电视原理-第6章--电视显示器原理

1CUC12008第六章电视显示器原理石东新[e-mail]中国传媒大学信息工程学院CUC22008彩色电视显示器件:CRT（显像管）LCD（液晶显示器）PDP（等离子体显示器）DLP(数字光处理）CUC32008一、黑白显像管第一节第一节CRTCRT显像管显像管显像管重现图像的原理：CUC420081、黑白显像管的结构黑白显像管的结构分三部分：管体、管内部分、附属的管外部分。（1）管体（真空）由玻璃制成，分管颈、锥体、管屏三部分；（2）管内部分----电子枪、（除高压阳极外，其他电极和管脚相接）、荧光屏；（3）附属的管外部分---行场偏转线圈、中心位置调整磁片。CUC52008高压阳极的高压由锥体壁上的高压嘴进入（和高压帽相接）。锥体内的石墨导电层和高压阳极相接，形成等电位空间，使电子束按直线射至荧光屏。锥体外表面的石墨导电层和地相接，作用：防止玻壳外表面积累静电荷；和内表面石墨导电层构成电容，对高压起滤波作用。CUC620082、电子枪的作用作用：发射电子流、调制电子流、聚焦电子流和加速电子流。结构：五极式电子枪：调制极（控制栅极）、第一阳极（加速极）、第二阳极、第四阳极、第三阳极（聚焦极）。2CUC72008说明：五极式电子枪用于黑白显象管，还有四极式电子枪（无第二阳极），用于彩色显象管（高压达22至27KV，防止和加速极之间打火）。（A）灯丝F--加热阴极；（B）阴极K（发射电子80～100V直流电压）,加负极性信号；（C）控制栅极G（调制极，开孔圆筒，使电子束截止，电压0V）；CUC82008（D）加速极A1（第一阳极，300至400伏，和控制栅极、阴极构成聚焦的第一电子透镜(浸没透镜)，使从阴极平行发出的电子束在栅极和加速极之间形成一个聚焦点---------交叉点）；CUC92008（E）第二阳极A2、第三阳极（聚焦极）A3、第四阳极A4（第二阳极和第四阳极各为一节金属圆筒，中间有第三阳极即聚焦极，二、四阳极加相同电压（8000至16000伏）。第二阳极和加速极为预聚焦透镜（双电位透镜，第二电子透镜），第二阳极第四阳极和聚焦极组成起主要聚焦作用的透镜（单透镜，第三电子透镜）。第三阳极加100至+450伏。调节电压可达到聚焦。CUC102008对电子枪的要求：（1）能产生足够大的高速电子束-----以得到足够高的亮度；（2）要有足够细小的电子束聚焦点----以获得高分解力；（3）有陡峭的调制特性曲线（电子束电流和栅阴极间电压的关系）-----使小的图像信号电压变化可获得高对比度图像。CUC1120083、显像管的调制特性和电视系统的总传输特性1)显像管的调制特性电子束电流iK和控制极(栅极)－阴极间电压ugk的关系：说明（1）正常工作时，ugk为负值，即控制极电压低于阴极电压；（2）iK随ugk增大而增大；（3）加速极电压UA增大，iK也要增大；（4）通常UA是固定值，ugk0为截止电压（和加速极电压有关），iK和ugk为指数关系。）（gkKufi=γ）（0gKgKKuuKi−=VHVLECUC1220082）显像管的电-光变换特性显像管的电光变换特性是重现的亮度BP和加到显像管控制极(栅极)－阴极间电压ugk的关系，它包括显像管的调制特性和荧光屏的发光特性。由于荧光屏的发光特性基本呈线性，所以，调制特性就能表示电光转换特性。303γ）（gKgKPuuKB−=3CUC132008说明：（A）偏压的调节，应使图像信号为消隐电平时，电子束刚好截止。设消隐电平为0伏，显像管的电光变换特性为UP为加给显像管的图像信号电压，γ3为显像管的γ值。（B）通常黑白显像管γ=2.2，彩色显像管γ=2.8。303γ）（gKgKPuuKB−=33γPgkPUKufB==）（（C）实际电视接收机采用阴极激励方式----控制栅极接固定电压（如0伏），阴极加比栅极高的偏压和负极性图像信号。CUC1420083、电视系统的总传输特性总传输特性是指从景物亮度BS到重现亮度BP的光-电-光特性要求为线性，即：KB=BSPγ11γSSBKU=1(1)γ=电视系统包括三个环节：（1）摄像器件的光-电变换景物亮度BS到图像信号电压US，即摄像器件的光-电变换特性：BSBPUSUPCUC152008（2）电信号的传输图像信号电压US到显像管的激励电压UP，即传输通道的电-电传输特性：，为通道的γ值，它可以人为的设计和调整，使整个系统为线性。22γSPUKU=2γCUC162008（3）显像管的电-光变换特性显像管的激励电压UP到重现亮度BP。电视系统的总传输特性：重现图像亮度BP和景物亮度BS的关系。γ为电视系统的非线性系数，γ=1，重现图像亮度和景物亮度成正比，无亮度层次失真。33γPPUKB=γγγγγγγSSPKBBKKKB==321323123321γγγγ=CUC172008若γ≠1，会产生亮度失真；若γ≠1的恒定值，出现的亮度失真称为均匀性亮度失真。其中：γ1----暗扩张，亮压缩失真，称均匀性白压缩；γ1----暗压缩，亮扩张失真，称均匀性白扩张。CUC182008电视系统的γ校正目的：使整个系统的γ=1，通常在摄像机里进行。γ1=1，γ3=2.2（黑白显像管）或2.8（彩色显像管）γ2=0.45（黑白摄像机）或0.35（彩色摄像机）。由摄像机中设置非线性放大器实现。4CUC192008彩色显像管根据结构不同有:三枪三束管单枪三束管(加速极、聚焦极和高压阳极是公共的）自会聚管（为三枪三束型）二、自会聚彩色显像管CUC202008三枪三束管三枪三束管CUC212008CUC222008CUC232008单枪三束管加速极、聚焦极和高压阳极是公共的。CUC2420085CUC252008一自会聚管的构造特点1、采用精密一字形排列的电子枪三支电子枪按水平一字形排列，并采用一体化结构，即每支枪有各自的阴极、控制极、加速极、聚焦极和高压阳极，但除阴极外，均采用单片或单圆筒的三孔结构。自会聚管CUC262008SONY特丽珑显像管的电子枪CUC272008优点：（A）三条电子束定位明确，聚焦一致。（B）独立阴极一字形排列，而且间距小，会聚误差小。（C）管颈细,偏转功率小。2、使用开槽荫罩和短条状荧光粉优点：亮度和对比度高。原因：荫槽孔大；荧光屏采用黑底技术，即在荧光粉条以外的屏面上涂以石墨层，使其不反射杂散光。CUC2820083、采用特别绕制的动会聚自校正型偏转线圈偏转线圈产生的磁场能使三条电子束实现偏转，同时，自动达到动会聚（磁场按一定的非均匀规律分布）。CUC292008介绍几个名词：色纯：指基色光栅的纯净程度。每一电子束只轰击自己的荧光粉，称为色纯良好。色纯不好将出现彩色混淆。CUC302008会聚：三条电子束在同一荫槽孔处会合。会聚不好（色纯没问题），图像边缘出现基色分裂。静会聚：偏转角较小时（荧光屏中央区域）的会聚。动会聚：偏转角较大时（荧光屏边角区）的会聚。6CUC312008二、自会聚彩色显象管的工作原理1、涂屏工艺CUC3220082、色纯调节用两片色纯磁环形成强度可调的垂直磁场，使三条电子束受到在水平方向的作用力而同时移动。对于条状荧光粉和电子枪一字形排列的显像管，色纯调节只需三条电子束在垂直管轴平面上作水平位移。CUC332008CUC3420083、静会聚调节静会聚误差也是显像管制造误差引起的；调整原理也是外加磁场修正每条电子束的路径，使三条电子束在荧光屏中央区域会合于同一荫罩孔。采用两片四极磁环和两片六极磁环实现。用黑底白格图像调试。CUC352008CUC3620087CUC3720084、动会聚屏四周区域的会聚误差称为动会聚误差。产生的原因：三支电子枪的空间位置不同，加上荫罩板的曲率半径不等于电子束的偏转半径。即使实现了静会聚，在屏四周区域，三条电子束也不可能在同一个荫罩孔中会聚。特点：偏转角越大，会聚误差越严重。实现动会聚办法：让R、B两个边束有所散开，使会聚点向荫槽板推移。而且偏转角越大，散开量越大。采用非均匀磁场分布。CUC382008CUC392008CUC402008CUC412008CUC4220088CUC432008CUC442008三彩色显像管的白平衡及调整彩色显像管白平衡：当彩色显像管在显示黑白图像时，或者显示彩色图像中的黑白景物时，即只要三个基色信号电压幅度相等，不出现任何彩色色调。摄像机白平衡：当拍摄黑白图像，或者彩色图像中的黑白景物时，输出的三个基色信号电压幅度相等。彩色显像管白平衡不好的原因：（1）三支电子枪调制特性（束电流和控制栅极基色电压的关系）的斜率、截止点不同；（2）三色荧光粉发光效率不同。白平衡调整又分为暗平衡调整和亮平衡调整两方面。CUC452008CUC4620081、暗平衡及调整暗平衡实质上是指低亮度区域的白平衡，对于自会聚彩色显像管，三个电子枪只有阴极是独立的，可单独改变电压，因此采用改变三个阴极的偏置电压，使三个电子枪都在基色消隐电平截止。一般需用三个电位器进行各自调整。CUC4720082、亮平衡及调整亮平衡是指高亮度区域的白平衡。调整方法：改变三基色激励信号的幅度，即用三基色信号的幅度大小来补偿调制特性曲线斜率的不同和荧光粉发光效率的差异。例如，红荧光粉发光效率低，就应增大红基色信号的幅度。一般只需两个电位器用来调整两个视频放大器（例如绿、蓝）的增益。CUC4820089CUC492008第二节彩色液晶显示器件1、什么是液晶液晶（液态晶体，LiquidCrystal，简称LC），是一种介于固体与液体之间，具有规则性分子排列的有机化合物。构成液晶材料分子呈细长的棒状，长度约几纳米，宽度约十分之几纳米。CUC502008液晶的特点：具有晶体的特性：各向异性，但液晶分子的排列不像晶体那样完全有序、坚固，因此，外界微弱的电场、磁场、温度等刺激都极易改变液晶分子的排列方向，从而改变液晶的光学性质。液晶显示器件即是基于这一特性。用于显示器件的液晶是可工作于室温的热致液晶，它在常温范围内呈现液晶性质，高温或高寒环境不能工作。CUC5120083、液晶的分子如何排列?向列型平均方向近晶型胆甾型CUC522008向列型nematics向列型平均方向其捧状分子的位置虽无规则，但棒状分子平行排列。CUC532008近晶型smectics近晶型棒状分子分层排列，但每层分子排列方向一致。CUC542008胆甾型胆甾型cholesterics分子排列是多层重叠而成，每层内的分子排列与向列型液晶相似，但各层间分子排列方向发生一定的偏转；10CUC552008CUC5620082、液晶的物理特性---各向异性（1）自然光和偏振光z光的电矢量和磁矢量的方向均垂直于波的传播方向。z常用电矢量代表光矢量（即光的振动方向）。z一般光源同时存在各个方向的光矢量，并在所有的方向上电场强度的振幅都相等，这样的光称为自然光。z线偏振光（简称偏振光）：在传播过程中，光矢量方向只在某一固定方向上的光。z自然光可以用两个光矢量是相互垂直、大小相等、相位无关联的线偏振光表示。CUC572008z起偏器：能使自然光成为线偏振光的装置。起偏器是一种偏振片，它将一种特殊的材料涂在透明薄片上，能吸收某一方向的光振动，而只让与这个方向垂直的光振动通过。起偏器允许通过的光矢量的方向称为透光轴。z检偏器：用于检验偏振光的偏振片称为检偏器。检偏器只允许某一个方向的光振动通过。起偏器可作为检偏器使用。线偏振光的产生：CUC582008偏振片：将非偏极光（一般光线）过滤成偏极光。当非偏极光通过a方向的偏光片时，光线被过滤成与a方向平行的线性偏极光。™上图：线性偏极光继续前进，通过第二片偏光片时，光线通过。™下图：通过第二片时，光线被完全阻挡。CUC592008（2）液晶的物理特性-----各向异性（沿分子长轴和短轴方向的物理性质是不同的）（A）液晶的光学双折射特性一束光线进入液晶会出现两束折射光，说明：（a）光线从空气垂直液晶表面射入液晶时，正常光不发生折射，异常光将发生折射；（b）双折射输出的两条光线均为偏振光；C