CRT显示器

CRT显示器

简介

CRT显示器学名为“阴极射线显像管”，是一种使用阴极射线管（Cathode Ray Tube）的显示器。主要有五部分组成：电子枪（Electron Gun）、偏转线圈（Deflection coils）、荫罩(Shadow mask)、高压石墨电极和荧光粉涂层(Phosphor)及玻璃外壳。它是应用最广泛的显示器之一，CRT纯平显示器具有可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、可调节的多分辨率模式、响应时间极短等LCD显示器难以超过的优点，而且价格更便宜。

原理

CRT显示器是靠电子束激发屏幕内表面的荧光粉来显示图像的，由于荧光粉被点亮后很快会熄灭，所以电子枪必须循环地不断激发这些点。

首先，在荧光屏上涂满了按一定方式紧密排列的红、绿、蓝三种颜色的荧光粉点或荧光粉条，称为荧光粉单元，相邻的红、绿、蓝荧光粉单元各一个为一组，学名称之为像素。每个像素中都拥有红、绿、蓝(R、G、B)三基色。



CRT显示器用电子束来进行控制和表现三原色原理。电子枪工作原理是由灯丝加热阴极，阴极发射电子，然后在加速极电场的作用下，经聚焦极聚成很细的电子束，在阳极高压作用下，获得巨大的能量，以极高的速度去轰击荧光粉层。

这些电子束轰击的目标就是荧光屏上的三基色。为此，电子枪发射的电子束不是一束，而是三束，它们分别受电脑显卡R、 G、 B三个基色视频信号电压的控制，去轰击各自的荧光粉单元。受到高速电子束的激发，这些荧光粉单元分别发出强弱不同的红、绿、蓝三种光。根据空间混色法(将三个基色光同时照射同一表面相邻很近的三个点上进行混色的方法)产生丰富的色彩，这种方法利用人们眼睛在超过一定距离后分辨力不高的特性，产生与直接混色法相同的效果。

用这种方法可以产生不同色彩的像素，而大量的不同色彩的像素可以组成一张漂亮的画面，而不断变换的画面就成为可动的图像。通常实现扫描的方式很多，如直线式扫描，圆形扫描，螺旋扫描等等。其中，直线式扫描又可分为逐行扫描和隔行扫描两种。事实上，在CRT显示系统中两种都有采用。

逐行扫描是电子束在屏幕上一行紧接一行从左到右的扫描方式，是比较先进的一种方式。而隔行扫描中，一张图像的扫描不是在一个场周期中完成的，而是由两个场周期完成的。无论是逐行扫描还是隔行扫描，为了完成对整个屏幕的扫描，扫描线并不是完全水平的，而是稍微倾斜的。为此电子束既要作水平方向的运动，又要作垂直方向的运动。前者形成一行的扫描，称为行扫描，后者形成一幅画面的扫描，称为场扫描。

然而在扫描的过程中，要保证三支电子束准确击中每一个像素，就要借助于荫罩(Shadow mask)，它的位置大概在荧光屏后面(从荧光屏正面看)约10mm处，厚度约为0.15mm的薄金属障板，它上面有很多小孔或细槽，它们和同一组的荧光粉单元即像素相对应。三支电子束经过小孔或细槽后只能击中同一像素中的对应荧光粉单元，因此能够保证彩色的纯正和正确的会聚。

偏转线圈(Deflection coils)可以协助完成非常高速的扫描动作，它可以使显像管内的电子束以一定的顺序，周期性地轰击每个像素，使每个像素都发光，而且只要这个周期足够短，也就是说对某个像素而言电子束的轰击频率足够高，就会呈现一幅完整的图像。

至于画面的连续感，则是由场扫描的速度来决定的，场扫描越快，形成的单一图像越多，画面就越流畅。而每秒钟可以进行多少次场扫描通常是衡量画面质量的标准，通常用帧频或场频(单位为Hz，赫兹)来表示，帧频越大，图像越有连续感。24Hz场频是保证对图像活动内容的连续感觉，48Hz场频是保证图像显示没有闪烁的感觉，这两个条件同时满足，才能显示效果良好的图像。

成像分析

CRT显示器的视频带宽可以看做每秒钟所扫描的像素点数的总和，一般采用MHz（兆赫兹）为单位。屏幕分辨率越高，需要扫描的点数就越多，对电子枪扫描频率的要求就更高，视频带宽也因此需要提高。一般来说，CRT显示器工作频率范围在电路设计时就已经固定了，主要取决于高频放大部分元件的特性，由于高频电路的设计相对困难，因此成本也较高，同时还会产生一定的辐射。

对于CRT显示器而言，高频处理能力越好，视频带宽所能达到的频率越高，图像稳定性也越好。CRT显示器对视频带宽的要求，除了分辨率外，还和它的场频有密切的关系。场频是指CRT显示器屏幕每秒钟刷新的次数，又称为垂直扫描频率。当场频过低时，人眼会感觉到屏幕有明显的闪烁，图像稳定性差，容易造成眼睛疲劳。CRT显示器屏幕的场频要达到75Hz以上人眼才不易出现闪烁感，但长时间注视必然会让眼睛感到很累。

视频带宽不仅对显示器寿命和故障率有影响，还对显示器品质有重要影响。如果显示器实际带宽不足以支持用户设定的分辨率和场频，则会使显示的清晰度受到影响，从而影响显示效果。显示器对带宽的要求可以用分辨率与场频来计算：带宽要求等于“水平分辨率×垂直分辨率×场频”。但在实际情况中，显像管电子束的扫描为了避免信号在扫描边缘的衰减，保证图像的清晰，其水平扫描的像素数和行扫描频率均要比理论值高一些。

所以，在计算带宽的时候还应该除以一个“有效扫描系数”，一般取值为0.6～0.7。按照这个计算方法，分辨率为1024×768、垂直刷新频率85Hz的屏幕设置，所需要的视频带宽约为106MHz。也就是说，能够满足这种显示要求的CRT显示器的视频带宽至少在106MHz以上。高端CRT显示器最高的视频带宽已达到200MHz以上，如美格17英寸CRT显示器中的796FDⅡ和796FDX5的视频带宽都达到了203MHz。

作为反映CRT显示器扫描能力的综合性指标，视频带宽在一定程度上代表了CRT显示器的整体性能。简单的判断可以保证显示器不至于超负荷工作，影响其使用和寿命。

技术参数

1、CRT（Cathode Ray Tube阴极射线管）显像管：

主要由电子枪、Electron gun 、Deflection coils 、Shadow mask、 Phosphor。其原理是利用显像管内的电子枪，将光束射出，穿过荫罩上的小孔，打在一个内层玻璃涂满了无数三原色的荧光粉层上，电子束会使得这些荧光粉发光，最终就形成了你所看到的画面了。而CRT尺寸就是显像管实际尺寸，也是通常所说的显示器尺寸,其单位为英寸(1英寸=25.4毫米)。

2、荫罩（Shadow mask）：

是显像管的造色机构，是安装在荧光屏内侧的上面刻有40多万个孔的薄钢板。荫罩孔的作用在于保证三个电子共同穿过同一个荫罩孔，准确地激发荧光粉，使之发出红、绿、蓝三色光,而荫罩可分为孔状荫罩和条栅状荫罩两种类型。

3、像素（Pixel）：

是使用CRT技术的显示器显示图像的最小单位,由一个红（R）、绿（G）、蓝（B）三种颜色的荧光点组成。

4、点距（Dot-Pitch）：

主要是对使用孔状荫罩来说的，是荧光屏上两个同样颜色荧光点之间的距离。举例来说，就是一个红色荧光点与相邻红色荧光点之间的对角距离，它通常以毫米(mm)表示，见图荫罩上的点距越小，影像看起来也就越精细，其边和线也就越平顺。的15/17英寸显示器的点距必须低于0.28,否则显示图像会模糊。条栅状荫罩显示器（使用在SONY的特丽珑或其它特殊显像管上）则是使用线间距或是光栅间距，来计算其中荧光条之间的水平距离。由于点距和间距的计算方式完全不同，因此不能拿来比较，如果真的要比较点距和光栅间距，那么光栅间距或水平点距会比点距稍微大一些。举例来说一个0.25mm的光栅间距大约等于0.27mm的点距

5、场频（Vertical Scan Frequency）：

又称为“垂直扫描频率”，也就是屏幕的刷新频率。指每秒钟屏幕刷新的次数，通常以赫兹(Hz)表示，它可以理解为每秒钟重画屏幕的次数，以85Hz刷新率为例，它表示显示器的内容每秒钟刷新85次。行频和场频结合在一起就可以决定分辨率的高低。另外它与图像内容的变化没有任何关系，即便屏幕上显示的是静止图像，电子枪也照常更新。垂直扫描频率越高，您所感受到的闪烁情况也就越不明显，因此眼睛也就越不容易疲劳。新标准规定，显示器必须场频达到85Hz时的最大分辨率，才是真正的最大分辨率

6、行频（Horizontal Scan Frequency）：

指电子枪每秒在荧光屏上扫描过的水平线数量，等于“行数×场频”。显而易见，行频是一个综合分辨率和场频的参数，它越大就意味者显示器可以提供的分辨率越高，稳定性越好。还是以800×600的分辨率、85Hz的场频为例，显示器的行频至少应为“600×85=51kHz”。（注意行频的单位是kHz）

7、视频带宽（Band Width）：

视频带宽指每秒钟电子枪扫描过的总象素数，等于“水平分辨率×垂直分辨率×场频”。与行频相比，带宽更具有综合性也更直接的反映显示器性能，但通过上述公式计算出的视频带宽只是理论值，在实际应用中，为了避免图像边缘的信号衰减，保持图像四周清晰，电子枪的扫描能力需要大于分辨率尺寸，水平方向通常要大25%，垂直方向要大8%，就是所谓的“过扫描系数”，所以实际视频带宽的计算公式为“水平分辨率×125%×垂直分辨率×108%”，即“行帧×135%”。如要显示800×600的画面,并达到85Hz的刷新频率,则实际带宽为“800×600×85×135%=55.1MHz”（带宽单位为MHz）。

8、分辨率（Resolution）：

分辨率就是屏幕图像的密度，您可以把它想像成是一个大型的棋盘，而分辨率的表示方式就是每一条水平线上面的点的数目乘上水平线的数目。以分辨率为640×480的屏幕来说，即每一条线上包含有640个像素或者点，且共有480条线，也就是说扫描列数为640列，行数为480行。分辨率越高，屏幕上所能呈现的图像也就精细。分辨率不仅与显示尺寸有关，还要受显像管点距、视频带宽等因素的影响。其标准的刷新频率应该是75Hz或是更高，知道分辨率、点距和最大显示宽度就能得出像素值。原理是彩色显像管利用红、绿、蓝荧光点按不同比例合成出各种色彩。比如17″CRT一行中最多只能容纳1421组三原色，只能满足1280个像素点的需要，因此这17″彩显的理想分辨率是1024×768，勉强显示1280×1024，不可能显示1600×1200。标准显像管的计算方法如下：最大显示宽度÷水平点距=像素数，比如标准17″CRT的最大显示宽度是320mm，标称点距是0.28mm，那么首先按0.28×0.866=0.243的公式计算出水平点距，然后再按320÷0.243=1316的公式得出像素数。

9、最大可视区域：

是屏幕上可以显示画面的最大范围，为屏幕的对角线长度。由于显像管都是安装在塑胶外壳内，且由于屏幕的四个边都有黑框无法显示，因此可视区域尺寸都会比显像管尺寸稍微小一点。一般一台14英寸显示器的实际显示尺寸大约只有12英寸左右。

10、隔行和逐行：

隔行扫描模式是—种扫描方式,当屏幕上显示一幅画面时，电子枪首先扫描完奇数行,再扫描偶数行，通过两次扫描完成一幅图像的更新，这种扫描方式通常非常闪烁。逐行扫描是另一种扫描方式,即当屏幕上显示一幅画面时，电子枪一次扫描完整幅图像，这种扫描方式产生的闪烁较前一种更小。15英寸或更大的显示器都为逐行扫描。