一,显示技术的发展史及其特点

1、一、显示技术的发展史及其特点1显示器件的分类及显示技术的发展史研究表明人的各种感觉器官从外界获得的信息中视觉占60%,听觉占20%，触觉占15%, 味觉占3%,嗅觉占2%,近2/3的信息是通过眼睛获得的由此也就促进人们对显示技术的研究 开发，从而图像显示成为显示中最重要的方式。电子显示器件可分为主动发光型和非主动发光型两大类。前者是利用信息来调制各像素 的发光亮度和颜色，进行直接显示；后者本身不发光，而是利用信息调制外光源而使其达到 显示目的。显示器件的分类有各种方式，屏幕大小、显示内容形状；按显示材料可分固 体（晶体和非晶体）、液体、气体、等离子体和液晶体显示器。但是最常见的是按显示原理 分

2、类，其主要有：阴极射线管（CRT）、显示液晶显示（LCD）、等离子体显示板（PDP）显示、 电致光显示（ELD）发光二极管（LED）显示、有机发光二极管（OLED）显示、真空荧光管（VFD） 显示，场发射显示（FED）。前七种都为主动发光显示，只有LCD为非主动发光显示，其他还 有但市场很小。在20世纪，图像显示器件中，阴极射线管（CRT）占了绝对统治地位，如电视机显示器 等绝大多数都采用CRT。与此同时平板显示器也在迅速的发展，其中液晶显示器以其大幅度 改善的质量、持续下降的价格、低辐射量等优势在中小屏幕显示中代替CRT。而另一种适合 大屏幕的显示器件一一等离子显示器（PDP），也逐渐发展并

3、且商品化。1-2显示器件的主要参量发展前景由于显示器件可用来重现图像图形、显示信号波形和参数，因此对显示器来说最重要的 是显示彩色图像的质量。目前CRT显示器件以其高的性能价格比和高性能的图像质量仍占据 着大部分的显示市场，而LCD显示器以其不断下降的价格和不断提高的图像质量已作为平板 显示器件的代表填补了CRT显示器件推出的市场，并且还在扩充者市场o CRT. LCD都已大规 模生产，基本上已达到物美价廉，因此其他显示器件只能在CRT、LCD显示器件所不能适应的 领域发展。以下是对显示器件主要参数进行说明：1亮度亮度（L）的单位是坎德拉每平方米（cd/m2）。对画面的亮度要求与环境的光亮度有

4、关， 例如，在电影院中，电影亮度有30-45cd/m2就可以了；在室内看电视，要求显示器画面亮度 应大于70cd/m2；在室外看则要求画面亮度应达到300cd/m2；所以对高质量的显示器亮度的要 求应为300cd/m2左右。2对比度和灰度对比度（C）是指画面上的最大亮度Lmax和最小亮度Lmin之比，即C= Lmax / Lmin无 环境光的前提下）。在实用中都是有环境光线的，所以显示器件必须有足够的亮度才能实现 实用状态下的对比度：C=Lmax+L外/Lmin+L内灰度是指图像黑白亮度的层次。一般人眼可分辨的最大亮度层次为100级。显示字码、 图形、表格曲线对灰度没有要求，只要对比度高级可。

5、但显示图像不但要求有足够的对比度， 还要要求有丰富的灰度级。3分辨力（清晰度）分辨力是指分辨电视图像的最小细节的能力，是人眼观察图像清晰程度的标志。分为水 平和垂直两种，在电视显示中垂直即电视帧的扫描线数，受电视广播制式的限制，PAL制625 扫描线，NTSC制525扫描线，高清晰数字制式，口1080I/60HZ信号的扫描线为1080线。虽电 视机的品牌不同，但此参数都必须是一样的，后来不同厂家进行100HZ和逐行扫描处理，只 是减少了图像的大面积闪烁和行间闪烁。水平分辨力是电视信号的水平取样点决定，电视图像信号经不同的传输途径和不同的电 视接收机，所收看到的图像水平清晰度会有所不同。只有兼备

6、高分辨力、高亮度和高对比度的图像才可能是高清晰度的图像，所以上述三个 条件是获得高质量图像显示所必不可少的。4响应时间和余晖时间响应时间是指从施加电压到出现图像的显示时间，有称上升时间。余晖时间是指从切断 电源到图像显示消失的时间，有称下降时间。电视图像显示时需要小于1/30s的响应时间，一般主动发光型显示期间的响应时间都可 小于0.1ms,而非主动发光型LCD的响应时间为10-500ms，在显示快速运动的电视图像时，会 出现脱尾或余像，使运动图像模糊。因此，LCD显示变化缓慢的计算机图像不成问题，但显 示电视机图像响应时间就太长了。5寿命目前寿命问题是大多数用户关心的问题。作为实用化的显示器

7、件，其寿命都应在3万小 时以上。现在CRT显像管、PDP的寿命问题都已解决，LCD的寿命决定其使用材料的化学稳定 性、耐湿性和耐光性，一般讲来的寿命也已解决CRT投影管因其所受温度很高，目前寿命 较低，不到1万小时(这里的寿命是指行业中亮度低于正常亮度一半时的时间)。6显示器的其他参数还有显示色、发光率、工作电压和功耗、存储功能、体积、显示面 积、视角以及性能价格比等。7显示技术发展的前景一种理想的显示技术应该是高亮度、高对比度、高分辨力，并有大显示容量、能全彩色 显示、低电压驱动、低功耗显示器件本身与驱动电路连为一体，可靠性高、长寿命以及薄而 轻的二、液晶显示器的原理简要1 液晶显示(Liq

8、uid Crystat Display,LCD)特点优点：1、低电压、微功耗极低的工作电压，只要2-3V，X作电流只有几个微安，即功耗只有10-610-5W/cm2，这 是其他任何显示器件所做不到的。2、平板式结构液晶显示器的基本结构是两片导电玻璃，中间灌有液晶的薄形盒。A开口率高最有利于用作显示窗口B显示面积做大做小都较容易C便于自动化大量生产生产成本低D器件很薄只有几毫米后3、被动显示型液晶本身不发光，靠调制外界光达到显示目的，即依靠对外界光的不同反射和透射形成 不同对比度来达到显示目的。液晶在黑暗中无法显示，但在自然界中人类所获得的视觉信息 中，90LL%以上是靠外部物体的反射光，而不是

9、靠物体本身发光，所以被动显示更适合人眼 的视觉，不容易引起眼部疲劳。4、显示信息量大液晶显示器中，各像素之间不用采取隔离措施，所以在同样显示面积中能容纳更多的像 素，利于制成高清晰度电视显示器。5、易于彩色化一般液晶无色，采用滤色膜很容易实现彩色。液晶所能重现的彩色可予CRT显示器相媲 美。6、寿命长只要液晶的配套件不损坏，液晶本身由于工作电压低、电流小，所以几乎不会劣化，寿 命很长。7、无辐射、无污染CRT显示器中有X射线辐射，PDP显示器有高频电磁辐射，而液晶显示中不会出现这些 问题。缺点：1、显示视角小由于大部分液晶显示的原理依靠液晶分子的各向异性，对不同的入射光，反射率不一样， 所以视

10、角较小，只有3040度。随着视角的变大，对比度迅速变坏。2、响应速度慢液晶显示大多是依靠在外加电场作用下，液晶分子的排列发生变化，所以响应速度受材 料的粘滞度影响很大。响应速度一般为100-200ms，温度越低响应速度越慢，动态图像质量 差。3、怕高温高温会破坏液晶的定向层，造成不可修复的损坏。局部高温会形成残像。4、由于是非主动发光暗时看不清。2-2什么是液晶物质的第四态液晶我们都知道物质有三态：固体、液体和气体。通常固体加热至溶点就变成透明的液体。 然而，有些有机材料不是直接从固体转变为液体，而是经过中间状态，然后才转变为液体。 这种中间状态外观是流动性的混浊液体，同时又有光学各向异性晶体

11、所特有的双折射特性。处于中间状态物质，一方面具有象液体一样的流动性和连续性，另一方面又具有象晶体 一样的各向异性，象这样的有序流体就是液晶。2-3液晶显示器件的基本结构不同类型的液晶显示器件的部分部件可能会不同，如有的不要偏振片。但是两块导电玻 璃夹持一个液晶层，封接成一个扁平盒的基本结构相同。如需要偏振片，则将偏振片贴在导 电玻璃的外表面。2-4以TN型液晶讲解显示的三种方式TNLCD （扭曲向列液晶显示器件）在两块导电玻璃基片之间充入后约10um的具有正介电各向异性的向列液晶（Np液晶）， 液晶分子沿面排列，但分子长轴在上下基片之间连续扭曲90度，形成扭曲（TN）排列的液晶盒。1、反射式反

12、射式可以利用外光节省功率TN型（扭曲向列型）液晶器件一般工作在反射式，入射光 先穿过液晶盒，然后被反射器所反射。反射器由一个漫反射器和一个镜面组成，它们粘附在 底玻璃外表面上。当两个偏振片正交，器件工作于正性显示时，不加电时光通过上偏振片， 变成线偏振光，经过液晶层时，偏振方向转过90度，刚好可通过下偏振片到达反射器，反射 回来的光偏振性没有改变，又再一次穿过液晶盒和上偏振片到达人眼。当加上足够高的电压 后，液晶分子将与电场平行，光的偏振面不再发生旋转，所以光不能穿过液晶盒到达反射面。 反射式即使在阳光直射下也不会被冲刷。然而，当在暗处或背景亮度不够高处观察液晶器件， 需要加别的人工光源。为此

13、常在漫反射板的边缘处装一个灯泡。2、透射式TN型液晶也可工作于透射式，液晶盒上方的偏振片为线性起偏器。下方的偏振片为线性 检偏器。它们的偏光轴互相平行，并都与顶部基片表面处的液晶分子取向一致。当为加外电 场时（驰豫态）入射光到达液晶盒底部时，光的偏振面将与检偏器的偏光轴垂直，光线被检 偏器挡住了，从背面看过去液晶盒不透明，加外电场后，入射光经过液晶盒时不发生旋转， 能从检偏器穿过，液晶盒仿佛是透明的。所以透射式液晶是将光源放在显示器之后，显示器 调制入射光。3、投影式另近年发展很迅速的LCOS（LC on Silicon）更是投影式的典型。在LCOS中有源矩阵直接 制作在单晶硅片上，尺寸可以做

14、得很小，并可以充分利用发展已很成熟的硅集成工艺。将在 背投影电视中讲解。以上只对液晶显示器的简单工作原理进行了讲解。三、PDP（等离子体显示器）显示原理简要等离子体显示板（Plasma Display Panel,PDP）具有易于实现大屏幕、厚度薄、重量轻、 图像质量高和工作在全数字化模式等优点。特别是20世纪90年代以来，等离子显示技术在实 现全彩色显示、提高亮度和发光效率、改善动态图像显示质量、降低功耗和延长寿命方面取 得了重大突破，使PDP成为大屏幕壁挂电视、HDTV和多媒体显示器的首选器件。3-1 PDP的定义分类与特点PDP是指所有利用气体放电而发光的平板显示器件的总称。它属于冷阴极

15、放电管，其利 用加在阴极和阳极间一定的电压，使气体产生辉光放电。彩色PDP是通过气体放电发射的真 空紫外线（VUV），照射红、绿、蓝三基色荧光粉，使荧光粉发光来实现彩色显示。其放电气 体一般选择含氙的稀有混合气体，如氖氙混合气（Ne-Xe）PDP按工作方式的不同主要可分为电极与气体直接接触的直流型（DC-PDP）和电极用覆 盖介质层与气体相隔离的交流型（AC-PDP）。PDP的特点：1、易于实现薄型大屏幕厚度一般小于12cm，重量只有几十斤，分别约为CRT的1/10和1/6, PDP的显示面积可以 做得很大，不存在原理上的限制，而目前主要受限于制作设备和工艺技术。目前，PDP屏的 尺寸主要集中

16、在对角线37-80英寸的范围。2、具有高速响应特性PDP显示器以气体放电为基本物理过程，其“开”“关”速度极高，在微秒量级。因而扫 描线数和像素数几乎不受限制，特别适合大屏幕高分辨率显示。3、可实现全色彩显示利用稀有混合气体放电产生的紫外线激励红、绿、蓝三基色荧光粉发光，并采用时间调 制（脉冲调制）灰度技术，可以达到256级灰度和1677万种颜色，能获得与CRT同样宽的色域， 具有良好的色彩还原性。4、视角宽可达160度5、伏安特性非线性强，具有很陡的阀值特性。PDP工作时，非寻址单元几乎不发光，因而对比度可以达到很高。6、具有存储功能AC-PDP屏本身具有存储特性，工作在存储方式，从而使扫描

17、线数达到1000线以上时，也 不会使显示屏亮度明显下降，容易实现大屏幕和高亮度。7、无图像畸变，不受磁场干扰8、应用环境范围宽结构整体性好，抗震能力强。可在很宽的温度和湿度范围内及在有电磁干扰、冲击等恶 劣环境条件下工作。9、工作于全数字化模式10、具有长寿命单色PDP的寿命可达10万小时，彩色PDP也可达34万小时。11、因PDP内部气压为0.5个大气压，所以海拔2000m以上不能使用。2 PDP原理什么是等离子？像素驱动指令显像原理面板结构PDP的缺点四、彩色CRT电视机显示原理1彩色显像管的发展及分类彩色显像管按色彩重现控制方式分类，主要有荫罩式、聚焦栅式、束指引式和穿透式四 大类，在四

18、十多年的发展过程中占主导地位的，是荫罩式三枪三束、单枪三束和自会聚彩色 显像管。1、三枪三束彩色显像管三枪三束管中每一个电子枪相对于黑白显像管中的电子枪，都有自己的发射系统、预聚 焦系统与主透镜系统。三枪三束管正常工作的一个重要条件是，三电子束沿荫罩面扫描时必 须始终能会聚在荫罩面的同一点上，这样才能使三束共同穿过同一荫罩孔并分别打在一个粉 点组的三基色荧光粉点上。但是实际实现上很难达到满意的效果，且制造成本高。2、单枪三束管只有索尼公司用，它的出现是彩色显像管向自动校正动态会聚误差迈进了一大步。单枪 三束管有三个阴极，但发射的三束电子用同一电子枪聚焦。三条电子束在同一平面内呈一字 排列，因此

19、在任何偏转状态下三条轨迹大致都保持在同一水平线上，故只需进行水平方向的 动态会聚误差校正。静会聚靠垂直安置的会聚板来实现。总之，单枪三束管大大简化了会聚 的调节。为了提高束通过率，采用垂直条状栅网荫罩，使透过率提高到约为30%。单枪三束管图像亮度高，偏转功率低，结构简单，成本低。其缺点：条型栅刚性差，易 颤动、影响图像清晰度、柱形屏面耐压差、动会聚仍不理想。3、自会聚彩色显像管自会聚显像管可以完全取消动态会聚电路，只靠偏转磁场本身的特殊分布就可以实现会 聚，因而调节非常简单。同时取消了动会聚线路，节省了约100多个动会聚元件，使整机成 本大幅度降低。自会聚显像管在当前占绝对优势。4-2 CRT

20、的组成及各部分的作用CRT显像管是一种真空电子管，利用电子束轰击荧光屏来工作。所以CRT必然包含三大部件：发射电子并将它们会聚成细束的电子枪、使电子束在荧光屏上扫描的偏转系统、根据电 子束能量强弱而发出不同亮度光的荧光屏。4-3精密一字形自会彩色聚显像管自会聚管的主要部件是：精密一字形一体化电子枪、条槽形荫罩垂直粉条荧光屏、精密 静态环行偏转线圈。1、精密一字形排列电子枪自会聚电子枪既不像三枪三束管那样按品字形排列，又不像单枪三束管那样只有一只电 子枪，而是采取精密一字形一体化电子枪。“一字形”是指三只电子枪在同一水平面内准确 无误地排成一条线，“一体化”是指三个电子枪之间的相对位置通过一组单

21、片三孔的调制极 精确的定位形成一个整体（电子枪中间、G、B三个阴极是相互独立的）。而控制极（栅极X 加速极、聚焦极、高压阳极是共用的。理论上，该电子枪之间的距离精度，只取决于制作电 极的模具的精度，与组装工艺无关。电子枪中各极的作用阴极：用来发射电子。在阴极的圆筒内装有灯丝，用来加热阴极，阴极受热后便能发射 电子。控制极：又称栅极。它与阴极之间的电位差大小，将决定电子束的强弱。加速极：加有500V左右的正电压，将阴极上的电子拉出来，并使电子加速射向荧光屏。 调节此电压的大小，将影响显像管的亮度。聚焦极：上面加有5KV左右的正电压，调节此电压的大小，可使聚焦良好。聚焦不良图 像模糊。高压阳极：上

22、面加有25KV左右高压。此高压同时加到内导电层，形成一个均匀等电位空 间，使阴极发射的电子高速轰击荧光屏上的荧光粉。除上述电极外，电子枪的顶部还装有四个磁环，其中两个磁环位于两个边束的阳极孔上 并与阳极孔同心，起磁分路作用，使两个边束形成的光栅尺寸减小，称为磁分路器；另外两 个磁环位于中心束的上下方，起增强磁场的作用，使中心束光栅尺寸增大，称为磁增强器。 四个磁环总的作用是使R、G、B三基色的光栅重合。它们是会聚装置的组成部分。2、开槽式荫罩板和条状荧光粉自会聚管在荧光屏上涂着垂直交替的红、绿、蓝三基色荧光粉条，每R、G、B三个荧光 粉条为一组，作为一个像素。在没有荧光粉的空隙处涂有石墨，可吸

23、收杂散光，提高图像对 比度。在荧光屏1cm处，装有一块荫罩板（也叫选色板）由薄钢板制成。在其上面开有约40万 个排列有序的条状小孔（荫罩孔），每一个小孔对应荧光屏上一组荧光粉条，它们的作用是 使R、G、B电子束只能轰击与自己对应的荧光粉条。3、动会聚校正型偏转线圈自会聚显像管在管径上装有调整色纯和静会聚的磁性组件和特制的高精密度偏转线圈。 这种偏转线圈能产生三条电子束动会聚所需的会聚磁场，在内部磁极的配合下，使三条电子 束在整个屏幕上自动会聚。色纯磁环：两磁极磁环，其形状和原理类似于黑白显像管上的光栅中心位置调节片。红蓝会聚磁环：四磁极磁环调整其夹角可使红蓝竖线重合，同步旋转是红蓝横线重合。紫

24、（红蓝）和绿会聚磁环；六磁极磁环，调整其夹角可使紫和绿竖线重合，同步旋转是 紫和绿横线重合。五、投影电视机投影显示是指由平面图像信息控制光源，利用光学系统和投影空间把图像放大并显示在 屏幕上的方法或装置。投影电视不同于直视显像管电视机、等离子显示屏电视机、液晶显示 屏电视机等。它由光学成像系统最终来完成图像的显示。经过60年的研究和开发，投影技术 已经比较成熟，目前广泛地应用于宾馆、影院、会议室以及家庭中。1投影电视的分类根据光源是从屏幕前面透射还是从屏幕后面透射，投影电视机可分为前投式投影电视机 和背投式投影电视机。根据投影光源的不同，投影电视机又分为CRT（显像管）投影电视机、 LCD（液

25、晶）投影电视机以及DMD（数字微镜面器件）投影式投影电视机。液晶投影电视机又有 以下4种：非晶硅-TFT（薄膜晶体管）液晶投影式、高温多晶硅-TFT投影式、低温多晶硅-TFT 投影式以及硅片基液晶（LCOS）投影式。常用的是非晶硅-TFT、高温多晶硅-TFT以及LCOS投 影式。背投式电视机与前投式电视机的区别。背投式电视机，图像光束向后投，经反光镜反射 到显示屏的后面成反像，观众在前面看则为正像；前投式电视机，图像光束从观众后面投向 观众前面的显示屏，显现图像。一般来说，前投式比背投式显示屏尺寸更大，前投式多用于100英寸以上的机型，背投 影式多用于40英寸以上至100英寸以下的机型（40-

26、70英寸）。正投影的优点是在同样条件下， 其亮度和清晰度都比较高，使用比较方便安装及携带方便，节省空间。缺点，由于外界光线 也会经屏幕反射，因此观看效果（图像的对比度色饱和度和相对亮度等）影响较大。背投影 电视的优点是：外界光线对观看效果的影响比正投影的要小一些，缺点：图像的亮度和清晰 度比正投影要有所降低；背投影电视占用空间较大。显像管背投式电视机有3镜头式和单镜头式两种三镜头式，一只投影管使用一组镜头； 单镜头式，三只投影管共用一组投影镜头，但需使用十字形分色镜，以便将日、G、B色通过 一组透镜透射出去。因常用的是3镜头显像管背投式电视机，下面主要介绍使用较多的此种类型。5-2投影电视的组

27、成（以3镜头显像管背投影电视为例）一台普通的电视机是由电路机芯板、显像管及附件和机壳等主要部分组成，而一台背投 影电视机，除用红（R）、绿（G）、蓝（B）三只投影管代替普通电视机中的显像管、用投影屏代 替荧光显示屏外，同样它也包括电路板、机壳等。原则上来说，投影电视机机芯电路板与普通电视机的机芯电路板差别不大，如投影电视 设计功能与普通电视机相同的话。那么不同点有以下几个：1、普通电视机的一个视放板，投影电视徵、G、B三块独立的视放板。2、普通电视机行输出提供一组高压、聚焦电压和加速（栅帘）电压，投影电视需要提 供三组，同时供R、G、B投影管使用。3、行/场扫描输出电路能同时驱动R、G、B投影

28、管偏转线圈，完成与普通电视一样的扫 描作用。4、投影电视的开关电源的负载能力要比普通电视机大，以足够满足功耗的要求。5、CRT投影电视的有的数字会聚调整系统6、投影电视的机壳一般分为上下两部分，与普通电视不同。上半部分主要安装投影反 射镜面、特制的投影显示屏，完成图像的光学放大、成像显示；下半部分安糊、G、B投影 管、电路机芯及其它相关部件。为便于室内移动，背投影电视机一般都安装有万向轮。由此可见，投影电视机与普通电视机电路相比，除数字会聚电路及机械构造不同，其它 电路与普通电视机相同。普通电视机的电路工作原理和维修调整方法同样适用于投影电视机。背投影电视机由反射镜面、投影管（带透射镜头）、显

29、示屏面三者组成的投影电视光学 放大成像系统，其作用是将投影管透射镜头透射出的光束反射到特制的显示屏背面，以便在 屏幕上显示出图像。透射镜头与投影管的安装连接（投影枪组件）、投影枪组件与反光镜的 安装角度，即透射光线的入射角度、反光镜面与显示屏之间的角度决定了背投式光束的传送 途径，也决定了最终能否在屏幕上产生所需要的图像。它的安装角度不能随意改变，涉及到 整个光学系统的设计。下面将逐一介绍背投影电视机主要部件5-2-1微结构光学型背投影屏幕背投影电视机的显示屏幕不是一个简单的屏幕，它是一个光学部件，直接关系到图像的 质量。屏幕的质量与图像的亮度、色偏移等密切相关，背投式电视机显示屏设计很复杂，

30、它 相当于有许多小的凸透镜组成。首先它要使投向屏幕的光线向观看者方向折射，以增加图像 的亮度，偏离水平方向的折射光线仅可以改善视角特性。因为投影管透射出的是一个光束， 一般的屏幕就会造成中间出现亮斑，这种微结构光学型屏幕就能解决这个问题。微结构光学 型屏幕是由菲涅尔透镜和双凸透镜组成。设想将一个凸透镜用其表面的许多同心圆划分出许多圆筒，每个圆筒的上部近表面处是 圆环形小棱镜，对光线起折射作用。其下部只起支撑作用，切去后对光学性能无影响。经这 样处理后就可将一个大的凸透镜做在一个屏面上，这就是菲涅尔镜。平常使用的菲涅尔透镜 又由凸透镜（会聚镜）和菲涅尔镜组成其作用是将投影透镜的光变成平行光在投向

31、双凸透镜 层。双凸透镜的作用：将来自菲涅尔层的光线向视区分配；分配红、蓝、绿的倍率放大量， 以减少色偏移；吸收外界光保证最高的对比度。双凸透层分配光有两种方式，为实体漫射和 表面层漫射，即BD和SLD方式。SLD方式屏幕比BD方式屏幕具有更高的增益和视角，也就是说SLD方式屏幕是高增益、宽 视角屏幕。SLD方式双凸透镜中含有一种漫反射材料，如在观众一侧的屏幕面上加工了无数 纵向凸透镜，可以使水平方向散射光向中心弯曲，可以增加亮度。在背投影电视的设计中， 另一种严重的现象就是色偏移问题。色偏移问题是由红、绿、蓝三基色光从不同位置进入折 射面、折射与入射角及各色光波长的不同而引起的，这是屏幕设计中

32、必须考虑的问题。黑条 是为吸收环境光而加的，这样可以增加对比度。通过微结构光学背投影屏幕的光线轨迹。5-2-2三枪式背投影电视机显示形成及其辅助器件1、投影管投影管式（三管式）背投影电视机也称显像管式或者阴极射线管式（CRT）背投影式电 视机。所以投影管（CRT）也就是发光并调制图像信息的重要器件。投影管屏上的亮度必须 是观看屏幕上亮度的近百倍才能满足要求。目前常用的投影管尺寸为7英寸，一般背投影电视机的屏幕尺寸是43-51英寸，仅面积放 大率就是32-40倍，因此投影管必须比普通彩色显像管的峰值亮度高近百倍。为高亮度和高 分辨率，投影管在结构上不同于普通显像管，它的阴极、荧光屏、电子束聚焦与

33、偏转上都有 特别之处。投影CRT管与普通电视用的直视CRT区别，简单对比说明。一只普通电视机用直视管等效 于三只投影管+反光镜+显示屏的作用，换句话说，一只投影管起1/3直视管的发光作用。因 此，相对直视管而言，投影管结构要简单一些，但要求高亮度及长寿命等问题还是较难制作 的。投影管可作为一个光源，但是不能直接投射，它必须与相应的透镜组配合，经聚焦调整 后才能作为投影管光学组件使用。而且为了防止投影管屏温过高损坏投影管，在透镜和投影 管屏面之间须注入冷却液。投影管根据聚焦、偏转方式不同，其分辨率也不同；静电聚焦、 静电偏转、投影管分辨率中等；静电聚焦、磁偏转投影管分辨率中上；磁聚焦、磁偏转投影

34、 管分辨率最高。对于不同的广播制式，投影电视用途不同。对投影管的分辨率要求也不同。 目前常用的是磁偏转、静电聚焦投影管。从表5-1可以看出，CRT投影管与普通显像管的最大区别在于投影管需要工作在大电流、 高电压、高亮度的条件下所以投影管的寿命普遍要比显像管短。表5-1投影管显像管荫罩无有屏电压约 32KV25KV电子束峰值电流强度5-7mA1-2Ma火光粉单色R、G、B三种颜色平均寿命30005000h大于3万小时对于投影管来讲，相对于普通显像管，由于它长时间工作在高电压、大电流、大功率的 状态下，这就决定了它在制造技术上有三大难点：（1）电子枪投影管的电子枪工作电压一般为32kv，峰值电流为

35、5-7mA,这就对电子枪本身有极高的要 求：a、不能打火无寄生发射b、相差要小7英寸屏的投影管，如垂直分辨率为1000行，则 光点直径为0.2mm。c、在大电流下，聚焦特性好。D、采用大电流密度阴极，普通的氧化物 阴极已经不能胜，任必须采用氧化钪阴极（2）玻壳投影管的玻壳与普通单色显像管的玻壳类似，它没有荫罩，因为它的荧光粉只有一种颜 色，没有选色问题。但制造上还有以下几点要求：a、投影管玻壳是整个投影光学透镜系统 中的一部分，换言之，屏的内表面就是一个负曲率球面透镜，要求它的镜面光洁度非常高。b、在高功率的电子束轰击下，不能变色。（3）荧光粉a、在高亮度大束流的条件下不变质b、由于最终的图像

36、是经过放大投影到屏幕上，所 以投影管本身的图像的精度就必须足够高，这样才能保证投射到屏幕上的图像的分辨率。因 此，投影管的荧光粉颗粒要足够细,且荧光粉层要密实。2、透镜组普通电视机是靠3束电子束轰击显像管的三基色荧光粉成像的，而CRT投影机是靠三基色 光束合成在特制的屏幕上成像的。当光束从光源（投影管）发出后，由于散射存在，在达到 屏幕上时必然呈散射状态，不采取相应技术措施是无法观看的。因此，所有的CRT投影机， 无论是前投还是背投，都无例外的要加光学透镜组一一投影镜头。CRT投影镜头通常是一组透镜，一般由3-7片透镜组成，除用来放大、聚焦光束外，另一 主要作用是用来适当地补偿、校正各种光栅的

37、畸变失真。在投影电视中，这种镜头可以大致 分成两类：一类为全玻璃型，即组成镜头的每片透镜都是玻璃透镜；另一类为混合型，即组 成镜头的透镜即有玻璃透镜，也有塑料透镜。目前被广泛应用的投影镜头主要都是混合型的， 它的优越性在于高性能、重量轻及成本低。一只5群5枚混合型投影镜头，它由三片不同的 有机玻璃非球面镜片、一枚有机玻璃球面镜及一枚玻璃球面镜片及安装架、聚焦调整机构等 组成。在一组混合透镜中必须至少有一片玻璃透镜，原因是在使用过程中当温度变化时有机 玻璃（或塑料）透镜的折射率将要发生变化，从而引起该透镜焦距的变化，使成像面发生偏 移，造成图像模糊。因而在实际应用中，总是用一个玻透镜来防止上述现

38、象发生。3、冷却液由于投影管工作在高功率状态，会产生大量的热，屏面中心温度达到120oC，所以必须 对投影管进行冷却才能保证其工作正常。一般采用将投影管前端浸在冷却液中的办法。投影 透镜组中靠近屏面的凹凸透镜（又称为C透镜元件）与投影管屏面之间留出足够空间充注冷 却液。投影管工作时可将投影管屏面的温度控制在80oC以下。充注在C镜头元件与投影管之间的冷却液不只是起冷却剂作用，它还被设计成投影镜头 的一部分，所以它又是一种液体透镜，可大大降低透镜组的成本。当然，对冷却液的要求很 严：a、光学折射率必须接近屏面的折射率（1.56）和C镜头元件的折射率（1.43），b、保证 从室温到投影管的工作温度

39、（80oC）范围内物理性质稳定。c、与密封件不起化学反应。冷却液非常主要，使用时不能使冷却液漏掉，换投影管后必须注入合格的冷却液，决不 能注入水作为冷却液，这一点要特别注意。4、反光镜反光镜根据材料不同有玻璃反光镜和薄膜反光镜，根据反射面不同有表面镜（前面镜） 和里面镜（第二面）反射镜。二次反射面比前面反射镜便宜些，成本低。5-3三枪式CRT背投影电视机与普通CRT电视的区别5-3-1图像畸形失真的分类及形成原因不管电视机的成像原理如何，我们对它的要求都是成像要理想、不产生畸变、失真，但 实际上投影电视机的成像很难是理想的，不同程度上都存在各种畸变、失真。由投影镜头引 起的图像畸形失真主要有以

40、下几种：1、球面相差失真。这种球面像差失真是由投影镜头中心的光束焦点与通过镜周边光束 焦点不同引起的。2、像差失真。彗形像差失真是由轴向偏差引起的，即倾斜输入的光束彼此不在同一个 点上聚焦，而使一个光点图像看起来象彗星的尾巴一样发亮。3、像扭曲失真。图像扭曲失真可分为筒形失真和枕形失真。筒形失真是图像实际边角 高度低于理想图像的边角高度，使图像成筒形。枕形失真是实际图像边角高度高于理想图像 边角高度，是图像成枕形。4、图像弯曲失真。当其借助平面调整聚焦时，外边缘部分的焦点不同于屏幕中心的焦 点，投影电视的光源图像毕竟较小，相对于屏幕来说仍属于点光源。这一种失真类似于，直 视CRT显像管特别是纯

41、平显像管的中心聚焦点比周边聚焦点小，因光束（电子束）到达屏幕 中心和边缘的距离不同引起，需要偏转电路进行预失真校正。5、轴向色像差失真。轴向色像差失真是因每种波长的光（红、绿、蓝光）的折射率不 同而引起的，一般来说，镜头焦距越长轴，向色差失真越大。6、倍率色像差失真。这是因镜头对不同波长的光线（红、绿、蓝光线）具有不同的倍 率，使各色图像尺寸不同，从而引起色偏移产生的一种失真。7、像散（散光）失真。像散失真是由通过镜头横向部分光束的焦点，不同于通过纵向 部分光束的焦点产生的，其特点是在一线上出现光点。若投影镜头不存在各种失真，则经过镜头后的理想图像应是一个无任何失真和像差的完 美无缺的图像。实

42、际上投影电视机中理想的图像是不存在的，但可以经过镜头的精心设计， 尽量减少像差和失真，在由电路设计对某些失真和像差进行补偿、调整后可以是图像接近理 想的图像。对于不同的背投式投影电视，上述内容是完全相同的，区别在于采用的电路机芯功能。 所以我们对背投电视机的理解、分析，除各型背投影电视机几乎相同的光学系统外，重点还 是对各型背投影电视机电路机芯的组成、功能、工作原理得了理解、分析。5-3-2色场偏光现象形成的原因及补正方法无补正时的现象：单色场（红和蓝场）时屏幕上的图像左右亮度不均匀，全色场时图像 左右部分会出现类似CRT直视显像管的色纯不良现象。形成原因：绿投影管应在中央，光束向屏幕两边照射

43、的距离相同，光束最终到达屏幕的 光亮度相同，不会出现此现象。而红色和蓝色投影管却需要分别安装在绿投影管的两侧，偏 离中心点。所以就会造成某投影管靠近一侧的屏幕上得到的光亮度高，此种颜色明亮；而相 反的一侧，因距离远，得到的光亮度低，此种颜色发暗，就造成了色场不匀现象。液晶背投 影电视机及数字光路处理器背投影电视机，因本身成像器件较小，采取先进行光束汇合，在 将混合光束一起投向屏幕的方法，不会出现此种现象。色场偏光补正的方法：一种是物理补正法，一种是电路处理补正法。早期的背投影电视 机都采用物理补正法。在红色投影管和蓝色投影管组件镜头上加装遮光措施，减少高光亮度 的一侧的通光量，来均匀到达屏幕上

44、的利于背投影电视机屏幕亮度的提高。后来许多厂家的开始使用电路处理补正法。电路处理补正的实现原理：是CPU检测行、 场扫描输出信号，根据行、场扫描输出信号波形，进行比较出投影管的扫描位置信息，通过 将投影管扫描位置信息与图像信息中的行场信号进行比较，确定屏幕上的亮、暗区域的图像 信息。CPU通过总线控制，图像处理电路中的亮度处理电路，对相关图像信息的对应部位， 提前进行预加重均衡处理。从而达到均衡屏幕图像亮度的目的。5-4三枪背投影电视机与普通。电视的异同5-4-1微处理系统（CPU控制系统）目前，背投影电视机的微处理系统的控制都是通过M总线控制的，背投影电视机与普 通CRT电视微处理器控制系统

45、的区别只是在数字汇聚处理电路的控制上。5-4-2数字会聚处理电路系统的组成背投电视与一般电视一样，只是前者采用投影显示，后者采用直视显像管显示。因此， 两者的调整除显示有关的调整不同外，其余几乎完全相同。数字会聚调整就是与一般电视不 同点之一，另外还有聚焦、束流等调整。投影电视机的调整，关键在于屏幕显示会聚的调整，若会聚调整不当，则不能显示正常 的彩色图像，且图像还会产生严重的几何失真（已在前面“图像畸形失真分类”中讲解）等。 因此实际上会聚调整电路的设计也是背投影电视机设计的关键，关键在于会聚系统设计的成 功与否。老的背投影电视机是采用模拟会聚系统则需要几十只电位器来进行调整，调整效果 不理

46、想。因此技术先进的厂家生产的电视机都采用数字会聚电路进行调整，而且采用I2C总 线控制，通过计算机或遥控器进行调整，有的甚至只需按某一键便能够自动地完成调整。目 前，我国背投生产厂家尚未完全掌握数字会聚系统软件、硬件的设计技术。因此，投影电视 的设计、生产受松下、东芝等国外公司的制约，只能买别人的数字会聚电路板使用，且得不 到详细技术资料。数字会聚电路是全数字电路，与普通的模拟型调整电路相比，数字会聚电路具有以下特 点：1、不用调整控制电位器等；2、彩色匹配更精密，会聚更好；3、可采用遥控器或计算机进行调整。数字会聚数据调整分成PAL制4:3、16:9、100hz、逐行扫描显示调整和NTSC制

47、4:3、16:9、 100hz逐行扫描显示调整;兼容高清晰度信号的背投电视机还要对各数字高清晰度信号调整。 调整数据存储在E2PROM中，存储容量在NTSC制时每种屏显约需4k，在PAL制时每种屏显约需8k, 一般E2PROM用64k,许多背投影电视机有100hz和逐行扫描以及高清晰数字信号，其调 整取样点的增加，E2PROM的容量有所增加。调整时，用遥控器调出调整屏幕显示，再按屏幕显示说明用遥控器有关按键进行调整。 进入数字调整程序后，主CPU将调整信息控制，转移到数字电路的副CPU控制调整。数字会聚 电路的调整只能减少屏显彩色和几何的失真，不能调整整个屏幕显示图像的大小。作会聚调 整之前需

48、利用改变主行、场偏转的数据，调整好行幅、场幅及枕校等。然后，再按PAL4:3 PAL16:9100HZ状态一NTSC4:3NTSC16:9逐行状态一先后顺序进行调整（根据屏显菜 单调整），调整良好的图像，R、G、B投影成像（如十字格信号）应在屏幕各部分上完全重合， 无色偏离现象、垂直线应垂直、水平线应平直、无弯曲现象。一般背投影电视机行业模式的几种调整状态包括:调整选项、画面调整、白色平衡调整、 投影电视调整、偏转调整、画中画调整等。在投影电视调整中与普通电视不同是“投影电视 调整”（其中调整的项目是每中颜色的CRT的平衡调整）包括：R、G、B的增益和R、G、B的截 止以及蓝色的伽玛校正。另外

49、就是数字会聚调整。对蓝色进行伽玛校正的原因：是由蓝色的光谱特性决定的。5-4-3 CRT附属电路与普通CRT电视的异同CRT附属电路包括：行场扫描电路、相关电压发生控制电路、视放电路、背投影电视机 的会聚控制电路。背投电视机的行、场扫描电路主要作用是为R、G、B投影管提供行、场扫描及各种工作 电压，使各投影管产生正常的扫描光栅。其扫描信号生成电路与普通RT电视机相同，不同 是在其输出级上，背投影电视机的输出级要分别提供给R、G、B投影管行场扫描，要求行场 输出级的功率要比普通电视机大。三个投影管的行场偏转线圈的连接方法，各生产厂家设计 有所不同。基本可分两类，一类：行、场偏转线圈的都采取并联的

50、方式；另一类：行偏转线 圈采用并联方式，场偏转线圈采用串联方式。在提供电压上的相同点是提供提供灯丝电压（当然指灯丝电压由行电路提供的机型）、 200v视放电压以及+/-45V的场供电电压等，另外还提供CRT高压、聚焦电压及帘栅控制电压。 不同：背投电视机所提供的灯丝电压、视放电压、CRT高压聚焦电压、帘栅控制电压都是三 路，分别提供三个投影管。视放电路的区别是分别有R、G、B三个视放电路工作。背投影电视机的会聚控制电路，与前面讲的数字会聚电路相连，通过数模转换电路转换 成模拟信号，驱动三对双运算放大器来调制推动R、G、B三色投影管管的会聚线圈工作，从 而实现动态会聚的调整控制。5-5 LCD背

51、投影电视机5-5-1透射式液晶背投影电视机特点液晶投影电视机（简称LCD-PTV）主要依靠投射型TFT-LCD器件产生图像，其原理同平板 液晶相同，只是最终成像的方式不同，目前其画面质量已接近CRT但其有不少缺点：a、透过率低，一对偏振片的透过率只有约0.3；b、开口率低，不到0.4，光利用率3%；c、价格高5-5-2 LCOS投影电视LCOS（Liquid Crystal on Silicon）属于新型的反射式微LCD投影技术，其结构是在硅单 晶圆片上，利用半导体技术制作驱动面板（又称为CMOS-LCD），然后将单晶片用研磨技术磨 平，并镀上铝当做反光镜，形成CMOS基板，然后将CMOS基板与含有透明电极的玻璃基板贴合， 在充入液晶，进行封装测试。由于LCOS面板是以CMOS芯片为电路基板，因此无法让光线直接穿过，其分光合光系统 设计和LCD有些不同。通常需要在分光合光系统中利用偏极化分光镜（Polarization Beam Spliter,PBS）,将入射LCOS面板的光束与反射后的光束分开。PBS是由两个450等腰直角棱镜底边粘合而成的棱镜，当非线性偏极化光入射3BS时，PBS 会反射入射光的S偏振光（垂直入射线平面），并