[科普中国]-荧光屏

简介

荧光屏是彩色电视机中的关键器件。它的结构，原理与黑白显像管相似，但比黑白显像管复杂得多，而且荧光屏显示彩色图像。荧光屏是彩色显像管。1

荧光屏的结构及工作原理结构图1是荧光屏结构的分解斜视图，图2为剖面图，其构造以玻盖和基板形成一真空容器，在真空容器内以阴极CATHODE（灯丝FILAMENT）、栅极GRID及阳极ANODE为基本电极，还有一些其它的零件（如消气剂等）。

灯丝是在不妨碍显示的极细钨丝蕊线上，涂覆上钡（Ba）、锶（Sr）、钙（Ca）的氧化物（三元碳酸盐），再以适当的张力安装在灯丝支架（固定端）与弹簧支架（可动端）之间，在两端加上规定的灯丝电压，使阴极温度达到600°C左右而放射热电子。

栅极也是在不妨碍显示的原则下，将不锈钢等的薄板予以光刻蚀（PHOTO-ETHING）后成型的金属网格（MESH），在其上加上正电压，可加速并扩散自灯丝所放射出来的电子，将之导向阳极；相反地，如果加上负电压，则能拦阻游向阳极的电子，使阳极消光。

阳极是指在形成大致显示图案的石墨等导体上，依显示图案的形状印刷荧光粉，於其上加上正电压后，因前述栅极的作用而加速，扩散的电子将会互相冲击而激发荧光粉，使之发光。图3即表示其基本工作原理。发光色为绿色（峰值波长505nm），低工作电压的氧化锌：锌(ZnO：Zn)荧光粉则是目前最被广为使用的荧光粉。

另外，通过改变荧光粉种类，可以获得自红橙色到蓝色的各种不同颜色。

除了以上3种基本电极之外，如图2所示，在玻璃盖内表面形成透明导电膜（NESA），并且接上灯丝电位或正电位，形成静电屏蔽层可以防止因外部的静电影响而降低显示品质。

图1的消气剂（GETTER）是维持真空的重要零件。在排气工程的最后阶段，可利用高频产生的涡流损耗对消气剂加热，在玻璃盖的内表面形成钡的蒸发膜，可用来进一步吸收管内的残留气体（GAS）。

荧光屏(称FD）能显示外文、中文、图形（如商标），并在单片机CPU及驱动IC的共同控制下，可产生静止、闪动、移动等特技效果。它具有高亮度、宽视角、高对比度，宽温、色鲜、抗干扰等特点，已广泛应用于影碟机、功放机、组合音响、仪表等。
荧光屏由灯丝、栅极、阳极三个基本电极组成，其中灯丝极为热电子发射源，栅极用于加速和控制电子，阳极上的荧光粉受电子撞击而发光。荧光屏的工作原理与电子管的工作原理基本相同。

荧光屏分为静态屏和动态屏两种。静态屏采用静态工作方式，动态屏采用动态工作方式。静态工作方式的特点是栅极始终加有正电压，所有阳极（笔段）都单独与电极端子连接。根据这种工作方式，设计出没有栅极引出脚的静态屏以降低成本。动态工作（多路扫描工作）方式的特点是将栅极分成若干个组（位），每一位有一个引出脚，各栅极内的相应阳极（笔段）均连接在一起，只有一个引出脚，通过时间分配来同步栅极和阳极开通时间，使要显示的阳极（笔段）发光。由于阳极（笔段）引出脚公用，动态屏的引出脚数量少于静态屏。当有复杂显示时，采用动态屏较好。2

工作原理静态屏驱动原理图如图1所示。图中画出了5条阳极G1～G5，其中G1常亮。在灯丝电压正常的情况下，荧光屏通电后阳极G1所指示的笔段因加有+30V阳极电压而发光，其余阳极G2～G5因没有阳极电压而不发光。通过开关控制（电子开关或机械开关）将阳极电压+30V合上或断开，其相应笔段就会发光或不发光。

动态屏驱动原理图如图2所示。图中画出了三条栅极P1～P3，六条阳极G1～G6，每条栅极对应两条阳极（一条栅极可对应多条阳极）。在灯丝电压正常的情况下，动态驱动系统通过时间分配把脉冲电压加到栅极上，而通过阳极脉冲电压和栅极脉冲电压，二者驱动显示器。这种系统就是动态扫描显示方式。在某一时刻，只让一位栅极（例如P1）处于选通状态，而其它各位的栅极（P2～P3）处于关闭状态，同时，阳极（例如笔段G1）引脚上输入相应显示字符的字型码脉冲，这样在同一时刻，只有选通的那一位显示字符（例如笔段G1发光)，而其它位（G2）则是熄灭的。同样，在下一时刻，只让下一位栅极（例如P2）处于选通状态，而其它各位（P1、P3）的栅极处于关闭状态，同时，在阳极（例如笔段G4）引脚上输入相应位将要显示字符的字型码脉冲，则同一时刻，只有选通位（例如笔段G4）显示出相应的字符，而其它位（G3）则是熄灭的。如此循环下去，就可以使各位栅极显示出将要显示的字符。虽然这些字符是在不同时刻显示，而且同一时刻只有一位显示，其它各位熄灭，但由于人眼有视觉暂留现象，只要每位显示间隔足够短，则可造成各位同时亮的假象，达到显示的目的。

动态（扫描）驱动系统中，栅极扫描脉冲的脉冲宽度要等于或大于荧光屏推荐的脉冲宽度，扫描频率大于100Hz以上，以保证稳定显示图案，扫描信号在满足占空系数条件下应设计10～20μs的消隐时间，以防止产生错误的显示或漏发光。

图3是常见的普及型功放驱动荧光屏的原理框图。荧光屏两端引脚F1和F2是灯丝，G1～G9是阳极功能引出脚，其中G1是常亮引出脚（如显示商标、字符、图案等），通电后即点亮，G2～G9（如输入选择、OK、DSP声场等功能）受控制电路输出电平的控制（图中用计数器CD4017产生0V和5V两种高低电平)：当输出5V高电平时，用两只集成运放(LM324或HA17324)等组成的8个比较器输出30V电压加到阳极点亮相应笔段。VL1、VL2、VL3、VL4和VL5是左声道电平指示引出脚，VR1、VR2、VR3、VR4和VR5是右声道电平指示引出脚。左声道是用集成运放LM324作信号放大，经整流滤波同时加到用LM324组成的5个驱动比较器，作5级电平显示。右声道是用电平集成电路KA3884或KA6884作显示，由于该集成电路工作电源电压小于18V，所以30V电压经3.9kΩ电阻降压后加到⑨脚，输出脚①、②、③、④和⑥还需要三极管9015驱动才能输出+30V电压点亮荧光屏。在AV功放实际电路中，左右声道电平驱动电路相同，以减少元器件的种类。3

使用荧光屏时应注意的问题(1)虚像。虚像是指荧光屏工作时，有些不应发光的图形发光，但亮度比其应显示的图形暗得多。克服虚像的方法是要加规范规定的足够的截止电压，栅极扫描脉冲的位与位之间要留有10～20μs的消隐时间，用晶体管阵列IC做驱动接口时，与荧光屏的阳极和栅极连接输出端必须分别加下拉电阻，在开发有荧光屏驱动接口的单片微机时，要掩膜下拉电阻。
(2）阴影。阴影是指荧光屏工作时，显示图形的周围或端部比中央部位暗，产生阴影的主要原因是工作电压不合适。灯丝的加热电压偏低（超过额定值的10%的范围），截止电压偏低（等于或略小于标准值），阳栅极电压波动过大（超过额定值的10%的范围）都会产生阴影。
(3）电磁干扰。VFD用低压交流灯丝加热，在脉冲信号的驱动下进行字符显示，它对周围将辐射出许多电磁场干扰。必须对荧光屏采用单独供电，在处理好接地和滤波的条件下，仍不能消除时可采取屏蔽措施。
(4）荧光屏是玻璃制品，在使用和搬运中不能使产品受到冲击和碰撞。在安装时，须采取必要的防震措施。管脚焊接后，尽可能避免超声波清洗，长时间使用强超声波，会震断灯丝和导致荧光粉剥落。在储存时，避免高温和潮湿环境，或长时间暴露在含盐、硫量高的环境中。

荧光屏的清洗方法利用照相机镜头清洁纸来清洁荧光屏的表面尘埃是一种效果极好的方法。镜头纸是一种类似于无纺布结构的柔软性光学镜专用清洁纸张。制作时采用人工的方法，细致地将杂于纸巾可能损伤镜头的沙粒、纸筋等硬性杂物完全剔除，所以用它来清洁荧光屏表面时，不仅不会将其划伤，而且除尘效果极佳，不产生静电，也不会出现附着物，从而达到清洁和保护荧光屏表面的目的。使用时，用镜头纸沿同一方向轻拭荧光屏表面后，再略加大力量用纸将荧光屏表面细致擦一遍即告完成。需要注意的是，第一遍要轻，以免划伤荧光屏表面。用这种方法清尘后的荧光屏光亮如新，一扫清尘前图像模糊之感。