CRT的工作原理

CRT顯示器(學(xué)名為“陰極射線顯像管”)是就是這樣一種裝置，它主要由電子槍(Electron gun)、偏轉(zhuǎn)線圈(Deflection coils)、蔭罩(Shadow mask)、高壓石墨電極和熒光粉涂層(phosphor)和玻璃外殼五部分組成。其中我們印象最深的肯定是玻璃外殼，也可以叫做熒光屏，因?yàn)樗膬?nèi)表面可以顯示豐富的色彩圖像和清晰的文字。CRT顯示器是怎樣將三基色原理用在其中的呢？當(dāng)然，并不是直接將這三基色畫在熒光屏上，而是用電子束來進(jìn)行控制和表現(xiàn)的。

電子槍是如何工作的

這首先有賴于熒光粉層，在熒光屏上涂滿了按一定方式緊密排列的紅、綠、藍(lán)三種顏色的熒光粉點(diǎn)或熒光粉條，稱為熒光粉單元，相鄰的紅、綠、藍(lán)熒光粉單元各一個(gè)為一組，學(xué)名稱之為像素。每個(gè)像素中都擁有紅、綠、藍(lán)(R、G、B)三基色，根據(jù)我們剛才所說的三基色理論，這就有了形成千變?nèi)f化色彩的基礎(chǔ)。然而，怎樣把這三原色混合成豐富的色彩呢？ 　　

我們通過電子槍(Electron gun)來解決這個(gè)問題，沒錯(cuò)，電子槍就好像手槍一樣，可以發(fā)射，不過發(fā)射的不是子彈，而是非常高速的電子束。其工作原理是由燈絲加熱陰極，陰極發(fā)射電子，然后在加速極電場的作用下，經(jīng)聚焦極聚成很細(xì)的電子束，在陽極高壓作用下，獲得巨大的能量，以極高的速度去轟擊熒光粉層。這些電子束轟擊的目標(biāo)就是熒光屏上的三基色。為此，電子槍發(fā)射的電子束不是一束，而是三束，它們分別受電腦顯卡R、 G、 B三個(gè)基色視頻信號電壓的控制，去轟擊各自的熒光粉單元。受到高速電子束的激發(fā)，這些熒光粉單元分別發(fā)出強(qiáng)弱不同的紅、綠、藍(lán)三種光。根據(jù)空間混色法(將三個(gè)基色光同時(shí)照射同一表面相鄰很近的三個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行混色的方法)產(chǎn)生豐富的色彩，這種方法利用人們眼睛在超過一定距離后分辨力不高的特性，產(chǎn)生與直接混色法相同的效果。用這種方法可以產(chǎn)生不同色彩的像素，而大量的不同色彩的像素可以組成一張漂亮的畫面，而不斷變換的畫面就成為可動(dòng)的圖像。很顯然，像素越多，圖像越清晰、細(xì)膩，也就更逼真?？墒牵鯓佑秒娮訕寔硗瑫r(shí)激發(fā)這數(shù)以萬計(jì)的像素發(fā)光并形成畫面呢？

畫面是如何形成的

科學(xué)家們想到了一個(gè)很聰明的辦法，其原理是利用了人們眼睛的視覺殘留特性和熒光粉的余輝作用，這就是我們即使只有一支電子槍，只要我們的三支電子束可以足夠快地向所有排列整齊的像素進(jìn)行激發(fā)，我們還是可以看到一幅完整的圖像的。大家不要懷疑，我們現(xiàn)在的CRT顯示器中的電子槍能發(fā)射這三支電子束，然后以非常非?？斓乃俣葘λ械南袼剡M(jìn)行掃描激發(fā)。 　　要形成非常高速的掃描動(dòng)作，我們還需要偏轉(zhuǎn)線圈(Deflection coils)的幫助，通過它，我們可以使顯像管內(nèi)的電子束以一定的順序，周期性地轟擊每個(gè)像素，使每個(gè)像素都發(fā)光，而且只要這個(gè)周期足夠短，也就是說對某個(gè)像素而言電子束的轟擊頻率足夠高，我們就會(huì)看到一幅完整的圖像。我們把這種電子束有規(guī)律的周期性運(yùn)動(dòng)叫掃描運(yùn)動(dòng)。

顯示器的掃描方式

CRT顯示器電子槍工作原理示意圖
理解了三基色，聰明的你一定會(huì)想到，可以用這樣一個(gè)原理來制作彩色顯示器呀。沒錯(cuò)，我們今天的色彩豐富的CRT顯示器正是由這個(gè)三基色原理制造出來的。剛才我們提到，三基色的選擇在原則上是任意的，但是通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，人類的肉眼對紅、綠、藍(lán)三種顏色反應(yīng)最靈敏（人眼所見的各種色彩是因?yàn)楣饩€有不同波長所造成的，肉眼對這三種波長的感受特別強(qiáng)烈 ），而且它們的配色范圍比較廣，用這三種顏色可以隨意配出自然界中的大部分顏色，因此在CRT顯示器中，選用紅、綠、藍(lán)三種顏色作為三基色，還分別用R、G、B三個(gè)字母來表示。現(xiàn)在問題來了，怎樣可以把這三基色的光表現(xiàn)出來呢，我們需要一個(gè)機(jī)電裝置來完成這一表現(xiàn)過程 　　

沒錯(cuò)，因?yàn)橛写罅颗帕姓R的像素需要激發(fā)，必然要求有規(guī)律的電子槍掃描運(yùn)動(dòng)才顯得高效，通常實(shí)現(xiàn)掃描的方式很多，如直線式掃描，圓形掃描，螺旋掃描等等。其中，直線式掃描又可分為逐行掃描和隔行掃描兩種，相信大家都經(jīng)常聽到，事實(shí)上，在CRT顯示系統(tǒng)中兩種都有采用。逐行掃描是電子束在屏幕上一行緊接一行從左到右的掃描方式，是比較先進(jìn)的一種方式。而隔行掃描中，一張圖像的掃描不是在一個(gè)場周期中完成的，而是由兩個(gè)場周期完成的。在前一個(gè)場周期掃描所有奇數(shù)行，稱為奇數(shù)場掃描，在后一個(gè)場周期掃描所有偶數(shù)行，稱為偶數(shù)場掃描。無論是逐行掃描還是隔行掃描，為了完成對整個(gè)屏幕的掃描，掃描線并不是完全水平的，而是稍微傾斜的，為此電子束既要作水平方向的運(yùn)動(dòng)，又要作垂直方向的運(yùn)動(dòng)。前者形成一行的掃描，稱為行掃描，后者形成一幅畫面的掃描，稱為場掃描。 　　

有了掃描，就可以形成畫面，然而在掃描的過程中，怎樣可以保證三支電子束準(zhǔn)確擊中每一個(gè)像素呢？這就要借助于蔭罩(Shadow mask)，它的位置大概在熒光屏后面(從熒光屏正面看)約10mm處，厚度約為0.15mm的薄金屬障板，它上面有很多小孔或細(xì)槽，它們和同一組的熒光粉單元即像素相對應(yīng)。三支電子束經(jīng)過小孔或細(xì)槽后只能擊中同一像素中的對應(yīng)熒光粉單元，因此能夠保證彩色的純正和正確的會(huì)聚，所以我們才可以看到清晰的圖像。 　　

至于畫面的連續(xù)感，則是由場掃描的速度來決定的，場掃描越快，形成的單一圖像越多，畫面就越流暢。而每秒鐘可以進(jìn)行多少次場掃描通常是衡量畫面質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，我們通常用幀頻或場頻(單位為Hz，赫茲)來表示，幀頻越大，圖像越有連續(xù)感。我們知道，24Hz場頻是保證對圖像活動(dòng)內(nèi)容的連續(xù)感覺，48Hz場頻是保證圖像顯示沒有閃爍的感覺，這兩個(gè)條件同時(shí)滿足，才能顯示效果良好的圖像。其實(shí)，這就跟動(dòng)畫片的形成原理是相似的，一張張的圖片快速閃過人的眼睛，就形成連續(xù)的畫面，就變成動(dòng)畫。