陰極射線顯示是基於陰極射線發光技術來顯示成像的技術。陰極射線發光是指發光體在加速電子的轟擊下激發發光。典型的器件有顯像管（CRT），其中的電子槍的在加速場作用下產生高速電子束，轟擊螢幕上的螢光粉而發光。
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發光機理
陰極射線發光主要包括光致發光中的分立發光和陰極射線發光中的複合發光。
複合發光
典型的陰極射線顯示發光物質為晶態發光體，這是一類含有雜質和其他缺陷的離子型晶體。晶態發光體的發光機理為複合發光，其特點是：能量吸收在基質中進行，而能量輻射則在激活劑上產生，即發光過程的整個晶體內完成。由於全過程中晶體內伴隨有電子和空穴的漂移或擴散，從而常常產生特徵性光電導現象，因而這類發光一般又稱為光電導型發光。相對而言這類發光餘輝較長，俗稱磷光。電視機或監視器就是這類發光。
它由晶體基質所決定的價帶和導帶、製備發光體摻入的激活劑離子所產生的局部能級G（一般為基態能級）以及晶體結構缺陷或加入的協同激活劑而產生的局部能級T（一般為電子陷阱能級）等幾部分組成。其發光的微觀過程包括：
（1）吸收激發能電離過程
晶體吸收外界激發能，引起基質價帶電子和激活劑G能級上的電子（遠少於基質電子）激發、電離而到達導帶，從而在價帶中引入空穴，導帶中引入電子。
（2）電子和空穴的中介運動過程
電離產生的電子和空穴分別在導帶和價帶中擴散。空穴擴散到價帶頂附近後被激活激活劑離子G能級俘獲。電子擴散到導帶底附近時，有時不經過亞穩態，直接落入激活劑離子G能級相應的激發態A（a過程）；有的被淺層亞穩態的陷阱能級T俘獲，之後藉助熱運動回到導帶，繼而失去部分能量落入激發態A（b過程）；有的被深層陷阱能級T俘獲，之後在外界能量激發下回到導帶，繼而失去部分能量落入激發態A（c過程）。
（3）電子空穴對複合發光過程
激活劑離子A能級上的電子與G能級上的空穴複合並向外輻射光子。上述a過程中的電子在導帶中停留時間少於0.1ns即複合發光，因為稱為短時複合發光；而b,c過程的電子由於存在T能級俘獲過程，因而複合發光滯後於電子受激發躍遷，存在餘輝時間，稱為長時複合發光。
硫化物型發光體是這類發光體的典型代表。發光過程中，除了基質ZnA本身提供的導帶和價帶外，不僅需要激活劑提供能級G，還需要協間激活劑提供陷阱能級T。通常基質的常數大大超過激活劑和協同激活劑的數量，所以其發光特性主要決定於基質勁歌母體本身。激活劑和協同激活劑主要是通過其化學價間接起作用而非元素本身直接起作用，作用結果使晶格受到恰當微擾，但沒有他們，ZnS不能正常發光。
分立發光
分立發光是另一類重要的發光機制，其特點是能量吸收和輻射均發生在晶體單分子中的激活劑附近，即發光中心上，因而成為短時非光電導型發光，俗稱螢光。日光燈發光就屬於這類發光。
分立發光機理常用位形坐標模型來解釋，如圖。由於原子的勢能場對電子的作用與位置有關，因而晶格處子振動狀態電子的能態隨原子位置變化而變化。位形坐標就是用來描述激活劑原子空間位置變化時電子能態的變化情況的。
當一束高能（>1keV）粒子打到某一固體上時，小部分（約10%）被反向散射，剩餘部分穿透到固體中並在其中失去能量，使圖中處於基態1位置A處的電子吸收外界高能量子而躍遷到微發態2上位置A`處。由於電子在A`處不穩定，因而必然經由狀態B`下降到激發態能量最低點G`。當電子從激發態G`躍遷到基態G點時，便發生髮光現象。其發射光子的能量總小於吸收的能量，這種能量損失成為斯托克斯損失。當外部激發量子為光子時，這種損失就體現為發射光譜的峰值相對吸收光譜峰值向長波方向移動的現象，稱斯托克斯位移。
事實上，在電子進行這一系列運動時，由於原子質量遠大於電子質量，因而原子平衡位置的運動速度不能得到及時調整，結果原子僅能在平衡位置附近發生微小振動。這種勁歌振動對活化劑離子能級產生影響，似的吸收不是發生在一點，而是發生在一個能帶上，也就是說一個吸收帶，同樣發射光譜也是一個能帶。這必然造成晶態發光體的發生光譜具有一定的頻寬，並且光譜分布通常是鐘形的。
螢光燈就是斯托克斯位移的一個重要套用。在螢光燈中，通過由氬氣和水銀蒸發組成的混合氣體放電，發出淺藍色的光和具有大能量的紫外線。如果在螢光燈的管壁上塗上適當的發光材料，就可發生斯托克斯位移，把紫外線變為可見光，從而大大增加螢光燈發光效率。
顯像管CRT
陰極射線管的發展可追溯到1897年的布朗的示波管，1938年德國人W.Fleching提出彩色顯像管專利，1950年美國的RCA公司研製出三束三槍蔭罩式彩色顯像管，1953年實用化。20世紀60年代，玻殼由圓形發展為圓角矩陣管，尺寸由21英寸進展到25英寸，偏轉角由70°增大到90°，螢光粉由發光效率較低的磷酸鹽型發展到硫化物藍綠螢光粉和稀土類紅色螢光粉；709年代以後，彩色顯像管進行了一系列改進，顯示屏由平面直角前進到超平、純平，尺寸發展到主流29英寸以上，偏轉角由90°增大到110°，橫縱比不斷增大，採用自會聚管以提高顯示分辨路。並且正向高解析度彩電方向發展。這些方面取得了突破性進展，研製成功了超薄、純平彩電。
黑白顯像管
黑白顯像管是通過電光轉換重現電視圖像的一種窄束強流電子束管，其基本工作原理是：電子槍發射出的電子束被加在電子槍柵極還或陰極上的視頻電信號所調製後，經過加速、聚焦、掃描、複合發光等一系列過程最終變成螢光屏上按空間分布的、亮度隨電信號強弱面變化的相應光信號，從而得到與原被攝景物幾何相似、明暗對應的合適人眼視覺特性要求的光學圖像。
黑白顯像管的基本結構包括電子槍、偏轉系統、螢光屏和玻殼。
電子槍
電子槍是顯像管中極為重要的組成部分。電子束的發射、調製、加速、聚焦均由電子槍來承擔。顯示管用電子槍屬於弱流電子槍，由圓筒、圓帽和原片等旋轉對稱的金屬電極同軸排列、裝配和固定而成。一般分雙電位電子槍（BPF）和單電位電子槍（UPF）。BPF槍中電子束在主聚焦透鏡出入口處電位不同，UPF槍則主透鏡出入口處電位相同。UPF電子槍比BPF電子槍多一個高壓陽極，大幅度增強了聚焦能力，使得顯像管具有了自聚焦能力，保證了顯像管聚焦特性的穩定和提高，因為被廣泛採用。以下是分析UPF電子槍的結構和工作原理。
電子槍的第一個作用是發射並加速電子。顯像管一般採用氧化物陰極，在基體金屬上塗敷一層以氧化鋇為主體的氧化物，當燈絲加熱使陰極表面溫度達到800攝氏度左右，開始發射電子。電子槍的電子發射系統主要由陰極、控制極、加速極組成，加速極電壓一般在700V左右，當陰極-控制極電壓低於截止電壓時，陰極表面中心部位出現電子加速場，達到一定溫度的陰極就能發射出電子束，電子束經G2加速，形成高速電子束流。
電子槍的第二個作用是用視頻信號調製電子束流。電子束流由陰極和控制極的電位控制。發射電子束流的強度Ic表示為Ic=ke（ug-Eg）。目前顯像管一般採用陰極調製的方式，也就是控制極接地，將視頻信號加到陰極上，此時陰極電壓越向負極變化，電子束流就越大，所以稱負極性調製。這種調製方式對電子束的控制較強，調製靈敏度較高。
電子槍的第三個作用是利用電子透鏡匯聚電子束，並在螢光面上將電子束聚成小點。高速電子束流經G2和G3構成的預聚焦透鏡被壓縮變細，再靜G3、G4、G5構成的聚焦透鏡進一步聚焦，在螢光粉面上產生足夠小的光電。
偏轉系統
如果不加偏轉電壓，則經過上述加速、聚焦的具有很高功能的電子束轟擊螢光面時，僅能在螢光屏中心位置產生亮度很高的光點，難以成像；為了顯示一幅圖像，必須讓電子束在水平方向和垂直方向上同時偏轉，使整個螢光屏上的任何一點都能發光而形成光柵，這就是偏轉系統的作用。
電子束的偏轉方式分壓偏轉和磁偏轉兩類。由於磁偏轉像差小，適用於大角度偏轉，並且在高陽極電壓下偏轉靈敏度的變化比電偏轉小，所以顯像管通常採用磁偏轉。磁偏轉系統由兩組套在管頸外面的相互垂直的偏轉線圈組成，常為S/T型結構，即：垂直偏轉線圈繞在磁環上為環形，水平偏轉線圈為空心鞍型；水平線圈放在垂直線圈裡面，且緊貼管頸，偏轉線圈細管頸、大偏轉角結構可使顯像管長度減小，從而大大減小體積。
一般情況下，在水平偏轉線圈上輸入行頻為15625Hz的鋸齒波電流，在垂直偏轉線圈上輸入場頻為50HZ的鋸齒波電流。當電流通過線圈時，產生偏轉磁場，使電子束偏轉，如圖。改變電流的大小和方向，磁場的強弱和方向也隨之改變，電子束於是隨之上下左右偏移。假設偏轉磁場只均勻存在於管軸方向上長度為L的區域，其外磁場為零。於是垂直磁場入射的電子束在磁場內作圓周運動，離開磁場後沿圓周切線射向螢光屏面，電子束直線部分的方向延長線與z軸的交點C為電子束的偏轉中心，θ為電子束偏轉角，D為電子束著屏點偏移量。
螢光屏
螢光屏是實現顯像管電光轉換的關鍵部位之一，要求發光亮度和發光效率足夠高，發光光譜適合人眼觀察，圖像解析度高、傳遞效果好，餘輝時間適當，機械、化學、熱穩定性好，壽命高。
螢光屏由塗覆在玻殼內表面的螢光粉層和疊於螢光粉層上面的鋁膜共同組成。
顯像管的發光性能首先取決於所用的螢光粉材料。黑白顯像管的螢光粉稱白場粉，一般用兩種螢光粉混合製成，或直接採用單一白色粉。製作方法一般採用沉積法：把洗淨烘乾的玻屏放在塗膠機上，玻屏的傾角和轉速都可由塗膠機控制。向玻屏中心注入加油醋酸鋇等電解質的螢光粉和水玻璃懸浮液，開啟塗膠機使其均勻塗布於玻璃基板上，經烘乾後即形成牢固的螢光粉層。
在螢光粉層表面蒸度一層0.1-0.5μm的鋁膜，並使之與電子槍的陽極相連，可以提高圖像顯示性能，所得螢光屏稱為金屬化螢光屏。這種螢光屏具有三大優點，一是鋁膜與電子槍的陽極相連，可以防止介電性的螢光粉負電荷積累導致的螢光面電位下降；二是鋁膜可將螢光粉所發向管內的光纖反射到觀察者一側，從而增高螢光屏亮度、改善對比度；三是鋁層能有效阻擋管內負離子對螢光粉的轟擊，防止螢光屏出現離子斑。
另外，螢光屏發光亮度還和陽極高壓有關，當陽極高壓大於熄點電壓後，螢光屏發光亮度隨陽極高壓增加而呈指數增大，所以提高陽極電壓是提高亮度的有效方法之一。
彩色顯像管
彩色顯像管（後簡稱彩管）是彩色電視機中利用三基色混色原理來實現彩色圖像顯示的電子束管。根據彩色圖像重現方法的不同，可分為矩形式彩管和穿透式彩管。
矩形式彩色顯像管根據選色機構的不同可分成蔭罩式、聚焦蔭罩式、束指引式等各種類型，其三基色組在螢光屏上矩陣狀排列，每個色組含三基色螢光粉點，被各自電子槍激發，發光點直徑很小、且彼此靠的很近，所以，當離開一定距離觀看時，利用人眼的空間混色特性就只能看到它們的混合色。穿透式彩管的螢光屏分三色層，每層均勻塗敷一種基色，三個電子束分別以不同的速度穿透不同的粉層厚度去激勵相應的螢光粉層發光，於是，根據人眼的時間混色特性，螢光屏上的一點就可以得到混色後的色彩，從而實現了才色圖像顯示。
蔭罩式彩管主要由電子槍、偏轉系統、三色組螢光屏以及蔭罩四部分組成。蔭罩是彩管中特有的極為重要的組件，是顯像管的選色機構，當顯像管工作時，蔭罩限制電子束著屏方向和著屏束經，以保證電子束只能打中螢光屏面上規定的基色粉點，即保證電子束正確選色，同時制管過程中蔭罩還起塗屏曝光的投影模板彩管管殼採用全玻璃結構，由玻屏、玻錐和管頸幾部分組成。由於彩管內陽極電壓很高，達20000V以上，因而電子束轟擊會產生軟X射線，於是在玻璃配方中摻入重金屬，以加大對軟X射線的吸收。根據蔭罩管四個組成部分的不同組合方式，可分為品字形三槍三束蔭罩式彩管、單槍三束柵網蔭罩彩管和自會聚式彩管。目前彩色電視機採用最多的是自會聚管。
三槍三束蔭罩管中，紅綠藍三基色點呈品字形均勻交替排列的整個螢光屏上，如圖，每個色點很小，只有幾微米到十幾微米，數目達100萬顆以上，分別被各自電子槍激發發光。發光點排列很近，於是根據空間混色原理，可以得到各種所需顏色。這種彩管的電子槍由三個在管頸內呈品字形排列，相隔120度、與管頸中軸線傾斜1°-1.5°的小電子槍組成，如圖，其作用是發射三基色電信號控制的電子束並保證它們能同時通過蔭罩上同一小孔，並分別打在各自螢光粉點上蔭罩板上打有十萬個小孔（如圖中（b）所示），保證每個電子束在整個掃描過程中都能打到自己的基色粉點上。。為了得到鮮艷清晰的彩色圖像，這類彩管通常還要在管外附加磁鐵、偏轉線圈和相應電路等來對電子束運動加以校正，進行色純化；提高陽極電壓，以提高亮度；加大蔭罩孔孔徑，使通過小孔的電子束直徑增大到螢光粉點直徑大小，進一步提高亮度；在螢光粉間隙塗以石墨，以提高對比度。
單槍三束柵網蔭罩彩管是蔭罩管的改進型，其螢光粉層由1000多餘三種基色螢光粉豎條按RGB次序交替排列而成；孔狀蔭罩板被垂直刻有400-500條細絲柵網的薄鋼片取代，保證三電子束正好在縫隙處交叉，且出射後打在各自的色條上；其三個電子槍燈絲，陰極與控制極水平放置，其餘電極共用。這種結構使得電子束的會聚調整比色點管簡單許多，亮度大大提高，還可縮小顯像管頸尺寸，減小偏轉功率，促進彩電小型化。但彩色重現較為粗糙，因而多用於小型彩電。
自會聚彩管是近年彩管的主流，其典型結構如圖所示。電子槍採用了三槍三束精密直列式結構，除陰極相互獨立並用分立引線外，其他電極均採用整體式結構，用公共引線；採用開槽式蔭罩板及條形螢光屏，在板上開出細長時間的間隙微型槽，克服了柵網式結構怕振動的缺陷，降低了垂直方向聚焦精度要求；採用精密環形偏轉線圈，實現了會聚自校正。另外，精密環形偏轉線圈形成固定組件裝架在管頸與管子形成了一個整體，大大方便了安裝和調整。
