第8章计算机显示器

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1、第8章 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（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。 8.1 CRT显示器概述 早

2、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。 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

3、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。 （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

4、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。 8.1.2 CRT显示器成像原理 1扫扫描成像原理 （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

5、之和，称为一个场周期，其倒数称为场频。 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。 （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

6、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。 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

7、色的三要素。8.1.3 CRT显示器的组成 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 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。 8.2.2

8、 液晶显示原理 液晶显示原理如图8-8所示。 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（Twisted Nematic LCD）扭曲向列LCD、STN-LCD（Super Twisted 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。 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

9、-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。 8.2.4 TFT液晶显示工作原理 1.TFT液晶显示器件的结构 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

10、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。 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。 8.2.5 TFT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

11、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。 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。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

12、电路， （5）输出接口电路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。 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。（2）高压板电路的基本原理 如图8-18是高压板

13、电路框图。 4按键板 5.液晶面板 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。 1.CCFL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-

14、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。（2）CCFL的结构 （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。 2.LED背光源 发光二极管LED（Light Emitting Diode

15、）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。 3.EL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。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

16、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285.7214.3mm。 3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。 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和最大分辨率。 如扩展图形阵列XGA（Exten