第8章计算机显示器

第8章显示器-1-第8章显示器8.1CRT显示器概述8.2CRT显示器相关术语8.3CRT显示器工作原理8.4CRT显示器电路分析8.5CRT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-2-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（CathodeRayTube）显示器、LCD（LiquidCrystalDisplay）显示器、等离子PDP（PlasmaDisplayPanel）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。第8章显示器-3-8.1CRT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8章显示器-4-CRT显示器中显像管的屏幕上涂有荧光粉，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。8.1CRT显示器工作原理第8章显示器-5-第8章显示器-6-8.1.1彩色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8章显示器-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500—1000pF，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。第8章显示器-8-8.1.2CRT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。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8章显示器-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8章显示器-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信号电压的幅度变化而转化的画面。第8章显示器-11-2．三基色原理（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。第8章显示器-12-8.1.3CRT显示器的组成第8章显示器-13-8.2.1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8-6所示为液晶显示器。8.2液晶显示器第8章显示器-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8章显示器-15-8.2.2液晶显示原理液晶显示原理如图8-8所示。第8章显示器-16-8.2.3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（TwistedNematicLCD）扭曲向列LCD、STN-LCD（SuperTwistedNematicLCD）超扭曲向列LCD、DSTN-LCD（DualScanTortuosityNomographLCD）双层超扭曲向列LCD和TFT-LCD(ThinFilmTransistorLCD)薄膜晶体管LCD等。第8章显示器-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8章显示器-18-8.2.4TFT液晶显示工作原理1.TFT液晶显示器件的结构第8章显示器-19-第8章显示器-20-第8章显示器-21-第8章显示器-22-第8章显示器-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，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8章显示器-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像效果。第8章显示器-25-第8章显示器-26-8.2.5TFT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8章显示器-27-1．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8章显示器-28-2.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8章显示器-29-3.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8章显示器-30-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600V～800V，而启动电压高达1500V～1800V，工作电流为5～9mA，所以高压板应具有如下功能：①能产生1500V以上的高压交流电，并在时间1～2秒内迅速降至600V～800V。②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8章显示器-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5.液晶面板第8章显示器-32-8.2.6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8章显示器-33-1.CCFL背光源（1）CCFL简介冷阴极荧光灯管CCFL（ColdCathodeFluorescentLamps）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、广告灯箱、扫描仪等仪器设备上。第8章显示器-34-（2）CCFL的结构第8章显示器-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8章显示器-36-2.LED背光源发光二极管LED（LightEmittingDiode）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8章显示器-37-3.EL背光源无机电致发光EL（ElectroLuminescence)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8章显示器-38-8.2.6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1024×768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1024×768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285.7×214.3mm。第8章显示器-39-3．屏幕比例屏幕宽度和高