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CRT技術

2009年12月28日 10:18 www.1cnz.cn 作者:佚名 用戶評論(0
關鍵字:CRT技術(6629)

CRT技術

今年三月一條令人吃驚的消息出現,索尼宣布全面停產特麗瓏(Trinitron)顯像管的生產和銷售,而這種具有劃時代意義的產品終將退出歷史舞臺,經典的CRT時代真正過去了。特麗瓏(Trinitron)這個技術的出現迄今過去已經整整40年,而這40年的技術發展,也真正讓索尼成為CRT技術的王者。不過隨著全數字傳輸時代的到來,CRT作為模擬顯示設備的歷史使命已經完成,雖然其被淘汰是必然的,但似乎如此迅速的被淘汰還讓人有些無法接受,不過這也正是說明目前科技發展的迅猛。

其實歸結起來CRT技術誕生到現在也不過就是100年左右的時間,而真正發展也是在上世紀的50年代以后的事情了,因此CRT作為顯示設備被淘汰或許也只用了50年的時間。

(第一個CRT設備)

CRT全稱為Cathode Ray Tube(陰極射線管),陰極射線管主要有五部分組成:電子槍(Electron Gun),偏轉線圈(Defiection coils),蔭罩(Shadow mask),熒光粉層(Phosphor)及玻璃外殼。

CRT的工作原理就是:電子槍發射高速電子,經過垂直和水平的偏轉線圈控制高速電子的偏轉角度,最后高速電子擊打屏幕上的磷光物質使其發光,通過電壓來調節電子束的功率,就會在屏幕上形成明暗不同的光點形成各種圖案和文字。


Karl Ferdinand Braun (1850~1918)

布勞恩(Braun)于1897年,布勞恩研制出采用布勞恩管的示波器。布勞恩管利用氣體放電現象產生自由電子,借助離子聚焦作用形成細長電子束。 陰極射線管能提供聚集在熒光屏上的一束電子以便形成直徑略小于1mm的光點。在電子束附近加上磁場或電場,電子束將會偏轉,能顯示出由電勢差產生的靜電場,或由電流產生的磁場。

布勞恩當年的論文


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湯姆遜的靜電偏轉式示波管

隨后有多種陰極射線管的概念型出現,諸如約瑟夫·約翰·湯姆遜(Joseph John thomson)的改良型布勞恩射線管發現了電子的存在,這也是CRT設備帶來的第一個巨大好處。不過CRT在這時候大部分還是用來驗證粒子、電子等現象的設備,似乎同顯示毫無關系。不過當時CRT已經被用來示波,并且可以通過一些手段來設定顯示的方向和范圍。這也成為后來CRT傳輸圖像奠定了基礎。

貝爾德的機械掃描式電視攝像機

貝爾德“電視”傳輸的人臉(1926年)

斯福羅金的CRT顯像管

1925年10月2日約翰·洛吉·貝爾德(John Logie Baird)在倫敦的一次實驗中使用CRT器材“掃描”出木偶的圖象成為一個轉折點,其被稱為電視誕生的標志,而同一時間斯福羅金(Vladimir Zworykin)也弄出了自己的電視系統,但是這兩個人實現圖像傳輸的模式有些不同,但都是由CRT設備實現的。 當然這兩者中對未來影響最大的就是斯福羅金的“電視”系統了,這種全電子模式也是未來電視發展的一個起點。

1927年—1929年,貝爾德通過電話電纜首次進行機電式電視試播;首次短波電視試驗;英國廣播公司開始長期連續播發電視節目。1930年,實現電視圖像和聲音同時發播,其中非常重要的事件是:1928年的7月3日,其用帶有紅、藍、綠三色濾光器的3個有30個孔的尼普科夫掃描圓盤,進行公開演示,在電視機屏幕上出現了鮮紅色的草莓、藍色的領帶等圖像。

1929年,美國貝爾實驗室用3個電路分別發射3種基色信號來播送彩色電視節目的方法,這種方法的原理成了現代彩色電視的基礎。同年,貝爾實驗室的艾夫斯,在紐約與華盛頓特區之間播送了50行的彩色電視圖像。

1934年8月25日,費城的弗拉克林實驗室實現了全電子的電視接收和傳輸設備,這在當時引起了轟動,因為相比普通的電影來記錄影像的方式,電視這種方式更加方便,而且成本低廉,關鍵是可以實現實時的傳播。

隨后的幾年,電視設備開始進入大發展階段,并且電視也開始逐漸普及,這其中最有標志性意義的事件就是1936年的柏林夏季奧運會,這是人類歷史上第一次實現電視轉播,當時大約有16萬柏林人通過電視直播觀看比賽,而非原來一樣必須進入體育場才能觀看比賽。

1940年,英國的貝爾德與美國哥倫比亞廣播系統的匈牙利工程師戈德馬克,用類似的方法進行探索,他們都演示了一種與黑白電視不兼容的場序制彩色電視系統,這種系統通過攝像機與接收器的彩色濾色鏡的轉動來運行。在第二次世界大戰前,哥倫比亞廣播系統還用這種系統進行了某些試驗性的播出。1951年,美國聯邦通信委員會批準這一項業務重新開始,但不久就停辦了,因為這種系統很快被可與黑白電視兼容的全電子彩色系統取代。同年,彩色顯像管開始研制。

彩色顯像管的原理就是每一個像素點都由紅、綠、藍三種涂料組合而成,由電子束分別激活這三種顏色的磷光涂料,以不同強度的電子束調節三種顏色的明暗程度就可得到所需的顏色,這非常類似于繪畫時的調色過程。倘若電子束瞄準得不夠精確,就可能會打到鄰近的磷光涂層,這樣就會產生不正確的顏色或輕微的重像,因此必須對電子束進行更加精確的控制。

RCA的彩色顯像管

1953年,美國國家電視制式委員會(NTSC)確定了與黑白電視兼容的一種彩色電視制式棗NTSC制,成為世界彩色電視系統的基礎。NTSC制的原理是,把圖像的兩種信號的傳輸組合在一起,一種傳輸與黑白電視機相應于輝度(包括電視景色精微細節在內)的信息,另一種傳輸紋理粗糙的色彩信息。 彩色電視機把兩種圖像信號傳輸組合在一起的原因,是彩色圖像的輝度成分具有高清晰度的視覺效果,附加的紋理粗糙的色彩信息又不改變所產生彩色圖像的清晰度,這樣,就可看到清晰的彩色圖像。 美國NTSC制的公眾電視于1954年開播。

1954年,第一臺民用支持NTSC標準的彩色電視機RCA CT-100誕生,這也是彩色電視機普及的開端。隨后全世界各國都在開發和生產電視,電視產業成為一個新興的產業蓬勃興旺的發展著。

鏡頭回到戰后的日本,由于二戰的影響,日本戰后的經濟呈現蕭條的態勢,不過為了能夠更好的去償還戰爭賠款,日本企業紛紛生產一些能夠出口到歐美的產品,因為這可以換取更多的外匯,同時也可以促進國內的發展,由于日本本土比較小,通過大量生產重型設備的方式來出口并不實際,于是日本想出了出口電子、汽車、光學產品為主的出口產品。

而國外剛剛興起的電視熱潮對于日本來說似乎是一個機會,于是在NTSC制式宣布之后,日本就相應采納這個標準(不過有意思的是日本國內到1960年才開始NTSC制式電視型號的傳輸。),1953年,夏普拿出了日本第一臺電子型電視機。

5英寸索尼便攜式電視機

而在日本似乎夏普一直在電視領域占據了重要的地位,第一臺電視機、第一臺彩色電視機都是夏普生產的。在當時索尼就看到了未來的契機,也投入到電視機的生產當中去,不過索尼更加重視一些小型化電視機的開發,8英寸以及5英寸的電視機是其開發的重點,同時也是市場消費的熱點。

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在當時的電視生產中,黑白電視機還是占據了絕對的統治地位,日立松下山水等公司紛紛加入戰團,生產大屏幕的黑白電視機,而這個時候索尼依舊堅持生產自己的便攜電視機。但是,索尼卻秘密的在研究自己的彩色電視顯像管,因為其認為未來的電視市場肯定屬于彩色電視機的天下,而當時的彩色電視的顯示效果并不好,而且大都只有幾家廠商生產彩色顯像管,如果可以生產一個顯示效果更好的顯像管不光可以使用在自身的產品上,同時也可以通過出售來獲得利潤。

1959年,索尼拿出了全球第一臺使用晶體管的電視機--TV-8-301,這對于電視機的發展做出了接觸的貢獻,同年索尼美國公司成立,并且在一年多以后成功上市,成為戰后第一家在美國上市的日本公司。1961年,索尼意識到當時彩色單槍柵控式彩色顯象管Chromatron在未來是發展方向,因為這種顯像管如果合理的調節可以獲得很高的亮度,但是要實現這樣的功能卻比較復雜。于是,索尼開始仿制這種顯像管,并同期生產電視機產品,但由于技術設計的問題導致良品率很低,索尼為此賠了不少錢。

索尼仿制的Chromatron電視機

于是索尼意識到或許是自己的技術出現了問題,為此其不斷的改良自己的單槍顯像管,其目標直指RCA的蔭罩式顯像管,目標就是要比RCA的顯像管更亮并且畫質更好,同時產品的成本得獲得很好的壓縮。最終索尼的技術人員還是完成了這個人物,開發出被稱為Trinitron(特麗瓏)的顯像管。Trinitron由Trinity(基督教義上的神、圣子、圣靈一體)和Electron兩個詞構成,可見索尼對這種產品的厚望。

我們知道普通的顯像管采用的都是蔭罩式(Shadow Mask Type)顯像管,其表面呈略微凸起的球面狀,而特麗瓏則采用蔭柵式結構,它的表面在水平方向仍然略微凸起,但是在垂直方向上卻是筆直的,呈圓柱狀,故稱之為"柱面管(Cylindrical Flat Panel)"。柱面管由于在垂直方向上平坦,因此比球面管有更小的幾何失真,而且能將屏幕上方的光線,反射到下方而不是直射入人眼中,因而大大減弱了眩光。

特麗瓏在生產上將熒光粉安排成跨越整個屏幕的直條狀,蔭罩改為條狀蔭柵,這種條狀蔭柵由固定在一個拉力極大的鐵框中的,互相平行的垂直鐵線陣列組成。這種柵欄(Aperture-GILl)從屏幕頂一直通到屏幕底,而不是熒光點。由于只使用一個電子槍,但是同時射出三束電子束,穿過柵條打在熒光條上使其發光,故又被稱為單槍三束顯像管。這種結構因消除了縱向間距,透光率比普通顯示器高約30%,加之垂直的熒光粉條,所以亮度很高,色彩比其它的顯像管系統亮麗細致。不過蔭柵式顯像管有個不足之處,由于垂直柵條不像網狀的柵格那樣,中間有無數的連結。它是從屏幕頂一直通到屏幕底的,中間如果沒有任何支撐,就容易像隨風飄蕩的柳條一樣發生嚴重的變形,因此索尼使用細鐵絲來固定這些柵格,從而解決了這個問題。

1968年,索尼把特麗瓏顯像管應用在自己的彩色電視機上,這種KV1310電視機的上市很快為索尼贏得了榮譽,并且在未來一段時間內熱銷美國市場和日本市場,索尼的特麗瓏也成為當時顯示效果最好的電視機。

1973年,美國電視業最高榮譽獎“埃美獎”授予了索尼公司開發的特麗瓏顯像管,要知道之前埃美獎都是頒發給電視界最優秀的節目、演員、制片人、電視臺以及進行劃時代技術開發的人。而特麗瓏成為第一個獲此殊榮的電子產品

所以索尼不僅僅成為一家電視生產公司,同時也是重要的顯像管提供商,全球很多廠商都采購索尼的顯像管來生產電視機產品,而這也給索尼帶來了豐厚的利潤。1983年,索尼開始涉足計算機顯示器生產領域,這也標志著索尼統治計算機圖形領域的開始,隨著80年代后期圖形工作站的異軍突起,索尼成為這個領域唯一的王者,無論是升陽、惠普還是IBM均選擇索尼生產的特麗瓏顯示器作為圖形工作站的唯一選配,而憑借柱面管的優勢,索尼的顯示器也進入了傳統PC顯示領域。

1994年憑借特麗瓏顯示的優勢,索尼成為全球最大的電視顯像管供應商,其幾乎控制著高端市場一大半占有率,特麗瓏顯像管累計銷售1億支1995年,純平的WEGA特麗瓏電視機誕生,純平的特麗瓏顯示器正式誕生,隨后的幾年里,索尼成為高端CRT電視市場不二的霸主,雖然諸如三星會蠶食一些低端的市場,但是在高端,索尼的特麗瓏依舊領跑世界。

但是,隨著液晶的發展,CRT的銷量開始收到巨大的影響,液晶技術是一個新興的技術,由于具有節能、成本低廉、視覺效果好、輕便等特點,使得在同傳統CRT顯示器相比中占盡了優勢,特別是液晶具有全數字模式進行顯示的特性是CRT永遠無法替代的優勢,因此CRT開始走向沒落。大約從2003年開始,液晶得到了更好的發展,尺寸更大、更輕薄以及耐用的液晶顯示器出現,CRT繼續發展的意義已經不大,加上高清電視的出現最終也強迫CRT戰敗出局。

雖然索尼很不愿意放下40年歷史的特麗瓏技術(累計出貨2億多支特麗瓏技術顯像管),但是更新換代已經是必然的趨勢,好在索尼在液晶領域依舊保持了不錯的技術儲備,雖然或許無法像特麗瓏那般的擁有絕對的技術優勢,但BraVIA系列液晶電視依舊是市場是不容忽視的產品。而這也是索尼今年才宣布特麗瓏停產的最大原因。

特麗瓏是真正的謝幕了,其成為CRT發展技術上的一個里程碑式的產品,同時也是CRT技術的幾乎一個終結產品,隨著愈演愈烈的全數字電視時代的到來,任何模擬顯示設備終將被淘汰,而這也是符合歷史潮流的事情,因此索尼停產特麗瓏雖然對部分用戶來說是一種悲傷,但對于時代的發展來說卻是一個好事,因為卸下了沉重的包袱,自然可以更好的投入發展中去。

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