显示器的硬件知识

初识计算机硬件系统——显示器硬件知识主讲：刘亚琦《办公自动化》1、CRT显示器显示原理CRT的工作原理其实就是我们所谓的“电视原理“，它的显示画面是由“行信号”和“场信号”组成。（1）色彩的形成CRT显示器主要由电子枪(Electrongun)、偏转线圈、荫罩、高压石墨电极和荧光粉涂层和玻璃外壳五部分组成。荧光屏上涂满了按一定方式紧密排列的红、绿、蓝三种颜色的荧光粉点或荧光粉条，称为荧光粉单元，相邻的红、绿、蓝荧光粉单元各一个为一组，学名称之为像素。屏幕后方的电子枪发射电子束，以极高的速度去轰击荧光粉层。这些电子束轰击的目标就是荧光屏上的三基色。为此，电子枪发射的电子束不是一束，而是三束，它们分别受电脑显卡R、G、B三个基色视频信号电压的控制，去轰击各自的荧光粉单元。受到高速电子束的激发，这些荧光粉单元分别发出强弱不同的红、绿、蓝三种光。根据空间混色法(将三个基色光同时照射同一表面相邻很近的三个点上进行混色的方法)产生丰富的色彩，这种方法利用人们眼睛在超过一定距离后分辨力不高的特性，产生与直接混色法相同的效果。用这种方法可以产生不同色彩的像素，而大量的不同色彩的像素可以组成一张漂亮的画面，而不断变换的画面就成为可动的图像。很显然，像素越多，图像越清晰、细腻，也就更逼真。（2）画面的形成CRT显示器只有一个电子枪，一次只能发出三组电子束，三组电子束在偏转线圈的作用下按照左至右，由上到下的顺序一行一行轰击荧光颗粒。这种动作就叫做“扫描”。CRT显示器中的扫描分为行扫描和场扫描。将一张画面中所有的行扫描结束就叫做一场。所以我们在前些年的电视机技术中听说过“逐行扫描”和“隔行扫描”。（3）准扫描击每一个像素点有了扫描，就可以形成画面，然而在扫描的过程中，怎样可以保证三支电子束准确击中每一个像素呢？这就要借助于荫罩(Shadowmask)，它的位置大概在荧光屏后面(从荧光屏正面看)约10mm处，厚度约为0.15mm的薄金属障板，它上面有很多小孔或细槽，它们和同一组的荧光粉单元即像素相对应。三支电子束经过小孔或细槽后只能击中同一像素中的对应荧光粉单元，因此能够保证彩色的纯正和正确的会聚，所以我们才可以看到清晰的图像。（4）画面的连贯至于画面的连续感，则是由场扫描的速度来决定的，场扫描越快，形成的单一图像越多，画面就越流畅。而每秒钟可以进行多少次场扫描通常是衡量画面质量的标准，我们通常用帧频或场频(单位为Hz，赫兹)来表示，帧频越大，图像越有连续感。24Hz场频是保证对图像活动内容的连续感觉，48Hz场频是保证人眼对图像显示没有闪烁的感觉，这两个条件同时满足，才能显示效果良好的图像。其实，这就跟动画片的形成原理是相似的，一张张的图片快速闪过人的眼睛，就形成连续的画面，就变成动画。2、液晶LCD显示器显示原理液晶显示原理起源是在1888年时，由奥地利植物学家莱尼兹发现了一种特殊的混合物质，物质在常态下是处於固态和液态之间，不仅如此，其还兼具固态物质和液态物质的双重特性。在那个年代并没有对於此物质的适当称呼，因此就称之为LiquidCrystal（液态的晶体）。而液晶的组成物质是一种有机化合物，也就是以碳为中心所构成的化合物。人们发现液晶象磁场中的金属一样，当受到外界电场影响时，其分子会产生精确的有序排列。如果对分子的排列加以适当的控制，液晶分子将会允许光线穿越。无论是笔记本电脑还是桌面系统，采用的LCD显示屏都是由不同部分组成的分层结构。位于最后面的一层是由荧光物质组成的可以发射光线的背光层。背光层发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。对于简单的单色LCD显示器，如计算机或电子表的显示屏，上述结构已经足够了。但是对于彩色液晶显示器来说，还需要有专门处理彩色显示的色彩过滤层。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。液晶显示器的彩色滤镜如图5-10示意：液晶显示器因为其结构和显示原理，具有与CRT显示器不同的特性：（1）受LCD液晶层中实际单元格数量的影响，LCD显示器一般只能提供固定的显示分辨率。高于这个固有分辨率的显卡分辨率都是模拟出来的。（2）与传统的CRT显示器一样，应用于桌面系统的LCD也被设计成接收波形模拟信号，而非直接由PC产生的数字脉冲信号。这主要是因为目前桌面系统中的绝大多数标准显卡仍然是在将视频信息由最初的数字信号转化为模拟信号之后再传送给显示器显示。虽然桌面系统的LCD被设计成可以接收模拟信号，但是LCD本身仍然只能处理数字信息，因此当从显卡接收到模拟信号之后，LCD需要将模拟信号再还原为数字信号后进行处理。（3）液晶面板生产厂商是按照实际可视区域的大小来测定LCD的尺寸，而非向CRT那样由显像管的大小决定，所以一般情况下，15英寸LCD的大小就相当于传统的17英寸彩显的大小。3、等离子显示器显示原理等离子显示器是利用气体放电原理实现的一种发光平板显示技术，故又称气体放电显示（GasDischargeDischargeDisplay）。这种屏幕采用了等离子管作为发光元件。大量的等离子管排列在一起构成屏幕。每个等离子对应的每个小室内部充有氖氙气体。在等离子管电极间加上高压后，封在两层玻璃之间的等离子管小室中的气体会产生紫外光，从而激励平板显示器上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光。每个离子管作为一个像素，由这些像素的明暗和颜色变化组合，产生各种灰度和色彩的图像，与显像管发光相似。4、LED显示原理LED显示屏的三基色直接由可以自行发出相应光的二极管组成。5.2.4液晶显示器的性能指标由于CRT显示器已被淘汰，等离子显示器市场不被看好，LED显示器处于萌芽期，LCD液晶显示器是当前市场的绝对主流，下面将LCE液晶显示器的主要性能指标进行介绍。1、屏幕尺寸目前个人用台式机的液晶屏幕尺寸一般在22吋左右，这个22吋指的是屏幕对角线的长度。Ipad的屏幕尺寸为9.7吋。智能手机屏幕一般在3.5~5吋之间。2、分辨率分辨率表示液晶显示器的可以显示的点的数目，这是一个固定值，不像显卡的分辨率一样可以调整的，同样的尺寸之下，分辨率越高则可以显示的画面越细致，这就是我们前面说的解析度（单位ppi）越高。假设你买了一个1024×768分辨率的显示器，则你的桌面不要设定成其它分辨率比如说800×600，因为在这种情况之下计算机实际上是把一个800×600的画面拉伸成1024×768的画面，桌面的像素和显示器的像素不是一一对应，而是液晶显示器的多个像素点来显示桌面的一个像素，结果就是看到一个比较模糊的画面。若果设置的比液晶屏幕固有分辨率过高的话，一方面显示器可能无法支持，另一方面，如果支持可以显示，操作系统中的图标和文字都将变得很小，影响正常观看。正确的做法就是，买了什么分辨率的显示器，桌面就设定成那个分辨率。当然，游戏中的情况例外，游戏中的分辨率大小或者说画面细致程度和显卡性能有很大关系。3、DVI和HDMI高清接口DVI接口与VGA接口主要区别在于前者传输数字信号图像，后者传输模拟信号图像。HDMI接口是在DVI接口的基础上加入数字音频信号传输。当前的液晶显示器为了兼容老显卡，或者新显卡为了兼容CRT显示器，都会在显卡和显示器上设计有VGA接口，所以液晶显示器可以显示VGA接口的模拟信号。可这里就产生一个问题。因为不论是从数字转模拟信号或从模拟转数字信号，一定都会有信号的损失和噪声的加入。因此，LCD显示器如果使用VGA接口来显示，实际上进行了两次本来不必要的信号损失（显卡端数字信号转为模拟信号，显示器端模拟信号再次转为数字信号）。造成的结果就是，看到的画面会有一点点模糊，而其实LCD原本的能力可以显示得更清楚。尤其在大分辨率显示器的情况下，这种现象更加明显。DVI接口支持的最佳分辨率是在60帧的刷新率下为1080P（1920×1080）~1600P（2560x1600）。下一代的高清接口DP，60帧刷新率下分辨率可以达到4000×2000以上。4、坏点（DotDefect）所谓坏点，是指液晶显示器屏幕上无法控制的恒亮或恒暗的点。坏点的造成是液晶面板生产时因各种因素造成的瑕疵，如可能是某些细小微粒落在面板里面，也可能是静电伤害破坏面板，还有可能是制程控制不良等等。坏点分为两种：亮点与暗点。亮点就是在任何画面下恒亮的点，切换到黑色画面就可以发现；暗点就是在任何画面下恒暗的点，切换到白色画面就可以发现。一般来说，亮点会比暗点更令人无法接受，所以很多显示器厂商会保证无亮点，但好象比较少保证无暗点的。有些面板厂商会在出货前把亮点修成暗点，另外某些种类的面板只可能有暗点不可能有亮点，例如MVA，IPS的液晶面板。面板厂商会把有坏点的面板降价卖出，通常是无坏点算A级，三点以内算B级，六点以内算C级，一般来说这都是可以正常出货的（国际上没有统一的标准，各个面板厂的规定也不尽相同）。购买显示器的时候一定要与商家就坏点可能出现的问题提前商议好，现场验货时使用专门的屏幕检测软件或者将屏幕设置在不同纯色显示下进行检验。5、MURAmura来源于日语，是指显示器亮度不均匀造成各种痕迹的现象，最简单的判断方法就是在暗室中切换到黑色画面以及其它低灰阶画面，然后从各种不同的角度用力去看，随着各式各样的制程瑕疵，液晶显示器就有各式各样的mura。可能是横向条纹或四十五度角条纹；可能是切得很直的方块；可能是某个角落出现一块；可能是完全没有规则可言东一块西一块的痕迹。mura不会对使用上造成什么影响，这只是属于品味问题。一般面板厂商会把有mura的面板打成次级品用较低价格卖出，也没有显示器厂商做出保证无mura的承诺。6、对比度对比比率是屏幕上同一个像素点最亮时（白色）与最暗时（黑色）的亮度的比值，高的对比度意味着相对较高的亮度和呈现颜色的艳丽程度。品质优异的LCD显示器面板和优秀的背光源亮度，两者合理配合就能获得色彩饱满明亮清晰的画面。对比度是液晶显示器的一个重要参数，在合理的亮度值下，对比度越高，其所能显示的色彩层次越丰富。对比度简单些的定义是显示器的白色亮度与黑色亮度的比值。更精准地说，对比度就是把白色信号在100%和0%的饱和度相减，再除以用Lux(光照度，即勒克斯，每平方米的流明值)比如一台显示器在显示全白画面（亮度值用8bit表示，0~255，白色为255）时实测亮度值为200cd/㎡，全黑画面实测亮度为0.5cd/㎡，那么它的对比度就是400：1。7、视角液晶显示器由于天生的物理特性，使得使用者从不同角度去看时画面品质会有所变化。与正看时相比，斜看的时候，转到当画面品质已经变化到无法接受的临界角度时，称之为该显示器的视角。从侧面一定角度观察显示器会看到亮度改变、颜色改变和灰阶反转的结果。液晶显示器视角越大，在大角度观测下这样的现象越不明显。CRT显示器则不存在这个问题。现在的液晶显示器可视角度在水平方向上基本为170°，处置方向达到160°。8、响应时间响应时间的定义就是在面板的同一点上面，从黑色变到白色所需时间加上从白色变到黑色所需时间。LCD有响应时间的问题是因为，LCD是以液晶分子的旋转角度来控制光线的灰阶亮暗，而液晶分子旋转时需要时间。常说的25ms、16ms就是指的这个响应时间，反应时间越短则使用者在看动态画面时越不会有尾影拖曳的感觉。一般将反应时间分为两个部分：上升时间(Risetime)和下降时间(Falltime)，而表示时以两者之和为准。一般LCD面板的画面刷新频率是60Hz，也就是每秒