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第8章 显示器,8.1 CRT显示器概述 8.2 CRT显示器相关术语 8.3 CRT显示器工作原理 8.4 CRT显示器电路分析 8.5 CRT显示器使用与维护 8.6 液晶显示器 8.7 显示器故障分析与排除,第8章 显示器,显示器是计算机系统中最基本的输出设备，显示器的性能好坏直接影响着我们的工作效率。目前显示器的种类主要有CRT（Cathode Ray Tube）显示器、LCD（Liquid Crystal Display）显示器、等离子PDP（Plasma Display Panel）显示器和电子发光显示器等。 我们现在常用的显示器有CRT显示器和LCD显示器两种，而等离子显示器和电子发光显示器由于价格等原因，还没有普及。,8.1 CRT显示器概述,早期的CRT显示器，采用的是孔状荫罩，其显像管断面基本上都是球面的，因此被称做球面显像管。 1994年出现了“平面直角”显像管。但它并不是真正意义上的平面，只不过其显像管的曲率相对球面显像管比较小而已，其屏幕表面接近平面。 1998年底，一种崭新的完全平面显示器出现了，这种显示器的屏幕在水平和垂直方向上都是笔直的，图像的失真和屏幕的反光都被降低到最低的限度，完全平面显示器又称为纯平显示器。现在市场上的显示器大多是纯平显示器。,为了减少显示器机身的厚度和体积，人们又开发出广角偏转线圈技术，采用短颈显像管，这使机身的厚度减少很多。 在对屏幕图像的调整方面，CRT显示器的操控方式也由模拟调节发展到数控调节。模拟调节的缺点在于所能达到的功效有限，只能实现几种最常见的控制调节。另外显示器中的模拟器件较多，出现故障的机率也比较大。数控显示器内部带专用的微处理器，可记忆显示模式，切换时无须调整，量化调节更精确，按钮为轻触型。,打开一本显示器的说明书，里面往往列出一系列的指标和参数，这些参数反映了显示器的内在质量。了解这些参数所代表的意义，弄清它们相互之间的关系，对我们掌握显示器的特性很有帮助。 1点距和栅距 荫罩可分为孔状荫罩和条栅状荫罩两种类型，从这里也就引出了点距和栅距的概念。 对于用孔状荫罩的彩色显示器而言，它的红、绿、蓝三色荧光点呈三角形排列。所谓点距，是指荧光屏上相邻的相同颜色磷光点中心之间的距离，单位是mm。点距有对角点距和水平点距之分。,8.2 CRT显示器相关术语,2扫描频率 显像管电子枪发射的电子束在行偏转磁场的作用下从荧屏左上角开始，向右作水平扫描（称为行扫描正程），扫完一行后迅速又回扫到左边（称为行扫描逆程）。 由于场偏转磁场的作用，在离第一行稍低处开始第二行扫描，如此逐次扫描直至屏幕的右下角，便完成了整个屏幕一帧（即一幅画面）的显示，之后，电子束重又回扫到左上角开始新一帧的扫描。 行扫描正程时间+行扫描逆程时间称行周期，其倒数即为行频 场扫描正程时间+场扫描逆程时间称场周期，其倒数即为场频,3隔行扫描和逐行扫描 隔行扫描是先扫奇数行，后扫偶数行，通过两次扫描来完成对图像的更新，奇场与偶场合在一起才组成完整的一帧图像，帧频（刷新率）是场频的一半。现在绝大多数的电视机仍采用这种扫描方式 。它的优点是节省频带，缺点是刷新率低，图像有闪烁感，近距观看尤其明显，易使眼睛疲劳。 逐行扫描则是连续扫描一行图像，场频与帧频已经统一，计算机显示器采用这种扫描方式。这种扫描方式比较稳定没有闪烁感，对眼睛伤害较小。,4分辨率 分辨率就是屏幕每行每列的像素数，它与具体的显示模式有关。 分辨率以水平显示的像素个数水平扫描线数表示，如1024768指每帧图像由水平1024个像素、垂直768条扫描线组成。 分辨率越高，屏幕上能显示的像素个数也就越多，图像也就越细腻。 分辨率与点距、屏幕尺寸、扫描频率有关。一般来说，在屏幕尺寸相同的情况下，点距越小，分辨率越高；行扫描频率越高，分辨率相应地也就越高。,5带宽 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(画面刷新次数)，单位为MHz(兆赫)。 带宽是显示器最基本的频率特性，它决定着一台显示器可以处理的信息范围，带宽越宽，图像也更好。 带宽的一般公式为：水平像素(行数)垂直像素(列数)场频(刷新频率)有效扫描系数。 分辨率1024768、刷新频率85Hz的画面，所需要带宽=1024768850.7约为97MHz。,6屏幕可视区域 由于显像管荧光屏是非球面而近似平面，这将引起光栅枕形失真，在靠近屏幕边缘的地方显示图像时会有失真明显。因此，制造显示器时不得不把显示区作得小些。传统显示器的显示区只占据整个屏幕的中间部分，四周留有一个黑框，以避开显示质量不好的屏幕边缘。 平常所说的15英寸、17英寸实际上指显像管屏幕对角线的尺寸，而实际可视区域达不到这个尺寸，15英寸显示器的可视范围在13.8英寸左右。,7屏幕表面处理 显示器在使用过程中会因为电子撞击和外界光源的影响而产生静电和眩光等干扰。静电会吸附灰尘，影响显示效果；而眩光则会使图像模糊甚至于影响用户的视力。为此，目前大多数CRT显示器都对荧光屏进行了表面处理。 （1）防眩处理。 （2）抗强光、防静电处理。 （3）防反射、防静电复合涂层处理。 （4）超清晰涂层。 （5）超黑矩阵屏幕。,8动态聚焦 动态聚焦是指电子枪扫描屏幕时，对电子束在屏幕中心和四角聚焦的差异进行自动修补的功能。 9安全认证 在环保越来越重视的今天，各类标准相继出台，其中瑞典专家联盟(TCO)提出的TCO系列标准，逐渐演变成了现在通用的世界性标准，它不仅包括辐射和环保的多项指标，还对节能性能、用电安全、人体工程学等多方面提出严格的要求。目前通过了TCO95认证的显示器已经不少了，最新机型甚至满足了TCO99极其严格的要求。,不同类型的显示器，其电路的构成也不尽相同，甚至存在很大差异，但它们主要的电路结构和工作原理是基本相同的。 8.3.1 CRT显示器的结构及各部分的功能 CRT彩色显示器电路主要包括：R、G、B信号处理电路、视频输出电路、显像管附属电路、电源电路、显示模式识别与电源节能检波电路、行扫描电路、场扫描电路等部分。 教材图8-3所示为一台彩色显示器的内部结构图。 教材图8-4所示为彩色CRT显示器的组成原理框图。,8.3 CRT显示器工作原理,8.3.2 彩色显像管基础知识 显像管是显示器中最重要、价格最贵的部件。显像管也叫阴极射线管，简称CRT，它是显示器的终端部件，担负着将电信号转变为可见的光信号的重要任务。 1彩色显像管的结构及各部分的作用 彩色显像管又分为单枪三束和三枪三束两种，三枪三束又分为等边三角形排列和一字形排列两种。后来又出现荫罩型自会聚显像管。 彩色显像管的结构如教材图8-5所示。它主要由三个部分组成： （a）荧光屏部分。内部涂有能发出红、绿、蓝三种颜色的荧光粉，在高速电子束的轰击下能发出三基色光。,（b）锥体部分。内外都涂有导电的石墨层或喷镀铝膜，其目的一是防止外界光干扰，二是内外石墨形成一个电容，容量约为5001000pF，作为高压滤波电容。 （c）管颈部分。内部装有电子枪，电子枪是由灯丝（用H、HT或F表示）、阴极（用K表示，彩色显像管有三个阴极，分别用RK、GK、BK表示）、栅极（用G1表示）、加速极（用G2表示）、聚焦极（用G3表示）、高压阳极（用H.V表示）组成，它是发射电子束的部件。 2彩色显像管的分类 目前在市场上流行的彩色显像管均为自会聚显像管，其种类主要有荫罩式和荫栅式两种。,8.3.3 CRT显示器成像原理 1扫描成像原理 （1）电子扫描。电子束在屏幕上水平方向的扫描称为行扫描，从左到右的扫描叫做行扫描正程，回扫的过程叫做行扫描逆程，正程时间与逆程时间之和称为一个行周期，行周期的倒数称为行频。类似地，电子束沿垂直方向的扫描称为场扫描，从上到下为场扫描正程，返回的过程称为场扫描逆程，场扫描正程时间与逆程时间之和，称为一个场周期，其倒数称为场频。由于电子束的扫描实质上是行和场两种扫描的合成，所以扫描轨迹略向右下角倾斜。 在水平回扫和垂直回扫期间，需要对电子束进行抑制，不让回扫线在屏幕上显示出来。在行回扫期间对电子束进行抑制的信号称为行消隐信号，在场回扫期间对电子束进行抑制的信号称为场消隐信号。,（2）图像的形成。光栅的亮暗与电子束的强弱有关，控制电子束的强弱即可改变光栅的亮暗程度。对电子束强弱的控制，可以通过改变栅极和阴极之间的电压来实现。给阴极加上正电压，栅极接负电压，使二者之间形成一定的电位差，当它们之间的电位差增大时，通过栅极的电子束就弱，当电位差减小时，通过栅极的电子束就强。因此，只要把欲显示的信号加到栅极或阴极上，那么，当信号电压的幅度变化时，电子束的强弱也就随之变化，从而在屏幕上出现随信号电压的幅度变化而转化的画面。这就是图像的形成过程。,2三基色原理 （1）光和色。光和色是密不可分的，色是光的一种属性，是人眼对不同光谱分布的主观反映。本身不发光的物体在外界光源的照射下，人眼所感觉到的色彩，不仅与物体本身的光谱反射特性有关，还和照明条件有关。 （2）色的混合。自然界中的一切颜色都可以分解成红、绿、蓝三种独立的颜色。相反，用红、绿、蓝三种颜色按不同比例组合，可以模拟出自然界中大部分的颜色。通常把这三种独立的颜色称为三基色，这一混色原理称为三基色原理。 （3）色的三要素。色调、饱和度、亮度称为色的三要素。,8.4.1 显像管附属电路 显像管附属电路，如教材图8-10所示。通常是指向显像管各电极供电的电路、关机消亮点电路、过压保护电路和自动消磁电路等。 1直流供电电路 显像管各电极电压一般由行输出电路提供，即由行逆程脉冲变压器将行逆程脉冲变压、整流和滤波后，供给各电极。直流供电电压包括阳极高压、聚焦极电压(FOCUS)、加速极电压（SCREEN）、灯丝电压 、阴极电压 、栅极电压。,8.3 CRT显示器电路分析,2关机消亮点电路 当关掉电源后，由于显像管阴极尚有余热，还要继续发射电子；同时显像管的高压滤波电容C由于没由专门的放电回路，阳极高压仍将保持较长时间，它对电子仍有吸引力；而行、场扫描电路由于负载较重，很快停止工作，这样在一个短时间内电子束就直射荧屏中央，使屏幕上出现一个固定的亮点，时间长了，屏幕中央的荧光粉发光效率就会降低，中央部分就会出现黄斑。 因此，关机后要设法将亮点消除，这种电路称为关机消亮点电路。 常用的关机消亮点电路的种类主要有：截止型 、高压泄放型 、扫描衰减型 。彩色显示器一般采用截止型 。,3过压保护电路 过压保护电路的作用是为了防止意外情况使机器高、中压电压过高，造成机器损坏。实际电路中用检测低压的方式来测量高压是否正常。 4自动消磁电路 由于地磁场、杂散磁场会对电子束的扫描造成影响，另外，显像管内的荫罩板等铁制部件，在每次工作后，由于电子束的穿过以及各种磁场对它的磁化，也会产生一些剩磁。这些有害磁场都会导致色纯或会聚误差。为了消除这种影响，必须经常对显像管进行消磁。 自动消磁电路一般由消磁线圈和正温度系数热敏电阻构成，其原理图如教材图8-11所示。,8.4.2 行扫描电路 行扫描电路的功能主要是为行偏转线圈输送符合显示方式要求的行频扫描电流，用来产生线性变化的均匀磁场，控制显像管中的电子束沿水平方向扫描，实现行扫描。 行扫描电路的组成如教材图8-12所示。显示卡输出的行同步信号，经过极性调整及模式识别电路处理后送到行同步电路，使显示器行振荡电路产生的锯齿波电压与显示卡同步信号同步，锯齿波电压经行推动电路放大后，送到行输出电路，行输出电路对其进行功率放大，再送入行偏转线圈，此时，在偏转线圈中产生偏转磁场，控制电子束扫描，在屏幕上产生光栅。,1行扫描线性集成电路 2行推动电路 3行输出电路 4行幅、行中心调整与ABC电路 5行扫描失真及其校正,8.4.3 场扫描电路 场扫描电路的任务是向场偏转线圈提供线性良好，幅度足够的锯齿波电流，以产生水平方向的偏转磁场，使电子束在荧光屏上作垂直方向的往返扫描。该锯齿波应受场同步信号的控制，与场同步信号同步。 场扫描电路由场同步电路、场振荡电路、锯齿波发生电路、场幅调整电路、场线性校正电路、场推动电路、场放大电路和场偏转线圈等构成，如教材图8-24所示。 1场同步电路、场振荡电路、锯齿波发生电路 2场幅调整电路 3场线性校正电路 4场输出电路,8.4.4 显示模式识别与控制电路 模式识别电路就是根据显示卡送来的不同频率和极性的行、场同步脉冲信号，产生控制信号去控制开关电源和行、场扫描电路以实现多种自动控制与调节，达到一种显示器适应各种不同显示模式的要求。 1多行频自同步工作原理 显示器行、场频同步信号的频率范围如教材表8-2所示。从图中可以看出，各种视频模式可以由行频和场频来确定，个别情况可由同步信号的极性来确定。 2极性调整电路工作原理 在个别情况下，显示模式识别还必须依靠行、场同步脉冲的极性来识别。,8.4.5 视放电路 显卡送来的R、G、B信号经三路基本完全相同的电路处理后，经过视频放大电路输出至显像管。 1R、G、B信号处理电路 2视频放大输出电路 3亮平衡与暗平衡调整,正确的操作使用显示器，并做好日常维护工作，对于延长机器的工作寿命、减少机器故障、保证显示器安全稳定运行，都有十分重要的意义。 1显示器选购 确定需求，明确类型。 选择尺寸和点距。 分辨率。 刷新频率的要求。 色彩调节。 视频带宽。,8.5 CRT显示器使用与维护,人机工程学考虑。 显示器最好与显示卡相匹配。 2显示器性能测试 软件测试法。 目测法。 3显示器的安装与调整 显示器的安装 。 安装驱动程序。 设置分辨率和刷新频率。 屏幕控制调整,4显示器的日常维护 注意防潮。 要避免强光照射。 防止灰尘进入。 远离磁场干扰。 保持合适的温度。,8.6.1 液晶显示器原理 液晶显示器一般由液晶显示器件、液晶显示驱动器、液晶显示控制器及电源等构成。 1液晶显示原理 液晶显示器就是利用液晶的光电效应，在外部的电压控制下，通过液晶分子的折射特性，以及对光线的旋转能力达到显示图像的目的。 彩色LCD显示器的工作原理是在单色液晶显示的基础上发展起来的。通常，在彩色LCD面板中，每一个像素都是由三个液晶单元格构成，其中每一个单元格前面都分别有红色、绿色、或蓝色的过滤器。这样，通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。,8.6 液晶显示器,2液晶显示器件 液晶显示器件是液晶显示器的主要部件，常见的液晶显示器件有TN-LCD（Twisted Nematic LCD）扭曲向列LCD、STN-LCD（Super Twisted Nematic LCD ）超扭曲向列LCD、DSTN-LCD（Dual Scan Tortuosity Nomograph LCD）双层超扭曲向列LCD和TFT-LCD(Thin Film Transistor LCD )薄膜晶体管LCD等。 3液晶显示驱动器 液晶显示驱动器的功能就是建立外加电场，驱动液晶的显示。液晶显示的驱动方式有很多种，常用的有静态驱动和动态驱动两种。 4液晶显示控制器 从功能来看，液晶显示控制器可分为接口、控制和驱动三个部分。,8.6.2 液晶显示器技术指标和常用术语 1分辨率。LCD的分辨率与CRT显示器不同，只能提供固定的显示分辨率，也就是所谓的“真实分辨率”。例如，15英寸的LCD显示器分辨率为1024768时，就表示显示器的水平方向有1024个像素，垂直方向有768个像素。 2点距和可视面积。液晶显示器的点距和可视面积有直接的对应关系，是很容易直接通过计算得出的。以15英寸的液晶显示器为例，当点距为0.279mm，分辨率为1024768时，就是说该液晶显示板在水平方向上有1024个像素，垂直方向有768个像素，由此，我们可以很容易计算出此液晶显示器的可视面积为285.7214.3mm。,3可视角度。可视角度是指用户在屏幕前以一定的角度观看时，能清晰看见屏幕图像所构成的最大角度，也称为可视范围。液晶显示器的可视角度又分为为水平可视角度和垂直可视角度。可视角越大越好。 通常，LCD的水平可视角度都是左右对称的，但垂直可视角度上下就不一定了，通常上可视角度要大于下可视角度。如有的LCD的水平可视角度为160度（左/右80度）、垂直可视角度为120度（上65度/下55度）。用户的视角一旦超出可视范围，画面的颜色就会减退、变暗，甚至出现正像变成负像的情况。而对于纯平CRT显示器来说，上下、左右的可视角都可以达到180度。 4响应时间。响应时间是用来表示液晶显示器各像素点对输入信号的反应速度，也就是液晶由暗转亮到由亮转暗所需要的时间，单位是毫秒。响应时间越小越好。,当液晶由暗转亮称为上升时间，由亮转暗时称为下降时间，通常上升时间要小于下降时间，而我们所说的响应时间指的就是两者之和，响应时间越小越好，响应时间如果超过40毫秒时，就会出现运动图像的拖尾现象。现在大多数LCD显示器的反应速度介于25ms至30ms之间，但也有不少显示器可以做到16ms。 5亮度、对比度。LCD显示器的亮度是用来表示光源通过液晶透射出的光强度，单位是每平方米烛光 (cdm2)或Nits。 对比度是同一屏幕上最亮处与最暗处亮度的比值。人眼可分辨的对比度约在100:1左右，当显示器的对比度超过120:1时，就可以显示生动、丰富的色彩，对比率高达300:1时便可以支持各阶度的颜色。对比度值的差别很大，有300:1，450:1，甚至更高。,亮度和对比度要配合使用，才能确保图像色彩的真实度和色阶准确度，当亮度和对比度配和得恰到好处时，才能够呈现美观的画质。 6坏点。在LCD显示器的制作过程中，液晶单元很容易出现瑕疵，如一部分薄膜晶体管短路或断路，LCD上的某一点或像素会永远显示同一种颜色，这些点被称为坏点。 坏点包括“红点”、“蓝点”、“绿点”、“亮点”和“黑点”五种。 对1024768的屏幕来说，每个像素都由三个单元构成，分别负责红、绿和蓝色的显示，所以总共需要约240万个单元(102476832359296)。最有可能的是，其中一部分己经短路，即出现“亮点”，或者断路，即出现“黑点”。 7背光灯。液晶显示器的光源主要来自背光光源。背光灯管又称为CCFL(Cold-cathode fluorescent)冷凝阴极荧光灯管，直径仅为2.0mm。背光光源由CCFL提供，其光亮度和均匀度直接影响屏幕的色彩、对比度、亮度和可视角度等。,使用2支灯管照明时，屏幕上下各1支灯管，这时屏幕左右两侧以及中心会明显出现亮度不均匀的现象。 为了弥补2支灯管的缺点，有的显示器使用了4灯管。4灯管液晶显示器是在屏幕背光部分四周各放1支灯管，这样就能充足均匀地补充屏幕光源，消除“暗区”现象。采用4灯管技术可以有效地提高