第8章 计算机显示器

1、 第第8 8章章 显示器显示器 -1-第第8 8章章 显示器显示器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 第第8 8章章 显示器显示器 -2-第第8 8章章 显示器显示器 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

2、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。 第第8 8章章 显示器显示器 -3-8.1 CRT显示器概述显示器概述 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，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。 第第8 8章章 显示器显示器 -4- CRT显示器中显像管的屏幕上涂有

3、荧光粉，显像管中的电子枪可以发射电子束，荧光粉在电子束的轰击下发光。 为了能使电子束打到屏幕的任意一个地方，可以利用行扫描电路使电子束沿屏幕的水平方向扫描，利用场扫描电路使得电子束沿屏幕的垂直方向扫描，这样就可以使整个屏幕发光了。 通过改变电子束的强弱，改变荧光粉的发光强弱，从而使整个屏幕显示我们所需要的图像。8.1 CRT显示器工作原理显示器工作原理 第第8 8章章 显示器显示器 -5- 第第8 8章章 显示器显示器 -6-8.1.1 彩色彩色显像管基础知识显像管基础知识 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

4、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。 第第8 8章章 显示器显示器 -7- （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。

5、第第8 8章章 显示器显示器 -8-8.1.2 CRT8.1.2 CRT显示器成像原理显示器成像原理 1 1扫描成像原理扫描成像原理 （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。 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。 第第8 8章章 显示器显示器 -9- 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

6、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。 第第8 8章章 显示器显示器 -10- （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

7、信号电压的幅度变化而转化的画面。 第第8 8章章 显示器显示器 -11- 2 2三基色原理三基色原理 （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。 第第8 8章章 显示器显示器 -12-8

8、.1.3 CRT显示器的组成显示器的组成 第第8 8章章 显示器显示器 -13- 8.2.1 液晶显示器的基本结构液晶显示器的基本结构 液晶显示器一般由显示器外壳、显示器开关电液晶显示器一般由显示器外壳、显示器开关电源板、功能按钮、支架、液晶显示器件（液晶显示源板、功能按钮、支架、液晶显示器件（液晶显示屏）以及各种电路板等组成，图屏）以及各种电路板等组成，图8-6所示为液晶显示所示为液晶显示器。器。8.2 8.2 液晶显示器液晶显示器 第第8 8章章 显示器显示器 -14- 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。液

9、晶特点:（1）从形状和外观看都是一种液体， （2）它的分子结构又表现出固体的形态。 （3）是一种几乎完全透明的物质， （4）由长棒状的分子构成。 （5）光线透过液晶取决与分子排列 （6）液晶充电后会改变分子排列 （7）液晶本身不发光。 第第8 8章章 显示器显示器 -15- 8.2.2 液晶显示原理液晶显示原理 液晶显示原理如图8-8所示。 第第8 8章章 显示器显示器 -16- 8.2.3 液晶显示器件类型液晶显示器件类型 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

10、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。 第第8 8章章 显示器显示器 -17- 其中TN-LCD、STN-LCD和DSTN-LCD三种器件显示原理基本相同，只是液晶分子的扭曲角度不同。 TN-LCD由于无法显示细腻的字符，通常应用在电子表、计算器等小型的电子产品上； STN-LCD液晶分子的扭转角度较大，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、掌上游戏机等； DSTN液晶

11、分子的扭曲角度更大，画面有更多种的色彩和更高的精致度，多用于早期的笔记本电脑。 TFT-LCD具有屏幕反应速度快、对比度好、亮度高、无闪烁、可视角度大等特点，比其他三种类型更具优势，是当前液晶显示器的主流器件。 第第8 8章章 显示器显示器 -18- 8.2.4 TFT液晶显示工作原理液晶显示工作原理 1.TFT液晶显示器件的结构 第第8 8章章 显示器显示器 -19- 第第8 8章章 显示器显示器 -20- 第第8 8章章 显示器显示器 -21- 第第8 8章章 显示器显示器 -22- 第第8 8章章 显示器显示器 -23-2.TFT液晶显示器件的驱动 液晶显示驱动器的功能就是建立外加电场，

12、驱动液晶的显示。 由于直流电场会导致液晶材料的化学反应和电极老化，缩短液晶材料的寿命，所以显示驱动器采用交流电。 液晶显示的驱动方式采用动态驱动方式。 第第8 8章章 显示器显示器 -24- 动态驱动方式为矩阵型结构，即把每一水平行显示像素的电极连在一起引出，称为行电极或公共电极，用COM表示；把每一纵向列显示像素的电极连在一起引出，称为段电极或列电极，用SEG或COL表示。循环地给每行电极施加选择脉冲，同时所有列电极给出该行像素的选择或非选择的驱动脉冲，从而实现某行所显示像素的驱动，每个像素都由其所在的行与列的位置唯一确定。这种扫描是逐行顺序进行的，循环周期很短，使得液晶显示屏上呈现稳定的图

13、像效果。 第第8 8章章 显示器显示器 -25- 第第8 8章章 显示器显示器 -26-8.2.5 TFT液晶显示器主要电路板液晶显示器主要电路板 液晶显示器的电路板主要由液晶面板、驱动板、电源板、高压板和按键控制板等构成，图8-14所示是液晶显示器的电路板组成框图。 第第8 8章章 显示器显示器 -27- 1电源部分电源部分 液晶显示器电源电路分为开关电源和DC/DC变换器两部分。 开关电源是一种AC/DC变换器，将交流电转换为直流电以供给DC/DC变换器和高压板电路使用； 而DC/DC变换器是将开关电源产生的直流电压转换成5V等不同的电压以供给驱动板和液晶面板等使用。 第第8 8章章 显示

14、器显示器 -28-2.驱动板驱动板 驱动板也称主板，是液晶显示器的核心电路，用于处理和控制计算机送来的信号，然后传送给液晶面板，显示输出图像。驱动板主要由以下几部分组成，如图8-16所示。 （1）VGA、DVI输入接口电路，（2）A/D转换电路， （3）主控芯片电路，（4）微控制电路， （5）输出接口电路 第第8 8章章 显示器显示器 -29-3.高压板高压板 （1）高压板的作用 高压板俗称高压条（电路板较长、呈条状），又称逆变电路或电子整流器，作用是将电源输出的低压直流电转变为液晶板所需的600V以上高压交流电，点亮液晶面板上的背光灯，如图8-17所示。 第第8 8章章 显示器显示器 -30

15、- 液晶显示器件用的背光灯管工作电压很高，正常工作时的电压为600V800V，而启动电压高达1500V1800V，工作电流为59mA，所以高压板应具有如下功能： 能产生1500V以上的高压交流电，并在时间12秒内迅速降至600V800V。 高压板电流的大小影响灯管的寿命，因此输出的电流应小于9mA，要有电流保护功能。 第第8 8章章 显示器显示器 -31-（2）高压板电路的基本原理 如图8-18是高压板电路框图。 4按键板按键板 5.液晶面板液晶面板 第第8 8章章 显示器显示器 -32- 8.2.6 液晶显示器的背光源液晶显示器的背光源 液晶本身不能发光，液晶显示器的光源主要来自背光光源。由

16、背光源照亮液晶器件，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，不同品牌的显示器使用的灯管数不一定相同。 常用的背光源有CCFL、LED和EL等，液晶器件要显示色彩丰富的优质图像，要求背光源的光谱范围要宽、接近日光，能最大限度地展现各种色彩。 第第8 8章章 显示器显示器 -33- 1.CCFL背光源背光源 （1）CCFL简介 冷阴极荧光灯管CCFL（Cold Cathode Fluorescent Lamps）是一种气体放电发光器件，构造类似日光灯，直径仅为2.0mm，通过插头与高压板相连，如图8-19所示。 CCFL使用寿命长、显色性好、发光均匀，普遍应用于液晶屏、广告灯

17、箱、扫描仪等仪器设备上。 第第8 8章章 显示器显示器 -34-（2）CCFL的结构 第第8 8章章 显示器显示器 -35- （3）CCFL灯管的个数 早期生产的液晶显示器多使用双灯管设计，屏幕上、下各1支灯管，这时屏幕左右两侧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支灯管。4支灯管的液晶显示器是在屏幕背光部分四周各放1支灯管，可以有效地提高液晶显示器的亮度、色彩对比度和可视角度，消除“暗区”。还有一些显示器使用“6灯管”，即采用3个U型的灯管，可以一进一步提高液晶显示器的屏幕亮度。 第第8 8章章 显示器显示器 -36-2.LED背光源背光源 发光二极管

18、LED（Light Emitting Diode）是一种可以将电能转化为光能的电子器件，具有二极管的特性。LED背光源的使用寿命可以超过5000小时，且使用直流电压，通常应用于小型的单色显示器等。 第第8 8章章 显示器显示器 -37- 3.EL背光源背光源 无机电致发光EL（Electro Luminescence)是通过加在两极的交流电压产生交流电场，电场激发的电子轰击荧光物质，引起电子能级的跳跃、变化、复合从而发射出高效率冷光的一种物理现象，即电致发光现象。 EL背光源发光率高、功耗低、抗震性好、不需要维护、体薄量轻、提供的光线均匀一致。EL主要用于4英寸以下小尺寸液晶显示器件。 第第8

19、 8章章 显示器显示器 -38-8.2.6 8.2.6 显示器技术指标显示器技术指标 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

20、.7214.3mm。 第第8 8章章 显示器显示器 -39- 3屏幕比例屏幕比例 屏幕宽度和高度的比例称为屏幕比例。目前标准的屏幕比例一般有4:3（或1.33，标准屏幕）和16:9（或1.78宽屏）两种；通常屏幕比例为15:9、16:10 、24:9也算宽屏 宽屏能在带来更大显示面积的同时，不显著加大机身和屏幕的面积，即可减轻整机的重量；同样对角线长度的宽屏，其面积比普通4：3屏幕更小一些，可以降低生产成本。由于灯管较长而屏幕的相对面积较小，宽屏的亮度和对比度要比4：3比例的普通屏幕要好一些。 第第8 8章章 显示器显示器 -40- 4显示模式 显示器的显示模式是指显示器能够显示的最大颜色数量

21、和最大分辨率。 如扩展图形阵列XGA（Extended Graphics Array）模式可以显示32彩色，支持1024768分辨率。 宽扩展图形阵列WXGA（Wide Extended Graphics Array）作为普通XGA屏幕的宽屏版本，采用16:10的横宽比例来扩大屏幕的尺寸，其最大显示分辨率为1280800。 第第8 8章章 显示器显示器 -41- 显示分辨率为14001050的超级扩展图形阵列SXGA（Super Extended Graphics Array）； 分辨率为16001200的极速扩展图形阵列UVGA（Ultra Video Graphics Array）； 分辨

22、率为19201200 的WUXGA（Wide Ultra Video Graphics Array）等显示模式。 第第8 8章章 显示器显示器 -42-5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

23、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。 第第8 8章章 显示器显示器 -43- 6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，现在大多数LCD显示器的响应时间在2ms至8ms之间 第第8 8章章 显示器显示器 -44-7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。一般的LCD亮度值为300cd/m2，有些可以达到500cdm2。台式机用的液晶显示器在背光灯的数量上比笔记本的显示器要

24、多一些，所以台式机用的液晶显示器看起来要明显亮一些。 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1000:1，3000:1，甚至更高。 第第8 8章章 显示器显示器 -45- 8接口标准接口标准 液晶显示器的接口可以分为模拟接口和数字接口两大类，如图8-22所示。 液晶显示器的数字接口标准有LVDS、TDMS、GVIF、P&D、DVI和DFP等。 其中DVI接口（Digital Visual Interface）既可以传送数字

25、信号也可以传送模拟信号，实现的分辨率也很高。DVI接口标准得到了行业中广泛的支持，现在很多显卡都已集成了DVI接口。 第第8 8章章 显示器显示器 -46- 9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”。 第第8 8章章 显示器显示器 -47- 8.2.7 液晶显示器特点 液晶显示器与CRT显示器相比，有下面一些显著特点： （1）低电压、微功耗。 （2）体积小、重量轻。 （3）平面型显示。 （4）被动型显示。 （5）长寿命。 （6）无辐射、无静电、无闪烁。 （7）精确还原图像。 （8）屏幕尺寸。 第第8 8章章 显示器显示器 -48- 8.2.8 8.2