分为：聚焦系统分为：静电聚焦和电磁聚焦。静电聚焦和电磁聚焦。 荫罩荫罩 荫罩、玻壳和电子枪是组成彩色显像管的三大主要荫罩、玻壳和电子枪是组成彩色显像管的三大主要部件，在彩色显象管内，荫罩装于玻壳和电子枪之间，部件，在彩色显象管内，荫罩装于玻壳和电子枪之间，起分色作用。起分色作用。 荧光屏荧光屏 荧光屏，是由涂覆在玻璃壳内的荧

15、光屏，是由涂覆在玻璃壳内的荧光粉荧光粉和叠于荧光粉层和叠于荧光粉层上面的上面的铝膜铝膜共同组成的。工作的时候荧光屏后面的电子枪发共同组成的。工作的时候荧光屏后面的电子枪发射电子束打在荧光粉上，于是一部分荧光粉亮起来，显示出射电子束打在荧光粉上，于是一部分荧光粉亮起来，显示出字符或者图像。字符或者图像。 荧光屏是实现荧光屏是实现CRT显像管电光转换的关键部位之一，显像管电光转换的关键部位之一，要求要求发光亮度和发光效率足够高，发光光谱适合人眼观察，图像发光亮度和发光效率足够高，发光光谱适合人眼观察，图像分辨力高、传递效果好，余辉时间适当，机械、化学、热稳分辨力高、传递效果好，余辉时间适当，机械、

16、化学、热稳定性好，寿命高。定性好，寿命高。三原色（RGB）配色原理通过实验研究发现，人们的眼睛对红、绿、通过实验研究发现，人们的眼睛对红、绿、蓝三种颜色反应最灵敏蓝三种颜色反应最灵敏三原色的配色范围比较广，用这三种颜色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中的大部分颜色可以随意配出自然界中的大部分颜色彩色CRT显示器的基本原理在彩色彩色CRT显示器中正是使用了三原色的显示器中正是使用了三原色的配色原理得到的彩色画面配色原理得到的彩色画面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

17、是弯曲的，造成了图像失真及反光的现象，实际显示面积较小。柱面显像管条栅荫罩显示器屏幕在垂直方向是垂直的，水平方向略有弧度，显示质量大有上升纯平显像管沟槽式荫罩 显示器屏幕在水平方向和垂直方向都是垂直的，图像失真和屏幕的反光的影响都降到了最低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

18、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。三枪三束彩色显像管 三枪三束荫罩管中，红绿蓝三基色点呈品字形（组成一个象素）均匀交替排列在整个荧光屏上每个色点很小，只有几微米到十几微米，数目达100万颗以上，在荧光粉间隙涂以石墨，以提高对比度（黑底技术）。 三枪三束荫罩管中，电子枪发出三个呈品字形排列电子束，它们能同时通过荫罩上同一小孔，并分别打在各自荧光粉点上。三枪三束彩色显像管-孔状荫罩成像原理三个阴极三个栅极阴栅电压分别受三种控制信号控制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品字排列单枪三束栅网彩管 单枪三束栅网彩管是荫罩管的改进型。 荧

19、光粉层：三种基色光粉竖条按RGB次序交替排列而成. 栅网薄钢片：缝隙取代了孔状荫罩板，三电子束正好在缝隙处交叉，且出射后打在各自的色条上. 单电子枪: 三个灯丝、阴极与控制极水平放置，其余电极共用，发射出的三束电子束共用同一个电子枪聚焦。 这种结构使得电子束的会聚调整较简单，亮度大大提高，还可缩小显像管颈尺寸，促进彩电小型化。但彩色重现较为粗糙。单枪三束彩色显像管-条栅荫罩成像原理三个阴极三个栅极阴栅电压受三种控制信号控制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一字排列自会聚彩色像管 自会聚彩色显像管是近年彩管的主流，是在三枪三束管和单枪三束管的基础上产生的. 精密直列式电子枪

20、：三个电子枪排列在一平线上，彼此间距很小，因而会聚象差也很小。 除阴极相互独立并用分立引线外，其他电极均采用整体式结构自会聚彩色显像管-孔状荫罩成像原理三个阴极三个栅极阴栅电压分别受三种控制信号控制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一字排列 1. 扫描方式扫描方式 文字及图象画面都是由一个个称为像素的点构成的，使文字及图象画面都是由一个个称为像素的点构成的，使这些点顺次显示的方法称为这些点顺次显示的方法称为扫描扫描。一般。一般CRT的电子束扫描是的电子束扫描是由偏转磁轭进行磁偏转控制的。由偏转磁轭进行磁偏转控制的。 光栅扫描方式光栅扫描方式在垂直方向是从左上向右下的顺序扫

21、描方在垂直方向是从左上向右下的顺序扫描方式，由扫描产生的水平线称为扫描线，按该扫描线的条件决式，由扫描产生的水平线称为扫描线，按该扫描线的条件决定显示器垂直方向的图像分辨率。光栅扫描方式中有顺序扫定显示器垂直方向的图像分辨率。光栅扫描方式中有顺序扫描描(逐行扫描逐行扫描)方式和飞越扫描方式和飞越扫描(隔行扫描隔行扫描)方式。方式。 CRT显示器驱控电路 在逐行扫描方式中，当场频为在逐行扫描方式中，当场频为50Hz，扫描行数为，扫描行数为625，图像，图像宽高比为宽高比为4:3时，则需要时，则需要10.5MHz的信号带宽。这将使电视设备的信号带宽。这将使电视设备复杂化，信道的频带利用率下降。实际系统采用隔行扫描方式复杂化，信道的频带利用率下降。实际系统采用隔行扫描方式来降低图像信号的频带。来降低图像信号的频带。 逐行扫描（Progressive） 我们将一行紧跟一行的扫描方式称为逐行扫描。逐行扫描原理逐行扫描原理水平方向上的扫描水平方向上的扫描( (也称行扫描也称行扫描) )。由左端逐渐移到右端，这段扫描过程称行正程扫描。行由左端逐渐移到右端，这段扫描过程称行正程扫描。行正程扫描所需时间称为行扫描正程时间，正程扫描所需时间称为行扫描正程时间，场扫描原理场扫描原理产生垂直方向的扫描(也称场