第3章 显示设备 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 阴极射线显像管）显示器、LCD（Liquid Crystal Display液晶）显示器、等离子PDP（Plasma Display Panel）显示器和电子发光显示器等目 前在计算机系统中使用的显示设备主要有CRT显 示器和LCD显示器两种如图3-1、3-2所示 图3-1 CRT显示器 图3-2 LCD显示器 3．1 CRT显示器 自1897年，德国的物理学家布劳恩发明第一个 阴极射线管（Cathode Ray Tube）到现在， CRT 技术已经获得了飞速的发展，尤其是上世纪七十年 代随着微型计算机的出现，CRT显示更得到了广泛 的应用，显示尺寸从10英寸发展到21英寸以上；而 且越来越平面化，分辨率从320×200、1024×768 发展到1280×1024和1600×1200以上；颜色从单色 发展到无穷多色；点距从0.6mm发展到0.21mm以 下；行扫描频率从15.8khz发展到120khz以上。
以 后，将朝着高分辨率、高亮度、平面化、大屏幕、 无辐射、智能化发展 3．1．1 CRT显示器的分类 1．按尺寸分类 从八十年代的12英寸黑白显示器到现在19英寸、 21英寸大屏彩显，CRT经历了由小到大的过程，现在 市场上以17英寸、19英寸为主 2．按调控方式不同分类 CRT显示器的调控方式从早期的模拟调节到数字调 节再到OSD调节走过了一条极其漫长的道路 模拟调节是在显示器外部设置一排调节按钮，手动调 节亮度、对比度等一些技术参数由于此调节所能达 到的功效有限，不具备视频模式功能另外，模拟器 件较多，出现故障的机率较大，而且可调节的内容极 少，目前已淘 数字调节是在显示器内部加入专用微处理器，操 作更精确，能够记忆显示模式，而且其使用的多是微 触式按钮，寿命长故障率低，这种调节方式曾红极一 时 OSD调节严格来说，应算是数控方式的一种它 能以量化的方式将调节方式直观地反映到屏幕上，调 节非常方便OSD的出现，使显示器得调节方式上了 一个新台阶现在市场上的主流产品都采用此调节方 式，同样是OSD调节，有的产品采用单键飞梭，也有 采用静电感应按键来实现调节 3．按显像管种类的不同分类 显像管是显示器生产技术变化最大的环节之一，同时 也是衡量一款显示器档次高低的重要标准，按照显像管表 面平坦度的不同可分为球面管、平面直角管、柱面管、纯 平管。
球面管：球面管在早期的14英寸显示器用得非常普遍 ，它在水平和垂直方向上都是弯曲的，边角失真现象严重 ，随着观察角度的改变，图像会发生倾斜，此外这种屏幕 非常容易引起光线的反射，这样会降低对比度，对人眼的 刺激较大 平面直角管：平面直角显像管诞生于1994年，由于采 用了扩张技术，因此曲率相对于球面显像管较小，从而减 小了球面屏幕上特别是四角的失真和反光现象，配合屏幕 涂层等新技术的采用，显示器的质量有较大提高一般情 况下，其曲率半径大于2000毫米，四个角都是直角 柱面管：柱面显像管采用栅式荫罩板，在垂直方 向上已不存在任何弯曲，在水平方向上还略有一点弧 度，但比普通显像管平整了许多，目前常见的柱面管 而言又可分为单枪三束和三枪三束管 纯平面显像管：这种显像管在水平和垂直方向上 均实 现了真正的平面，使人眼在观看时的聚焦范围增 大，失真反光都被减少到了最低限度，因此看起来更 加逼真舒服是目前市场的主流产品 4．按显示颜色分类 CRT显示器按显示的颜色可分为单色和彩色显 示器彩色显示器既可以显示单色，也可显示彩色 彩色显示器又分为CGA（分辨率为320×200，8色 ）、EGA（分辨率为640×350，16色）、VGA（分 辨率为640×480）、SVGA（分辨率为800×600、 1024×768、 1280×1024和1600×1200）等。
3．1．2 CRT显示器的组成和工作原理 在分析CRT显示器工作原理之前，我们先来了 解一下三基色的原理所谓三基色是红、黄、蓝色 的色彩以不同的分量混合后可形成各种各样的色彩 在多姿多彩的自然界中蕴含了五彩斑斓的颜色， 而这都是通过对光的反射来反映给我们的而所有 的色彩都可以由选定的三种单色光以适当的比例混 合得到，而且绝大多数的彩色光也可以分解成特定 的三种单色光这三种选定的颜色被称为三基色， 各三基色相互独立，其中任一种基色是不能由另外 两种基色混合而得到，但它们相互以不同的比例混 合，就可以得到不同的颜色，例如黄色加蓝色合成 绿色 今天的色彩丰富的CRT显示器正是根据三基色原 理制造出来的刚才我们提到，三基色的选择在原则 上是任意的，但是通过实验研究发现，人们的眼睛对 红、绿、蓝三种颜色反应最灵敏，而且它们的配色范 围比较广，用这三种颜色可以随意配出自然界中的大 部分颜色，因此在CRT显示器中，选用红、绿、蓝三 种颜色作为三基色，分别用R、G、B三个字母来表示 CRT显像管，是一种用玻璃封装的电真空器件， 它主要由电子枪、偏转线圈、荫罩、荧光粉层和玻璃 外壳五部分组成如图3-3、图3-4所示。
CRT的功能 是将电信号转换成可见的光信号它的优劣在很大程 度上决定了显示器的清晰度、对比度、色彩和亮度等 电子枪包括灯丝、阴极、控制栅极、加速极、 聚焦极和高压阳极，它的作用是发射一束很细的强 度可调的高能电子束其工作原理是由灯丝加热阴 极，阴极发射电子，然后在加速极电场的作用下， 经聚焦极聚焦成很细的电子束，在阳极高压作用下 ，获得巨大的能量，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原色 因为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 图3-3 单色显像管结构 图3-4CRT显像管剖面结构 荧光粉层，在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，称之 为像素每个像素中都拥有红、绿、蓝(R、G、B)三原色 ，根据三原色理论，这就有了形成千变万化色彩的基础 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，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 电子束不能只轰击屏幕的一处，而要轰击整个屏 幕，即完成对整个屏幕的扫描动作，这就需要偏转线 圈的帮助通过它，可以使显像管内的电子束以一定 的顺序，周期性地轰击每个像素，使每个像素都发光 ；而且要求这个周期足够短，也就是说对某个像素而 言电子束的轰击频率足够高，就能看到一幅完整的图 像我们把这种电子束有规律的周期性运动叫扫描运 动偏转线圈的作用就是控制经聚焦后的电子束的运 动方向，使电子束射到荧光屏的指定位置，达到显示 字符或图形的目的 3．1．3 CRT显示器的主要技术指标 1．场频 场频又称为“垂直扫描频率”或“刷新率”指单 位时间（以秒计）之内电子枪对整个屏幕进行扫描 的次数，通常以赫兹(Hz)表示以85Hz刷新率为例 ，它表示暗淡显示器的内容每秒钟刷新85次（也可 以说画面变换85次）刷新率越高，画面显示越稳 定，闪烁感就越小一般人的眼睛对于75hz以上的 刷新率基本感觉不到闪烁，85hz以上则完全没有闪 烁感，所以vesa国际视频协会将85hz逐行扫描制定 为无闪烁标准。
普通彩色电视机的刷新率只有50hz ，目前电脑输出到显示器最低的刷新率是60hz，建 议使用85hz的刷新率 CRT显示器上显示的图像由很多荧光点组成，每 个荧光点都由于受到电子束的击打而发光，不过荧光 点发光的时间很短，所以要不断地有电子束击打荧光 粉使之持续发光电子束不能同时轰击屏幕上的两个 点，因此显示器在工作时，以极快的速度从视频卡读 取数据，同时由电子枪的偏转电路部分控制偏转线圈 对电子束射出的方向进行改变，使电子束从屏幕左上 角开始扫描，从左到右依次对每个点进行轰击，然后 从右回到左边，再扫描第二行，第三行，…直到扫完 一幅（帧）图像为止接着电子束由下向上移动到开 始的位置, 又从左上角开始扫描第二幅（帧）图像上 述电子束作水平方向的扫描叫行扫描，其中电子束自 左到右的水平扫描叫行扫描的正程，自右回到左的水 平扫描叫行扫描的逆程扫描过程如图3-5所示 图3-5电子束在屏幕上的扫描过程 在对每个点进行轰击过程中，虽然时间上有先 后顺序，但由于电子束把屏幕整个扫描一次只需10 ～20ms的时间，加上荧光体的辉光残留和人眼的视 觉暂留现象，所以只要刷新够快，即刷新率够高， 人眼就能看到持续、稳定的画面，不会感觉到明显 的闪烁和抖动。
垂直扫描频率越高，闪烁情况越不 明显，眼睛也就越不容易疲劳从理论上来讲，只 要刷新率达到85Hz，也就是每秒刷新85次，人眼就 感觉不到屏幕的闪烁了，所以从保护眼睛的角度出 发，刷新率仍然是越高越好，但其价格也较贵 2．行频 行频又称为“水平扫描频率”，指电子枪每秒在荧光屏 上扫过的水平线的数量，其值等于“场频 × 垂直分辨率 ×1.04”，单位为KHz（千赫兹）行频是一个综合分辨率 和场频的参数，该值越大，显示器可以提供的分辨率越高 ，稳定性越好以800*600的分辨率、85Hz的场频为例， 显示器的行频至少应为“600*85=51KHz” 3．分辨率 分辨率用来说明屏幕图像的精密度，是指显示器所能 显示的点数的多少由于屏幕上的点、线和面都是由点组 成的，显示器可显示的点数越多，画面就越精细，同样的 屏幕区域内能显示的信息也越多，所以分辨率是个非常重 要的性能指标之一可以把整个图像想象成是一个大型的 棋盘，而分辨率的表示方式就是所有经纬线交叉点的数目 以分辨率为1024×768的屏幕来说，即每一条水平线 上包含有1024个像素点，共有768条线，即扫描列数为 1024列，行数为768行。
分辨率不仅与显示尺寸有关， 还受显像管点距、视频带宽等因素的影响其中，它和 刷新频率的关系比较密切，严格地说，只有当刷新频率 为“无闪烁刷新频率”，显示器能达到最高的分辨率，才 能称这个显示器的最高分辨率为多少 按照水平和垂直像素数目来区分，则可以分 :640×480，800×600，1024×768，1280×1024， 1600×1200等几种一般来讲，17英寸CRT显示器的最 佳分辨率还是1024×768，19英寸CRT显示器则为 1280×1024对于CRT显示器，它支持的分辨率越多和 越大，它的应用范围也就越广，价格也就相应要高一些 4．带宽 带宽是显示器视频放大器频带宽度的简称，指 电子枪每秒钟在屏幕上扫过的最大总像素数，以 MHz(兆赫兹)为单位从表面上看，只需用行频乘以 水平分辨率就可以得到带宽但实际上，电子枪在扫 描时扫过水平方向上的像素点数与垂直方向上的像素 点数均高于理论值，这样才能避免信号在扫描边缘衰 减，使图像四周同样清晰 带宽越高，惯性越小，响应速度越快，允许通过 的信号频率越高，信号失真越小，它反映了显示器的 解像能力与行频相比，带宽更具有综合性也更直接 的反映显示器的性能。
它是造成显示器性能差异的一 个比较重要的因素 带宽决定着一台显示器可以处理的信息范围，是指 特定电子装置能处理的频率范围带宽越宽能处理的频 率就更高，图像也更好表3-1列出了在几种常见分辨 率和刷新频率下的可接受带宽 表3-1 几种常见分辨率。