第十二章显示器介绍

计算机硬件工程师教程第十二章显示设备显示器又称监视器(Monitor)，作为计算机最主要的输出设备之一，显示器是用户与计算机交流的主要渠道。第一节显示器发展简史显示器技术的发展历史，大体可以分为以下3个阶段。一、TTL显示器所谓TTL显示器，是指用TTL信号(即数字信号)传送红、绿、蓝三基色，因而也叫数字式显示器。由于数字信号只有0、l两种状态，因此它可以表达的颜色种类十分有限，此阶段最有代表性的显示器为CGA(ColorGraphicsAdapter，彩色图形适配器)显示器以及EGA(EnhancedGraphicsAdapter,增强图形适配器)显示器。CGA显示器同时在屏幕上显示的颜色种类有4种，图像分辨率为320×200，行频为固定的15.8KHz;EGA显示器同时在屏幕上显示的颜色种类有16种，图像分辨率最高为640×350，行频为15.8KHz或21.8KHz。二、模拟显示器解决色彩丰富的根本办法就是采用模拟信号传送红、绿、蓝三原色。由于模拟信号是连续变化的，从理论上说，它可表达的颜色种类是无限的，但在实际使用中，颜色种类要受到计算机显卡的限制。不过随着硬件技术的发展，模拟显示器的颜色种类也不断在增加，现在基本都可以达到真彩的水平。模拟显示器最有代表性的是VGA(VideoGraphicsArray，视频图形阵列)显示器。其颜色有256色，图像分辨率为640×48O，行频为31.5KHz。在这一阶段，计算机图形技术得到了高速的发展，出现了专门用于图像处理的专业显卡，其分辨率及颜色种类远高于VGA显示器，于是也就有了与之相配套的图形显示器。三、多行频自动跟踪及微电脑控制显示器作为显示器重要指标的行频、场频与图像分辨率，这3个指标之间有一定的关系。其中，FH=Fv×Rv×A，这里FH为行频，Fv为场频，Rv为图像的垂直分辨率，A则为系数，其值一般为1.1～1.3左右。以上公式说明，行频将随着图像垂直分辨率的提高而相应地提高，这就要求显示器的行频、场频能随着显示的变化而变化，即多频自动跟踪显示器。由于微处理器的集成度越来越高，导致其价格不断降低，在显示器中利用微处理器控制扫描频率的自动跟踪方式逐渐开始普遍。同时，由于微处理器强大的处理能力，显示器的各项控制功能都可以用微处理器来实现。除了计算机硬件工程师教程传统的对比度、亮度控制以外，还有图像的水平、垂直位移、幅度、线性、枕形、梯形、平行四边形、图像旋转、三色会聚等多种调节功能，这些都极大地提高了图像的显示质量。在显示器的电气性能不断提高的同时，作为显示器的最主要部件——显像管，其性能也有了很大的提高。主要体现在物理分辨率(即点距)不断缩小，而且采用了平面直角、柱面甚至纯平设计，改善了视觉效果。显示器屏幕采用了防静电、防反射镀膜处理等，这些都极大地改善了显示器的性能。第二节显示器的主要技术指标一、显示区域尺寸尺寸是衡量一台显示器显示屏幕大小的重要技术指标，其度量单位为英寸。目前市场上常见显示器有14英寸、15英寸、17英寸、21英寸、29英寸等。尺寸大小是指显像管对角尺寸，不是可视对角尺寸，例如15英寸显示器的可视对角尺寸实际只有13.8英寸。二、点距点距(DotPitch)是指显示器荫罩(位于显像管内)上孔洞间的距离，即荫罩上的两个相同颜色磷光点间的距离。点距越小意味着单位显示区内显示像素点越多，显示的图像也就越清晰。用显示区域的宽和高分别除以点距，即得到显示器在垂直和水平方向最高可以显示的像素点数。以14英寸、0.28mm点距的显示器为例，它在水平方向最多可以显示1024个像素点，在竖直方向最多可显示768个像素点，因此它的极限分辨率为1024×768。超过这个模式，屏幕上的相邻像素就会互相干扰，使图像变得模糊不清。早期的14英寸显示器分为0.28mm、0.31mm、0.39mm几种规格，前者一直延用至今，后两个已经被淘汰。目前高清晰大屏幕显示器通常采用0.28mm、0.27mm、0.26mm、0.25mm的点距，有的产品甚至达到0.21mm，如SONY公司的“特丽珑”彩色显像管。当然点距越小，其生产成本也就越高。计算机硬件工程师教程三、分辨率分辨率是指屏幕上可以容纳像素点的个数。分辨率越高，屏幕上能显示的像素也就越多，图像也越细腻。分辨率以乘法的形式表示，比如说，一个显示器的分辨率为800×600，那么其中800表示屏幕上水平方向显示的像素点个数，600则表示垂直方向显示的像素点个数。分辨率不仅与显示尺寸有关，还要受显像管点距、视频带宽等因素的影响。所以在屏幕尺寸相同的条件下，点距越小，分辨率也就越高，行扫描频率越高分辨率也就相应地得到了提高。四、场频和行频场频(VerticalScanRate)，也称垂直刷新率，它表示屏幕的图像每秒钟重绘的次数。也就是指每秒钟屏幕刷新的次数，以Hz为单位。行频(HorizontalScanFrequency)又称水平刷新率，它表示显示器从左到右绘制一条水平线所用的时间，以KHz为单位。VESA(VideoElectronicsStandardsAssociation，视频电子标准协会)组织于1997年规定85Hz逐行扫描为无闪烁的标准场频刷新率。一般来说，我们所提到的刷新率通常指垂直刷新率，这个数值的大小对人的眼睛很重要，当刷新率低于60Hz的时候，你会感到屏幕有明显闪动，而当刷新率达到72Hz以上时，我们就不会感到有明显的闪烁，当然最好是调到85Hz以上。五、扫描方式扫描方式主要分为隔行扫描和逐行扫描两种。隔行是指每隔一行显示一行，到底部后再返回显示刚才未显示的行，而逐行是按顺序显示每一行。计算机硬件工程师教程逐行扫描比隔行扫描拥有更稳定的显示效果，在相同的分辨率下，隔行扫描显示器的抖动要比逐行显示的明显。这项技术在早期的14英寸显示器中经常使用，目前这样的显示器已经被淘汰，现在市场上常见的显示器采用的是逐行扫描。六、色温色温(ColorTemperature)是一个源自物理学的概念，它通过温度来描述发光物体的色彩。发光物体光谱的主要频率可以用一定温度下黑体辐射的光谱来描述，这个温度就称为发光物体的色温。现在常见的显示器色温有5500K、6500K、9300K等。色温的数值越高，颜色越偏蓝(冷)，而色温越低，颜色偏红(暖)。选择什么样的色温不仅与环境和个人喜好有关，还同人的生理特点相关。比如白种人往往会选择低一些的色温设置，这样可以平衡他们本身偏蓝色、绿色的视觉，而黄种人通常则选择较高的色温，否则会感觉颜色泛红。七、调节方式从早期的模拟式到现在的数码式调节，显示器的调节方式越来越方便，功能也越来越强大。数码式调节与模拟式调节相比，数码式调节对图像的控制更加精确，操作也更加简便，而且界面也友好了许多。因此它已经取代了模拟式调节而成为显示器调节方式的主流。数码式调节按调节界面分主要有3种:普通数码式、屏幕菜单式和单键飞梭式。八、视频带宽计算机硬件工程师教程视频带宽指每秒钟电子枪扫描过的总像素数，理论公式:视频带宽＝水平分辨率×垂直分辨率×场频。与行频相比，带宽更具有综合性，也更能直接反映显示器的性能。但通过公式计算出的视频带宽只是理论值，在实际应用中，为了避免图像边缘的信号衰减，保持图像四周清晰，电子枪的扫描能力需要大于分辨率尺寸，水平方向通常大25%，垂直方向大8%，所以公式中还应该有一个系数，该系数一般为1.5左右，这个系数我们也称它为额外开销。计算系数后得出的数值就是我们可以接受的视频带宽了，如果产品没有达到这个标准，那么就说明显示器性能较低，因为太小的带宽无法使显示器在高分辨率下有良好的表现。九、CRT(CathodeRayTub，阴极射线管)涂层电子束撞击荧光屏和外界光源照射均会使显示器屏幕产生静电、反光、闪烁等现象，不仅干扰图像清晰度，还可能直接危害使用者的视力健康。因此许多CRT显示器均附着有表面涂层，以降低不良影响。目前主要的CRT涂层有以下几种:一是表面蚀刻涂层(DirectEtchingCoating)，它是直接蚀刻在CRT表层，使表面产生微小凹凸，对外界光源照射进行漫反射，降低特定区域的反射强度，从而减少干扰;二是AGAS(Anti-Glare\Anti-Static，防眩光\防静电)涂层;三是防强光、防静电涂层;四是ARAS(Anti-Reflection\Anti-Static，防反射\防静电)涂层;五是超清晰(UltraClearCoating)涂层，它是由多层透明膜复合而成，可以有效吸收反射光，减少图像投射光线造成的变形，且机械强度较高。十、绿色功能带有EPA(EnvironmentalProtectionAgency,美国环保署)即“能源之星”标志的显示器才具有绿色功能。在计算机处于空闲状态时，它会自动关闭显示器内部的部分电路，从而降低显示器的电能消耗，达到节约能源和延长使用寿命的目的。十一、安全认证显示器的认证主要有两个，一个是MPR-Ⅱ，另一个是TCO(瑞典专业雇员联盟)，这是两个全球著名的认证，其中内容涉及显示器的多个方面，包括现在人们最关心的辐射和环保问题。MPR-Ⅱ是由瑞典国家测量测试局(SwedishNationalBoardforMea-surementandTesting)所制定的标准，主要是对电子设备的电磁辐射程度等指标实行标准限制，包括电场、磁场和静电场强度3个参数。现已被采纳为世界性显示器质量标准，但这个规范要求不是非常严格，现在出产的显示器基本都可以达到这个标准。计算机硬件工程师教程TCO标准是用于规范显示器的电子和静电辐射对环境的污染，现在常用的有TCO’92、TCO’95和TCO’99。TCO规范的各种测试标准比MPR-Ⅱ和EPA的能源之星更加严格。TCO是以瑞典UTIA(信息与自动化学院)为主以及全国其他各学科专家和教授所组成。TCO以研究和保护生态、环保为目的，在不同的历史时期针对电子工业产品的电磁辐射限制制定了相应的TCO系列环保规范。TCO规范根据制定的时间命名，例如在1992年制定的就是TCO’92。其后TCO相继制定了TCO’95、TCO’99规范。TCO’92主要致力于降低电磁辐射、耗电量等问题。通过TCO’92的显示器必须让用户清除其耗电量，并让用户了解相关节电功能，而且显示器必须符合欧洲防火及用电安全标准。TCO’95在1995年发布，其中包括的范围相当广，有环境保护、电磁辐射、能量消耗等。尤其是它的生态标准更加严格，要求厂商生产的产品必须可以回收，并提出一套合理的计划来配合执行。TCO’99是现在TCO系列中最高级别的认证，其中涉及到环境、人体生态学、电磁辐射等方面，同时它对显示器的画质也作了较高的要求。值得一提的是，TCO’99还对打印机和传真机进行了规定，这样就可以更好地保护人类的环境。第四节显示器的分类目前上市的显示器按原理分主要有CRT显示器和LCD液晶显示器两大类。现在还有采用等离子体发光技术(PDP)和场致发射显示技术(FED)的显示器，这都是日后显示器的发展方向。一、按显示器屏幕形状分类CRT显示器的种类按照显示器屏幕形状大致可以分为球面、平面直角、柱面、纯平面等4种。1.球面屏幕球面屏幕可以说是目前技术应用最成熟、使用范围最广泛的显像管。但这种显像管的缺点也很明显，就是随着观察角度的改变，球面屏幕上的图像会发生歪斜，而且非常容易引起外部光线的反射，降低对比度。这种显像管的优势就在于价格便宜，不过由于受到平面显示器的冲击，现在采用这种屏幕的显示器已经很少了。2.平面直角屏幕(FST)平面直角屏幕(FST)显像管由于采用了扩张型技术，使传统的球面管在水平和垂直方向向外扩张，也就是常说的平面直角显像管。所以相对于球面显像管来说，这种显像管比传统的球面显像管看上去要平坦很多，同时在防止光线的反射和眩光方面也有了不少改进，加上比较低廉的价格，使其在15英寸以上的显示器中得到广泛的应用。但从技术的角度上讲，它还不是真正的平面显像管，这只是一种表面现象而已。3.柱面屏幕SONY公司的Trinitron(特丽珑)显像管是目前典型的柱面屏