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1、CRT显示技术曾叱咤风云今天逐渐人老珠黄，是否能再觅春天 ？,第三章 CRT显示原理,1、CRT显示的基本原理,电场或磁场把阴极发射的电子聚成束，同时控制其运动方向，依次轰击不同部位的荧光粉使之发光。我们所看到的显示图像就是把加在电子枪栅极或阴极上的随时间变化的视频电信号变成荧光屏上按空间分布的亮度随电信号强弱而变化的相应光信号，从而得到与原被摄景物几何相似明暗对应的适合人眼视觉特性要求的光学图像。,2、 阴极射线致发光的基本理论,（1）复合发光模型,能量吸收在基质中进行，而能量辐射则在激活剂上产生，即发光全过程在整个晶体内完成。由于全过程中晶体内伴随有电子和空穴的漂移或扩散，从而常常产生光电
2、导现象，因此，复合发光又称光电导型发光。相对而言，复合发光余辉较长，一般称为磷光。,晶态发光体的复合发光的特点：,典型的阴极射线致复合发光体能带模型,协同激活剂构成的陷阱能极,S-构成的满带,Zn+构成的导带,激活剂构成的局部基态能级（发光中心）,激活剂构成的局部能级的激发态,斯托克斯损失,实际上，晶格点处的原子(或离子)并不完全静止在平衡位置上，而是在平衡点附近振动。因此，原子的位置不一定在平衡点上，而可能在平衡点附近的一段线段的任一点上，亦即有一个吸收带。同样，也有个发射带。所以，晶态发光体的发射光谱具有一定的带宽，并且，光谱分布通常是钟形的。,（2）分立发光的位形坐标模型,分立发光的特点
3、是能量的吸收和辐射发生在晶体单分子中的激活剂附近，也即发光中心上，因而称其为短时非光电寻型发光（荧光）。,（3）阴极射线发光体的发光动力学,由于晶态发光体的发光机构比较复杂，致使其发光在激发时的增长和激发停止后的衰落，虽有某种规律，但却相当复杂。,研究发光体发光的增长和衰落的理论。,发光动力学, 增长时呈抛物线，但衰减时首先急副下降，然后近乎双曲线式缓慢减小。, 激发增长瞬时非常迅速，然后缓慢上升，激发停止后发光强度突然跌落，然后又缓慢下降，近乎双曲线。,（4）阴极射线发光中的电子穿透深度与二次电子发射,电子穿透深度,当具有一定能量的一次电子，射向晶态发光体表面时，将发生三种情况；,弹性散射、
4、非弹性散射、穿透进入发光体,一次电子进入发光体内部，在穿行路径上不断地与点阵原子相碰撞，电子的动量逐渐减小，速度逐渐减慢，碰撞截面增大，被其激发的电子数增多，而这些被激发的电子，在其运动过程中，又相继碰撞被激发的另一些电子，显然，当一次电子的速度减慢而接近于热振动的速度，也就是说，在电子运动行程终点附近时，产生的激发电子数量最多。此时，便在发光体内部形成一个 近乎球形的一次电子和二次电子的散射空间。当一次电子能量增加，其穿透深度也增加，球形区域离开表面较远，出现了一个狭长的颈部。,穿透进入发光体,二次电子发射,电子轰击发光体时，引起表面原子强烈震动，使一部分与原子核结合较松的电子脱落出来，如果
5、这些电子从轰击电子获得能量足以克服壁垒的话，电子就可以跑出物体。,当一次电子射入发光体时，沿着它们的途径产生二次电子，二次电子一部分从晶体中逸出，另一部分参于发光过程。 二次电子的密度随一次电子穿透深度而变化。,如果二次电于产生处的深度大于二次电子的自由程，则这些二次电子将不能抵达表面，即二次电子发射不充分，屏将被充电排斥一次电子，使一次电子能量降低，发光效率降低。,二次电子产生的数量近似地与所在处入射电子能量的平方倒数成正比，因此二次电子的最大数量，将发生在一次电子途径的终点附近。,二次电子的发射率对发光显示十分重要,二次电子发射比,发射出来的二次电子与入射电子的数量之比。,二次电子发射比随
6、一次电子电压U的变化曲线：,屏工作起始电压,屏工作极限电压或粘着电压,3、CRT基本组成及工作原理,CRT通常由三个基本组成部分： 电子枪（由加热灯丝、阴极及控制电极等组成）； 偏转系统； 荧光屏,电子枪,电子枪是由加热灯丝、金属阴极和各种控制电极组成。当加热灯丝加到一定高温时，金属阴极就会发射出大量电子，而各种控制电极是用来控制电子束的强弱及粗细。,阴极电子的发射（电子源的产生，子弹的生成）,在电子束显示器件中常用加热的办法来产生足够的电子，电子来显示器件中的两种热阴极：直热式旁热式,发射系统,电子枪发射系统主要由阴极、调制极和加速极组成。其作用是产生强度足够大而且可以控制的电子流，并将电子
7、流进行预聚焦。,在阴极(K)、调制极(M)和加速极(A)三个极系统电场作用下，对从阴极发射的电子有较强的会聚作用，尽管从阴极表面发出的电子初速度各个相同，初始发射方向也分布不同，但是它们在调制极孔外侧某处会聚成一个最小截面或交叉面C，其面积比阴极面积小得多。在最小截面之后电子束开始散开。改变调制极上的电压可以改变发射系统的预聚集能力。,预聚焦：,聚焦系统（主聚焦透镜）,电子枪聚焦系统的作用是使电子会聚成细束，并将交叉截面成像在荧光屏面上，在屏幕上形成一个清晰明亮的小光点。根据聚焦系统的结构设计不同，可以把电子枪分为双电位电子枪和单电位电子枪。,双电位电子枪,阴极K、调制极M和加速极A1构成发射
8、系统，形成交叉面。其中A1、A2双构成了弱聚焦的预聚焦透镜，聚焦极A2和高压阳极A3构成了主聚集透镜，将交叉点面成像于荧光屏上。,单电位电子枪,其中K、M、Al仍构成发射系统，同双电位电子枪不同的是 A1与A2之间构成了预聚焦透镜，A2与A4同电位，都处于显像管最高电位。A3是聚焦电极。A2、A3、A4三者构成了主聚焦透镜。,偏转系统与电子扫描,偏转系统,磁偏转,让电子束通过特定的磁场，在络仑兹力的作用下，电子束可以发生相应的偏转。同静电偏转相比，磁偏转角较大，因此在一般的CRT显像管中，通常采用磁偏转系统。,电子扫描,将顺序传送的一幅图像所对应的电信号再重新恢复为一幅重现图像的过程，是通过电
9、子扫描来实现的。从左至右的扫描称为行扫描；自上而下的扫描称为帧(或场)扫描。显像管中，电子束在偏转系统的作用下按一定规律在荧光屏面上运动，即可完成显像的扫描过程。,在显像管管颈上配有相互垂直的两对偏转线圈： 产生水平偏转磁场的行偏转线圈； 产生垂直偏转磁场的场偏转线圈。,当偏转线圈中分别流过行、场锯齿波扫描电流时，就会产生相应的垂直方向与水平方向的偏转磁场，在这两个磁场的共同作用下，使电子束作水平与垂直方向的扫描运动。,荧光屏,一般荧光屏是由玻璃基板、荧光粉层和铝层构成。,（1）玻璃基板机械强度高，耐大气压；防X射线辐射；透过率合适。 （2）荧光粉发光效率高；有适合人眼观察的发光光谱；适当的余
10、辉时间；好的化学稳 定性和热稳定性； （3）铝层为了提高荧光屏的图像显示性能，一般都要在荧光粉层上蒸镀铝层，但镀铝时一定要注意电子束透过率与铝层厚度的关系，选择合适的厚度。,增高荧光屏亮度：一是铝层为良导体，能使荧光屏与阳极保持同电位，防止负电荷积累，而不受荧光粉极限电位的影响；二是铝膜的镜面反射，有使荧光屏所发的向管内的光线反射于观察者侧的作用。 改善对比度： 荧光屏发的光向管内方向的部分会从管子内壁等处反射回到荧光屏上，使对比度大面积恶化；铝层的反射作用，正好可以防止这一点。 防止荧光焊出现离子斑： 因为铝层能有效的阻挡管内负离子对荧光屏粉层的轰击。,4、彩色CRT原理,彩色显像管的外型和
11、黑白显像管差不多，也是由电子枪、荧光屏等部分组成，但各部分结构有所不同，其内部要复杂得多。彩色显像管的电子枪发射的电子束不是一束，而是三束，并利用这三束电子束分别去轰击各自的三原色荧光粉单元，从而利用三基色图像叠加原理来实现彩色图像显示 。,根据电子枪结构的不同，可分为三枪三束管和单枪三束管及自会聚管等。,（1）三枪三束彩色显像管,在三枪三束色点管中，为了使荧光屏能够同时显示出红、绿、蓝三个单色图像、同时，叠加后只合成一幅彩色图像，一般把红、绿、蓝三种荧光粉一点一点的相互交替而双有规则的排列在整个荧光屏上。而无论从荧光屏的任何位置取出相邻的三个点来看，均为品字形的三基点红、绿、蓝。因为这些点子
12、都很小(几微米一十几微米)，数目约一百万颗以上，3三个色点分别在各自的电子枪电子束激发下便产生对应颜色的光点，其直径很小，且彼此靠得很近，所以在适当的距离外，人眼分辨不出单色小点，而只是看到一个合成的彩色光点了。,整管的电子枪结构是由三个小的电子枪组成。它们在管颈内成品字形排列，相隔120度，且每个枪与管颈的令轴线倾斜约，这样可使三个电子束同时通过荫罩上的同一个小孔，而通过小孔后，又分别打在各自对应的荧光粉点上。这种有荫罩板的色点管，也称为荫罩管，荫罩板由金属做成的，其上打有数十万个小孔，它的作用是保证每个电于束在整个扫描过程中都能打到自己的基色粉点上，以免产生彩色失真。,三枪三束彩色显像管中
13、，对电子枪、荫罩板和荧光屏三者的关系，要求非常严格，在结构上保证达到加工、安装精度还不够，还要靠在管外附加磁铁、偏转线圈和相应电路等来对电子束运动加以校正，使荧光屏显示出的三个单色像颜色纯正，叫做“色纯化”。另外，荫罩板将阻截70%的电子束，使图像的亮度降低，荫罩板的温度升高并产生热变形，为此，通常提高阳极电压以提高亮度；安装热变形补偿部件以减少荫罩板热变形引起的误差。,黑底技术,在一般荫罩管中，荧光粉点的直径大于射向该点的电子束直径，荧光粉点共约占屏面积的90，未涂荧光粉的部分约占10。黑底技术就是在屏面上除荧光粉点以外的部分涂上石墨 ，这样就可以使荫罩板上的小孔加大，而使通过小孔后的电子束
14、直径增大到荧光粉点立径大小，因此，即提高屏面的亮度又提高了对比度 。,（2）单枪三束色条显像管,单枪三束色条管是在三枪三束色点管的基础上改进而来的。它的荧光屏的粉层是内三种基色荧光粉按R、G、B、R、G、B的次序文替垂直排列的细条组成的。总共约有1200-1500条之多，扫描一幅画面要出现70-80万个色点。对这样小的点子，人眼已分辨不出来了。而只能感觉到叠加的一幅彩色图像了。同三枪三束显像管相比，在荧光屏前，由栅网代替了荫罩板，它由薄钢片做成，其上垂直的刻出排排缝隙很小的细丝栅网，约有400一500条。三根电子束正好在缝隙处交叉，穿过缝隙后，正好打在各自相应的色条上。,单枪三束电子枪的结构相
15、对于三枪三束电子枪而言，简单许多，另外，由于栅网代替荫罩板，电子束利用率大大增加，在同样条件下，色条管比色点管亮得多。色条管的缺点是，彩色电现较粗糙，它的细腻程度不如色点管。,（3）自会聚彩色显像管,在一字形排列时，并让最有影响的电子束位于中间，这样可以减少会聚误差，并且这种排列使边束会聚简单而且容易校正。（最有影响的电子束：早期从光谱看绿光对人眼影响最大，因此绿电子束居中，这里我们也介绍这些，后来在实践中发现失聚图像中红色镶边给人眼带来的影响最大，有些显像管就以红色电子束居中。）,采用了间隙开槽式荫罩板及条形荧光屏,荫罩板上开有细长的间隙微型槽，这样克服了栅网式荫罩板怕振动的缺点、增强了机械
16、强度；开槽式荫罩孔可提高电子通过率，同时可减少电子枪对荫罩板的轰击产生的热效应，并且使电子枪在垂直方向上的轰击误差不会影响彩色的重现，降低丁垂直方向的聚焦精度要求，提高了图像的稳定性。,采用了黑底技术，提高了图像质量,采用了精密环形偏转系统，不需要会聚电路,由于直线排列的三束电子位于同一水平面内，故不必考虑垂直方向的会聚误差。水平方向依靠以下几部分辅助器件的精心设计使三个电子束能自动聚焦在各自所对应的荧光粉上，而不需要采用电路调整措施。 A、 增设了三组磁环（二极纯磁铁、四极和六极磁环）完成静会聚和色纯度的调整。 B、 采用配套精密绕制的动会聚偏转线圈（出厂前已经与显像管一体），它的垂直偏转线圈成桶状分布，水平偏转线圈成枕形分布，来实行动会聚校正。 C、 在电子枪上增设磁增强器和磁分路器，对中束和边束电子偏转灵敏度进行调整。,彩色显像管的调整,自会聚彩管在管颈部位安放三组磁铁，第一组是纯磁铁，和色点管一样，它使三个电子束同时在任意方向上移动，以解决电子枪在装入管颈时与偏转中心不重合的问题；第二组由两片四极式磁铁组成，两片磁铁张开的角度可以调整，从而可以改变合成磁场的强度。在合成磁场的作用下，左右红、蓝两个边束可以等量反向移动。第三组由两片六极式磁铁组成，在此合成磁场作用下，左右红、蓝两边束等量同向移动。,
