辅助阅读材料 第二章显示技术 第二章显示技术 显示技术主要有两种方式：阴极射线管(CT)、平板显示。阴极射线管 是传统的信息显示器件，它具有质量优良、制作和驱动简单、性价比较高等优点， 半个世纪以来一直在显示领域占有统治地位。但它同时也具有电压高、有软X 射线、体积大等缺点。在此状况下平板显示技术应运而生，发展迅速。平板显示 在国际上尚没有严格定义，一般指显示器的厚度小于显示屏幕对角线尺寸四分之 一的显示技术。平板按显示媒质和工作原理主要有液晶显示(LCD)、等离子体 显示(PDP)、电致发光显示(LED)等。 2.1阴极射线管 2.1.1黑白显像管 黑白显像管由电子枪、偏转系统、荧光屏和玻璃外壳组成，如图2.1所示。 视频信号加在电子枪上以调制电子束强度，被调制的电子束在偏转系统作用下， 在管内从上到下，从左到右依次偏转，在荧光屏上扫描出与被摄景物几何相似、 明暗对应的适合人眼视觉特性要求的光学图像。 荧光屏 管颈、 三 )偏转角度 电子枪 阳极相 图2.1黑白显像管示意图 1、电子枪 电子枪实现电子束的发射、控制和聚焦，有较多种类。 (1)双电位电子枪
辅助阅读材料 第二章 显示技术 第二章 显示技术 显示技术主要有两种方式：阴极射线管（CRT）、平板显示。阴极射线管 是传统的信息显示器件，它具有质量优良、制作和驱动简单、性价比较高等优点， 半个世纪以来一直在显示领域占有统治地位。但它同时也具有电压高、有软 X 射线、体积大等缺点。在此状况下平板显示技术应运而生，发展迅速。平板显示 在国际上尚没有严格定义，一般指显示器的厚度小于显示屏幕对角线尺寸四分之 一的显示技术。平板按显示媒质和工作原理主要有液晶显示（LCD）、等离子体 显示（PDP）、电致发光显示（LED）等。 2.1 阴极射线管 2.1.1 黑白显像管 黑白显像管由电子枪、偏转系统、荧光屏和玻璃外壳组成，如图 2.1 所示。 视频信号加在电子枪上以调制电子束强度，被调制的电子束在偏转系统作用下， 在管内从上到下，从左到右依次偏转，在荧光屏上扫描出与被摄景物几何相似、 明暗对应的适合人眼视觉特性要求的光学图像。 图 2.1 黑白显像管示意图 1、 电子枪 电子枪实现电子束的发射、控制和聚焦，有较多种类。 （1） 双电位电子枪 1
铺助阅读材料 第二章显示技术 % 2☑ Z☑ 如吧吧 @vo (0V)(-60-20V)(400V(0-300M9000v 图22双位电子枪 双位电子枪原理结构与各极电压如图2.2所示：灯丝(H)、阴极(K)、第 控制栅极(G1,或称调制极)、加速极(G2,或称屏蔽极，或称第一阳极A1) 构成发射系统，当灯丝加热，旁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。若加速电压U2为额定值时，改变第一控制橱极电压（或 阳极电压)，即可改变阴极表面电位，控制电子束流大小，当调制电压为截止电 压时，阴极电子因负电位全部返回阴极：相反，当合成电场为正时，大量阴极电 子发射并被加速。电子在加速极附近形成交叉点，其位置和大小随调制电压大小 而变化，此交叉点截面大小直接影响电视图像分辨率。加速极(G2)、聚焦极(G3, 或称第二阳极A2)和高压阳极(G4,或称第三阳极A3)构成聚焦系统。聚焦极 和高压阳极构成主聚焦透镜，将交叉点成像在荧光屏上，加速极和聚焦极构成弱 聚焦的预聚焦透镜。 (2)单电位电子枪 1G:案焦极 0-400V 0180 G 商压限费 (120V0 图2.3单电位电子枪 其结构如图2.3所示。灯丝(H)、阴极(K)、第一栅极(G1)、加速极(G2 或A1)构成发射系统，加速极、第二阳极(G3,或A2)、聚焦极(G4,或A3) 高压阳极(G5,或A4)构成聚焦系统。这种电子枪与双电位电子枪相比，在 G2和G4之间多加了一个高压阳极G3,这相当于在双电位电子枪的G2和G3 2
辅助阅读材料 第二章 显示技术 图 2.2 双位电子枪 双位电子枪原理结构与各极电压如图 2.2 所示：灯丝（Hf）、阴极（K）、第一 控制栅极（G1，或称调制极）、加速极（G2，或称屏蔽极，或称第一阳极A1） 构成发射系统，当灯丝加热，旁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。若加速电压UG2为额定值时，改变第一控制栅极电压（或 阳极电压），即可改变阴极表面电位，控制电子束流大小，当调制电压为截止电 压时，阴极电子因负电位全部返回阴极；相反，当合成电场为正时，大量阴极电 子发射并被加速。电子在加速极附近形成交叉点，其位置和大小随调制电压大小 而变化，此交叉点截面大小直接影响电视图像分辨率。加速极（G2）、聚焦极（G3， 或称第二阳极A2）和高压阳极（G4，或称第三阳极A3）构成聚焦系统。聚焦极 和高压阳极构成主聚焦透镜，将交叉点成像在荧光屏上，加速极和聚焦极构成弱 聚焦的预聚焦透镜。 （2） 单电位电子枪 图 2.3 单电位电子枪 其结构如图 2.3 所示。灯丝（Hf）、阴极（K）、第一栅极（G1）、加速极（G2， 或 A1）构成发射系统，加速极、第二阳极（G3，或 A2）、聚焦极（G4，或 A3）、 高压阳极（G5，或 A4）构成聚焦系统。这种电子枪与双电位电子枪相比，在 G2 和 G4 之间多加了一个高压阳极 G3，这相当于在双电位电子枪的 G2 和 G3 2
辅助阅读材料 第二章显示技术 之间多加了一个高压阳极，电位大幅增加，增强了预聚焦能力。电子束进入主透 镜（由G3、G4、G5构成）前，经过预聚焦作用变细，然后再经过主透镜的聚 焦，使电子束激发荧光屏产生的光电足够小。另外，由于聚焦极G4的电位大大 低于G3、G5,因此G4上的电位变化对电场影响作用减小了，这对显像管聚焦 特性的稳定和提高起到了良好的保障作用。单电位电子枪只要在设计装配时将三 电极位置调整好，在以后的使用中，对聚焦电压就不必进行调整，所以该电子枪 又称为自聚焦电子枪。 (3)对电子枪的基本要求 a.束斑大小应符合扫描线宽的要求，屏幕尺寸越大，对光电尺寸的要求越宽。 b.束流足够强。为保证屏幕有足够的亮度，束流应在50u4~200u4,屏幕电压 则为10kV~20kV,屏幕大的管子应取较大的束流与较高的电压。 ©.调制特性陡，如图2.4所示。调制特性曲线表征荧光屏上束流随调制极电压 UM的变化规律，调制特性曲线越陡，所需图像信号u的幅值越小。用调制量 来描写电子枪的调制特性，所谓调制量是指阴极从截止状态变化到正常工作 束流时，调制极电压的变化范围，即调制量△Uy=UMo-Uw,其中UMo为 截止电压，即束流降至0.5A时的调制极上所加负电压数值，U,为正常工作 时调制极上所加负电压数值。 图2.4显像管调制特性 2.偏转系统 为在显像管中实现在高阳极电压下的大角度偏转，才用磁偏转系统。在广播 电视系统中都采用单向匀速直线扫描，且规定电子束从上到下、从左到右形成矩 形光栅。我国采用PAL电视制式，每帧625行，每秒25帧：隔行扫描，每秒50 3
辅助阅读材料 第二章 显示技术 之间多加了一个高压阳极，电位大幅增加，增强了预聚焦能力。电子束进入主透 镜（由 G3、G4、G5 构成）前，经过预聚焦作用变细，然后再经过主透镜的聚 焦，使电子束激发荧光屏产生的光电足够小。另外，由于聚焦极 G4 的电位大大 低于 G3、G5，因此 G4 上的电位变化对电场影响作用减小了，这对显像管聚焦 特性的稳定和提高起到了良好的保障作用。单电位电子枪只要在设计装配时将三 电极位置调整好，在以后的使用中，对聚焦电压就不必进行调整，所以该电子枪 又称为自聚焦电子枪。 （3） 对电子枪的基本要求 a. 束斑大小应符合扫描线宽的要求，屏幕尺寸越大，对光电尺寸的要求越宽。 b. 束流足够强。为保证屏幕有足够的亮度，束流应在 μ 200~50 μAA ，屏幕电压 则为 10kV~20 kV，屏幕大的管子应取较大的束流与较高的电压。 c. 调制特性陡，如图 2.4 所示。调制特性曲线表征荧光屏上束流随调制极电压 UM的变化规律，调制特性曲线越陡，所需图像信号uM的幅值越小。用调制量 来描写电子枪的调制特性，所谓调制量是指阴极从截止状态变化到正常工作 束流时，调制极电压的变化范围，即调制量 M M 0 −=Δ UUU M ，其中 为 截止电压，即束流降至 U M 0 5.0 μA 时的调制极上所加负电压数值， 为正常工作 时调制极上所加负电压数值。 U M 图 2.4 显像管调制特性 2. 偏转系统 为在显像管中实现在高阳极电压下的大角度偏转，才用磁偏转系统。在广播 电视系统中都采用单向匀速直线扫描，且规定电子束从上到下、从左到右形成矩 形光栅。我国采用 PAL 电视制式，每帧 625 行，每秒 25 帧；隔行扫描，每秒 50 3
辅助阅读材料 第二章显示技术 场。每行水平扫描正程为52s,逆程为12s。场正程时间≥18.4m5,场逆程时 间≤1.6m5,垂直方向实际显示575行。行频为15625Hz,场频50Hz,如图2.5 所示。 奇数场正程扫描线、奇数场逆程回扫线 数场正程扫描线 数场逆程回扫线 奇数场3125行 闻数场3125行 懒扫描625行 图2.5扫描光栅 为了形成水平扫描线，根据左手定则可以看出：只有在垂直方向磁场的作用 下，可使电子束产生水平方向的偏转。当行频锯齿波电流流过一对水平线圈时 则电子束将按照广播电视所要求的那样从左到右在屏幕上进行偏转，形成水平扫 描线。同理，要形成垂直扫描线，只有在水平方向磁场的作用下，可使电子束产 生垂直方向的偏转。当场频锯齿波电流流过一对垂直线圈时，则电子束将按照广 播电视要求从上到下在屏幕上进行偏转，形成垂直扫描线。 偏转线圈套在管颈处，垂直偏转线圈由于工作频率低，所以可以将线圈绕在 环形磁环上，所需的安匝数较少：水平偏转线圈由于工作频率高，常采用空心的 鞍形线圈，所需的安匝数大。为提高水平灵敏度，总是将水平线圈放在垂直线圈 里面，且紧贴管颈。 为缩短显像管长度，采用大偏转角。所谓偏转角，是指在偏转磁场作用下， 电子束在屏幕对角线处的张角0。当偏转角从90°增大到110°，管长可缩短1/3
辅助阅读材料 第二章 显示技术 场。每行水平扫描正程为 52 μs ，逆程为 12 μs 。场正程时间≥18.4ms，场逆程时 间≤1.6ms，垂直方向实际显示 575 行。行频为 15625Hz，场频 50 Hz，如图 2.5 所示。 图 2.5 扫描光栅 为了形成水平扫描线，根据左手定则可以看出：只有在垂直方向磁场的作用 下，可使电子束产生水平方向的偏转。当行频锯齿波电流流过一对水平线圈时， 则电子束将按照广播电视所要求的那样从左到右在屏幕上进行偏转，形成水平扫 描线。同理，要形成垂直扫描线，只有在水平方向磁场的作用下，可使电子束产 生垂直方向的偏转。当场频锯齿波电流流过一对垂直线圈时，则电子束将按照广 播电视要求从上到下在屏幕上进行偏转，形成垂直扫描线。 偏转线圈套在管颈处，垂直偏转线圈由于工作频率低，所以可以将线圈绕在 环形磁环上，所需的安匝数较少；水平偏转线圈由于工作频率高，常采用空心的 鞍形线圈，所需的安匝数大。为提高水平灵敏度，总是将水平线圈放在垂直线圈 里面，且紧贴管颈。 为缩短显像管长度，采用大偏转角。所谓偏转角，是指在偏转磁场作用下， 电子束在屏幕对角线处的张角θ 。当偏转角从 900 增大到 1100 ，管长可缩短 1/3， 4
辅助阅读材料 第二章显示技术 偏转功率则增加为90时的123%。为了抑制偏转功率上升可将管颈缩小，例如 将管颈由p36.5mm缩小到p29.1mm,则偏转功率只需原来的56%。目前显像管 大多是大偏转角(90°，100°，110°)、细管颈。 3.荧光屏 荧光屏一般由玻璃基板、荧光粉层和铝层构成。 人眼的最大视角，水平方向约为17°，垂直方向约为13°，所以电视画面的 宽度与高度之比为4：3或5：4，我国取4：3，因此采用矩形玻璃基板作为屏面 为了减小环境光的影响，提高图像对比度，屏玻璃采用具有中性吸光性能的烟灰 玻璃。此外还要满足光洁度、均匀性、耐压力、耐张力和防爆性等方面的要求。 荧光粉层完成显像管内的光电转换功能，黑白显像管要求在电子轰击下荧光 粉发白光，一般采用颜色互补的两种荧光粉混合起来发白光。例如常用的P4荧 光粉，是将发黄光的ZnS、CdS[Ag]与发蓝光的ZnS[Ag]按45：55的比例混合起 来，发出白光，其光谱特性曲线如图2.6所示。余辉时间是荧光粉的重要特性参 数。余辉时间是指荧光粉在电子轰击停止后，其亮度减小到电子轰击时稳定亮度 的1/10所经历的时间。一般把余辉分成三类：余辉时间长于0.1s的成为长余辉 发光：余辉时间介于0.1s0.001s的称为中余辉发光：余辉时间短于0.001s的称 为短余辉发光。余辉太长，运动的画面会有拖影：余辉太短，荧光屏的平均亮度 会降低，电视用荧光粉要求具有中余辉发光。 2.1.2彩色显像管 彩色显像管利用三基色图像叠加原理实现彩色图像显示。荫罩式彩色显像管 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在1938 年提出的。荫罩式彩色显像管有三大类：第一类是三枪三束彩色显像管，由美国 无线电公司(RCA)公司与1950年研制成功。第二类是单枪三束彩色显像管， 由日本索尼公司于1968年研制成功。第三类是自会聚彩色显像管，它克服了三 枪三束管和单枪三束管的不足之处，美国无线电公司于1972年成功研制了第 只自会聚彩色显像管，自会聚彩色显像管经过不断改进，己已成为目前的主要产品。 1.三枪三束彩色显像管 三枪三束彩色显像管的原理如图27所示，荧光屏内壁涂有发光颜色为红 绿、蓝的荧光粉点，每一组三个红、绿、蓝荧光粉点排列成品字形，组成一个彩 5
辅助阅读材料 第二章 显示技术 偏转功率则增加为 900 时的 123%。为了抑制偏转功率上升可将管颈缩小，例如 将管颈由Φ 36.5mm缩小到Φ 29.1mm，则偏转功率只需原来的 56%。目前显像管 大多是大偏转角（900 ，1000 ，1100 ）、细管颈。 3. 荧光屏 荧光屏一般由玻璃基板、荧光粉层和铝层构成。 人眼的最大视角，水平方向约为 17º，垂直方向约为 13º，所以电视画面的 宽度与高度之比为 4：3 或 5：4，我国取 4：3，因此采用矩形玻璃基板作为屏面。 为了减小环境光的影响，提高图像对比度，屏玻璃采用具有中性吸光性能的烟灰 玻璃。此外还要满足光洁度、均匀性、耐压力、耐张力和防爆性等方面的要求。 荧光粉层完成显像管内的光电转换功能，黑白显像管要求在电子轰击下荧光 粉发白光，一般采用颜色互补的两种荧光粉混合起来发白光。例如常用的 P4 荧 光粉，是将发黄光的 ZnS、CdS[Ag]与发蓝光的 ZnS[Ag]按 45：55 的比例混合起 来，发出白光，其光谱特性曲线如图 2.6 所示。余辉时间是荧光粉的重要特性参 数。余辉时间是指荧光粉在电子轰击停止后，其亮度减小到电子轰击时稳定亮度 的 1/10 所经历的时间。一般把余辉分成三类：余辉时间长于 0.1s 的成为长余辉 发光；余辉时间介于 0.1s~0.001s 的称为中余辉发光；余辉时间短于 0.001s 的称 为短余辉发光。余辉太长，运动的画面会有拖影；余辉太短，荧光屏的平均亮度 会降低，电视用荧光粉要求具有中余辉发光。 2.1.2 彩色显像管 彩色显像管利用三基色图像叠加原理实现彩色图像显示。荫罩式彩色显像管 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在 1938 年提出的。荫罩式彩色显像管有三大类：第一类是三枪三束彩色显像管，由美国 无线电公司（RCA）公司与 1950 年研制成功。第二类是单枪三束彩色显像管， 由日本索尼公司于 1968 年研制成功。第三类是自会聚彩色显像管，它克服了三 枪三束管和单枪三束管的不足之处，美国无线电公司于 1972 年成功研制了第一 只自会聚彩色显像管，自会聚彩色显像管经过不断改进，已成为目前的主要产品。 1. 三枪三束彩色显像管 三枪三束彩色显像管的原理如图 2.7 所示，荧光屏内壁涂有发光颜色为红、 绿、蓝的荧光粉点，每一组三个红、绿、蓝荧光粉点排列成品字形，组成一个彩 5