纯平世界的不平表现──技术基础

王寒晖  小龟 
2001年 12期

    纯平显像管主要有索尼的“FD特丽珑”、三菱的“NF钻石珑”、LG的“未来窗”、三星的“DynaFlat”等四种，它们所生产的纯平管在技术上各具特色，在性能上各有千秋，在价格上也不尽相同，如何选择你个人喜欢或偏爱的纯平显像管的显示器是你需要留意的问题。
　　#1    一、明白产品参数
　　    如果要说纯平的技术，首先我们要先了解两个纯平显示器的概念，一个是外围弧度和内围弧度。所谓外围弧度就是指它的圆柱半径R，即显像管的面板部分，它是衡量其平面的标准。通常在同一级显像管中，屏幕尺寸越大的显示器，其外围弧度也越大，它的数值越高则越接近平面。内围弧度是指荫罩栅网的弧度，如果要达到真正的平面，仅有显像管表面的平坦是不够的，否则图像就会产生凹陷现象，内围弧度是达到平面的真正关键。如果内围弧度不够大，图像就会发生变形失真。最大可视区域是屏幕上可以显示画面的最大范围，为屏幕的对角线长度。由于显像管都是安装在塑胶外壳内，且由于屏幕的四个边都有黑框无法显示，因此可视区域尺寸都会比显像管尺寸稍微小一点。一般17英寸显示器的实际显示尺寸大约只有16英寸左右。
　　    分辨率（Resolution）：只要用过电脑的人士都知道是怎么回事。一般来说，只要显示器的带宽大于某分辨率下的可接受带宽，它就能达到这一分辨率。值得一提的是，一台显示器在75Hz的刷新频率下所能达到的分辨率才是它真正的最高分辨率，而现在一些广告中所声称的分辨率往往是在刷新频率极低的条件下能达到的最大分辨率，在实际使用中没有任何意义；因此为了避免上当受骗，在购买前一定要实测一下。分辨率就是屏幕图像的密度，你可以把它想像成是一个大型的棋盘，而分辨率的表示方式就是每一条水平线上面的点的数目乘上水平线的数目。以分辨率为640×480的屏幕来说，即每一条线上包含有640个像素或者点，且共有480条线，也就是说扫描列数为640列，行数为480行。分辨率越高，屏幕上所能呈现的图像也就越精细。
　　    分辨率不仅与显示尺寸有关，还要受显像管点距、视频带宽等因素的影响。其标准的刷新频率应该是75Hz或是更高，知道分辨率、点距和最大显示宽度就能得出像素值。标准显像管的计算方法如下：最大显示宽度÷水平点距=像素数，比如标准17英寸显示器的最大显示宽度是320mm，标称点距是0.28mm，那么首先按0.28×0.866的公式计算出0.243水平点距，然后再按320÷0.243的公式得出1316像素数。
　　    点距（Dot-Pitch）点距是同一像素中两个颜色相近的磷光体间的距离。点距越小，显示出来的图像越细腻。在纯平显示器以前的显示器，点距多为0.26mm和0.28mm，现如今纯平显示器采用的都是0.24mm和0.25mm的点距。另外某些纯平显示器采用更小的点距来提高分辨率和图像质量。对使用孔状荫罩来说的，点距是荧光屏上两个同样颜色荧光点之间的距离，举例来说，就是一个红色荧光点与相邻红色荧光点之间的对角距离，它通常以毫米（mm）表示。荫罩上的点距越小，影像看起来也就越精细，其边和线也就越平顺。
　　    场频（Vertical Scan Frequency）又称为“垂直扫描频率”，也就是屏幕的刷新频率。指每秒钟屏幕刷新的次数，通常以赫兹（Hz）表示，它可以理解为每秒钟刷新屏幕的次数，以85Hz刷新率为例，它表示显示器的内容每秒钟刷新85次。行频和场频结合在一起就可以决定分辨率的高低。另外它与图像内容的变化没有任何关系，即便屏幕上显示的是静止图像，电子枪也照常发射光速来刷新屏幕。垂直扫描频率越高，你所感受到的闪烁也就越不明显，因此眼睛也就越不容易疲劳。现在的新标准规定，显示器场频必须达到85Hz时的最大分辨率，才是真正的最大分辨率。
　　    行频（Horizontal Scan Frequency）指电子枪每秒在荧光屏上扫描过的水平线数量，等于“行数×场频”。显而易见，行频是一个综合分辨率和场频的参数，它越大就意味者显示器可以提供的分辨率越高，稳定性越好。
　　    视频带宽（Band Width）：这是一般显示器厂商最不愿意提的一个性能参数。其实，带宽决定着一台显示器可以处理的信息范围，就是指特定电子装置能处理的频率范围。工作频率范围早在电路设计时就已经限定下来了，由于高频会产生辐射，因此高频处理电路的设计更为困难，成本也高得多；而增强高频处理能力可以使图像更清晰，所以宽带宽能处理的频率更高，图像也更好。每种分辨率都对应着一个最小可接受的带宽。当然，你不一定非要带宽达到分辨率的要求，但如果带宽小于该分辨率的可接受数值，显示出来的图像会因损失和失真而模糊不清，所以说带宽的大小尤为重要。视频带宽指每秒钟电子枪扫描过的总像素数，等于“水平分辨率×垂直分辨率×场频”。与行频相比，带宽更具有综合性也更直接的反映显示器性能，但通过上述公式计算出的视频带宽只是理论值。
　　    MPR Ⅱ认证：MPR诞生于1987年，是瑞典技术委员会（SWEDAC，Swedisch Board for Technical Accreditation）就电磁辐射对人体健康的影响而推出的一个规范，现已成为国际标准。于l990年推出的MPRⅡ 将原基础规范更加严格化，它主要限制显示器在使用中产生的磁场强度，提供了多项显示器标准，包括闪烁度、跳动、线性、光亮度、反光度及字体大小等，尤其对ELF（超低频）和 VLF（甚低频）辐射进行了最大的限制、已经成为一种比较严格的电磁辐射标准，所有符合此标准的显示器一般都可称为“超低辐射”。现在生产的显示器一般都已经通过MPRⅡ认证。
　　    TCO标准：所谓的TCO标准，是由瑞典劳工联盟提出的，用于规范显示器的电子和静电辐射对环境的污染。现在常用的有TCO92、TCO95和TCO99。TCO 规范的各种测试标准比MPR-Ⅱ和EPA的能源之星更加严格。其中TCO92与MPR-Ⅱ相似，但标准稍高一些。
　　    TCO规范是由TCO组织制定的，他在不同的历史时期对电子工业产品的电磁辐射的限制制定了相应的TCO系列环保规范。例如在1992年制定的TCO标准就是TCO92。（^12060102a^）（^12060102b^）（^12060102c^）其后TCO组织相继制定了TCO95、TCO99规范。TCO92、TCO95、TCO99三个层次，自左到右逐级严格化。目前此标准已经成为显示器品牌的环保技术认证书，超越了一般意义上的质检。
　　    TCO 92：1991年制定，增加了对交流电场（ATF）的限制，是目前世界上最为严格的低辐射标准。致力于降低电磁辐射、节省电力、防火和防电。
　　    TCO 95：综合性环保及人体工学设计规范，包括一系列标准和功能：基于 TCO 92\ISO \MPR-Ⅱ；人体工学（ISO 9241）和安全性（IEC 950）标准；电源控制标准（NUTEK）；低电磁辐射\低磁场辐射标准。覆盖范围涉及显示器、键盘和系统单元。除TCO92的各项规定外，还提出了对环境保护的要求，并要求设备符合人体工学。
　　    TCO 99：TCO99 对显示器提出了最严格的要求，让用户感到最大程度的舒适，同时尽可能保护环境。TCO99对键盘及便携机的设计也提出了具体意见。1998年11月宣布了首批通过TCO99认证的机型。TCO99可以说是目前世界上最严格的显示器制造业标准。取得它的认证需要考虑的因素很多，如：环保、人体工程学、使用性、电磁辐射、能量消耗及安全性。环保要求严格限制重金属钡及氯化物阻燃剂的使用及CFCS和氯化溶剂的使用，且产品要循环再利用。在节能方面，当计算机或显示器设定进入低功耗等待时间后，逐步进入节能状态的不同阶段。用户应能接受从节能状态回到正常状态的时间。
　　#1    二、了解产品性能
　　    在一般用户的心目中，好像显示质量就是显示器和厂商的问题。其实，显示质量的90%要取决于显像管，显像管的品质好坏直接关系到整台显示器的性能。所以，要讨论纯平显示器性能，就不得不讨论纯平显像管本身。
　　    1.纯平显像管的分类
　　    从采用的平面显示技术角度，显像管可分为“视觉平面”和“物理平面”两种。
　　    大家所说的纯平显像管，从技术角度来看，可以分成“视觉平面”和“物理平面”两种。
　　    视觉平面的显像管表面并不是完全的平面，而是仍有一定的微小弧度，这样做是为了校正由于玻璃外壳的折射现象而造成内凹的视觉误差。它是采用科学的折射视觉补偿技术使内凹的感觉被减轻。内表面精确计算玻璃的折射率、有效弯曲率及边缘到中心点的位置，经过细密的处理后，消除了图像的反光与折射，光路返回形成真正的视觉平面，彻底消除内凹感，实现了视觉效果上的真正平面。视觉平面的代表产品有索尼平面特丽珑显像管、三菱平面钻石珑显像管、三星丹娜显像管，以及NEC第二代Cromaclear真视纯平显像管。不过在采取的补偿技术方面，三菱和索尼坚持的是内表面柱形曲面补偿技术，三星则采用内表面球形曲面补偿技术。
　　    物理平面的显像管外表面、内表面和荫罩板三个机械结构均为绝对平面设计。但是由于光的折射与反射，无论显像管是否纯平，一旦透过显示屏玻璃，其图像必然失真与变形，平面显示器的真正意义应在于看到的图像平面，而不是单纯意义上的显示器本身的平面。它的代表产品是LG未来窗显像管。同时，未来窗还加入了动态电子枪技术，减少垂直长度，防止周边摩尔纹效应。LG的物理平面技术由于它过分追求绝对的平面反而使图像看起来有一种内凹感。
　　    从荫罩板采用的技术，显像管可分为“栅格式荫罩板”、“点状不涨钢荫罩板”和“沟槽式荫罩板”三种。
　　    纯平显像管主要是由纯平面屏幕，屏幕内侧的荧光粉层、荫罩板、电子枪和安全架等组成。其中，荫罩板在保证显示效果方面起着举足轻重的作用。荫罩板是指安装在荧光屏与电子枪之间的薄钢板，其上面在存在着有序排列的小孔，看上去像纱罩。
　　    栅格式荫罩板（Aperture Grille Mask）的代表产品有索尼平面特丽珑显像管和三菱平面钻石珑显像管。栅格式荫罩板上分布着纵向排列的细金属丝来代替钢板，水平方面则没有任何阻拦物，看上去像栅栏。透过栅栏看当然要比透过纱罩看效果好，这是因为栅栏在垂直方向对光线没有任何阻挡，电子束透过的部分就多，因而可以得到比荫罩更强的亮度、对比度及清晰度，使图像的色彩亮泽，还原也更为充分真实。
　　    点状不涨钢荫罩板（Invar Shadow Mask）的代表产品有三星丹娜显像管。点状不涨钢荫罩板上分布的是密密麻麻的小孔，红、蓝、绿电子束打在荧光屏上的点是正三角分布的。这种显像管的屏幕表面是纯平的，但是内表面是球面的，它的曲率是根据SNELL公式计算出来的。经过这样的处理后，内面发光点射出的光再经过厚玻璃的折射后进入人眼成像，光路反向沿长线形成的虚光点组成的图像则是真正的平面。
　　    沟槽式荫罩板（Slot Mask）的代表产品有LG未来窗平面珑显像管和NEC第二代Cromaclear真视纯平显像管。沟槽式荫罩板让荫罩板与显示屏间的距离缩小到仅4毫米，并且荫罩板又采用沟状栅栏结构，大大提高了开口率和透过率，缩小了点距，使得显示的画面更清晰，色彩更鲜明。又可利用自身栅条间的许多细小的横格来稳定荫罩网面的受力，从而免除了使用单纯栅条结构为支撑网面而不得不添加的让人心烦的小细线
　　    2.主要的纯平显像管技术
　　    目前生产纯平显像管的厂家不多，主要的纯平显像管制造商有日本索尼公司、日本三菱公司、韩国三星公司、韩国LG公司、日本NEC公司、日本东芝公司、荷兰飞利浦公司。这几家厂商的纯平显像管技术各有千秋，下面就向大家介绍这些厂商的纯平显像管技术的特征。
　　#2    索尼平面特丽珑（FD Trinitron）显像管技术
　　    日本的索尼公司在1996年底发布的平面特丽珑（FD Trinitron）显像管，已经达到完全平面的境界。一般情况下，屏幕越平，结构性画面扭曲的机会就越高。但FD Trinitron显像管通过电脑模拟技术确定玻璃屏幕更理想的厚度，一方面克服了结构性画面扭曲的难题。另一方面却能保持显像管的重量及深度与传统显像管相近。平面特丽珑采用了一种新型的栅格式荫罩板，采用更平坦的超精细垂直栅条设计（^12060102d^），高效能防抖系统，更加精细的栅条中心点距，以及更有效的分色技术，这些均意味着解像度的大大提高。其稳定的垂直张力可吸引及抵消电子束发射时所产生的膨胀热能，确保电子束投射到屏幕磷光层的正确位置上，防止色彩向四周溢出。有别于其他形式显像管的设计，能避免热能向四周扩散，导致屏幕色彩失真，造成“散色”现象。另外，特丽珑原有的增强型电子枪技术也应用到平面特丽珑上。并在MALS（Multi Astigmatism Lens System，多重散光聚焦系统）增加了DQL（Dynamic Quadrapole Lens，动态四极镜）的数目，以改善DQL聚焦效果。多重散光聚焦系统还能自动调节光点的大小，把屏幕角落的光点由椭圆变成圆形并放大，避免电子束射击磷光粉时，因距离误差而产生的聚焦不准，这对解决边角的色彩模糊问题有特效。EFEAL（Extended Field Elliptical Aperture Lens，可扩展扫描椭圆孔镜头）在聚焦镜内放置了一个大型的虚拟镜片，能够更好地会聚光线提高亮度。此技术能增加光点的精确度并使屏幕显示的图像更清晰。L-SAGIC（Low Power-Small Aperture G1 wiht Impregnated Cathode，低功耗光圈阴极管）在电子枪的发热管前端增加了一层电子发射基质，再透过表面涂层放出光线，此步骤使显示器的性能提高了约30%。三种技术加起来，能够确保整体屏幕聚焦的均匀性，使整个画面，无论每一角落的图像皆完美清晰。
　　#2    三菱平面钻石珑（FD DiamondRon）显像管技术
　　    三菱公司的“钻石珑”（Diamondtron）显像管是以高稠密间隙格栅（AG）以及四倍动态聚焦电子枪，通过四组透镜对电子束进行矫正。动态光束控制电路（^12060102e^）。使显像管的四个边角区域的显示效果与中间显示效果达到同样的完美。三菱还对地磁场采用了高技术的措施，彻底抑制了画面色彩不均匀和失真。三菱FD DiamondRon显像管和索尼的FD Trinitron显像管因为使用的都是阴栅技术，所以在显示器的上下1/3处都有一条隐约可见的金属阻尼线来保证显像管的强度。
　　#2    三星丹娜（DynaFlat）纯平显像管技术
　　    三星DynaFlat显像管技术仍然采用传统的荫罩式结构，不过它比较特殊的地方是显像管的内壁仍然是球面，而外壁则是完全平面，通过特殊的曲率设计，克服了由于屏幕厚玻璃使光线发生折射所产生的内凹感，使光线发生折射后与曲面相互抵消，从而达到视觉上的完全平面。三星的DynaFlat纯平显像管还使用了独有的多层薄膜“超清晰涂层”，以使其更加清晰并能够阻止有害的电磁辐射。
　　    丹娜管同样也有缺陷，由于它的内曲结构造成了这一产品的四角图像略微有一点点失真，从不同的角度看时画面都稍有变形。
　　#2    LG未来窗平面珑（Flatirons）显像管技术
　　    LG电子公司的未来窗平面珑（Flatirons）显像管，从中心到边缘均能保持平整如纸，视觉效果舒展，从任何角度看，画面均无扭曲。此技术一改通用的柱状荫罩技术（^12060102f^），采用独特的平面沟槽式荫罩板，让荫罩板与显示屏间的距离缩小到仅4毫米，并且荫罩板又采用沟状栅栏结构，大大提高了开口率和透过率，缩小了点距，使得显示的画面更清晰，色彩更鲜明，而且从任何角度看，画面都没有扭曲或变形。这种技术结合了SONY特丽珑栅状荫罩和传统点状荫罩的优点，即可得到近乎栅状荫罩的高透光率，进而得到更亮更清晰的画面，又可利用自身栅条间的许多细小的横格来稳定荫罩网面的受力，从而免除了使用单纯栅条结构为了支撑网面而不得不添加的让人心烦的小细线。未来窗显像管技术还设计了防止热变形的轨，它能在显示器发热的情况下，向四面拉伸荫罩板，避免了荫罩板由于受热变形而产生Doming形象，使显示器的色相均匀，色纯度得到提高。这种显像管还采用6种特制涂层，使反光率减至0.3%，透光率达到40%，即使长时间使用，眼睛也不易感到疲劳。而在提高画面清晰度方面，未来窗还加入了动态电子枪技术，减少垂直长度，防止屏幕四个角的水平分辨率降低和摩尔纹效应等。
　　#2    日本NEC第二代Cromaclear真视纯平显像管技术
　　    日本NEC推出第二代Cromaclear真视纯平显像管，它采用高清晰屏幕表面处理技术，可以在减少强光的同时改善聚焦及对比度。全扫描FullScan功能可以调整图像边缘不可使用的黑边，此外，它还采用了短管技术和薄型保护罩技术。
　　#2    日本东芝Microfilter纯平显像管技术
　　    在东芝Microfilter纯平显像管里，一个红绿蓝的过滤层被渗入到传统磷光粉的前方玻璃里，磷光粉所发出的光首先通过过滤层，滤去杂色，提高了色彩的纯净度；周围环境光的反射影响了显示的黑色，传统的显像管利用低透光率的玻璃屏来减少外来光的反射，但这同时也减弱了显示的亮度，东芝的Microfilter显像管过滤层技术有效地减少了外来光的反射，可以使用高透光率的玻璃屏取代传统的低透光率的玻璃屏，在保证暗部细节的前提下大大提高了图像的亮度，使显像管的暗部更黑，有效提高了显像管的对比度。