背景
为什么想到研究CRT呢？
因为在学习计算机图形的时候，讲述图形学历史背景的时候，总是涉及到CRT这个概念，是第一代显示技术，一种很古老的显示技术，本人往往特别喜欢研究历史，包括专业知识的历史，做到知其然知其所以然，其实就是好奇心吧，保持周伯通般对武术的好奇心，也顺便复习下大学学习的电子知识。
CRT有什么作用？
电视机显示器
阴极射线管显示器（CRT），是实现最早、应用最为广泛的一种显示技术，具有技术成熟、图像色彩丰富、还原性好、全彩色、高清晰度、较低成本和丰富的几何失真调整能力等优点，主要应用于电视、计算机显示器、工业监视器、投影仪等终端显示设备。
阴极射线管显示器（CRT）是一种使用阴极射线管(Cathode Ray Tube)的显示器，主要有五部分组成：电子枪(Electron Gun)，偏转线圈(Deflection coils)，荫罩(Shadow mask)，荧光粉层(Phosphor)及玻璃外壳。它是应用最广泛的显示器之一，CRT纯平显示器具有可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、可调节的多分辨率模式、响应时间极短等LCD显示器难以超越的优点，而且CRT显示器价格要比LCD显示器便宜不少 。
什么是CRT？
阴极射线管(CRT)是一种包含一个或多个电子枪和一个磷光屏的真空管，用于显示图像。它调节、加速和偏转电子束到屏幕上以产生图像。图像可以代表波形(示波器)，图片(电视，电脑显示器)，雷达目标，或其他现象。阴极射线管也被用作存储设备，在这种情况下，荧光材料发出的可见光(如果有的话)对视觉观察者没有重大意义(尽管管面上的可见图案可能会秘密地表示存储的数据)。
在电视机和计算机显示器中，整个电子管的前部区域以一种被称为光栅的固定模式被重复和系统地扫描。在彩色设备中，图像是通过控制三束电子束每束的强度而产生的，每束电子束对应一种加性基色(红、绿、蓝)，并以视频信号作为参考。虽然静电偏转通常用于示波器，一种电子测试仪器，但在所有现代的CRT显示器和电视中，电子束都是由于磁偏转而弯曲的。
磁偏转是线圈产生的变化磁场，由环绕在电子管颈部的电子电路驱动。
一个14英寸的阴极射线管显示它的偏转线圈和电子枪
典型的20世纪50年代美国单色电视机
用慢动作拍摄的阴极射线管电视。光线是从左到右以光栅模式绘制
1984年Sinclair FTV1袖珍电视内的平面CRT组件
电子枪
阴极射线管由一个大而深的玻璃外壳构成。，从前屏幕面到后端很长)，比较重，比较易碎。CRT内部被疏散到大约0.01帕斯卡(9.9×10−8 atm)[3]至133纳米ascals(1.31×10−12 atm)，[4]疏散是必要的，以促进电子从枪(s)自由飞行到管的表面。由于它是被疏散的，处理一个完整的阴极射线管有潜在的危险，因为有可能会破裂管，引起猛烈的内爆，从而可能会以极高的速度投掷玻璃碎片。为了安全起见，表面通常由厚铅玻璃制成，以具有高度的抗碎性，并能阻挡大多数x射线发射，特别是当阴极射线管用于消费产品时。
自2000年代末以来，crt已经被LCD、等离子显示器和OLED等较新的“平板”显示技术所取代，这些技术具有更低的制造成本和功耗，以及更轻的重量和体积。平板显示器也可以做成非常大的尺寸;38 - 40英寸(97 - 102厘米)是CRT电视机的最大尺寸，而85英寸(220厘米)甚至更大尺寸的平板电视机都有。
发展历史
阴极射线是由朱利叶斯·普拉克和约翰·威廉·希托夫发现的。[5] Hittorf观察到从阴极(负电极)发射出一些未知的射线，这些射线可以在发光的管壁上投下阴影，表明这些射线以直线行进。1890年，Arthur Schuster证明阴极射线可以被电场偏转，William Crookes证明阴极射线可以被磁场偏转。1897年，J. J.汤姆森成功地测量了阴极射线的电荷质量比，显示阴极射线由比原子还小的带负电荷的粒子组成，这是第一批“次原子粒子”，爱尔兰物理学家乔治·约翰斯通·斯托尼在1891年将其命名为电子。CRT最早的版本被称为“布劳恩管”，是由德国物理学家费迪南德布劳恩在1897年发明的。它是一种冷阴极二极管，是对带有磷光屏的Crookes管的改进。
第一个使用热阴极的阴极射线管是由约翰·伯特兰·约翰逊(Johnson noise一词就是由他命名的)和西方电气公司的哈里·韦纳·温哈特(Harry Weiner Weinhart)开发的，并于1922年成为商业产品。[引文需要]
1926年，Kenjiro Takayanagi展示了一台接收40线分辨率图像的CRT电视。1927年，他将分辨率提高到100行，这在1931年之前是无与伦比的。1928年，他成为第一个在CRT显示器上传输半音调人脸的人。到1935年，他已经发明了早期的全电子CRT电视。
它在1929年被发明者Vladimir K. Zworykin命名，[12]，他受到了高野agi早期工作的影响。1932年[10]RCA公司获得了“阴极射线管”的商标;1950年，它自愿将这个词公开。
1934年，德国Telefunken公司制造了第一部商用的带有阴极射线管的电子电视机。
21世纪初，平板显示器价格下跌，开始明显取代阴极射线管，2008年LCD屏幕超过了CRT。已知的最后一家(回收)显像管制造商Videocon于2015年停产。
示波器
在示波器的阴极射线管中，使用静电偏转，而不是电视机和其他大型阴极射线管通常使用的磁偏转。在水平方向上，通过在左右一对平板之间施加电场，光束就会发生偏转;在垂直方向上，通过在上下两个平板上施加电场，光束就会发生偏转。电视机使用磁性偏转而不是静电偏转，因为当偏转角达到相对较短的电子管所需的大小时，偏转板会阻碍电子束。
磷的持久性
各种荧光粉可根据需要的测量或显示应用。亮度、颜色和照明的持久性取决于在CRT屏幕上使用的荧光粉的类型。荧光粉的持久性从不到一微秒到几秒不等。对于短暂的瞬变事件的视觉观察，一个长持久性荧光粉可能是可取的。对于快速、重复或高频事件，短余辉荧光粉通常是可取的。
微通道板
当显示快速的一次性事件时，电子束必须非常迅速地偏转，只有很少的电子撞击屏幕，导致显示上微弱或不可见的图像。为非常快的信号而设计的示波器CRTs可以在电子束到达屏幕之前通过一个微通道板，从而使显示更加明亮。该板通过二次发射现象，使到达荧光屏的电子数成倍增加，显著提高了书写率(亮度)，提高了灵敏度和光斑尺寸。
Graticules
大多数示波器都有一个十字线作为视觉显示的一部分，以方便测量。所述格子可以永久地标记在阴极射线管表面的内部，也可以是由玻璃或丙烯酸塑料制成的透明外部板。内部格栅消除了视差误差，但不能改变以适应不同类型的测量。示波器通常提供一种方法，使十字线从侧面被照亮，以提高其可见度。
Image storage tubes
这些在模拟荧光粉存储示波器中可以找到。它不同于数字存储示波器，后者依靠固态数字存储器来存储图像。
当一个简单的事件被示波器监测，这样的事件只有在它实际发生的时候才会被传统的电子管显示出来。使用长余辉荧光粉可以在事件发生后观察图像，但最多只能观察几秒钟。这一限制可以通过使用直接视图存储阴极射线管(存储管)来克服。在事件发生后，存储管将继续显示该事件，直到该事件被擦除为止。存储管与传统的管相似，除了它配备了金属栅格，栅格上涂有介电层，该金属栅格位于荧光屏的后面。一个外部施加在网格上的电压最初确保了整个网格处于一个恒定的电位。这个网格不断暴露在一个“注水枪”的低速电子束中，这个“注水枪”独立于主枪工作。这种喷枪不像主喷枪那样偏转，而是不断地“照亮”整个储存网。在储存网上的初始电荷是这样的，以排斥电子从洪水枪阻止打击荧光粉屏幕。
当主电子枪向屏幕写入图像时，主电子束中的能量足以在存储网格上产生一个“电位浮雕”。该地区，这是创造不再排斥电子从洪水枪现在通过网格和照亮荧光粉屏幕。因此，主炮短暂地描绘出来的图像在它发生后继续显示。图像可以'擦除'通过重新提供外部电压的网格恢复其恒定电位。图像显示的时间是有限的，因为在实践中，注水枪会缓慢地中和存储网格上的电荷。一种让图像保持更长的时间的方法是暂时关闭喷枪。然后就有可能将图像保留几天。大多数存储管允许一个较低的电压应用到存储网，缓慢恢复初始电荷状态。通过改变这个电压，可以得到一个可变的持久性。关闭注水枪和向存储网供电的电压，这样的管就可以像常规的示波器管一样工作。
彩色管（Color CRTS）
彩色管使用三种不同的荧光粉，分别发出红色，绿色和蓝色光。它们以条状(如光圈格栅设计)或簇状(如阴影掩模阴极射线管)排列在一起。[26]彩色阴极射线管有三个电子枪，一个为每个原色，排列在一条直线或在一个等边三角形的配置(电子枪通常构造为一个单独的单位)。(三角配置通常被称为“delta-gun”,根据其与希腊字母的形状三角洲Δ.)格栅或掩膜吸收电子，否则这些电子会击中错误的荧光粉。[27]荫罩管使用小孔的金属板,放置,使电子束只照亮正确的荧光粉表面上管;[26]洞锥形的电子攻击任何孔的内部将会反射回来,如果不吸收(如由于局部电荷积累),而不是跳跃穿过洞罢工一个随机的(错误的)点在屏幕上。另一种彩色阴极射线管使用张力垂直导线的孔径格栅来达到同样的效果。
Cutaway rendering of a color CRT:
- Three electron emitters (for red, green, and blue phosphor dots)
- Electron beams
- Focusing coils
- Deflection coils
- Connection for final anodes (referred to as the "ultor" in some receiving tube manuals)
- Mask for separating beams for red, green, and blue part of the displayed image
- Phosphor layer (screen)with red, green, and blue zones
-
Close-up of the phosphor-coated inner side of the screen
image.png
彩色显像管的收敛性和纯度
由于crt的尺寸精度的限制可以制造经济,它几乎没有可能建立彩色crt的三个电子束可以达到各自的荧光粉颜色一致接受的协调,完全的基础上的几何配置电子枪轴和枪孔位置,荫罩孔径,等等。荫罩确保一个梁只会触及某些颜色的荧光粉的斑点,但内部部件的物理对齐中细微的差异在个人crt将导致变化的准确对齐光束通过荫罩,允许一些电子,例如,红色光束击中,说,蓝色荧光粉,除非个别补偿是由个人管之间的方差。
色彩收敛性和色彩纯度是这一单一问题的两个方面。首先，为了正确的显色，有必要不管光束在屏幕上的哪个位置发生偏转，这三束光线都击中荫罩上的同一个点(也就是通过同一个孔或槽)。[需要澄清]这叫做聚合。更具体地说，屏幕中心处的收敛(无轭施加偏转场)称为静态收敛，屏幕其余区域的收敛称为动态收敛。光束可能会聚在屏幕的中心，但当它们向边缘偏转时，就会彼此偏离;这样的CRT静态收敛性较好，但动态收敛性较差。其次，每束光必须只击中它想要击中的颜色的荧光粉，而不能击中其他的。这就是纯度。和收敛一样，也有静态的纯粹性和动态的纯粹性，收敛的“静态”和“动态”含义相同。收敛性和纯度是截然不同的参数;一个阴极射线管可以有良好的纯度但差的收敛，反之亦然。差的收敛导致颜色“阴影”或“幽灵”沿显示的边缘和轮廓，好像在屏幕上的图像凹版印刷的配准不佳。纯度差会导致屏幕上的物体出现变色，而它们的边缘仍然锐利。在屏幕的相同或不同区域或在整个屏幕上同时出现纯度和收敛问题，在屏幕的不同部分上出现均匀或较大或较小的程度。
文件:TV.webm磁铁
用于阴极射线管电视的磁铁。注意图像的失真。
解决静态收敛和纯度问题是一套彩色对准磁铁安装在脖子上的CRT。这些可移动的弱永磁体通常安装在偏转轭总成的后端，并在工厂设置，以补偿任何静态纯度和收敛误差，这些误差是固有的未经调整管。通常有两对或三对两个磁体，它们是用浸染了磁性材料的塑料做成的环形，磁场平行于磁体的平面，而磁体的平面垂直于电子枪的轴。每一对磁环形成一个有效的磁体，其磁场矢量可以完全自由地(在方向和大小上)调整。通过相互旋转一对磁铁，可以改变它们的相对磁场排列，从而调整磁铁对的有效磁场强度。(当它们相对旋转时，每个磁铁的磁场都可以认为有两个直角相反的分量，这四个分量[两个磁体各两个]组成了两对，一对相互加强，另一对相互对立，相互抵消。当磁体偏离校准方向旋转时，相互增强的磁场分量会减少，因为它们被交换为增加的相反的、相互抵消的分量。)通过旋转一对磁铁，保持它们之间的相对角度，它们的集体磁场的方向可以改变。总的来说，调整所有的收敛/纯度磁铁允许细微调谐的电子束偏转或横向偏移，这弥补了微小的静态收敛和纯度误差内在的未校准管。一旦固定，这些磁铁通常被粘在适当的位置，但通常他们可以释放和重新调整在现场(如电视维修店)，如果有必要。
在一些阴极射线管，额外的固定可调磁铁添加动态收敛或动态纯度在屏幕上的特定点，通常在角落或边缘。动态收敛性和纯度的进一步调整通常不能被动地完成，而需要有源补偿电路。
动态色彩收敛和纯度是导致阴极射线管在其历史后期一直是长颈(深)和双轴曲面的主要原因之一;这些几何设计特征是必要的内在被动动力。
消磁
如果遮光罩或孔径格栅磁化，其磁场就会改变电子束的路径。这就导致了“颜色纯度”的错误，因为电子不再只沿着它们预期的路径，而且一些电子会击中一些不同颜色的荧光粉。例如，来自红色光束的一些电子可能会击中蓝色或绿色的荧光粉，使图像中本应是纯红色的部分染上品红或黄色。(如果磁化是局域化的，此效果将局域化到屏幕的特定区域。)因此，重要的是荫罩或孔径格栅不磁化。
大多数彩色阴极射线管显示器，如电视机和电脑显示器，都有一个内置消磁电路，其主要组件是一个消磁线圈，安装在阴极射线管表面周围的边框内。当CRT显示电源接通时，消磁电路产生短暂的交流电通过消磁线圈，在几秒钟的时间内平滑地衰减强度(衰减)到零，从线圈产生一个衰减的交变磁场。在大多数情况下，这种消磁磁场足以消除阴影掩膜的磁化。在内部消磁场不足的强磁化异常情况下，可使用较强的便携式消磁器或消磁器在外部对荫罩进行消磁。然而，过强的磁场，无论是交变磁场还是恒磁场，都会机械地使阴影掩膜变形(弯曲)，在显示器上造成永久性的颜色失真，看起来很像磁化效应。
消磁电路通常由一个热电(非电子)装置构成，该装置包含一个小的陶瓷加热元件和一个正热系数(PTC)电阻，该电阻与消磁线圈串联直接连接到交流开关电源线上。当电源接通时，加热元件加热PTC电阻，将其电阻增加到消磁电流最小的点，但实际上不是零。在老式的CRT显示器中，这种低电流(不产生显著的消磁场)只要显示器保持打开状态，就会随着加热元件的动作而持续。要重复消磁周期，必须关闭阴极射线管显示器至少几秒钟，以通过让PTC电阻冷却到环境温度来重置消磁电路;开关显示和立即恢复将导致弱消磁周期或有效地没有消磁周期。
这种简单的设计是有效的和廉价的建造，但它浪费一些能源持续。后来的型号，特别是能源之星级的型号，使用一个继电器来开关整个消磁电路，这样消磁电路只有在功能活跃和需要的时候才使用能量。继电器设计还可以根据用户的需求通过单元的前面板控制消磁，而无需再次开关单元的开关。在消磁周期结束几秒钟后监视器被打开，这个继电器经常可以听到点击关闭，在手动启动消磁周期的开关。
在高刷新率和决议,偏转线圈/轭开始产生大量的热量,由于需要快速移动电子束(因为电子束扫描更多每秒行),这反过来又需要大量的力量,迅速产生强磁场。这使得超出特定分辨率和刷新速率的阴极射线管不切实际，因为线圈需要主动冷却，以防止线圈的热量熔化用于连接到阴极射线管颈部的胶水。
矢量监视器（Vector monitors）
矢量监视器被用于早期的计算机辅助设计系统，在70年代末到80年代中期的一些街机游戏如《小行星》中使用。他们点对点画图形，而不是扫描光栅。矢量显示器可以使用单色或彩色阴极射线管，其设计和操作的基本原理是相同的;主要的区别在于光束的偏转模式和电路。
灭亡（Demise）
尽管作为显示技术的支柱已经有几十年了，基于crt的电脑显示器和电视现在实际上已经是一种死气沉沉的技术。对阴极射线管屏幕的需求在2000年代后期下降。液晶平板显示器技术的快速发展和价格的下跌——先是用于电脑显示器，然后是电视——宣告了与之竞争的显示技术，如CRT、后置投影和等离子显示的末日。
大多数高端显像管的生产已经在2010年左右停止，包括[48]高端索尼和松下生产线。在加拿大和美国，高端CRT电视(30英寸(76厘米)屏幕)的销售和生产到2007年几乎全部结束。仅仅几年之后，便宜的组合CRT电视(20英寸(51厘米)屏幕和集成的VHS播放器)从折扣店消失了。
百思买(Best Buy)等电子零售商稳步减少了阴极射线管显示器(crt)的存储空间。2005年，索尼宣布他们将停止生产CRT电脑显示器。在2008年消费电子展(Consumer Electronics Show)上，三星没有在2008年推出任何CRT型号;2008年2月4日，他们从北美网站上撤下了他们的30寸宽屏显像管，并没有更换新型号
在英国，国内最大的电子设备零售商DSG (Dixons)报告称，2004年圣诞节CRT型号占电视机销量的80-90%，一年后占15-20%，预计到2006年底这一比例将低于5%。Dixons于2006年停止销售阴极射线管电视机
然而，阴极射电管的消亡在发展中国家发生得更为缓慢。根据iSupply，液晶显示器的产量直到2007年第四季度才超过了阴极射线管的产量，这主要是由于中国工厂的阴极射线管产量。[引文需要]
参考文献
- https://www.crtsite.com/page3.html
- 五分钟搞清楚阴极射线管的制造过程
- 超炫酷的阴极射线实验
- 模拟电视机(CRT)的工作原理