CRT顯示器

CRT顯示器是一種使用陰極射線管(CathodeRayTube)的顯示器，通常是一台電腦的標準設備之一。早期的CRT顯示器只有綠色的一小塊，而如今20寸的CRT顯示器都司空見慣了。隨着尺寸的增加，CRT顯示器的顯示效果也在提高。

CRT顯示器和其他硬件設備一樣，經常會出現故障。但調查發現，真正由於質量差或自然損壞的故障只佔20%左右，大部分的故障是由於環境條件差和操作不當或管理不善導致的。可見環境條件和人為因素是造成顯示器故障的主要原因。 ^[1] 

除了某些特殊的場合還在使用CRT顯示器外，在絕大多數場合，它已經被輕薄、低功耗、低成本的液晶顯示器所取代。

隨着科技的發展，液晶顯示器的應用日益廣闊，已經廣泛應用於各種儀表、計算器、液晶電視、計算機、掌上電子玩具、手機等許多方面 ^[2]  。儘管液晶顯示器已經全面取代CRT成為電腦裝機的首選，但是在一些對色彩還原要求較高的行業，如醫療、冶金等，仍需要使用CRT顯示器進行作業 ^[3]  。

（1）模擬調節：模擬調節是在顯示器外部設置一排調節按鈕，手動調節亮度、對比度等一些技術參數。由於模擬器件較多，故障的幾率較大，而且可調節的內容極少，所以已銷聲匿跡。

（2）數字調節：數字調節是在顯示器內部加入專用微處理器，操作更精確，能夠記憶顯示模式，而且其使用的多是微觸式按鈕，壽命長，故障率低。

（3）OSD調節：OSD調節嚴格説算是數控方式的一種，能以量化的方式將調節直觀地反映到屏幕上。

（1）球面顯像管：球面管的缺陷非常明顯，在水平和垂直方向上都是彎曲的，邊角失真現象嚴重，隨着觀察角度的改變，圖像會發生傾斜，而且容易引起光線的反射，會降低對比度，對人眼的刺激較大。

（2）柱面顯像管：柱面顯像管採用柵式蔭罩板，在垂直方向上不存在任何彎曲，在水平方向上略有弧度。常見的柱面管可分為單槍三束和三槍三束管。

（3）純平顯像管：純平顯像管是CRT彩顯的發展方向，純平顯像管在水平和垂直方向上均實現了真正的平面，失真、反光都被減到了最低限，使觀看時的聚焦範圍增大。

CRT顯示器是靠電子束激發屏幕內表面的熒光粉來顯示圖像的，由於熒光粉被點亮後很快會熄滅，所以電子槍必須循環地不斷激發這些點。

首先，在熒光屏上塗滿了按一定方式緊密排列的紅、綠、藍三種顏色的熒光粉點或熒光粉條，稱為熒光粉單元，相鄰的紅、綠、藍熒光粉單元各一個為一組，學名稱之為像素。每個像素中都擁有紅、綠、藍(R、G、B)三基色。

CRT顯示器用電子束來進行控制和表現三原色原理。電子槍工作原理是由燈絲加熱陰極，陰極發射電子，然後在加速極電場的作用下，經聚焦極聚成很細的電子束，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就是熒光屏上的三基色。為此，電子槍發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，這些熒光粉單元分別發出強弱不同的紅、綠、藍三種光。根據空間混色法(將三個基色光同時照射同一表面相鄰很近的三個點上進行混色的方法)產生豐富的色彩，這種方法利用人們眼睛在超過一定距離後分辨力不高的特性，產生與直接混色法相同的效果。用這種方法可以產生不同色彩的像素，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的圖像。通常實現掃描的方式很多，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。事實上，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，是比較先進的一種方式。而隔行掃描中，一張圖像的掃描不是在一個場週期中完成的，而是由兩個場週期完成的。無論是逐行掃描還是隔行掃描，為了完成對整個屏幕的掃描，掃描線並不是完全水平的，而是稍微傾斜的。為此電子束既要作水平方向的運動，又要作垂直方向的運動。前者形成一行的掃描，稱為行掃描，後者形成一幅畫面的掃描，稱為場掃描。

然而在掃描的過程中，要保證三支電子束準確擊中每一個像素，就要藉助於蔭罩(Shadow mask)，它的位置大概在熒光屏後面(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。三支電子束經過小孔或細槽後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聚。

偏轉線圈(Deflection coils)可以協助完成非常高速的掃描動作，它可以使顯像管內的電子束以一定的順序，週期性地轟擊每個像素，使每個像素都發光，而且只要這個週期足夠短，也就是説對某個像素而言電子束的轟擊頻率足夠高，就會呈現一幅完整的圖像。

至於畫面的連續感，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。而每秒鐘可以進行多少次場掃描通常是衡量畫面質量的標準，通常用幀頻或場頻(單位為Hz，赫茲)來表示，幀頻越大，圖像越有連續感。24Hz場頻是保證對圖像活動內容的連續感覺，48Hz場頻是保證圖像顯示沒有閃爍的感覺，這兩個條件同時滿足，才能顯示效果良好的圖像。 ^[4] 

CRT顯示器的視頻帶寬可以看做每秒鐘所掃描的像素點數的總和，一般採用MHz（兆赫茲）為單位。屏幕分辨率越高，需要掃描的點數就越多，對電子槍掃描頻率的要求就更高，視頻帶寬也因此需要提高。一般來説，CRT顯示器工作頻率範圍在電路設計時就已經固定了，主要取決於高頻放大部分元件的特性，由於高頻電路的設計相對困難，因此成本也較高，同時還會產生一定的輻射。對於CRT顯示器而言，高頻處理能力越好，視頻帶寬所能達到的頻率越高，圖像穩定性也越好。CRT顯示器對視頻帶寬的要求，除了分辨率外，還和它的場頻有密切的關係。場頻是指CRT顯示器屏幕每秒鐘刷新的次數，又稱為垂直掃描頻率。當場頻過低時，人眼會感覺到屏幕有明顯的閃爍，圖像穩定性差，容易造成眼睛疲勞。CRT顯示器屏幕的場頻要達到75Hz以上人眼才不易出現閃爍感，但長時間注視必然會讓眼睛感到很累。

視頻帶寬不僅對顯示器壽命和故障率有影響，還對顯示器品質有重要影響。如果顯示器實際帶寬不足以支持用户設定的分辨率和場頻，則會使顯示的清晰度受到影響，從而影響顯示效果。顯示器對帶寬的要求可以用分辨率與場頻來計算：帶寬要求等於“水平分辨率×垂直分辨率×場頻”。但在實際情況中，顯像管電子束的掃描為了避免信號在掃描邊緣的衰減，保證圖像的清晰，其水平掃描的像素數和行掃描頻率均要比理論值高一些。所以，在計算帶寬的時候還應該除以一個“有效掃描係數”，一般取值為0.6～0.7。按照這個計算方法，分辨率為1024×768，垂直刷新頻率85Hz的屏幕設置，所需要的視頻帶寬約為106MHz。也就是説，能夠滿足這種顯示要求的CRT顯示器的視頻帶寬至少在106MHz以上。高端CRT顯示器最高的視頻帶寬已達到200MHz以上，如美格17英寸CRT顯示器中的796FDⅡ和796FDX5的視頻帶寬都達到了203MHz。

作為反映CRT顯示器掃描能力的綜合性指標，視頻帶寬在一定程度上代表了CRT顯示器的整體性能。簡單的判斷可以保證顯示器不至於超負荷工作，影響其使用和壽命。

CRT（Cathode Ray Tube陰極射線管）顯像管：主要由電子槍、Electron gun 、Deflection coils 、Shadow mask、 Phosphor。其原理是利用顯像管內的電子槍，將光束射出，穿過蔭罩上的小孔，打在一個內層玻璃塗滿了無數三原色的熒光粉層上，電子束會使得這些熒光粉發光，最終就形成了你所看到的畫面了。而CRT尺寸就是顯像管實際尺寸，也是通常所説的顯示器尺寸,其單位為英寸(1英寸=25.4毫米)。

蔭罩（Shadow mask）：是顯像管的造色機構，是安裝在熒光屏內側的上面刻有40多萬個孔的薄鋼板。蔭罩孔的作用在於保證三個電子共同穿過同一個蔭罩孔，準確地激發熒光粉，使之發出紅、綠、藍三色光,而蔭罩可分為孔狀蔭罩和條柵狀蔭罩兩種類型。

像素（Pixel）：是使用CRT技術的顯示器顯示圖像的最小單位,由一個紅（R）、綠（G）、藍（B）三種顏色的熒光點組成。

點距（Dot-Pitch）：主要是對使用孔狀蔭罩來説的，是熒光屏上兩個同樣顏色熒光點之間的距離。舉例來説，就是一個紅色熒光點與相鄰紅色熒光點之間的對角距離，它通常以毫米(mm)表示，見圖蔭罩上的點距越小，影像看起來也就越精細，其邊和線也就越平順。的15/17英寸顯示器的點距必須低於0.28,否則顯示圖像會模糊。條柵狀蔭罩顯示器（使用在SONY的特麗瓏或其它特殊顯像管上）則是使用線間距或是光柵間距，來計算其中熒光條之間的水平距離。由於點距和間距的計算方式完全不同，因此不能拿來比較，如果真的要比較點距和光柵間距，那麼光柵間距或水平點距會比點距稍微大一些。舉例來説一個0.25mm的光柵間距大約等於0.27mm的點距

場頻（Vertical Scan Frequency）：又稱為“垂直掃描頻率”，也就是屏幕的刷新頻率。指每秒鐘屏幕刷新的次數，通常以赫茲(Hz)表示，它可以理解為每秒鐘重畫屏幕的次數，以85Hz刷新率為例，它表示顯示器的內容每秒鐘刷新85次。行頻和場頻結合在一起就可以決定分辨率的高低。另外它與圖像內容的變化沒有任何關係，即便屏幕上顯示的是靜止圖像，電子槍也照常更新。垂直掃描頻率越高，您所感受到的閃爍情況也就越不明顯，因此眼睛也就越不容易疲勞。新標準規定，顯示器必須場頻達到85Hz時的最大分辨率，才是真正的最大分辨率

行頻（Horizontal Scan Frequency）：指電子槍每秒在熒光屏上掃描過的水平線數量，等於“行數×場頻”。顯而易見，行頻是一個綜合分辨率和場頻的參數，它越大就意味者顯示器可以提供的分辨率越高，穩定性越好。還是以800×600的分辨率、85Hz的場頻為例，顯示器的行頻至少應為“600×85=51kHz”。（注意行頻的單位是kHz）

視頻帶寬（Band Width）：視頻帶寬指每秒鐘電子槍掃描過的總象素數，等於“水平分辨率×垂直分辨率×場頻”。與行頻相比，帶寬更具有綜合性也更直接的反映顯示器性能，但通過上述公式計算出的視頻帶寬只是理論值，在實際應用中，為了避免圖像邊緣的信號衰減，保持圖像四周清晰，電子槍的掃描能力需要大於分辨率尺寸，水平方向通常要大25%，垂直方向要大8%，就是所謂的“過掃描係數”，所以實際視頻帶寬的計算公式為“水平分辨率×125%×垂直分辨率×108%”，即“行幀×135%”。如要顯示800×600的畫面,並達到85Hz的刷新頻率,則實際帶寬為“800×600×85×135%=55.1MHz”（帶寬單位為MHz）。

分辨率（Resolution）：分辨率就是屏幕圖像的密度，您可以把它想像成是一個大型的棋盤，而分辨率的表示方式就是每一條水平線上面的點的數目乘上水平線的數目。以分辨率為640×480的屏幕來説，即每一條線上包含有640個像素或者點，且共有480條線，也就是説掃描列數為640列，行數為480行。分辨率越高，屏幕上所能呈現的圖像也就精細。分辨率不僅與顯示尺寸有關，還要受顯像管點距、視頻帶寬等因素的影響。其標準的刷新頻率應該是75Hz或是更高，知道分辨率、點距和最大顯示寬度就能得出像素值。原理是彩色顯像管利用紅、綠、藍熒光點按不同比例合成出各種色彩。比如17″CRT一行中最多隻能容納1421組三原色，只能滿足1280個像素點的需要，因此這17″彩顯的理想分辨率是1024×768，勉強顯示1280×1024，不可能顯示1600×1200。標準顯像管的計算方法如下：最大顯示寬度÷水平點距=像素數，比如標準17″CRT的最大顯示寬度是320mm，標稱點距是0.28mm，那麼首先按0.28×0.866=0.243的公式計算出水平點距，然後再按320÷0.243=1316的公式得出像素數。

最大可視區域：是屏幕上可以顯示畫面的最大範圍，為屏幕的對角線長度。由於顯像管都是安裝在塑膠外殼內，且由於屏幕的四個邊都有黑框無法顯示，因此可視區域尺寸都會比顯像管尺寸稍微小一點。一般一台14英寸顯示器的實際顯示尺寸大約只有12英寸左右。

隔行和逐行：隔行掃描模式是—種掃描方式,當屏幕上顯示一幅畫面時，電子槍首先掃描完奇數行,再掃描偶數行，通過兩次掃描完成一幅圖像的更新，這種掃描方式通常非常閃爍。逐行掃描是另一種掃描方式,即當屏幕上顯示一幅畫面時，電子槍一次掃描完整幅圖像，這種掃描方式產生的閃爍較前一種更小。15英寸或更大的顯示器都為逐行掃描。 ^[4]