映象管電視的顯像原理

一提到映象管電視，可能我們的腦海裡總會浮現出“笨重”、“古董”、“靜電”這樣的詞彙，事實上，映象管電視並不像我們印象中那樣古老，遙想十年以前（就是首款iPhone釋出的那一年），映象管電視的保有率還十分可觀，時至今日，這種電視也沒有完全退出市場。

要說映象管電視最讓人印象深刻的特點是什麼，那恐怕非“大”字不可了。這裡的大並不是指它的螢幕大（當然了，大屏的映象管電視也非常常見），而是指它的體積很大，這種電視的背後永遠都鼓著一個“大大的包”，這個“包”裡裝的到底是什麼啊？

要解釋映象管電視的體積為什麼這麼大這個問題，還要從它裡面映象管的結構講起。

答主畫了一張草圖，大概描述了映象管的結構：

它的核心元器件已經在圖中標示出來了，分別是陰極、聚焦線圈、偏轉線圈真空管和熒光粉。

當電訊號輸入到電視的映象管中時，它會由映象管一端（就是比較尖的那端）的陰極（電子槍的一部分）轉換為電子束，並傳輸到聚焦線圈，聚焦線圈則對電子束有聚集作用，如果此時這束電子束直接投射到熒光屏上，那你將在電視螢幕的中心看到一個圓圓的白點，這可不是我們想要的效果。

要讓電視螢幕顯示正常的畫面，我們還需要一個叫做“偏轉線圈”的元器件，它的作用是透過磁場將那束圓圓細細的電子束變成一條一條的，這一條條的電子束會在電視的熒光屏上做掃描，負責水平掃描的那組線圈被稱作“行偏轉線圈”，負責垂直掃描的那組線圈被稱作“場偏轉線圈”，在行偏轉線圈的場偏轉線圈的共同作用下，那束圓圓細細的電子束就會變成一個矩形光柵。

什麼是掃描呢？這是電視機重新整理畫面的一種方式，答主這裡又畫了一個示意圖，感受一下：

電視螢幕上的畫面，實際上是由一條又一條的掃描線構成的，中國的電視制式是PAL-D，這種制式下，每幅影象的掃描線數量為625條。

影象的掃描展現又分為逐行掃描和隔行掃描兩種，所謂的逐行掃描，指的是一次掃描即覆蓋所有的行數，而隔行掃描則是先掃描偶數行，緊接著再掃描奇數行，從而形成一整幅影象，由於掃描的速度很快，所以人眼幾乎感受不到掃描的過程。這兩種掃描方式各有優點，又各有弊端，逐行掃描的優點是閃爍較輕，缺點則是對訊號頻寬的要求較高，隔行掃描的優點是節省頻寬，缺點則是閃爍相對比較明顯。

中國的PAL-D電視制式採用的是隔行掃描，中國的市電頻率是50Hz，故每秒可以掃描50場，而又由於是隔行掃描，掃描兩次才能形成一幅完整的畫面，所以此時的幀率就是25幀/秒，這也是中國電視訊號的標準幀率。

我們再將目光移回經由電子槍發射出的電子束上來。上文我們已經說到，電子束經過偏轉線圈的處理，已經變成了一條又一條的，那這一條又一條的電子束打到玻璃上，怎麼就變成了各式各樣的影象了呢？

這些電子束打在透明的玻璃上肯定是無法顯像的，知道映象管電視的螢幕為什麼叫“熒光屏”嗎？因為這個螢幕上被塗上了一層熒光粉。

熒光粉是由特殊的化學物質組成的，當電子束打到這層熒光粉上時，它們就會發出各種不同的光，電視畫面就這樣形成了。

映象管電視有黑白電視和彩色電視之分，黑白電視的電子槍相對比較簡單，熒光粉也只能對影象的亮度部分進行還原，而彩色電視的電子槍就比較複雜了，它裡面射出的電子束可以包含色彩資訊，它的熒光粉可發出的光的顏色則有藍白、灰白和黃白等幾種。

記得小時候家裡的電視，看時間長了，摸一摸它的螢幕，可以感到靜電，知道映象管的顯像原理之後，終於知道這是怎麼回事了，這塊螢幕一直在接受電子束的轟擊，產生靜電再正常不過了。

TFT的顯像原理

TFT，全稱為“Thin Film Transistor”，翻譯成中文就是“薄膜電晶體”，是LCD的一種。要理解TFT的顯像原理，我們要從它的結構說起，答主這裡畫了一張簡單的TFT面板結構示意圖：

可以看到，一塊TFT螢幕的組成元素大概是這麼幾樣：背光板、偏光片、薄膜晶體板、彩色濾光片和透明基板。

背光板的作用是發出白色的光，這些光經過偏光片的散射後，將來到由薄膜晶體板和彩色率偏光片夾著的液晶面前。

液晶是一種可以隨著溫度的變化而改變性質的物體，它的分子結構就像一個又一個的火柴棒，當這些“火柴棒”的擺放方式發生變化，透過液晶的光線的量也會隨之發生變化。這樣說可能不太容易理解，答主又畫了張圖：

可以看到，當液晶的兩端不施加電壓時，它們的分子是與光線傳播的方向垂直排列的，這樣，光線就無法穿透液晶層，而當液晶的兩端施加電壓時，它們的分子是與方向傳播的方向水平排列的，這樣，光線就可以穿透液晶層，如下圖所示：

在一塊液晶螢幕中，液晶分子與光線傳播方向間的夾角不同，透光的光的量不同，最終傳到我們眼睛裡的光線的明暗就不同。

如果把液晶分子比喻成百葉窗的葉片，那麼液晶層下方的薄膜晶體板則是每個百葉窗葉片的開關。光線透過液晶層的多少，全由薄膜晶體板來控制。

當光線透過液晶層後，畫面的明暗已經成型，不過我們還需要給它加點色彩，這時，我們在前面給它攔一個彩色濾光片，當帶有明暗資訊的畫面透過這些彩色濾光片，我們就可以得到有色彩的畫面了。

經由彩色濾光片傳出的光會再次經過偏光片的散射，最後，帶有明暗資訊和色彩資訊的經過散射的光傳到我們的眼睛裡，我們就可以看到有明暗、有顏色的電視畫面了。

OLED的顯像原理

和TFT-LCD這種自帶光源的顯示技術不同，OLED的每個顯示單元可以自行發光，因此，在顯示黑色時，它的畫素點是完全關閉的，可以黑得更加深邃：

由於它的發光原理和結構特徵和LCD不同，光線無需透過偏光板進行散射，因此相比於LCD，它可視角度更好。

答主畫了一張簡單的OLED面板結構示意圖，如下：

可以看到，OLED的組成元素大概有陰極、電子注入/傳輸層、有機發光層、空穴注入/傳輸層、陽極和透明基板。

有機發光層是一層具有半導體特性的透明薄膜，當電子經由陰極走向陽極時，正極空穴會與陰極電荷在發光層中結合，產生不同顏色和不同亮度的光。這些光透過透明基板，傳到我們的眼睛裡，就是我們所看到的電視畫面。

由於藍色畫素相對於紅色和綠色畫素壽命較短，因此，OLED螢幕的次畫素排量方式和LCD略有不同。

這裡我們解釋一下什麼是次畫素，一個完整的畫素，應該可以顯示出所有不同的色彩，而要顯示出各式各樣的色彩，就需要紅、綠、藍這三種色光進行不同劑量的配比，包含紅、綠、藍這三個顯示單元的畫素，我們稱之為單畫素，而組成單畫素的紅、綠、藍三個色光單元，我們稱其為次畫素。

LCD的次畫素排列方式是標準的RGB排列，就像下圖這樣：

而OLED是畫素自發光，相比於紅色和綠色，藍色次畫素的壽命較短，因此，OLED需要將藍色次畫素的數量儘可能的減少，同時增大藍色次畫素的面積，為了平衡色光，紅色次畫素的數量也隨之減少，由此，便形成了這種單畫素間共享藍色次畫素的RGB-Pentile的次畫素排列方式：

這種次畫素的排列方式，有著顯示不夠細膩和色彩不夠準確的缺點，當然了，為了優秀的畫面對比度和廣闊的可視角度，這種小缺點也是可以接受的，何況經過這麼多年的改進，OLED偏色的顯示粗糙的問題已經基本上被攻克了。

遙想當年，那些又薄又大的電視動輒上萬，而如今，我們只需花個千把塊錢就能買到入門級的液晶電視了，不得不感嘆科技的發展和時代的進步。

映象管暫且不談，已經淘汰了，也很難見到了，我們之談液晶顯示器。

夜景顯示器的基本原理就像百葉窗，都開啟白，都關上，黑，開啟一半黑。 顯示器後面有個電路板，電路板控制每一根百葉窗的葉片，甚至可以控制一根葉片每一小段的開合，這樣就能顯示所有圖案了。

只是這時是黑白的。要想彩色的。很簡單，在玻璃上貼上紅藍綠的小格子半透明貼，然後在分別控制每個格子前面的百葉窗就搞定了。