CRT的工作原理

CRT顯示器(學(xué)名為“陰極射線(xiàn)顯像管”)是就是這樣一種裝置，它主要由電子槍(Electron gun)、偏轉線(xiàn)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，因為它的內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？當然，并不是直接將這三基色畫(huà)在熒光屏上，而是用電子束來(lái)進(jìn)行控制和表現的。

電子槍是如何工作的

這首先有賴(lài)于熒光粉層，在熒光屏上涂滿(mǎn)了按一定方式緊密排列的紅、綠、藍三種顏色的熒光粉點(diǎn)或熒光粉條，稱(chēng)為熒光粉單元，相鄰的紅、綠、藍熒光粉單元各一個(gè)為一組，學(xué)名稱(chēng)之為像素。每個(gè)像素中都擁有紅、綠、藍(R、G、B)三基色，根據我們剛才所說(shuō)的三基色理論，這就有了形成千變萬(wàn)化色彩的基礎。然而，怎樣把這三原色混合成豐富的色彩呢？ 　　

我們通過(guò)電子槍(Electron gun)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，沒(méi)錯，電子槍就好像手槍一樣，可以發(fā)射，不過(guò)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(chǎng)的作用下，經(jīng)聚焦極聚成很細的電子束，在陽(yáng)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)出強弱不同的紅、綠、藍三種光。根據空間混色法(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(guò)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(huà)面，而不斷變換的畫(huà)面就成為可動(dòng)的圖像。很顯然，像素越多，圖像越清晰、細膩，也就更逼真?？墒?，怎樣用電子槍來(lái)同時(shí)激發(fā)這數以萬(wàn)計的像素發(fā)光并形成畫(huà)面呢？

畫(huà)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(jué)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?zhuān)灰覀兊娜щ娮邮梢宰銐蚩斓叵蛩信帕姓R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，我們還需要偏轉線(xiàn)圈(Deflection coils)的幫助，通過(guò)它，我們可以使顯像管內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(shuō)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律的周期性運動(dòng)叫掃描運動(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(lái)制作彩色顯示器呀。沒(méi)錯，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(lái)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(guò)實(shí)驗研究發(fā)現，人類(lèi)的肉眼對紅、綠、藍三種顏色反應最靈敏（人眼所見(jiàn)的各種色彩是因為光線(xiàn)有不同波長(cháng)所造成的，肉眼對這三種波長(cháng)的感受特別強烈 ），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、藍三種顏色作為三基色，還分別用R、G、B三個(gè)字母來(lái)表示?，F在問(wèn)題來(lái)了，怎樣可以把這三基色的光表現出來(lái)呢，我們需要一個(gè)機電裝置來(lái)完成這一表現過(guò)程 　　

沒(méi)錯，因為有大量排列整齊的像素需要激發(fā)，必然要求有規律的電子槍掃描運動(dòng)才顯得高效，通常實(shí)現掃描的方式很多，如直線(xiàn)式掃描，圓形掃描，螺旋掃描等等。其中，直線(xiàn)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(tīng)到，事實(shí)上，在CRT顯示系統中兩種都有采用。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(chǎng)周期中完成的，而是由兩個(gè)場(chǎng)周期完成的。在前一個(gè)場(chǎng)周期掃描所有奇數行，稱(chēng)為奇數場(chǎng)掃描，在后一個(gè)場(chǎng)周期掃描所有偶數行，稱(chēng)為偶數場(chǎng)掃描。無(wú)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(xiàn)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動(dòng)，又要作垂直方向的運動(dòng)。前者形成一行的掃描，稱(chēng)為行掃描，后者形成一幅畫(huà)面的掃描，稱(chēng)為場(chǎng)掃描。 　　

有了掃描，就可以形成畫(huà)面，然而在掃描的過(guò)程中，怎樣可以保證三支電子束準確擊中每一個(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槽，它們和同一組的熒光粉單元即像素相對應。三支電子束經(jīng)過(guò)小孔或細槽后只能擊中同一像素中的對應熒光粉單元，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(huà)面的連續感，則是由場(chǎng)掃描的速度來(lái)決定的，場(chǎng)掃描越快，形成的單一圖像越多，畫(huà)面就越流暢。而每秒鐘可以進(jìn)行多少次場(chǎng)掃描通常是衡量畫(huà)面質(zhì)量的標準，我們通常用幀頻或場(chǎng)頻(單位為Hz，赫茲)來(lái)表示，幀頻越大，圖像越有連續感。我們知道，24Hz場(chǎng)頻是保證對圖像活動(dòng)內容的連續感覺(jué)，48Hz場(chǎng)頻是保證圖像顯示沒(méi)有閃爍的感覺(jué)，這兩個(gè)條件同時(shí)滿(mǎn)足，才能顯示效果良好的圖像。其實(shí)，這就跟動(dòng)畫(huà)片的形成原理是相似的，一張張的圖片快速閃過(guò)人的眼睛，就形成連續的畫(huà)面，就變成動(dòng)畫(huà)。