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1、 CRTCRT显示技术曾叱咤风云显示技术曾叱咤风云今天逐渐人老珠黄，是今天逐渐人老珠黄，是否能再觅春天否能再觅春天 ？ 第三章第三章 CRT显示原理显示原理 1、CRT显示的基本原理显示的基本原理 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。向，依次轰击不同部位的荧光粉使之发光。我们所看到的显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电信号变成荧光屏上按空间分布的亮度随电信号
2、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。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阴极射线致发光的基本理论（1）复合发光模型）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，从而常常产生光电导现象，因此，复合发光又称光电导型发光。相对而言，复合发
3、常常产生光电导现象，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。光余辉较长，一般称为磷光。晶态发光体的复合发光的特点：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典型的阴极射线致复合发光体能带模型基质基质激活激活剂剂协同激活剂协同激活剂协同激活剂构成的协同激活剂构成的陷阱能极陷阱能极S-构成的满带构成的满带Zn+构成的导带构成的导带激活剂构成的局激活剂构成的局部基态能级（发部基态能级（发光中心）光中心）激活剂构成的局激活剂构成的局部能级的激发态部能级的激发态斯托克斯损失斯托克斯损失 实际上，晶格点处的原子实际上，晶格点处的原子(或离子或离子)并不
4、完全静止在平衡位置上，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。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）分立发光的位形坐标模型 分立发光的特点是能量的吸收和辐射发生在晶体单分子中的激活剂附近，也分立发光的特点是能量的吸
5、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）。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）阴极射线发光体的发光动力学 由于晶态发光体的发光机由于晶态发光体的发光机构比较复杂，致使其发光在激构比较复杂，致使其发光在激发时的增长和激发停止后的衰发时的增长和激发停止后的衰落，虽有某种规律，但却相当落，虽有某种规律，但却相当复杂。复杂。 研究发光体发光的增长和衰落的理论。研究发光体发光的增长和衰落的理论。发光动力学发光动力学发光的增长和衰落的规律，特别是长余辉的哀落过程，发光的增长和衰落的规律，特别是长余辉的哀落
6、过程， 一般分三种类型：一般分三种类型： 发光增长呈抛物线，然后趋于饱和，衰减规律则呈双曲线。发光增长呈抛物线，然后趋于饱和，衰减规律则呈双曲线。 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。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。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）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电子穿透深度 当具有一定能量的一次
7、电子，射向晶态发光体表面时，将发生三种情况；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：弹性散射： 一次电子在发光体表面受到点阵原子的碰撞而离开发光体。但只改变方一次电子在发光体表面受到点阵原子的碰撞而离开发光体。但只改变方向，没有任何能量损失。向，没有任何能量损失。非弹性散射非弹性散射 一次电子入射到发光体表面时因碰撞而损失部分能量，改变了运动方向。一次电子入射到发光体表面时因碰撞而损失部分能量，改变了运动方向。弹性散射、非弹性散射、穿透进入发光体弹性散射、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，电子一次电子进入发
8、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，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近乎球
9、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，出现了一个度也增加，球形区域离开表面较远，出现了一个狭长的颈部狭长的颈部。穿透进入发光体穿透进入发光体二次电子发射二次电子发射 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，如果这些电子从轰击电与原子核结合较松的电子脱落出来，如果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。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
10、时，沿着它们的途径产生二次电子，二次电子一部分从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。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二次电子的密度随一次电子穿透深度而变化。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。降低，发光效率降低。 二次电子产生的数量
11、近似地与所在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。电子途径的终点附近。二次电子的发射率对二次电子的发射率对发光显示十分重要发光显示十分重要二次电子发射比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。发射出来的二次电子与入射电子的数量之比。二次电子发射比二次电子发射比随一次电子电压随一次电子电压U的变化曲线：的变化曲线： 当入射电当入射电子能量非常子能量非常低时，它们低时，它们产生的二次产生的二次电子数量很电子数量很少，能量也少，能量也很低，
12、这些很低，这些电子很难克电子很难克服表面力从服表面力从发光体表面发光体表面逸出，二次逸出，二次电子发射非电子发射非常少，常少，1，屏充负电屏充负电 随着入射随着入射电子能量增电子能量增加，表面力加，表面力已显得不重已显得不重要，二次电要，二次电子发射明显，子发射明显，增加。增加。 当入射电子当入射电子能量增加时，能量增加时，其穿透深度也其穿透深度也将增加，在那将增加，在那里产生的二次里产生的二次电子因离表面电子因离表面较远而将不能较远而将不能抵达表面。这抵达表面。这就导致我们所就导致我们所观察到的发射观察到的发射降低。降低。屏工作起屏工作起始电压始电压屏工作极屏工作极限电压或限电压或粘着电压粘
13、着电压3、CRT基本组成及工作原理基本组成及工作原理CRT通常由三个基本组成部分：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）；电子枪（由加热灯丝、阴极及控制电极等组成）；偏转系统；偏转系统；荧光屏荧光屏 电子枪电子枪 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。弱及粗细。阴极电子的发射阴极电子的发射（电子源的产生，子弹的生成）（电子源的
14、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：中的两种热阴极： 直热式直热式 旁热式旁热式发射系统发射系统 电子枪发射系统主要由阴极、调制极和加速极电子枪发射系统主要由阴极、调制极和加速极组成组成。其。其作用作用是产生强度足够大而是产生强度足够大而且可以控制的电子流，并将电子流进行预聚焦。且可以控制的电子流，并将电子流进行预聚焦。 当灯丝加电、旁热氧化物阴极达到工作温度时，大量电子获得逸出功，从阴极当灯丝加电、旁热氧化物阴极达到工作温度时，大量电子获得逸出功，从阴极发射而出，由
15、阴极发射而出，由阴极(K)、调制极、调制极(M)和加速极和加速极(A)三个极的电压形成的合成电场，控三个极的电压形成的合成电场，控制着阴极电子的发射。当三电极合成电场为正时，电子枪处于正常工作状态，此时制着阴极电子的发射。当三电极合成电场为正时，电子枪处于正常工作状态，此时大量阴极电子发射并被加速，为下一步的电子轰击提供基础。然而，当调制电压降大量阴极电子发射并被加速，为下一步的电子轰击提供基础。然而，当调制电压降到一定程度使合成电场为负时，阴极电子因负电位将全部返回阴极，电子束电流为到一定程度使合成电场为负时，阴极电子因负电位将全部返回阴极，电子束电流为零，此电压被称为零，此电压被称为电子枪
16、的截止电压电子枪的截止电压，一般为负几十伏到负一百多伏，它是电子枪，一般为负几十伏到负一百多伏，它是电子枪设计中一个非常重要的参数。设计中一个非常重要的参数。 电子流的控制：电子流的控制： 在阴极在阴极(K)、调制极、调制极(M)和加速极和加速极(A)三个极系统电场作用下，对从阴极发射的电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，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。改变发射系统的预聚集能力。预聚焦：预聚焦：聚焦系统（主聚焦透镜）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，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
