计算机系统维护第8章显示器

1、计算机系统维护,白乐强,2,第8章 显示器,显示器 计算机系统最基本的输出设备 每台电脑有个“脸面”：显示器 显示器是人们与电脑打交道的主要界面 本章内容 显示器发展（8.1 CRT显示器概述） 8.2 CRT显示器相关术语（自学） 8.3 CRT显示器工作原理 8.4 CRT显示器电路分析（自学） 8.5 CRT显示器使用与维护（自学） 8.6 液晶显示器 8.7 显示器故障分析与排除 作业 P215 2 思考题：LCD与CRT的主要区别？ 思考题：如何分析和排出LCD故障？,3,电脑显示器图例,1英寸=2.54cm,4,显示器分类,5,电脑显示器发展,显示器的发展 随着电脑的发展而发展 主

2、流显示器的发展阶段 球面显像管CRT 平面直角CRT 纯平CRT 液晶显示器（LCD） 术语说明 球面显像管 断面就是一个球面，这种显像管在水平和垂直方向都是弯曲的。 纯平显像管 无论在水平还是垂直方向都是完全的平面，失真会比球面管小一点。 CRT Cathode Ray Tube 阴极射线管 LCD Liquid Crystal Display 液晶显示器,6,球面显像管CRT,1897年 CRT由德国布朗（K. F. Braun）发明，“Braun tube：布朗管” 初期示器 都是阴极射线管（CRT）显示器 显象管断面基本上都是球面的，因此被称做球面显象管 显示器的屏幕在水平和垂直方向上

3、都是弯曲的 弯曲的屏幕造成了图象失真及反光现象，使实际的显示面积较小 在此阶段 对屏幕图象的调整也由于受操作系统（主要是DOS系统）的限制，而只能采用电位器模拟调节，也就是显示器下方的一排旋钮，通过这些旋钮可以对显示效果进行简单的调整（包括亮度、对比度以及屏幕大小及方向） 这种方法缺乏直观的控制度量，在进行模式转换时容易造成图象显示不正常出现故障的几率也比较大。 随着显示器技术和软件技术的发展 这种采用电位器对显示器进行模拟调节的技术慢慢被淘汰,7,平面直角CRT,1994年 为了减小球屏四角的失真和反光， “平面直角”显象管诞生了 它并不是真正意义上的平面，只是其球面曲率半径大于2000毫米

4、，四角为直角。 它使反光和四角失真程度都减轻不少，再加上屏幕涂层技术的应用，使画面质量有了很大的提高。 各个显示器厂商都迅速推出了使用“平面直角”显象管的显示器，并逐渐取代了采用球面显象管的显示器。 在此之后 日本索尼公司开发出了柱面显象管，采用了条栅荫罩技术 三菱公司也紧随其后，开发出钻石珑（Diamondtron）技术，使得屏幕在垂直方向实现完全的笔直，只在水平方向仍略有弧度，另外加上栅状荫罩的设计，使显示质量大幅度上升。 各大厂商纷纷采用这些新技术推出新一代产品,8,纯平CRT,1998底开始 一种崭新的完全平面显示器出现了 它使CRT显示器达到了一个新的高度 纯平CRT的屏幕 在水平和

5、垂直方向上都是笔直的 图象的失真和屏幕的反光都被降低到最小的限度 例如 LG公司推出的采用Flatron显象管的“未来窗”显示器，它的荫罩是点栅状的，使显示效果更出众。 与LG的Flatron性能类似的还有SamSung的丹娜（DynaFlat）显象管。 ViewSonic、Philips等也推出了自己的完全平面显示器,9,数控调节纯平CRT,数控调节 由于WINDOWS操作系统的发展，特别是WINDOWS95、98的成熟 VESA的DDC协议允许显示器和主机间通过数据通道进行信息交换，从而出现了数控调节。 数控调节显示器内部 带有专用的微处理器，可记忆显示模式，切换时无须调整，量化调节更精确

6、，按钮为轻触型。 这些优点，使得显示器的寿命更长，故障率降低，因而数控调节技术得以迅速推广，其操控方式也从普通的按键式变成新颖的单键飞梭。 菜单控制（OSD） 一种新出现的屏幕调控技术 它通过和按键的结合以量化的方式将屏幕的调节情况直观的显示出来 具有较强的易用性，使用舒适，符合人体工程学，更贴近用户。,10,液晶显示器,1888年 发现了液晶这一呈液体状的物质 它是一种几乎完全透明的物质，同时呈现固体与液体的某些特征。 液晶从形状和外观看上去都是一种液体 但它的水晶式分子结构又表现出固体的形态 像磁场中的金属一样 当受到外界电场影响时，其分子会产生精确的有序排列 如对分子的排列加以适当的控制

7、，液晶分子将会允许光线穿透 光线穿透液晶的路径可由构成它的分子排列来决定，这又是固体的一种特征。,11,液晶显示器,60年代起 人们发现给液晶充电会改变它的分子排列，继而造成光线的扭曲或折射。 1968年，在美国发明了液晶显示器件，随后LCD液晶显示屏就正式面世了。 70年代初 日本开始生产TN-LCD，并推广应用 80年代 80年代初TN-LCD产品在计算器上得到广泛应用 1984年，欧美国家提出TFT-LCD和STN-LCD显示技术 80年代末起，日本掌握了STN-LCD的大规模生产技术，使LCD产业获得飞速发展。,12,液晶显示器,1993年 在日本掌握TFT-LCD的生产技术后，液晶显

8、示器开始向两个方向发展： 一方向是朝着价格低、成本低的STN-LCD显示器方向发展，随后又推出了DSTN-LCD(双层超扭曲阵列) 而另一方向却朝高质量的薄膜式电晶体TFT-LCD发展。 1997年 日本开发了一批以550670mm为代表的大基板尺寸第三代TFT-LCD生产线 1998年 大尺寸的LCD显示屏的价格比1997年下降了一半,13,2008年液晶显示器价格现状,14,8.3 CRT显示器工作原理,阴极射线管主要有五部分组成 电子枪（Electron Gun） 偏转线圈（Defiection coils） 荫罩(Shadow mask) 荧光粉层(Phosphor) 玻璃外壳,15,

9、8.3 CRT显示器工作原理,CRT(阴极射线管)显示器 核心部件：CRT显像管 工作原理：与电视机的显像管基本一样 工作原理 电子枪发射高速电子 经过垂直和水平的偏转线圈控制高速电子的偏转角度 最后高速电子击打屏幕上的磷光物质使其发光 通过电压来调节电子束的功率 就会在屏幕上形成明暗不同的光点形成各种图案和文字,16,8.3 CRT显示器工作原理,调色 彩色显像管屏幕上的每一个像素点都由红、绿、蓝三种涂料组合而成 由三束电子束分别激活这三种颜色的磷光涂料 以不同强度的电子束调节三种颜色的明暗程度就可得到所需的颜色 这非常类似于绘画时的调色过程 控制 倘若电子束瞄准得不够精确，就可能会打到邻近

10、的磷光涂层，这样就会产生不正确的颜色或轻微的重像 因此必须对电子束进行更加精确的控制,17,8.6 液晶显示器,液晶物理 液晶的基本性质 液晶显示的基本原理 液晶的特性 液晶的驱动方式 液晶关键指标 液晶显示器分类 液晶显示器应用 TFT液晶显示器的原理 液晶显示器的优势 液晶新兴技术 液晶显示器故障分析与排除,18,液晶物理,液晶是白色混浊的粘性液体，显示棒状的分子形状 常见液晶相 向列相（Nematic）、胆甾相（Cholesteric）和近晶相（Smectic） 液晶既具有晶体的各向异性，又具有液体的流动性 在分子的长轴和短轴方向，折射率不同（双折射）,19,液晶的基本性质,20,液晶显

11、示器分类,常见的液晶显示器分为四种 TN-LCD (Twisted Nematic-LCD，扭曲向列LCD) STN-LCD (Super TN-LCD，超扭曲向列LCD) DSTN-LCD (Double layer STN-LCD，双层超扭曲向列LCD) TFT-LCD (Thin Film Transistor-LCD，薄膜晶体管LCD) 异同点 TN-LCD、STN-LCD和DSYN-LCD 三种的显示基本原理相同 只是液晶分子的扭曲角度不同而已 STN-LCD的液晶分子扭曲角度为180度甚至270度。而 TFT-LCD 采用与TN系列LCD截然不同的显示方式,21,TN液晶显示的基本

12、原理,自然光经过一偏振片后“过滤”为线性偏振光 不加电压 当沿取向膜表面的液晶分子排列方向一致或正交的线性偏振光入射后 其偏光方向在经过整个液晶层后会扭曲90由另一侧射出 正交偏振片起到透光的作用 加电压 液晶长轴开始沿电场方向倾斜 当电压达到约2倍阈值电压后，除电极表面的液晶分子外，所有液晶盒内两电极之间的液晶分子都变成沿电场方向的再排列 这时90旋光的功能消失，在正交片振片间失去了旋光作用，使器件不能透光。,22,TN液晶显示的基本原理,23,TFT液晶显示器的原理,在光源设计上 TFT的显示采用“背透式”照射方式 即假想的光源路径不是像TN液晶那样的从上至下 而是从下向上 这样的作法是在

13、液晶的背部设置类似日光灯的光管 光源照射时 先通过下偏光板向上透出 它也借助液晶分子来传导光线 由于上下夹层的电极改成TET电极和共通电极。 在TET电极导通时 液晶分子的表现如TN液晶的排列状态一样会发生改变，也通过遮光和透光来达到显示的目的。,24,TFT液晶显示器的原理,TFT液晶显示器 与TN系列液晶显示器的原理大不相同 在构造上和TN液晶仍有相似之处 如玻璃基板、ITO膜、配向膜、偏光板等，它也同样采用两夹层间填充液晶分子的设计 只不过把TN上部夹层的电极改为FET晶体管，而下层改为共同电极。,25,TFT液晶显示器的原理,FET与TN的区别 FET晶体管 由于具有电容效应，能够保持

14、电位状态，先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到FET电极下一次再加电改变其排列方式。 TN 没有这个特性，液晶分子一旦没有施压，立刻就返回原始状态，这是TFT液晶和TN液晶显示的最大不同之处。,26,TFT液晶显示构成与彩色的实现,27,液晶的驱动方式,静态驱动 段式液晶TN型 无源矩阵驱动 STN型液晶 有源矩阵驱动 TFT型等液晶,28,段式液晶TN型,29,STN型液晶,30,TFT型等液晶,31,液晶的视角特性,显示器的视角 与从垂直角度观看时相比，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。 晶体中的折射光分成两条 寻常光线 折射行为遵循折射

15、定律，这条折射线为寻常光线 非常光线 另一条光线则不同，一般情况下，折射线往往不在入射面内，即不遵循折射定律，称为非常光线。 这两条线都是线偏振光 从不同的观察方向所看到的液晶分子 有效长度（投影长度）不同，非常光线也会进入视线，在视觉效果上表现的视角的变化。 具体表现为对比度下降、灰阶反转、色差、亮度下降等。,32,响应特性,上升时间 r为透光强度由90降到10所需的时间； 下降时间 d为透光强度由10%到90%所需的时间。 影响响应时间的因素 材料 不同的液晶其r和d是不同的 除了与材料有关外，还与电光效应、粘滞系数、弹性系数及液晶盒厚度有关。 温度 当温度较高时，液晶响应速度加快 当温度

16、较低时，液晶响应速度降低 通常液晶屏所提供的响应时间都是室温下的,33,液晶关键指标,亮度 对比度 分辩力 视角 响应速度 可靠性 色彩数 工作环境温度 显示屏的接口 进货检验标准 产品的延续性,34,亮度与对比度,画面最高亮度 100%信号电平的画面明亮程度 单位：cd/m2，nit尼特 显示器平均亮度标准 CRT显示器60 cd/m2 LCD显示器350 cd/m2 PDP显示器60 cd/m2 画面最低亮度 0%信号电平的画面明亮程度 对比度 画面最高亮度与画面最低亮度之比,35,分辩力,屏幕大小 显示域的对角线尺寸1英寸25.4mm 分辨率 显示列像素显示行像素。 对彩色显示，1个像素

17、pixel由RGB 3个点dot组成 常见分辩率,36,视角,37,响应速度和可靠性,响应速度 毫秒级 STN、CSTN（彩色STN）：几百毫秒 TFT：几十毫秒、十几毫秒、几毫秒 可靠性 通常液晶本身通常是不会坏的 主要是驱动部分和背光部分 工业级产品不包括背光部分的MTBF平均无故障时间可以达到10万小时以上 现在的背光寿命有了极大的提高，而且可更换。,38,色彩数,液晶显示屏可以分 单色 彩色 彩色STN 由于其本身的特点，只能显示比较有限的颜色，常被称为“伪彩” 根据其中颜色位数组合，工业领域比较常用的为红、绿、蓝各1位，组合颜色为8色。 TFT类数字接口的液晶显示屏 常见的有红、绿、

18、蓝各6位和各8位的 可以实现显示红、绿、蓝各64级和各256级 组合颜色为236=262,144色和238=16,777,216色,39,工作环境温度,在工业领域 通常还要考虑工作环境温度 以适应不同地域、不同季节、不同环境的要求 在不同的温度环境下液晶显示性能有所差异 液晶屏温度分类 常温型 宽温型 SHARP公司TFT液晶屏标称工作环境温度 -1065,40,LCD接口,数字接口的液晶屏目前常见 CMOS/TTL CMOS/TTL单端信号容易受干扰 建议连接线缆控制400mm以内 LVDS LVDS为低摆幅的差分信号 抗共模干扰能力强 传输距离可以达到10m甚至更长的距离,41,LVDS,

19、LVDS Low Voltage Differential Signaling 小振幅差分信号 使用非常低的幅度信号（约350mV）通过一对差分PCB走线或平衡电缆传输数据 它允许单个信道传输速率达到每秒数百兆比特，其特有的低振幅及恒流源模式驱动只产生极低的噪声，消耗非常小的功率。 LVDS优点 具有高速度 低噪声/低EMI 低功耗 节省成本,42,信号源接口,MCU接口 Micro Controller Unit 多点控制单元 PC接口 DVI接口 Digital Visual Interface 数字显示接口 1999年 由Silicon Image、Intel(英特尔)、Compaq(康

20、柏)、IBM、HP(惠普)、NEC、Fujitsu(富士通)等公司共同组成的数字显示工作组DDWG(Digital Display Working Group)推出的接口标准 视频接口,43,视频接口分类,视频信号 具有图像信号、同步脉冲、消隐脉冲、色同步信号的电信号，常见三类 Composite复合视频（复合在一起的单一信号，或CVBSComposite Video Broadcast Signal） S-video（S端子）分离视频（亮度与色差分离） Component分量视频（每个基色分量作为独立的电视信号YPbPr） 模拟电视制式 NTSC National Television Sy

21、stems Committee 正交平衡调幅制 PAL Phase-Alternative Line 逐行倒相正交平衡调幅制 SECAM Sequential Coleur Avec Memoire 顺序传送彩色与存储制,44,NTSC,1952年12月 由美国国家电视标准委员会制定的彩色电视广播标准。 特性 帧频:每秒29.97帧 扫描线:525 逐行扫描 采用 美国、加拿大、墨西哥等大部分美洲国家以及台湾、日本、韩国、菲律宾,45,PAL,PAL制式 电视广播中色彩编码的一种方法 采用 除了北美，东亚部分地区使用NTSC，中东、法国及东欧采用SECAM以外，世界上大部份地区都是采用PAL。

22、 特性 625线 每秒25帧 隔行扫瞄,46,多媒体接口分类,47,液晶显示器应用,TN 由于无法显示细腻的字符，通常应用在电子表、计算器上。 作为显示器TN系列的液晶显示器已基本被淘汰 STN 由于扭转角度较大，字符显示比TN细腻，同时也支持基本的彩色显示，多用于液晶电视、摄像机的液晶显示器、掌上游戏机等。 DSTN 被广泛用于液晶显示设备 DSTN液晶显示屏多用于早期的笔记本电脑，由于支持的彩色数有限，所以也称为伪彩显。 TFT 应用在笔记本电脑 主流台式显示器,48,液晶显示器的优缺点,优点 体积更小，重量更轻 相对显示面积更大 平面显示，显示品质高 零辐射，无闪烁 功耗小，抗干扰能力强

23、 寿命长 画面质量更高 使用功能更为智能化 可直接用数字接口 缺点 价格高 被动显示,49,液晶新兴技术,ASV（Advanced Super View）技术 SHARP独有的“超黑晶”技术（Black TFT Technology ） SHA（Super High Aperture ratio超高开口率） AGLR（Anti-Glare Low Reflection TFT）技术 SHARP的CGS技术 3D（3维）显示技术 SHARP可控制视角的新型液晶面板,50,3D（3维）显示技术,可在任何地方观看 不需特殊眼镜 可进行2D/3D切换 采用开关液晶，可进行电气切换 高清晰度 显示2D时

24、，也能获得与LCD同样的高清晰度,51,8.7 显示器故障分析与排除,故障一 换用液晶显示器后无法正常进入操作系统 故障二 液晶显示器无故不工作,52,故障一：换用液晶显示器后无法正常进入操作系统,故障现象 最近，笔者购买了一台液晶显示器以替代原有的43cm纯平CRT显示器。 连接好信号线后，开机自检一切正常，当Windows 2000登录画面出现时，液晶显示器黑屏。 此时系统还在继续启动，其它一切正常，惟独液晶显示器不显示。,53,故障一：换用液晶显示器后无法正常进入操作系统,故障分析 Windows 2000启动画面是显示在分辨率为640480、60Hz刷新率模式下的 此时液晶显示器工作正

25、常，但进入高分辨率的登录画面后，液晶显示器就不显示了。 使用CRT显示器时，其屏幕模式为1152864、85Hz。 引起这种现象的原因很可能是因为桌面环境的分辨率超过了液晶显示器的最大分辨率。 但是此时通过正常启动系统的方法已经无法进入显示属性更改屏幕分辨率。,54,故障一：换用液晶显示器后无法正常进入操作系统,故障排除 在开机显示启动菜单时，按下F8键，选择“启用VGA模式”，使用基本VGA驱动程序启动Windows 2000系统。 当出于某些原因导致系统启动后显示器黑屏（例如更换显示器而新显示器不支持原来的高分辨率或者安装了使Windows不能正常启动的新显卡驱动程序）时，使用这种模式解决问题十分有用。 用户可以在这种模式下进入Windows系统，重新设定分辨率。当然也可以选择进入安全模式，或者最近一次的正确配置，都可以解决该问题。,55,故障二：液晶显示器无故不工作,故障现象 一台奇丽CMVI512液晶显示器，使用一段时间后，突然不工作 依次打开显示器和主机电源后，屏幕没有正常点亮，而是整个屏幕呈现有规则性的微弱闪烁。 从显示器背面的散热孔可以观察到