第1章_阴极射线管显示(CRT)

1931CIE色度图系统
2）色度的XYZ计色系统 由于1931CIE-RGB坐标系统中，出现了坐标负值，不 易理解，因此1931年CIE推荐了一个新的国际色度学系 统，1931CIE-XYZ系统，又称XYZ国际坐标制。在 XYZ系统中，X、Y、Z不是真实的三基色，而是假想 红、绿、蓝三基色或数学计算三基色。在该系统中， X、Y、Z均为正值，XYZ中只有Y（Y）基色分量一项 有亮度，令1（Y）的光通量 为1lm，而另外两个基色 不含有亮度，但其色度仍有X、Y、Z的比值确定，这样 X=Y=Z时仍代表等能白光。XYZ系统是由RGB系统推 导而来的。由于（X）和（Z）的光通量应为零， （X）、（Z）的连线应为光通量等于零的轨迹。在 RGB图中，这条无亮度线公式就应为
1.1、黑白CRT
四、扫描方式
在显像管中电子束的扫描是通过磁偏转来实现 的。在广播电视技术中，将一幅画面称为一 帧，并规定每秒传送25帧。每帧只要分解为几 十万个像素，这些像素又分割成625行，这样 每系就要传送25×625=15625行，要实现这样 的速度，必须采用电子扫描来实现。 按电子束运动的规则可分为直线扫描、圆扫 描、螺旋扫描等。在电视系统中，为了充分利 用矩形屏幕并使扫描设备简单可靠，采用了匀 速单向直线扫描方式，而单向直线扫描又分为 逐行扫描和隔行扫描两种方式。
（1）荫罩式彩色显像管
荫罩是一块刻有成千上万个孔的薄钢板。 荫罩孔的作用在于保证三个电子共同穿过 同一个荫罩孔，以激发荧光粉，使之发出 红、绿、蓝三色光。 孔状荫罩和沟槽状荫罩 由于电子束在轰击荫罩时会产生软X射线， 因此玻壳配方中掺入重金属，屏幕上为氧 化锶和氧化钡，玻壳内含有氧化铅。
主流中低档荫罩式显示器
1.1、黑白CRT
三、荧光屏
荧光屏一般由玻璃基板、荧光粉层和和铝膜层构成，也称作屏 幕。面玻璃尺寸宽度与高度之比有4：3、16：9等类型，习惯上 将屏幕对角线长度定为显像管的规格，用厘米（或英寸）表示。 为了减小环境光的影响，提高图像对比度，荧光屏玻璃采用具有 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、面张力和防爆等性能要求。 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。如将发蓝光的ZnS[Ag]与发黄光的ZnS、CdS[Ag]以55： 45的比例混合制得P4荧光粉，或直接采用单一白色荧光粉。荧光 粉的另一个重要参数是余辉时间，余辉时间定义为亮度减少到 1/10时所用的时间，余辉时间长于0.1秒的叫长余辉荧光粉，介于 0.1~0.001秒的称为中余辉荧光粉，短于0.001秒的称为短余辉荧 光粉。余辉太长运动画面会有拖影，余辉太短平均亮度降低，电 视采用中余辉荧光粉，示波器等则采用长余辉荧光粉。
1.1、黑白CRT
黑白显像管是通过电光转换重现电视图像 的一种窄束强流电子束管，是单色CRT。 主要用途是在电视机中显示图像。其基本 工作原理是：电子枪发射出电子束，电子 枪受阴极或栅极所加的视频信号电压的调 制，电子束经过加束极的加速，聚焦极的 聚焦，偏转磁场的偏转扫描到屏幕前面的 荧光涂层上，产生复合发光，最终形成满 足人眼视觉特性要求的光学图像。其结构 如图1.1所示。
1.1、黑白CRT
荧光粉采用沉淀法涂覆，把洗净烘干的玻璃屏放在涂 覆机上，玻璃屏的倾角和转速由涂覆机来控制。向玻 璃屏中心滴入加有醋酸钡等电解质的荧光粉和水玻璃 悬浮液，开启涂覆机使其均匀涂覆于玻璃基板上，经 烘干后即形成牢固的荧光粉层。 在荧光粉层表面蒸镀一层0.1~0.5μm的铝膜，并使其 与电子枪的阳极相连，可以提高图像显示性能。主要 优点为：可以防止负电荷积累导致的荧面电位下降， 从而限制了亮度的提高；铝可将荧光粉发向管内的光 线反射到观察者一侧，提高亮度；阻档负离子对荧光 层的轰击防止离子斑。 荧光粉的发光效率以每瓦电功率所获得的发光强度 计，输入的电功率是电子束电流（阴极电流（μA）与 阳极高压的乘积，发光强度为cd（坎德拉）。一般的 荧光粉发光效率都大于5cd/W，有的大于10cd/W，而 白炽灯的发光效率都不超过2cd/W。
1.1、黑白CRT
二、玻璃外壳 玻璃外壳由管颈、锥体和面玻璃三部分组成。管颈内部安 装电子枪。玻璃锥体将面玻璃和管颈连接起来，其张开角 φ代表最大电子束偏转角度。同样尺寸的荧光屏，偏转角 φ越大，管子长度就越短，可以减少电视机的厚度，国产 标准显像管主要有70°、90°、110°和114°等。玻璃 锥体内，外壁涂有石墨导电层。玻璃锥体壁上装有高压 帽，与内导电层相通，并与电子枪内的A2和A4阳极相 连。高压由高压帽输入到A2和A4，这样高压就不从管座 引入，其优点是可以降低管座绝缘材料的耐高压指标。玻 壳外涂层石墨与电视机的地相连并与高压帽绝缘，内外石 墨层在璃壳壁形成500~1000pf的高压电容器，兼作为高 压整流滤波电容。
即，当用1lm的红光做为基准时，要配出白光，需要4.507lm的绿光和0.0601lm 的蓝光，白光的光通量为5.6508lm。
任一彩色光F总可以通过下列配色议程配出
其中，R（R）、G（G）B（B）称为F的三色分 量，R、G、B称为三色系数，m称为色模，代表 F所含三基色单位总量，r、g、b称为色度坐标或 相对色系数，分别代表F所用三基色单位总量为 我时所需的各基色量的数值，
1.1、黑白CRT
五、逐行扫描
在电视系统中，摄像管与显像管电子枪外部都装有相 互垂直的行、场两对偏转线圈，线圈中分别流有行、 场锯齿电流。电子束在通过两个偏转磁场时，在荧光 屏上做从上到下、从左到右的匀速往复直线扫描动 动。我们将一行紧跟一行的抚摸方式称为逐行扫描， 在逐行扫描过程中，其图像信号的时间顺序与空间顺 序是一致的。 我国电视标准规定，行扫描的周期为64μs，其中行扫 描正程为52，行逆程为12μs。场扫描频率为50Hz， 即可适应人眼的暂留效应，克服闪烁感，又与电网频 率相同，达到消除干扰的目的。场扫描周期为20ms， 场扫描正程时间≥18.4ms，场扫描逆程时间 ≤1.6ms，要实现这样的指标，电视图像信号的通频带 要求达到11MHz以上。
1.1、黑白CRT
常用的黑白显像管电子枪包括5个以上的电极，即阴极（发射极） K，栅极（控制极）G，第一阳极（加速极）A1，第二阳极A2和 第三阳极A3级成聚焦极，第四阳极A4与A2内部相连组成高压电极 并且与管锥体内侧所涂石墨导电层相连至高压嘴处。 阴极表面涂有氧化物材料，当阴极被阴极里面的灯丝加热到约 800℃时，电子获得逸出功，大量电子从阴极表面发出，并对准栅 极的小圆孔飞行出去。电子飞出的多少，由栅极与阴极之间所加 的电压的大小决定，从而可以调制光点的亮暗。正常工作时，栅 极所加的电压比阴极低，从而对来自阴极的电子有排斥作用，只 有少量电子能通过栅极到达屏幕。栅极电压负到电子束电流为零 时的电压值称为截止电压，一般为-20~-90V。栅极与阴极间的距 离一般为1mm以下，栅极中心孔直径为0.6~0.8mm。 加速极呈圆盘状，中间也开有上孔，电压一般为300~450V。 聚焦极装在加速极后面，电压在0~450V之间可调，改变这个电 压，可以改变电子束聚焦的质量。 第四阳极与第二阳极施加8000~16000V的高压，使电子束以足够 高的速度轰击荧光粉发光。
1.1、黑白CRT
一、电子枪
1.1、黑白CRT
电子枪是显像管中极为重要的组成部分。电子 束的发射、调制、加速、聚集均由电子枪来完 成。显示管用电子枪属于弱流电子枪，由圆筒 电极、圆片和圆帽电极排列装配而成。一般分 为双电位电子枪（Bi-potential Focus, BPF）和 单电位电子枪（Uni-Potential Focus, UPF）。 UPF电子枪比BPF电子枪多一个高压阳极，聚 焦能力大大提高，在荧光屏上形成直径为 0.2mm左右的光点。
1.1、黑白CRT
隔行扫描示意图 （a）奇场光栅（b）偶场光栅（c）每帧光栅（d）行锯齿电流波形（e）场锯齿电流 波形
相加混色
相减混色
来自百度文库
（4）色度坐标系 为了使各种颜色可以通过人的视觉系统良好地重 现，人们建立了许多种色度坐标系，总的来说有 以下几种：
1）CIE-RGB计色系统 在色度学中，国际照明委员会（CEI）于1931年规定 了三基色（RGB）计色系统。该系统采用的三基色 是：波长700nm、光通量1lm的红光为一个红基色单 位，用（R）表示；波长546.1nm、光通量为4.5907lm 的绿光为一个绿色单位，用（G）表示；波长 435.8nm、光通量为0.0601lm的蓝光为一个蓝基色单 位，用（B）表示；等量的RGB能配出等能白光；
光电子技术 精品课程
§1 阴极射线管显示
光电子发光与显示技术
电子科学与技术 精密仪器与光电子工程学院
§1 阴极射线管显示
阴极射线管（Cathode Ray Tube, CRT）的发展 可追溯到1897年布朗的示波管，1938年德国人W. Fleching提出彩色显像管专利，1950年美国的 RCA公司研制出三枪三束荫罩式彩色显你管， 1953年实用化。20世纪60年代，玻壳由圆形发展 为角矩形管，尺寸由21英寸发展到25英寸偏转角 由70°增大到90°，荧光粉由发光效率较低的磷 酸盐型发展为硫化物蓝绿荧光粉和稀土类红色荧 光粉。70年代后，彩色显示管进行了一系列的改 进，荧光屏由平面直角发展到超平，纯平，尺寸 发展到主流29英寸以上，偏转角由90°增大到 110°，横纵比不断增大，采用自会聚管以提高 显示分辨率。近年来，高分辨率彩电已成为发展 方向。
孔状荫罩 优点：成本低 缺点：透过率50%，亮度、 对比度低，分辨率低
沟糟荫罩 优点：分辨率高， 透过率70%
荫栅式彩色显像管
条状荫栅由固定在一个拉力极大的铁框中的互相 平行的铁线阵列组成。 电子透过率达到95%以上
三菱三枪三束与SONY单枪三束
1.1. 黑白CRT
六、隔行扫描
我国电视信号通频带规定，图像信号带宽为6MHz。为 了达到即不占用很宽的频率带，又能够满足足够高的 扫描频率，以克服以闪烁现像，因此提出了2：1隔行 扫描的工作方式。隔行扫描即是把一帧分为两场来扫 描，每秒扫描50场。规定奇数行1，3，5，7…573 （显示行，其它为场逆程非显示行）的场为奇数场， 偶数行2，4，6，…574的场为偶数场。若采用奇、偶 两场均匀相互嵌套的话，即可以获得高的清晰度，又 能保证每帧扫描起点相同，两场的扫描锯齿电流规律 相同，大大降低了对扫描电路的要求。这就是奇数行 2：1隔行扫描方式。其扫描过程如图1.3所示。
XYZ在RGB系统中的位置
1.2、彩色CRT
彩色显像管采用红绿蓝（简称RGB）三基 色相加混色原理实现彩色图像的显示。 彩色显像管应能产生三束电子流，它们可 以是来自一个电子枪（单枪三束），也可 以来自三个电子枪（三枪三束）。 确保受三个基色信号控制的三束电子束准 确轰击相应的荧光粉，是彩色显像管技术 的关键。