图像质量与显示器性能(下).ppt

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1、平板显示器的参照物CRT,补充,3.7平板显示器的参照物CRT,CRT就是利用电子束轰击荧光屏，使其发光显示图像。广义来说示波器中的示波管、电视显像管都属于CRT这里专指日常生活中常见的黑白显像管和彩色电视机中的彩色显像管和监视器中的黑白或者彩色显示管,CRT包含三大部件：1发射电子，并将它们汇聚成细束的电子枪2使电子束在荧光屏上扫描的偏转系统3根据电子束能量强弱而发出不同亮度光的荧光屏,电子枪,偏转系统,荧光面,电子束,像素发光点,CTR结构示意图,一 荧光屏,1荧光粉发光机理一般的荧光粉的基质的能带宽度为Eg=36ev，为高绝缘体，对可见光是透明的。例如：ZnS的Eg=3.7ev，要使它在

2、电子轰击下发出可见的蓝光（能量为2.7ev），则必须使ZnS掺杂，形成发光中心荧光粉发光过程：被电子束激发的电子空穴各自先被施主杂质和受主杂质所俘获，然后复合发光。,可以看出荧光粉发光属于含杂质和缺陷的离子晶体受激发吸收能量再作光发射的量子过程。这个过程要求电子跃迁的能级差E必须和所发射的可见光的光子能量相同同种基质，掺杂不同杂质就可形成发出不同颜色可见光的荧光粉,ZnS：Ag，Cl复合发光模型,目前荧光粉的母晶体常用锌、镉、镁、钙、钇等的氧化物、硫化物和硅酸盐之类在母晶体中添加的活性剂常用银、铜、锰或稀土元素铕（Eu）等。当母体为离子性晶体时，如果母晶体与杂质金属离子的荷电量不一样，那么晶体

3、就不能保持电中性状态，这时除了激活剂之外还要添加其它适当物质来补偿电荷。这样的添加物质将与激活剂共同作用而形成稳定的发光中心，称之为共激活剂,荧光粉的符号表示法是在母晶体物质分子式的后面加“：”，再附记上激活剂的化学符号。当加有共激活剂时，则在激活剂后面加逗号，再加上共激活剂的化学符号，如上述的ZnS：Ag,Cl，其中ZnS为母晶体，Ag为激活剂，Cl为共激活剂。电子轰击荧光粉发光的理论上可能达到的最大效率为0.22，实验中达到的最高效率为0.25,常用CRT荧光粉的最大发光效率,2对荧光粉的主要要求和主要参量,（1）基本要求由于CRT是工作在10-4Pa高真空条件下，首先要求荧光粉蒸汽压低，

4、容易去气发光效率高余辉适当。余辉是指停止电子束轰击后光输出 减少到初始值10%所经历的时间。余辉小于1ms为短余辉，1100ms为中余辉，大于0.1s为长余辉。彩色显像管的荧光粉的余辉约为2ms能耐400氧化环境的焙烧，CRT中的荧光粉只能是无机质在电子轰击下稳定、寿命长。此处寿命是指发光效率降为初始值的一半时的时间，一般都可达几万小时,（2）主要参量亮度输出和发光效率。对于室内观看的显示屏亮度大于70cd/m2，发光效率的单位是lm/W，黑白显像管的屏发光效率大于35lm/W发光颜色和光谱黑白显像管希望发白光，需要采用颜色互补的两种荧光粉：发黄光的（Zn，Cd）S：Ag和发蓝光的ZnS：Ag

5、。配比是45：55，国内牌号为Y26，国外牌号为P4。这种荧光粉称为白场粉，在电子轰击下发白光彩色显像管采用红、绿、蓝三种荧光粉，它们的发光光谱决定了色度图中颜色三角形的面积和位置常用的三色荧光粉为：绿色荧光粉为ZnS：Cu，Al和Zn：Al的混合粉蓝色粉一直用ZnS：Ag红色粉现在多使用铕激活的氧硫化钇（Y2O2S：Eu）,荧光粉的光电特性：亮度输出与电子束电流电压的关系,其中：L为荧光粉屏面的亮度，Kb为比例系数，J为电子束电流密度，Va为显像管的阳极电压，Vo为死电压，当Va Vo时，荧光屏不发光。N为13，可取2代入,对于硫化物荧光粉L和J在低电流密度下成正比，当J20uA/cm2时，

6、就出现明显的饱和倾向，而稀土荧光粉看不到电流饱和效应,3荧光粉的涂敷工艺,为了使荧光屏发光均匀，荧光粉必须涂敷均匀，一般采用沉淀法，优点是均匀，厚度可控制，节省材料。缺点是周期长为了使荧光粉均匀牢固地沉淀在玻璃屏上，在荧光粉悬浮液中要加粘结剂和电解质作为粘结剂的时硅酸盐溶解在水中时和水分子组成很大的分子团，互相牵连，不易分散，不宜下沉荧光粉悬浮液中加入硅酸钾后，荧光粉颗粒往往带上负电荷，在下沉到屏表面时，由于负电荷间的斥力，将产生粘结不良，所以必须在水中加入少量电解质，打破大分子团，消除荧光粉所带的负电荷,4 蒸铝工艺,荧光粉是绝缘体，电子束打在荧光粉上是借二次电子发射达到电荷平衡的。二次电子

7、发射系数：,其中i1为入射电子，也称原电子，i2是被一次电子从固体中打出来的电子。是一次电子能量的函数。,1时，入射电子少于二次电子，屏上负电荷数目减少，局部电位上升，直至1曲线上在 Ep1、Ep2处有平衡点，Ep1处的平衡点不稳定，Ep2处的平衡点稳定如果不做蒸铝处理，电子束轰击荧光屏后最终将平衡在EP2处，而与阳极电压无关对于显像管中的荧光粉，EP2大约在6KV左右，有时称Ep2电位为粘住电位,蒸铝的好处：,1、使屏面的组成部分都处于阳极高压电位将铝膜蒸在荧光屏上，通过铝层又与内石墨层相通，这样便可将阳极电压加在荧光粉上，而不受粘住电位的影响2、防止离子斑显像管内虽然是高真空，但总会有残留

8、气体存在，形成负离子，负离子经过偏转磁场时，因其质量远大于电子，直接打在荧光屏中心。长期受负离子轰击，荧光粉被溅射而发黑，出现离子斑。蒸铝后，起到对负离子的阻挡作用。3、提高屏幕亮度荧光粉受到电子轰击后，所发出的光线象点光源一样四处发散。铝膜作为镜面将射向后方的光线反射给观众。,粘结在玻璃屏上的荧光粉层是比较粗糙的，必须先形成一个光滑的中间膜然后在中间层上蒸铝，才能获得较好的镜面反射层对中间膜的要求是要表面平滑，与荧光粉、铝膜以及玻璃粘附力大，蒸汽压低，以及可以用加热方法除去，常用硝化纤维和丙烯酸类树脂成膜工艺为：将含有上述有机物的若干成分配成乳胶，玻璃屏放在支架上旋转，点上乳胶加热即可,注意

9、：,蒸完铝膜之后，要在焙烧炉中400下氧化气氛中烧约1小时，有机物将受热分解掉。在这个过程中，铝膜也会部分氧化。但声称的AL2O3层是透明的，同时保护铝层不再继续往里氧化因此所蒸的铝膜要有一定厚度,二、电子枪,电子枪的功能：生成一束强度可调的聚焦电子束，在黑白显像管中是一把电子枪生成一个电子束，彩色显像管中是一把电子枪生成三个电子束,1发射电子的阴极原理：任何金属加热到足够高的温度都会有足够多的电子克服固体表面的阻力从固体逸出，成为热发射电子。热发射电流的密度JK与材料逸出功M和工作温度T的关系为：,里查森-德施曼金属热发射公式,k为波尔兹曼常数，Ao为发射常数，值为120.4Acm-2K-2

10、,逸出功对热发射电流影响很大，若T=1000K，逸出功减小1eV，则JK增加105倍，同样，若M保持不变，T由1000K增大到1500K，则JK增加104倍。但Tk的增加会引起材料的强烈蒸发，所以降低逸出功是重视研究阴极最重要的目标。,耐高温的纯钨曾作为阴极材料，钨的逸出功为4.52eV，要加温到24002700K才有显著发射，其效率只有6-8lm/W，且阴极本身发出耀眼亮光，无法在CRT中使用后来发明了氧化物阴极，电真空器件才得以大发展，氧化物阴极的逸出功只有12eV，工作温度可以低至950-1100K，发射效率可达100-250lm/W,结构有直热式和间热式。直热式加热电流直接流过基金属加

11、热涂在基金属上的氧化物阴极。但在显像管中要求等电位电子发射体，则必须采用间接式阴极。,间热式阴极,间热式阴极基金属为桶状，外表面涂有氧化物发射体，筒内为经过绝缘处理的加热体，称为热子或灯丝。显像管阴极是工作与断面发射的,（1）氧化物阴极的结构,（2）涂层材料,氧化物阴极的组成材料是BaO，SrO和CaO。单纯的BaO就可以获得满意的反射效果。但加入SrO形成固溶体后可以增加使用寿命。CaO的作用是为了增加涂层和基金属的结合能力。制作氧化物阴极的原材料是三元碳酸盐（Ba、Sr、Ca）CO3，而不是直接用(Ba、Sr、Ca）O，因为前者在空气中稳定，而后者在空气中容易和水蒸气结合形成发射能力极差的

12、氢氧化合物。碳酸盐加热可以分解为氧化物和二氧化碳，二氧化碳在抽气时可以被排除。,这三种碳酸盐之间的最佳质量分子比为：BaCO3：SrCO3：CaCO3=50：40：10称为三元碳酸盐。碳酸盐经过球磨后，用电泳或喷涂在基金属表面，形成厚度为几十微米厚的疏松多孔涂层。,（3）基金属,基金属除了起到机械支撑作用，还要能提供适当的激活剂以使得涂层中的BaO还原出自由钡间热式阴极几乎都用鎳作基金属。但鎳在阴极工作温度下还原BaO的速度很慢，所以还要掺入Si、Mg、Ca、Zr、Al、W等作为激活剂。对于显像管的阴极，圆筒部分可以用纯鎳，但涂碳酸盐的端面，俗称阴极小帽，必须用含激活剂的鎳皮。各种激活剂中Mg

13、为快速激活剂，W为慢速激活剂,（4）氧化物阴极的分解和激活,碳酸盐涂层并不具备热电子发射能力，在装入电子枪，显象管封口抽至高真空，并对玻璃壳和金属零件进行充分去气后，便可以对阴极进行如下处理：分解：通过灯丝加热使得阴极升温，从700K开始分解，首先是CaCO3，然后依次是碳酸锶 SrCO3，BaCO3：(Ba、Sr、Ca)CO3(Ba、Sr、Ca)O+CO2 起始的氧化物以晶粒形态存在，当温度升到1050K以后才形成氧化物固溶体，并且晶粒不断长大，激活剂扩散到表面不断使BaO还原出自由钡。通常分解最高温度是10001100K，直至阴极不再放气，分解过程完成,热激活。这个过程又称闪烁或 还原剂活

14、。把阴极加热到12001250K，维持数分钟，使基金属表面的激活剂与BaO反应生成自由钡：BaOMgMgBa生成的自由钡在高温下由界面向阴极表面扩散 电流激活。在阴极加热的同时，在阴极前第一个电极（栅极）上加相对阴极为正的电压获取电流。由于涂层有一定的电阻，当发射电流流过时在涂层上产生压降。产生的电场是由阴极表面指向界面，可以使Ba向基金属方向运动，并在到达界面时被还原成自由钡。钡原子则借助高温高压向涂层中扩散 电流激活的温度不超过1150K，应该尽可能在高真空度下进行。,（5）氧化物阴极的运用特性,氧化物阴极涂层是非金属的，支取电流将在涂层中产生压降，并使涂层发热，所以氧化物阴极的平均能支取

15、的电流密度只有0.11A/cm2。远小于它的发射能力。因为在脉冲工作状态下，电流密度可以达到100A/cm2氧化物阴极的发射能力受环境气氛影响很大，当显像管中的残余气体增多时，其中O2、H2O、CO2等都会与阴极表面的钡原子化合。使逸出功增加，发射能力下降。称为阴极中毒现象显像管的寿命终了，有80%是因为阴极Ba元素消耗过度造成的。,2加热阴极的灯丝,对加热阴极的灯丝有如下要求：在额定灯丝电压下，保证阴极正常工作温度热效率高启动速度快，在数秒内将阴极升温到工作温度间热式双螺旋快速启动黑化灯丝是显像管中的主流产品制作工艺：先用0.045mm铼钨丝在0.125mm鉬芯丝上绕成单螺旋，经在氢气炉中加

16、热定型后再绕成双螺旋，再一次烧氢定型。然后电泳上Al2O3绝缘层。溶去芯丝，再一次电泳Al2O3,黑化，最后于氢气气氛中1600烧结Al2O3，灯丝便制成了。灯丝工作温度为1320K,3.发射系统,电子枪由发射系统和投射系统两部分组成发射系统由阴极、调制极（也称栅极）与加速极三部分构成阴极发射电子，讨论时令其电位为零，调制极上加电压用于控制阴极电子发射，即调控电子束电流；加速极上加正电压，用于加速电子，将发射电子从阴极表面拉出来。这三个电极间距离很近，阴极与调制极间距只有0.10.14mm，调制极中央开有0.5mm的小孔，以让电子通过,4投射系统,投射系统也叫电子聚焦系统其任务是把交叉点成像在

17、荧光屏上形成亮斑。通常由一些同轴圆筒电极或带孔圆片电极组成，它的作用类似于光学中的会聚透镜。会聚能力也可以用焦距f表示投射系统的放大倍数M为：,式中：b为透镜到屏的距离，即像距，a为交叉点到透镜的距离，即物距。Vcr是交叉点的电位，Vb是荧光屏电压。,电子枪成像原理,投射系统的放大倍数受显像管设计上的各种制约，变化余地不大。例如缩短b可以减小M，从而使光斑变小，但这会使偏转灵敏度变小，偏转角变大。提高Vb会使M变小，但同时也降低了偏转灵敏度，并且还有电子枪机构上耐压问题。上式中M是不考虑像差的情况，也不考虑偏转散焦理想情况下的值。考虑像差的情况下M还要变大,5两种结构电子枪,（1）双电位电子枪

18、阴极K1、调制级M和加速极A1构成发射系统，形成交叉点，聚焦极A2和第三阳极A3构成投射系统，将交叉点成像于荧光屏上。,双电位电子枪,A1、A2间构成弱聚焦的预聚焦透镜，其作用是把交叉点的等效位置后移，使主聚焦透镜的物距a变长，以减少放大倍数。,（2）单电位电子枪其K、M、A1仍构成发射系统。在A1、A2间构成较强的预聚焦透镜。A2和A4等电位，都处于显像管最高电位,单电位电子枪结构,A3是聚焦电极，处于最接近阴极的电位，A2、A3、A4三者构成投射系统，为主聚焦透镜。这种枪的主要特点在于：透镜的会聚能力只取决于电极的机构尺寸，而与屏幕电压无关。,因为电视机的阳极高压是由行扫描逆程电压脉冲经升

19、压整流而成的，没有经过稳压，会随着支取电流不同而起伏。只要在设计和装配时将A2、A3、A4三个电极位置调整好，在以后的使用中就不必再调解,6.对电子枪的要求和主要参数,（1）对电子枪的要求束斑大小符合扫描线宽要求例如，对于对角线为40cm的显像管，光点直径不应大于0.42mm束流足够。为了屏幕有足够亮度，束流应该在50-200uA。屏幕电压随尺寸不同为10-20KV。屏幕增大，电压随之升高。调制特性陡。调制特性是指调制极电压对电子束电流的控制能力，曲线越陡，电视机中调制亮度的视放电压就可能越低。,最大发射电流。调制极与阴极同电位时，所获得的束电流为最大发射电流，主要用来检查阴极发射能力，表达式

20、为：Ikmax=KUko3/2其中，K为阴极系数，UKO为阴极调制时的截止电压截止电压。在阴极调制时，栅极电位为0，截止电压是指电子束被截止时阴极上的电压；在栅极调制时，阴极电位为0，截止电压是指电子束被截止时栅极上的电压,(2)电子枪的主要参数,判断电子束被截止的方法：a 光栅截止法。调节调制电压，使屏幕上光栅刚刚看不到时的电压b 光点截止法。调节调制极电压，现先将光栅调暗，停场扫描，使成一条横线，再调暗，停行扫描使成一光点。调整到光点刚好看不到时的调制电压。C 电子束流截止法。调节到电子束流为0.1uA时的调节电压为截止电压。工厂中用第一种方法，实验室中用第二第三中方法,调制方式。调制方式

21、指视频信号加在什么电极上。在电视机中主要采用阴极调制，只有在监视器中才是用栅极调制。阴极调制：将第一栅极接地，视频信号加在显象管阴极上，同步脉冲是正的栅极调制：是将阴极接地，视频信号加在栅极上，同步脉冲是负的。调制量。是阴极截止电压Uko与工作电流值下的阴极电压Uk1之差的绝对值，即：,调制特性。指电子束流大小随调制电压变化的曲线。因为改变阴极电压时，不止是改变阴栅极之间的电压，还同时改变电子束的加速电压。而在栅极调制时，改变栅压对加速电压没有影响，所以阴极调制时曲线陡度比栅极调制大电视用显象管对图像清晰度要求并不十分高，故大多采用低加速电压100120V的显象管，此时阴极调制方式比栅极调制方

22、式更优越,三 偏转系统,为了在显象管上显示图像，电子束必须从左到右，从上到下在屏幕上扫出一个光栅。从原理上讲利用电场或磁场都可以使电子束偏转实现扫描的功能显象管中偏转角大至90度、110度。屏幕尺寸又大，阳极电压也很高，若用电偏转，偏转电压将大于5000V，偏转畸变也无法解决。所以显像管都使用磁偏转，利用运动电子在磁场中受到的洛仑兹力使电子束偏转。,一般以横向均匀磁场作为偏转磁场，在小偏转角下具有良好的偏转特性,设磁场分布范围为l，强度为B，方向垂直于纸面，加速电压为Va，电子沿z轴入射。在均匀磁场中电子应做圆周运动,均匀磁场偏转,1电子在磁场中的运动,如果Va单位为V，B单位为GS，长度单位

23、用cm,则,可见在小偏转角（25度）下，偏转才是线性的,如果采用平面荧光屏，则屏上光点的偏移量在小角度下为：,电子束出偏转场后的轨迹直线往后延长与z轴的交点，在小偏转情况下处于偏转场的中心。该点称为偏转中心。可以认为电子在偏转中心处突然飞过角飞向屏幕，当偏转角变大时，偏转中心逐步向屏幕方向移动。,其中（=e/m）,加大磁场作用区域宽度l，可以提高偏转灵敏度，但l不能过大，否则电子束有被管颈切割使荧光屏出现暗角的危险偏转灵敏度与阳极电压的平方根成反比，高压对偏转灵敏度影响相对较小偏转灵敏度与荷质比有关，最轻的氢离子质量都比电子重约2000倍，当电子扫满屏时，偏转磁场对离子的偏转作用很微弱，都打在

24、屏幕中心一个很小范围内。偏转灵敏度和B，Va的平方根都有关系，在高分辨率显示时，如果扫描电流受干扰，或高压纹波不够小，都可能够引起显示的字符抖动或不清楚,2实际的偏转线圈,偏转线圈放在管颈与玻璃壳锥体的交界处，主体部分在管颈处。偏转线圈呈圆柱形，为了获得尽可能大的均匀磁场，将每个偏转线圈做成上、下两半对称地包紧在管颈上。这样圆柱形结构偏转线圈，要想保证内部磁场的均匀性，线圈匝数的角分布要满足一定关系,偏转线圈是由一对水平偏转线圈和一对垂直偏转线圈组成的，每组线圈由两个圈数相等、形状完全一样的互相串联或并联的绕组组成。水平偏转线圈放在垂直偏转线圈的里面，与管颈紧贴水平偏转线圈的两端向外翘起，形如

25、马鞍，也称鞍形线圈。垂直偏转线圈穿绕在磁环上，放在水平偏转线圈外，也称环型线圈。磁环为喇叭形由高导磁率的铁凎氧材料制成一对垂直偏转线圈采用磁通并联式结构。,垂直偏转线圈和水平偏转线圈,为了缩短管长，显像管可采用大偏转角偏转角：在偏转磁场的作用下电子束自偏转中心对屏幕对角线两端所张的角当偏转角从90度增加到110度的时候，管子总长可以缩小1/3左右，但偏转功率增加了23%，此时可以采用细管颈减小功率例如：当将管颈由直径365mm缩小到直径29.1mm时，偏转功率只有原来的56%但细管颈将导致电子枪零件缩小，像差增加，光点质量变坏，同时也容易发生电子枪极间打火,3偏转线圈的参量,（1）偏转灵敏度定

26、义：单位偏转信号值下，屏幕上光点所产生的位移量。其大小与阳极电压有关（2）偏转线性均匀偏转磁场只在偏转角小于25度下才是线性偏转，此时偏转灵敏度为常数。对于显像管来说，均匀偏转磁场产生非线性偏转，随着偏转角度的增大，偏转灵敏度变大，使一个线性偏转时的矩形光栅将变成枕形光栅，所以在大角度偏转下，均匀偏转磁场引起枕形畸变,（3）偏转功率指数行偏转的功率指数单位是mHA2。由于行偏转线圈在15.6 kHz频率下工作，阻抗主要是电感引起的，数值等于线圈的电感量乘上所需偏转峰峰值电流的平方场偏转功率指数单位为A2。等于线圈电阻值乘上所需偏转峰峰值电流的平方（4）偏转散焦由于进入偏转系统的电子束具有一定的

27、横截面，截面上各部分电子经过偏转场时，路径上磁场分布不同，受到的偏转量不同。使得电子束在某个方向上受到一个附加散焦或聚焦作用。这种现象称为偏转散焦。其后果是屏幕上各点光斑形状不一，聚焦情况不一。一般来说减小电子束半径便可减小偏转散焦,四玻璃外壳,玻璃外壳由芯柱、颈部、锥部和屏面四部分组成。管颈为一细长管子，内装电子枪玻璃锥体将荧光屏和管颈连接起来，内外均涂有石墨层石墨层的作用有三点：（1）内壁石墨层与高压阳极相连，形成等电位空间以保证电子高速运动（2）外壁石墨导电层接地，内外两层石墨层间形成电容，可供高压整流后滤波用（3）石墨层是黑色，可充分吸收管内的杂乱反射光，有助于提高图像对比度。,根据对

28、玻璃外壳应力的分析，玻璃外壳各处应力分布不均匀，平面四周受张应力，中间部分受压应力。玻璃是脆性材料，抗压性能很好，但抗张强度只有抗压强度的1/10因此屏面边缘部分由于受到张力最大，是玻璃外壳最薄弱的地方,（1）耐大气压力显像管工作于高真空，因此内外压差是一个大气压，即1kg/cm2的压力。对于29英寸的显像管屏面的面积为2700cm2，平面上所承受的压力为2.7吨。,其最重要的部分是屏面。黑白显像管玻璃外壳占成本的主要成分彩色显像管玻璃外壳占成本的50%玻璃外壳各部分最重要的是屏面，需要兼顾以下几点：,（2）防x射线辐射对于29英寸显像管，阳极电压30KV，电子轰击荧光屏的速度约为光速的三分之

29、一。高能电子突然受阻会发出0.050.06nm的x射线。所以必须有防护措施，以免伤害观众。在玻璃中掺入PbO（氧化铅）吸收x射线效果最好，因此在管颈和锥体部分的玻璃成分中掺入20%-30%的PbO防止x射线泄露。因为PbO在高能电子束轰击下会分解出Pb使屏幕发黑，所以屏面不能掺入PbO，而是掺入BaO和SrO,（3）透过滤合适玻璃表面的理论反射率为4%，透过显像管屏面两个表面后最大透过率为92%。为了提高画面的对比度，一般采用低透过率屏面，即取50%的透过率玻璃，称为烟玻璃。对比度提高是因为外光入射到屏面进入后又反射回来，要经过玻璃面两次，受两次衰减。而荧光粉发出的光只需要一次平面衰减。这样画

30、面的亮度虽然有所降低，但是外光的所用更弱，对比度提高,屏面玻璃最厚，略成矩形，为了抗压力，早期为球面，但视觉印象不好。后来逐渐向平面化大型化发展。其发展阶段为：FS（full square）全方屏，采用直线边缘SP（square Pare）即方屏，其曲率半径大于1R（1R=1.767对角线有效长度），各轴线上曲率半径不同，但屏边缘在一个平面上NF（new flat）新平屏，曲面为双曲面，用计算机优化，为高性能矩形屏SF（super flat）超平屏，对角线曲率半径为2R，周边曲率半径为3.5RPF（pure flat）纯平面屏，屏面完全平面化,（4）曲率半径,圆柱面屏与球面屏比较,荧光屏为圆柱

31、面形，荧光屏在垂直方向没有弧度，使画面中的建筑物之类不会变形，而球面形荧光屏会使画面中的建筑物变形。另外，圆柱面形荧光屏能有效地将天花板灯光反射到地上，而球面形荧光屏把天花板灯光反射到眼睛，这不但使人眼易疲劳，且使图像对比度下降,五.荫罩式彩色显像管,1彩色显像管的发展史在彩色显像管四十多年的发展过程中占主导地位的是荫罩式三枪三束、单枪三束和自会聚彩色显像管且前两种管因为结构复杂，所以自汇聚式占主导地位。,1949年美国无线电（RCA）公司生产出第一个屏面呈球形的三枪三束彩色显像管，此管偏转角为45O，有效屏面对角线尺寸762mm，外壳是金属的。三枪三束管后来虽然发展成玻璃壳，偏转角与屏面尺寸

32、也不断增大，但终因红、绿、蓝电子枪及荧光粉点呈“品”字形排列而引起会聚失真严重、调整复杂而被淘汰。为解决会聚问题，1968年日本索尼（SONY）公司研制成功单枪三束管，1972年美国无线电（RCA）公司研制成功自会聚管。这两种彩色显像管自问世以来，结构与工艺不断改进，性能不断提高，从粗管颈到细管颈，从普通荧光屏、直角平坦形到纯平荧光屏、从12寸小屏幕到34寸大屏幕，目前彩色显像管技术已达到十分完美的程度。,原理：三个电子枪呈品字形排列，三枪都向中心轴线倾斜11.5度，以求得静会聚。选色机构是一个荫罩，由厚度为的钢板制成，上面刻蚀出40多万个圆孔。荧光面是由40多万个红、绿、蓝荧光粉点组排列而形

33、成。每个圆孔下有一组荧光粉点，三个荧光粉点组成的三角形正好与三个电子枪组成的三角形互成镜面对称。根据小孔成像原理，保证了电子束扫描时每个电子枪发出的电子束只能打到屏面上确定基色的粉点上。,（1）三枪三束彩色显像管,三枪三束原理示意图,三枪三束管正常工作的重要条件是：三电子束沿荫罩面扫描时必须始终能会聚在荫罩面的一点上。这样才能使三束共同穿过统一荫罩孔分别打在一个粉点组的三个基色粉点上。但是如不采取特殊措施，必然发生三束在荫罩面上失去聚焦特性，因为：尽管三个电子枪对管轴是对称的，但由于制造上的公差，达到静会聚都很难通常即使中心达到了静会聚，随着偏转角的增大，三束的会聚点离荫罩越来越远三只电子枪虽

34、然是轴对称，但在圆周方向相互转过120度，所以各个电子枪相对偏转磁场都是不对称的，因此在荫罩面上扫出的三个光栅就会变形。,加上偏转磁场后，为使三束电子束扫描到荫罩面任何点处都保持会聚，必须采取动会聚措施。在行动会聚线圈和场动会聚线圈中加入具有特殊波形的会聚电流。调节十分复杂，而且随偏转角增大，动态失聚更加严重另外一方面荫罩将85%的电子截获变成了有害热能，只有15%的电子通过荫罩打在荧光粉上，亮度无法获得明显改善。,（2）单枪三束彩色显像管1968年由sony公司研发单枪三束管有三个阴极，但发射出的三束电子束都用同一个电子枪聚焦。三条电子束在同一个平面内呈一字排开，因此任何偏转状态下三条轨迹大

35、致保持在同一水平线上。只需要进行水平方向的动态会聚误差校正。,特点：R、G、B阴极独立，且水平一字形排列，加速极A1为预聚焦透镜，由聚焦极、阳极A2 和As组成主透镜。管颈内还设置了静会聚板，改变静会聚板的电位可实现良好静会聚。,垂直栅条选色,单枪三束管独创的垂直栅条选色，使分色板上有几百条垂直缝隙，每一条缝隙对应着一组R、G、B荧光粉条。由于无水平栅条阻碍，电子束透过率高,单枪三束管优点：图像亮度高，偏转功率低，结构简单，成本低其缺点为：条形栅刚性差，易颤动，影响图像清晰度柱形屏面耐压差，动会聚也不理想。在单枪三束管问世不到5年，美国研制出了能够自动校正会聚误差的彩色显像管。,（3）自会聚彩

36、色显像管自会聚彩色显像管完全取消动态会聚电路，只靠偏转磁场本身的特殊分布来实现会聚，调节非常简单，于黑白显像管同样方便，同时由于取消了会聚线路，节省成本,特点：一字形一体化电子枪条槽式荫罩板垂直粉条，荧光屏球面形状自会聚偏转线圈,荫罩板与荧光粉点,在荧光屏后面约1cm处，设有一块荫罩板，作用是确保R、G、B电子束只能击中相应的R、G、B荧光粉点，故荫罩板又称为选色板。荫罩板是由0.15mm厚的薄钢板制成，上面有规律地排列着40余万个槽孔（荫罩孔），每个荫罩孔对应着一组R、G、B三基色荧光粉点。荫罩孔按“品”字形规律交错排列，使荫罩板的机械强度及抗热变形性能增强。,2自会聚彩色显像管,自会聚管的

37、主要部件是：精密一字形一体化电子枪条槽形荫罩垂直粉条球面屏精密静态环形偏转线圈。出厂前自会聚管已与偏转线圈配套调准，固定成一体,（1）精密一字形一体化电子枪一字形：三只电子枪在同一水平面内排成直线一体化：三个电子枪之间的相对位置通过一组单片三孔调制极精确地定位并形成一个整体。该电子枪间的距离精度只取决制作电机模具的精度，与组装工艺无关,自会聚彩色显像管结构示意,一字形一体化电子枪结构,自会聚彩色显像管的电子枪结构,由图可见除了三个阴极独立外，调制极M和第一阳极A1均为开三个小孔的膜片；聚焦极和第二阳极A2均为带有开三孔膜片的椭圆筒。装配时以膜孔定位，所以电子束位置精度极高。,主透镜由聚焦极和第

38、二阳极A2组成但对于两根边束，由于聚焦极膜孔和第二阳极膜孔不同袖，使这两根边束在受到聚焦同时还以55分的倾角向轴弯曲，最后与中束会聚于荫罩上实现静会聚。,（2）精密绕制的偏转线圈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。水平方向的静会聚通过上述的偏孔透镜和静会聚磁铁来实现。水平方向的动会聚用特殊的非均匀磁场分布来实现因此偏转线圈绕组的导线应该精密地按一定位置来绕制,（3）色纯和静会聚磁件色纯度色纯度是指彩色显像管显示单基色光栅的纯净程度。具体地说，就是要求R、G、B电子束轰击对应的R、G、B荧光粉，而不轰击其它荧光粉,色纯原理,色纯度不良的故障现象:屏幕局部出现色斑,色

39、斑,色纯度不良原因及对策,1.荫罩板受热变形、松动-更换显像管2.偏转线圈前后位置偏差-移动偏转线圈3.电子枪在管颈内安装误差-调色纯度磁环4.受外部电磁场影响-设置消磁线圈,首先应保证显像管偏转中心与曝光中心重合。因为在涂敷R、G、B荧光粉时，采用曝光法来模拟电子束扫描，曝光时光源所在位置称曝光中心，R、G、B三个曝光中心构成一个曝光平面。因此，只有使偏转中心与曝光中心重合，才能确保色纯度良好，具体调整方法是移动偏转线圈在显像管管锥上的前后位置。由于显像管在制造过程中存在着工艺误差，造成电子枪在管颈内的安装位置与管颈轴线不重合，所以移动偏转线圈在显像管管颈上的位置只能使偏转平面与曝光平面重合

40、，但R、G、B偏转中心与R、G、B曝光中心不一定重合。为了校正这种误差，在管颈上套有一对色纯调整磁环。,对于条状荧光屏和一字形电子枪的彩色显像管，只需要一个水平色纯位移，因此使用一对二极磁铁即可。当两片恒磁圆环相对位置不变共同环绕管颈转动时，合成磁场强度不变，方向变化。当两片磁片作相反方向对称的转动时，合成磁场方向不变，强度变化。可以对三束电子束在任意方向上进行调整,色纯度调整磁环,色纯磁环,改变两片色纯磁环的位置，可使R、G、B电子束产生等量位移，从而使偏转中心与曝光中心重合，以获得最佳色纯度。,会聚,会聚：是指R、G、B电子束在任一扫描下，均能穿过同一个荫罩孔，以击中同一组R、G、B荧光粉

41、点。如果R、G、B电子束没有穿过同一个荫罩孔，则称发生了会聚误差。静会聚：是指R、G、B电子束在没有进行偏转时的会聚，也就是屏幕中心的会聚。动会聚：是指R、G、B电子束在扫描偏转过程中的会聚，也就是屏幕边缘四角的会聚。,会聚误差示意图,屏幕一个白色亮点分裂成R、G、B三色点或两种色点，或一条白色亮线分裂成R、G、B三色线或两种颜色线，像的轮廓将出图现彩色镶边现象。,静会聚不良原因：R、G、B阴极间隔误差、水平一字形排列误差，调整静会聚通常可用黑底白格的图像或十字线图像等，观察中央部位有无基色条散开现像。,静会聚,动会聚,会聚良好,白色线没有裂开,会聚不良现象,图像的轮廓将出图现彩色镶边现象,轮

42、廓镶边,静会聚磁铁解决偏孔透镜未校正好的静会聚误差，由两组磁极组成。第一组为四极磁铁，可以使左、右红蓝边束进行等量反响运动，调节两磁铁的夹角，可以改变边束的移动量。保持磁铁间夹角不变，同时进行旋转，可以改变两边束的移动方向。这样可以把两边束重合起来另一组为两片六极磁环组成，可以使红、蓝边束进行等量同方向移动。移动方向与移动量的调整同四极磁环的调整。先用四极磁环将两边束重合，然后再用六极磁环将两边束和中束重合，达到红、绿、蓝三束重合。,静会聚误差的调整,四极磁环的特点：使R、B两边束作等量反方向位移。调整时，让电视机屏幕显示方格测试图像，如果R、B两边束没有在水平、垂直方向聚合成紫色线条，则可调

43、整四极磁环，使之聚合成紫色线。六极磁环的特点：磁环磁场对G中束也没有影响，而使R、B两边束作等量同方向位移。当R、B两边束已经聚合成紫色线后，但没有再与绿束重合成白色线，此时可调整六极磁环，使之聚合成白色线。,静会聚的调整图案,步骤：接收白色十字线信号；先调四极磁环，后调六极磁环，反复调整。,（4）自会聚彩色显像管的动会聚,动会聚：指电子束偏转角较大，在荧光屏上表现为屏四周区域会聚的现象。,将枕形水平偏转磁场与筒形垂直偏转磁场相结合，可以获得自会聚偏转磁场，来校正动会聚误差。桶形磁场：离对称面越远磁场越强枕形磁场：离对称面越远磁场越弱,垂直偏转场桶形分布的作用,桶形分布磁力线的水平分量可使三条

44、电子束发生垂直偏转，完成正常的场扫描过程。垂直分量能使两个边束产生方向相反的水平偏移，使两个边束向左右分散开，且偏移量随磁场强度即偏转角的增加而增加。,桶形分布垂直偏转磁场会聚自校正,水平偏转磁场枕形分布的作用,经过筒形垂直偏转磁场校正和枕形磁场校正使得三束会聚，R、B光栅重合，G光栅偏小，称为彗差，彗差可用装在电子枪出口处的场控制器校正。,场控制器,场控制器用于校正由于偏转彗差造成的中央束光栅和边束光栅不重合的问题。其原理是利用导磁体使偏转磁场增强或者削弱。从而改变偏转量的大小，达到中束和边束光栅重合的目的为了控制偏转量增大或者减小，针对不同电子束分别使用磁增强器和磁分路器,磁增强器和磁分路

45、器：,磁增强器与磁分路器均设置在电子枪的顶端、高压阳极孔周围，利用了偏转线圈后方存在的水平和垂直偏转磁场的漏磁场。具体为：在中间绿束的高压阳极孔上下各放置一个高导磁率的圆片，使纵向磁场向绿束集中，加强了水平偏转量,使绿束水平偏转量增大一些,故称为中束磁增强器；在红、蓝两个边束的高压阳极孔两边各放置一个高导磁率的圆环，将行、场偏转磁力线旁路一些，使红蓝两边束和水平、垂直偏转量减少一些,故称为边束磁分路器，由于两个磁分路器的作用，使得绿束的横向磁场也得到增强，垂直偏转量增大一些。只要磁增强器和磁分路器的导磁系数、尺寸和位置合适，它们的综合作用能校正中束（绿）和边束（红、蓝）光栅大小的差别，使三个光

46、栅完全重合实现自会聚。,动会聚误差调整过程,3彩色显像管制造中的特殊工艺,（1）荧光粉的涂敷黑白显像管荧光屏的涂覆采用沉淀法，彩色显像管荧光屏的涂敷采用旋转涂覆法，利用粉浆的重力和离心力将荧光粉均匀地涂敷在屏内表面粉浆的配方包括：荧光粉、感光粉、增感剂、分散剂、消泡剂、浸湿渗透剂、乳化剂以及改善粉浆流动性的乙二醇感光剂和增感剂混合配制的胶膜有显著的感光固化作用，用紫外光照射时，曝光部分不溶于水。通常在涂敷荧光粉之前，为了使荧光粉和玻璃屏内表面粘结牢固，需要先涂一层预涂液。,（2）曝光台彩色显像管中电子枪、偏转系统和荧光粉点之间必须保持严格的关系，否则出现混色显像。彩色显像管荧光粉的涂敷是在专门

47、的曝光台上用光学方法实现的，是彩色显像管制造工艺的中心环节用与实际管子同一荫罩作为曝光的掩模板，以处于曝光中心的光源模拟真实显像管中偏转中心位置的电子束界面。以光源中心发出的光线模拟实际管子从偏转中心射出的电子束轨迹。,用荧光屏上光线的落点来模拟真实管子工作时电子的着屏，使荫罩孔后方具有光敏性的荧光粉膜曝光，产生不溶于水的结构。被荫罩不透光部分遮住的部分仍然溶于水，可以冲掉。从而获得与电子束着屏位置相对应的荧光粉粉点分布图。三基色荧光粉分三次进行涂敷。,（3）黑底技术,为了保证色纯，不同粉点之间留有空隙，荧光屏约25%30%的面积是不发光的。在不发光处涂黑色吸光物质可以将对比度提高40%深黑底

48、的石墨是在涂荧光粉之前进行的，也是利用荫罩做模板通过照相曝光，显影来完成的，但这里采用负片，即通过荫罩孔被曝光的部分在显影时被水冲走，未曝光部分作为黑底留下,（4）荫罩的制造,荫罩是彩色显像管的选色元件，而且在工艺上它是光学曝光法涂屏时的曝光模板，也是整管老炼打高压时的电极。,材料采用厚度为0.10.22mm的超低碳钢板（含碳量小于0.004），要求晶粒细小7.510um，导磁率高，矫顽力小，热膨胀系数小。对超高分辨率彩色显像管采用含36镍的殷钢，其膨胀系数只有普通荫罩的10。荫罩孔的尺寸与形状中心孔尺寸大写，越向四周孔尺寸越缩小，以限制大偏转角下的束斑尺寸。孔的形状为碗状的锥形，面向荧光屏的

49、大些，面对电子枪的小些，以防止孔壁截获的电子束散射到莹光屏上降低对比度。采用两面涂感光胶光刻工艺。由于荫罩板孔两面尺寸不一样，所以必须两面曝光刻蚀。冲压成型冲压前是平的钢板。刻蚀后在大冲床上冲压成型，使其曲率符合设计要求黑化在荫罩表面形成黑色的Fe3O4，在炽热的铁表面通过水蒸汽即可。黑化可防锈，同时由于黑化膜对电子的反射率低，可减轻荫罩对电子束的反射,（5）玻璃屏与锥体的封接,制作管子时玻璃屏面与玻璃锥体是分开制作的，在屏面内表面先涂敷上三基色荧光粉后，再安装荫罩板，而后再与锥体部分胶结在一起。玻璃屏与锥体封接采用低熔点结晶型焊料玻璃，是高含铅玻璃（PbO含量约75%），以1%1.5%的高粘

50、度硝棉溶液作为粘结剂，以醋酸戊脂为溶剂调成膏状，均匀地涂敷在锥体封接面上，干燥后，扣上屏，在430445恒温下保温1小时，使其溶化润湿封接面，同时发生再结晶。然后再加温到510，仍保持坚固的固体状态，然后能承受向后的去气烘烤温度，可以进行下一个工序。,（6）蒸铝膜,玻璃屏涂敷好荧光粉后，在与锥体封接前，也要涂有机膜和蒸铝膜。涂好有机膜后即可蒸铝，铝层厚度与工作电压有关，对于阳极电压为20KV的屏，铝膜厚度为200nm。彩色显像管工作期间，荫罩要截获80的电子并发热拱起影响色纯，铝膜黑化是提高荫罩散热效果的方法之一。可以在104 Pa低真空氮气氛下向亮铝层蒸铝可得疏松多孔的黑色铝膜，相当于空腔辐