第1篇 彩色显示器入门

项目一 显示器的基础知识

【项目要求】

1.了解显示器的分类及显示器的发展历程。

2.了解CRT显示器的特点和分类，熟悉反映CRT彩色显示器性能指标的常用术语。

3.了解LCD显示器的特点和分类，熟悉反映LCD显示器性能指标的常用术语。

【基础知识】

一、显示器的概况

到目前为止，显示器的概念还没有一个统一的说法。从广义上讲，显示器是指能够显示文字和图像的设备。街头随处可见的LED广告屏幕、电视机屏幕（包括荧光屏、液晶屏、等离子显示屏）、手机、MP4和VCD/DVD机等显示屏都属于显示器的范畴。但目前人们所说的显示器一般指与计算机主机相连的显示设备，因此也称为计算机显示器。计算机显示器是计算机系统不可缺少的输出设备，它是人机对话的窗口。

本书主要介绍计算机显示器，为叙述方便，下文中的显示器一般都是指计算机显示器。

1.显示器的分类

1）按显示器件是否发光分类

（1）主动型显示器。主动型显示器的显示器件材料自身能够发光，显示信号控制其发光强度来实现显示。属于此类的显示器件有阴极射线管（CRT）、等离子体（PDP）显示面板等。CRT显示器是发展最早、应用最广、技术最成熟的显示设备。CRT显示器是以阴极射线管（又称显像管）作为显示部件的显示设备。阴极射线管是一种电真空器件，它是以阴极发射的电子束扫描轰击自身的荧光屏发光而实现显示的，因此，它是一种主动型显示器。等离子体（PDP）显示面板是利用气体放电原理实现的一种平板显示器件，目前，这种显示器件主要用于彩色电视机上，用在计算机显示器上的还不多。

（2）被动型显示器。被动型显示器的显示器件材料本身并不发光，它是通过对外界光的调制来实现显示的。属于此类的显示器件有液晶（LCD）显示器等。

2）按显示器件的结构形式分类

（1）CRT显示器。CRT显示器件体积和重量较大，又工作在高压大功率状态，不能和大规模集成电路直接匹配，因而限制了在便携式计算机中的应用。

（2）平板显示器。等离子显示器件、液晶显示器件在结构上做成真正的平板结构，并且容易做出各种面积的产品，质量也轻，现已广泛应用于彩色电视机，但在计算机显示器中应用的主要还是液晶显示器件。

此外，根据显像原理的不同，还可分为CRT、LCD和等离子体显示器等。

此外，显示器还有很多分类的方法，这些内容在后面的相关章节中再做介绍。

2.显示器的发展

1）CRT显示器的发展

阴极射线管（CRT）显示器即显像管显示器，它是最早应用的一种显示器。它采用的显像管类似于电视机所用的显像管。CRT显示器采用电子扫描原理，其图像是由电子束轰击CRT荧光屏背面的荧光粉发光而形成的。

CRT显示器伴随着显像管技术、计算机操作系统以及微计算机控制技术的进步而不断发展着，主要体现在两个方面：一是显像管经历了从黑白到彩色，从球面到柱面再到平面直角，直至纯平的发展；二是控制方式从模拟控制方式发展到了数字控制方式。

早期显示器基本上都是采用球面显像管，其屏幕基本上都是球面的。这种显示器的屏幕在水平和垂直方向上都是弯曲的，会造成图像失真及反光现象。

在这一阶段，对屏幕图像的调整也由于受操作系统（主要采用的是DOS系统）的限制，而只能采用模拟调节方式，也就是通过调节显示器下方的一排旋钮（电位器）对显示效果进行简单的调整（包括亮度、对比度及屏幕大小和屏幕中心位置调整）。采用这种调节方式的彩色显示器，称为模拟显示器。模拟调节方法缺乏直观的控制度量，且调节的电位器易出现故障，造成图像显示不正常。模拟控制技术后来被更为先进的数字控制技术所取代。

为了减小球屏四角的失真和反光，显像管生产厂家1994年开发出了新一代的“平面直角冶显像管，并应用到电视机和计算机显示器中。当然，它并不是真正意义上的平面，只是其球面曲率半径大于2000mm，四角为直角。它使反光和四角失真程度都减轻不少，再加上屏幕涂层技术的应用，使画面质量有了很大的提高。因此，各个显示器厂商都迅速推出了使用“平面直角冶显像管的显示器，并逐渐取代了采用球面显像管的显示器。后来几年投放市场的14英寸、15英寸、17英寸及以上的显示器都采用了这种“平面直角冶显像管。

此后，索尼公司开发了柱面显像管，采用条形荫罩板和带状荧屏技术，即特丽珑（Tri鄄nitron）技术，它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，另外加上栅状荫罩的设计，使显示质量大幅度上升，透光性好，因此亮度高，色彩亮丽饱满。三菱公司也紧随其后，开发出钻石珑（Diamondtron）技术，各大厂商纷纷采用这些新技术推出新一代产品。从1998年年底开始，一种全新的完全平面显示的显像管即纯平显像管出现了，它使CRT显示器达到了一个新的高度。这种显示器的屏幕在水平和垂直方向上均成为了真正的平面，图像的失真和屏幕的反光都被降低到最低限度，看起来更加逼真舒服。例如，LG公司推出的采用Flatron显像管的“未来窗冶显示器，它的荫罩是点栅状的，使显示效果更出众。与LG的Flatron性能类似的还有三星（SamSung）的丹娜（DynaFlat）显像管。另外，优派（ViewSonic）、飞利浦（Philips）等也推出了自己的完全平面显示器。

这一段时间内，由于Windows操作系统的发展，出现了数控调节。这时的显示器内部带有专用的微处理器（CPU）和存储器，可记忆显示模式，切换时无须调整，量化调节更精确，按钮为轻触型。所有的这些优点，使得显示器的寿命更长，故障率降低，其操控方式也从普通的按键式变成新颖的单键飞梭。菜单控制（OSD）是一种新出现的屏幕调控技术，它通过和按键的结合以量化的方式将屏幕的调节情况直观的显示出来，具有较强的易用性，使用舒适。

CRT显示器历经发展，显示质量越来越好。

由于采用广角偏转线圈技术和使用短管技术，加之对显示器内部进行了结构优化，显示器的厚度大大减小。

就在CRT显示器发展到巅峰期间，液晶显示技术也迅速发展并趋于成熟，液晶显示器的价格不断下降，使CRT显示器走向持续衰落的困境。直到现在，CRT显示器基本退出了显示器市场。

2）液晶（LCD）显示器的发展

说到液晶显示器，还得从液晶说起。1888年奥地利植物学家莱尼兹在加热苯酸脂晶体时发现：当温度升到145.5毅C时晶体融化成为乳白色黏稠的液体，再继续加热到178.5毅C时乳白粘稠的液体变成完全透明的液体。后经德国卡尔斯吕爱大学教授Otto Lehmann研究，这种乳白粘稠的液体具有光学各向异性，因而建议称为Liquid Crgstal（液态的晶体）。液晶的组成物质是一种以碳为中心所构成的有机化合物，它同时具备了液体的流动性和类似晶体的某种排列特性。1963年，美国RC公司的威谦发现液晶受到电场的影响会产生偏转的现象，同时也发现光线射入到液晶中会产生折射现象。1968年，RCA的Heil振荡器开发部门开发出了全球首台利用液晶特性形成画面的屏幕。在莱尼兹发现液晶物质整整80年后，“液晶冶和“显示器冶两个专用名词才联系在一起，也才有“液晶显示器冶这个专业名词。1968年，液晶显示器首次亮相，此时的液晶显示器工作还不稳定，与实际应用还有一段距离。

直到1973年，英国大学教授葛雷发现了可以利用联苯来制作液晶显示，这才使液晶显示器的产品正式批量生产，并为日本夏普（SHARP）公司的EL-8025电子计算机提供屏幕。从此以后，开启了液晶显示器的多方面的应用，推动了LCD产业的兴起和发展。

早期的LCD，由于技术不成熟，采用的是扭转向列型（TN）液晶显示技术，这类液晶显示器件对静、动态影像的显示表现都不好，对比度较差、亮度低，而且可视角小，拖影十分明显，因而主要应用于一些显示内容少且要求不高的领域，如电子表、计算器等。

直到1985年，日本东芝公司率先推出了世界上第一台笔记本电脑，开启了将大规模集成电路与LCD相结合的先河。但那时的液晶显示器色彩单一，亮度很低。

1989年，第一台彩色的DSTN显示器正式应用在笔记本电脑中。DSTN中文称为“双重扫描被动式冶，也把DSTN俗称“伪彩冶。虽然实现了彩色输出，DSTN显示器依然具有着许多令人无法忍耐的局限性，由于视角狭小、图像质量较差、分辨率和彩色深度低等缺点，DSTN显示只能提供EGA（640伊350）分辨率，显示出16种色彩。

1994年，东芝公司又推出了专为笔记本电脑设计的TFT液晶显示屏。TFT液晶即薄膜场效应晶体管液晶，是指液晶显示器上的每一液晶像素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。TFT-LCD具有更高的对比度、更丰富的色彩和更快的屏幕更新频率等特性，俗称“真彩冶，是目前最好的LCD彩色显示设备之一，其效果接近CRT显示器。TFT属于有源矩阵液晶显示器。相对于DSTN而言，TFT液晶的主要特点是为每个像素配置一个半导体开关器件，其加工工艺类似于大规模集成电路。由于每个像素都能够通过点脉冲间接控制，因而每个节点都相对独立，并能够进行连续控制。这样的设计方法不只提高了显示屏的反应时间，同时在灰度控制上也能够做到非常精确。LCD从1998年开始进入台式机应用领域。

在2001年以前生产的TFT-LCD在响应时间、亮度及可视角度上与CRT显示器还有很大的差距，加之当时液晶面板的成品率极低，其成本高居不下，因此抑制了其发展。

2001年以后LCD技术开始走上成熟发展之路，但仍然生存在CRT显示器阴影下。同期的CRT显示器经历了从黑白到彩色，从球面到柱面再到平面直角，直至纯平的发展后，在这段加速度前进的历程中，显示器的视觉效果在不断得到提高，色彩、分辨率、画质、带宽和刷新率等各项指标均有大幅度的提升。当时的主流产品纯平显示器，其画面清晰、色彩真实，图像无扭曲、视角更广阔，而且在设计上还充分考虑了人类视觉构造的原理，好的纯平显示器具有长时间使用，眼睛不感到疲劳等一系列优势。但是，同期的液晶显示器存在画面延时，色彩还原不够真实，可视角度削弱等缺点，所以，在2005年以前，LCD一直生活在CRT显示器的阴影下。不过人们也对比看到LCD宽广的发展前景：可以说纯平显示器是CRT显示器发展的最高水平，由于CRT显示器的技术已经十分成熟，没有太多的发展余地，受限于此，传统CRT显示器在体积、质量、功耗等方面显露出自己的劣势。当时，由于液晶面板厂商基本都是第三代以前的生产线，在切割15义、17义等主流尺寸液晶面板的时候成本仍是居高不下，所以，在那个年代，LCD的售价也自然居高不下，15义LCD售价达到4000元以上，和当时同样显示面积的17义CRT显示器2000多元的价格根本没有任何优势。

2003年以后，LCD成本大幅下降，接口更丰富、DVI成为标准配置，分辨率更高，相同尺寸的可视面积更大等。另外，也逐步解决LCD拖影问题。LCD响应时间从早期的50ms到2006年的1ms，这是一个质的改变。

从2004年开始，LCD已经慢慢取代CRT显示器成为显示设备的主流产品。

2010年以前的液晶显示器，它的背光源绝大多都是采用冷阴极荧光灯（CCFL）。冷阴极荧光灯属于线状光源，之所以称为“冷阴极冶，是因其没有灯丝，是依靠气体（主要元素就是汞）放电激发荧光粉而发光的一种光源。以CCFL冷阴极荧光灯作为背光源的LCD，其主要优点是亮度高，缺点是需要较高的驱动电压，汞对人体有害。因此，众多液晶面板生产厂商都在无汞面板生产上投入了很多的精力，如中国台湾著名IT厂商华硕采用的LED背光技术便通过了ROHS认证。2010年，液晶显示器市场上开始出现LED背光源液晶显示器。LED背光源与CCFL背光源相比，其优点表现在：发光更均匀，寿命更长，环保性更好，LED背光的液晶显示器比CCFL背光的液晶显示器更节能。

总之，不论是CRT显示器还是液晶显示器，发展到今天，从单色到彩色，从模糊到清晰，从小到大，历经无数的变化。各个厂商不断的改进和完善显示器的生产技术，把更高的产品质量、更全的产品性能作为不懈追求的目标，以求其产品能够适应消费者的需要。

二、阴极射线管（CRT）彩色显示器的基本知识

1.CRT显示器的特点

CRT彩色显示器是以阴极射线管（又称显像管）作为显示部件的显示设备。阴极射线管是一种电真空器件，它是以阴极发射的电子束扫描轰击自身的荧光屏发光而实现显示的。它是前几年应用最广泛的一种显示器，虽然近几年慢慢被液晶显示器淘汰，但仍有一些用户还在使用。

CRT显示器是一种主动型显示器，并具有可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、可调节的多分辨率模式、响应时间极短（这是LCD显示器难以超过的）等优点。

2.显示器与计算机主机之间的连接

计算机主机与显示器之间需要显示接口卡进行连接。显示接口卡又称为显示适配器，简称显卡。早期的计算机主机中，采用单独的一块显卡插在主板上。近几年生产的计算机主板，则将显卡芯片等有关电路做在主板上，与主板融为一体，这种显示适配器称为集成显卡。显卡的用途是将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动，并向显示器提供行、场同步信号，控制显示器的正确显示。显卡外部有个接口，通过电缆（人们习惯称为数据线）和显示器相连。

目前，CRT彩色显示器与计算机主机之间的连接主要采用的是VGA连接方式。显示器的数据线接头是一个15针的D形接头，它插进计算机主机的VGA母座内，如图1-1所示。

显示器的数据线的作用是将主机显卡发送过来的信号传递到显示器的驱动板。如果是单纯图像显示，则只需R、G、B、H、V和地6根线即可。为了实现串行数据的传输，还需要SCL、SDA两根线，其中SCL是串行时钟，SDA是串行数据。各引脚的功能如表1-1所示。

表1-1 15针D形接头引脚功能表

3.显示标准（显示模式）

不同的视频标准主要规定了显卡软件操作的规范、要求，也规定了硬件的特点和形式。如果从显示器的角度来看，各视频标准主要规定了最高分辨率、信号接口形式、行同步、场同步信号的频率及同步脉冲的极性等，实际上显卡和显示标准是相互统一的，一定的显示标准最终体现在显卡上，显示标准是由显卡来实现的。在计算机显示系统发展过程中，业界制定了多个显示标准，从最初的MDA，经过CGA、EGA、VGA、SVGA。实际上显示标准还是处在不断发展的过程中，同时各生产厂家为了使自己的产品更有特色、性能上更加优良、更具竞争力，除了兼容以上标准外，还开发了自己独特的显示标准。相应的，常把符合不同标准的显卡称为CGA卡、EGA卡等，把和它们相配的显示标准的显示器也常称为CGA显示器、EGA显示器等。

（1）MDA标准。MDA表示单色显示适配器，也是IBM公司制定的PC视频显示的第一个标准。该标准只支持字符显示功能，无图形功能，无彩色显示能力，也无灰度等级，因此其使用范围很受限制。MDA显示标准的字符显示规格为80列伊25行，分辨率为720伊350，行频为18.432kHz，场频为50Hz，信号接口采用9针D形接头连接（现在基本不用这种接口，故不再介绍各针功能定义）。

（2）CGA标准。CGA表示彩色图形适配器，也是IBM公司制定的一个计算机显示标准，它是作为MDA的替代品出现的。CGA与MDA相比增加了两大功能，即彩色显示和图形显示。它的最高分辨率为640伊200，但此方式下只能显示单一颜色，而在彩色图形方式下工作分辨率很低，只能达到320伊200，它的行频为15.7kHz，场频为60Hz，同NTSC制电视的行频、场频基本一致。它规定了两种接口形式，一种是9针D形接头，输出分离的数字信号，引脚的排列顺序同MDA；另一种是输出电视NTSC制复合视频信号，采用视频电缆做信号接口，因此可利用NTSC制电视做计算机显示器。

（3）EGA标准。EGA表示增强型图形适配器。在软件上它向下兼容CGA卡。它的最高分辨率为640伊350，行频为21.8kHz，场频为60Hz。可以设置成单显方式。视频信号为分离的TTL数字信号。采用9针D形接头，输出分离的数字信号。

（4）VGA标准。VGA表示视频图形阵列，它实际上是对VGA卡上的一块采用门阵列技术的视频信号处理芯片的称呼，它的最高分辨率为640伊480，行频为31.5kHz，场频为60Hz或70Hz。它可以兼容CGA、EGA显示标准，也就是说，在CGA卡、EGA卡上编写的软件不用修改就可在VGA卡上运行，显示效果与在CGA卡、EGA卡上相同。在兼容EGA的640伊350、CGA的640伊200或320伊200的分辨率时，场频为70Hz；而在640伊480的分辨率下，场频为60Hz。为了兼容CGA卡的200线的显示方式，采用了两次扫描的技术，即对200线中的每一线都显示为相邻的两行，两行的内容一样，而且对于320伊200的方式，每一行中的相邻两个像素的内容一致。

VGA标准同以往的CGA、EGA等标准都不一样，它采用数模转换技术，输出模拟视频信号，因此与TTL数字视频信号相比，其彩色显示能力大大增强，原则上可显示无穷多的颜色，是后来所有显示技术的发展基础。VGA标准采用15针D形接头，如图1-1所示。

（5）8514/A标准。它的分辨率为1024伊768，但为了降低对显示器扫描频率和频宽的要求，采用了隔行扫描，它的行频为35.5kHz，场频为87Hz。信号接口同VGA标准。

（6）XGA标准。XGA表示扩展图形阵列。它的分辨率也为1024伊768，但采用逐行扫描方式，因此行频大为提高，达到48kHz，场频为60Hz。它兼容VGA和8514/A标准。

（7）SVGA标准。在制定视频显示的标准方面，除了IBM外，还有一个组织做了很多工作，那就是VESA（视频电子标准协会）。为了统一各种显示标准，VESA对以往的标准进行了修订并重新做了说明，同时制定了一些分辨率超过VGA、XGA的显示标准，如800伊600、1024伊768、1280伊1024、1600伊1280等分辨率的标准，一般称为SVGA或Super VGA标准。同IBM制定的显示标准相比，SGVA的高分辨率模式都有多个扫描频率，如对于800伊600的分辨率，它的行频/场频分别有多种：46.9kHz/75Hz、53.7kHz/85Hz等。当然，采用较高的刷新频率（场频）能够获得理想的显示效果，看起来没有不舒服的感觉，但有些显示器在高的刷新频率下无法工作，只好牺牲显示效果，采用低刷新频率来获得较高的分辨率，这也是分辨率相同而行频不同的原因。

4.CRT显示器的分类

1）按输入信号的方式分类

（1）复合视频信号输入显示器。这类显示器只有一个视频输入插座，有单色和彩色的。CGA显示器卡是唯一有复合视频信号输出的IBM显示适配器。其输入的视频信号按PAL制或NTSC制标准复合在一起，其分辨率很低，已被淘汰。

（2）数字信号（TTL信号）输入显示器。数字信号输入显示器可以是单色的，也可以是彩色的，信号传输位置有6个TTL信号。CGA和EGA彩色显示器就属于这一类。

（3）模拟信号输入显示器。视频输入信号是模拟信号，只有3路视频模拟信号输入（R、G、B）。在理论上，这种显示器能够显示无数种色彩，而实际上显示的色彩种类是有限的，这主要取决于显示适配卡的能力。该显示器是CRT彩色显示器的主流产品。

2）按显示的颜色分类

（1）单色显示器。只能显示白色、绿色或橙色的显示器称为单色显示器。

（2）彩色显示器。可显示16色、16位增强色、256色、24位增强色的显示器。

3）按配接的显示卡分类

（1）MDA单色显示器。MDA单色显示器显示单色，它是与IBM PC和单色显示卡同期推出的，其分辨率为720伊350，行频为18.432kHz，场频为50Hz。

（2）CGA彩色显示器。CGA彩色显示器是专门配接CGA显示卡的显示器。它可显示4种颜色，接收分离的TTL数字信号或合成视频信号，分辨率为320伊200或640伊200，行频为15.7kHz，场频为60Hz，目前使用得较少。

（3）EGA彩色显示器。它是专门配接IBM EGA显示卡的彩色显示器，可以显示64种颜色中的16种颜色，是一种双频显示器，除了能在EGA分辨率（640伊350）方式下工作外，还能向上兼容，即工作在CGA（640伊200）分辨率方式下。EGA彩色显示器行频有15.8kHz和21.8kHz两种，场频为60Hz，它也是接收分离的TTL数字信号。

（4）VGA彩色显示器。VGA彩色显示器是配接VGA视频显示适配卡的彩色显示器，它色彩丰富，能够显示256种颜色，接收R、G、B三个模拟信号；另外，还有一种VGA单色显示器，是用多灰度表示色彩信息的模拟高分辨率的单色显示器。VGA彩色显示器的分辨率为640伊480，行频为31.5kHz，场频为60Hz或70Hz。

（5）SVGA多频显示器。它能与各种不同的显示卡（CGA、EGA、VGA、TVGA、SV鄄GA）配接，有数字和模拟两种方式供选择，可选择绿色、白色、橙红色为底色，其行频率、场频率调整范围宽，行频范围为15.5～85kHz或更高，场频范围为50～160Hz，它的分辨率为640伊350、640伊400、640伊480、800伊600、1024伊768、1280伊1024、1600伊1280等。

SVGA多频显示器既有早期生产的模拟彩色显示器，又有后期的数控彩色显示器。

此外，还可按操作方式和显像管（显示管）种类进行分类。

5.反映CRT彩色显示器性能指标的常用术语

1）点距

它是指荧光屏上相邻的两个像素之间的距离，它的大小取决于显像管（显示管）阴罩孔。点距越小，清晰度越高。随着显像管技术的发展，点距由0.6mm以上已发展到0.28mm以下，通常纯平显像管为0.24mm，部分纯平显像管达到0.21mm。由于阴罩式和栅罩式（或称栅网式）显像管的结构不同，所以它们的点距定义也不同。

对于阴罩式显像管，它的红、绿、蓝三基色荧光点是三角排列的，所以点距可分对角点距和水平点距两类，通常以对角点距为标称点距，而水平点距是标称点距的0.866倍。而对于栅罩式显像管，它的红、绿、蓝三基色荧光点是垂直排列的，所以它在垂直方向上的点距可以看做是0，其标称点距则以水平点距为准（应称为“栅距冶），通常在0.24mm以下。因此，栅罩式显像管要比阴罩式显像管精细，显示的画面质量也高。

2）视频宽度

它是指视频放大电路的增益下降3dB时所对应的频率范围，是衡量视频放大器频率响应特性的技术指标。通常15英寸彩显的视频带宽应大于75MHz，17英寸以上彩显的视频带宽应大于100MHz。下面给出常见的分辨率和视频带宽数据，如表1-2所示。

表1-2 视频带宽与刷新频率、分辨率的关系

3）分辨率

它也称显示分辨率或像素分辨率，是指显示屏上所能显示像素数的多少，分辨率通常用“行伊列冶点阵表示，目前许多显示器的最大分辨率为1024伊768，其中1024表示屏幕上水平方向显示的点数，768表示屏幕上垂直方向显示的点数。部分新型显示器可达到1600伊1200甚至更高。分辨率越高，可显示的像素越多，画面越清晰。

（1）分辨率与行频、场频的关系。在逐行扫描方式下，一种显示分辨率对应的行扫描频率可由下面公式估算：

行同步信号频率=（垂直分辨率+垂直方向消隐的行数）伊场频（刷新频率）其中垂直方向消隐的行数一般为垂直分辨率的3%～10%。例如，若设置显示模式的分辨率为640伊480、刷新频率为60Hz，则行同步信号的频率为[480+（480伊8%）]伊60=31.5kHz，计算时垂直方向消隐的行数为8%。若设置显示模式的分辨率为1024伊768、刷新频率为60Hz，则行同步信号的频率为[768+（768伊4%）]伊60=47.9kHz。计算时垂直方向消隐的行数为4%。

由该公式可知，分辨率越高，显示卡输出的行同步信号的频率越高，要求显示器的行扫描频率也越高。由于分辨率设置取决于显示卡的性能，所以当显示卡的性能较差，便不能设置较高的分辨率。而当显示器的行频范围较低，设置较高的分辨率，超过显示器的行频范围时，有的显示器不能显示画面，在屏幕上显示“OUT OF FREQUENCY冶的超频信号，而有的显示器会因行频过高导致行输出管损坏。因此，在检修行输出管损坏的故障时，不能忽略对分辨率设置的检查，以免行输出管再次损坏。同样，由公式可知，行同步信号的频率还随着刷新频率升高而升高。因此，只有在刷新频率达到“无闪烁刷新频率冶时（要求75Hz以上），显示器能达到的最高分辨率才是显示器的最高分辨率的数值。

（2）显示分辨率与视频带宽的关系。由表1-2可知，视频带宽越大分辨率越高。若视频带宽过窄不能满足分辨率的设置，会降低画面的对比度，甚至画面或字符边缘会出现拖尾等异常现象。

（3）显示分辨率与显像管点距的关系。点距越小，像素越多，分辨率越高。

4）亮度

最大亮度是显示屏在显示白块时的最大亮度，其单位是cd/m2。背景较亮时白块的亮度在70cd/m2以上便可达到令人满意的效果，但为了兼顾显示单颜色或在较亮的场合使用，以及某些画面的特殊要求，生产时往往将亮度指标留有较大余量。但是，并非越亮越好。

5）对比度

对比度是画面或字符（测试时用白块信号）与屏幕背景的亮度之比。对比度越大，则显示的画面或字符越清晰，通常要求显示器在正常显示时其底色调到基本看不见即可。

6）可视尺寸

显示器的屏幕尺寸实际上是显像管的尺寸。由于显像管荧光屏的四周有一定面积的边框，所以可视范围达不到这个尺寸。

三、液晶（LCD）显示器的基本知识

1.LCD显示器的特点

1）LCD显示器的优点

与其他各类显示器相比，LCD具有一系列其他显示器所不具备的优点。这些优点主要体现在以下几个方面。

（1）平板结构、机身轻薄。液晶显示器的基本结构是两片导电玻璃，中间灌有液晶的薄型盒。其优点是：开口率高，最有利于做显示窗口。显示器尺寸大小做起来非常容易，且可完成大批量的自动化生产，使其成本大大降低。

液晶显示器轻薄的机身对提高桌面利用率是显而易见的。17英寸的CRT显示器其厚度普遍有40cm，而当时相同尺寸的液晶显示器厚度不超过4cm，机架宽度20cm左右，大大节约了桌面空间。随着双头输出显卡的普及，越来越多的用户需要同时使用两台显示器，笨重硕大的CRT显示器显然不再适合，液晶显示器才是最佳对象。

（2）低压、微功耗。极低的工作电压，只要2～3V即可工作，而工作电流仅几微安每平方厘米。如此低的工作电压和功耗是目前其他任何显示器无法比拟的。因此，它可以用大规模CMOS集成电路直接驱动，这正是人们长期以来所渴求的。

（3）被动显示型。液晶本身不发光，它是靠调制外界光达到显示目的的，即依靠对外界光的不同反射和透射形成不同对比度来达到显示目的。

（4）显示信息量大（分辨率更高，相同尺寸的可视面积更大）。与CRT相比，LCD没有荫罩限制，因此像素可以做得更小、更精细。因此，LCD在同样显示窗口面积内可容纳更多像素，显示更多的信息，有利于制作高清晰度电视及显示器。

CRT显示器分辨率普遍要比同尺寸的液晶显示器要低，17英寸CRT显示器的分辨率普遍为1024伊768，而17英寸普屏LCD支持1280伊1024，它的可视面积相当于19英寸CRT显示器的可视面积。更高的分辨率可以在屏幕上显示更多的资讯。另外，更大显示面积令用户在欣赏电影时不再只局限于一个视觉效果最佳位置，即使是2～3人也能同时看到相同质量的画面。

（5）易于彩色化。液晶本身一般无彩色，但它实现彩色显示却很容易，方法很多。一般使用较多的是滤色法。由于滤色技术成熟，使液晶的彩色更精确，色失真很小。

（6）无辐射、无污染。CRT显示器有X射线辐射，而液晶显示器不会产生上述辐射。

（7）寿命长。CRT显示器的阴极易于老化，电子发射能力会随使用时间的增加而逐步降低，同时，其荧光屏的发光效率也存在误差问题。而LCD由于工作在低压、小功率状态，且其材料是有机高分子合成材料，具有极高纯度，因此，其性能劣化几乎没有。从实际考虑，一般使用中，除撞击破碎或配套器件损坏外，液晶显示器件自身的寿命终结几乎没有。

（8）接口更丰富、DVI成为标准配置。传统的D-Sub模拟接口和数字化的DVI视频接口已经成为当时大屏幕液晶显示器的标准配置。用户不但可以通过数字化的视频接口享受无信号失真的干净画面和操控的便利性，还可以通过传统D-Sub接口兼容旧显卡让两台主机共用同一台显示器。有些液晶显示器还配备了其他模拟视频输入接口和3.5mm音频输入接口以供多媒体应用，部分产品甚至还配备USB Hub。而小屏幕液晶显示器由于产品普遍定位较低和可供利用空间有限，只有在某些高端型号才配备部分上述接口。

2）液晶显示器的缺点

液晶显示器虽然有许多优点，但也存在以下一些缺点。

（1）显示视角小。由于大部分液晶是利用液晶分子的向异性形成图像，对不同方向的入射光，其反射率不一样，且视角小，一般只有30毅～40毅，随着视角的变大，对比度迅速变差，甚至会发生对比度反转现象。近年来随着一系列新工艺和新技术的使用，液晶屏的视角已扩大到120毅～160毅，有些产品甚至更高。

（2）响应速度慢。液晶显示器大多是依靠外电场作用下液晶分子的排列发生变化，速度受材料的黏滞度影响较大，一般为100～200ms。所以液晶在显示快速移动的图像时，有时存在图像拖影现象。为了克服这个缺点，现已开发出一些新工艺和新材料来提高响应速度。目前，液晶显示器的响应时间都在50ms以下，有些达到1ms，这完全是一个质的改变。

（3）需加背光源。由于液晶本身不发光，若无外光源，液晶是无法完成显示的，所以用于计算机显示器和电视机的液晶屏一般需加背光源。由于背光源的存在，会使功能大大增加，再加上背光灯的寿命远不如液晶屏的长，从而使液晶显示器的寿命下降。

2.LCD显示器的分类

液晶所具有的性能使液晶具有多种光电效应。利用这些光电效应制成的LCD，功能、结构、工作模式或显示方式五花八门，种类繁多。常见的分类方法有以下几种。

1）按显示颜色分类

单色LCD显示画面为黑白颜色，彩色LCD显示画面为彩色。

2）按应用范围分类

按应用范围可分为笔记本型计算机（Notebook）液晶显示器和桌面计算机（Desktop）液晶显示器两种。Desktop LCD最终是CRT显示器的替代产品之一。

3）按信号输入方式分类

信号输入方式分为模拟信号输入方式和数字信号输入方式两种。主机为了匹配CRT显示器，其视频显示卡采用的是模拟信号输出方式，LCD为了匹配普通的视频显示卡，通常采用模拟输入方式。但由于LCD是采用数字处理方式，所以在采用模拟输入方式时，需要通过A/D转换器将主机送来的模拟信号转换为数字信号。而在变换过程中，将会导致信号质量变差。

实际上，主机处理的都是数字信号，所以采用模拟接口电路时，需要通过D/A转换器将数字信号转换为模拟信号。由于主机的处理信号经D/A和A/D两次转换后，才供LCD使用，所以不但导致信号的质量下降，而且增加了成本。因此，目前许多厂家建议采用数字输入方式。数字输入方式的标准有LCDS、TDMS、GVIF、DVI和DFP等。采用数字输入方式的优点是在使用时，只需调整亮度和对比度即可，不像模拟输入方式那样，使用时必须调整频率与相位，以及画面大小和位置，不但使LCD的操作简单，而且降低了成本。

4）按LCD的光电效应分类

5）按物理结构分类

按物理结构来分，常见的液晶显示器可分为以下几种：扭曲向列型（TN）液晶显示器、超扭曲向列型（STN）液晶显示器、DSTN型液晶显示器和TFT型液晶显示器。前三种都属于无源矩阵LCD，它们的原理基本相同，不同之处只是各个液晶分子的扭曲角度略有不同而已。其中，DSTN（俗称“伪彩冶）在早期的笔记本电脑显示器及掌上游戏机上广为应用，但由于它必须借助外界光源来显像，所以在应用上有很大的局限性。而TFT薄膜晶体管型有源矩阵LCD则是当前应用的主流，它具有反应速度快、对比度好、亮度高、可视角度大及色彩丰富等众多优点。

6）按背光源分类

CCFL背光源液晶显示器：采用冷阴极荧光灯（CCFL）作背光源。目前市面上的液晶显示器大多数属于这类，它仍是显示器市场上的主流。

LED背光源液晶显示器：采用LED背光源。它是目前液晶显示器的新产品，是液晶显示器的发展方向。

LED背光源液晶显示器与CCFL背光源液晶显示器相比，具有以下优势：

（1）发光更均匀。由于CCFL背光源的灯管通常为条形或U形，很容易出现发光不均匀的问题，而LED背光源由于原理的不同，其发光体分布均匀，无发光不均匀的问题。

（2）寿命更长。普通CCFL背光源的使用寿命为50000h，而LED的使用寿命则大于100000h。因此使用LED背光源的液晶显示器或液晶电视在使用时间较长后，背光源的亮度衰减情况要好于CCFL背光源。

（3）环保性更好。采用CCFL背光源，永远无法解决“汞冶这个有毒物质，这是由其发光原理（和荧光灯管原理相似）所决定的。但是，LED就没有这个问题。

（4）LED背光源显示器比CCFL背光源显示器更节能。

此外，还可按驱动方式、工作模式等进行分类，此处不再赘述。

3.反映LCD显示器性能指标常用术语

1）点距和可视面积

液晶显示器的点距不像CRT显示器那样比较难以捉摸，它的点距和可视面积有很直接的对应关系，是可以很容易直接通过计算得出的。以14英寸的液晶显示器为例，14英寸的液晶显示器的可视面积一般为285.7mm伊214.3mm，而14英寸的液晶显示器的最佳（也就是最大可显示）分辨率为1024伊768，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点距是285.7/1024或214.3/768等于0.279mm。同理，我们也可以在得知某液晶显示器的点距和最大分辨率情况下算出该液晶显示器的最大可视面积。需要说明的一点是，液晶的点距跟CRT的点距有些不同：由于技术原因，实际上CRT显示器的点距对荫罩管的显示器来说，中心的点距比四周的要小；而对荫栅管的显示器来说，其中间的点距（栅距）跟两侧的点距（栅距）也是不一样的，目前，CRT厂商在标称显示器的点距（栅距）时，标的都是该显示器最小的（也就是中心的）点距，而液晶显示器则是整个屏幕任何一处的点距都是一样的，从根本上消除了CRT显示器在还原画面时的非线性失真。

2）最佳分辨率（真实分辨率）

液晶显示器属于“数字冶显示方式，其显示原理是直接把显卡输出的模拟信号处理为带具体“地址冶信息的显示信号，任何一个像素的色彩和亮度信息都是跟屏幕上的像素点直接对应的，正是由于这种显示原理，所以液晶显示器不能像CRT显示器那样支持多个显示模式，液晶显示器只有在显示跟该液晶显示板的分辨率完全一样的画面时才能达到最佳效果。而在显示小于最佳分辨率的画面时，液晶显示器则采用两种方式来显示：一种是居中显示，比如在显示800伊600分辨率时，显示器就只是以其中间800伊600个像素来显示画面，周围则为阴影，这种方式由于信号分辨率是一一对应，所以画面清晰，唯一遗憾的就是画面太小；另一种则是扩大方式，就是将该800伊600的画面通过计算方式扩大为1024伊768分辨率来显示，由于此方式处理后的信号与像素并非一一对应，虽然画面大，但是比较模糊。目前市面上的13英寸、14英寸、15英寸的液晶显示器的最佳分辨率都是1024伊768，17英寸、19英寸的最佳分辨率则是1280伊1024。

3）亮度和对比度

液晶显示器亮度以cd/m2或nits为单位（流明并不是亮度单位，而是“光通量冶的单位，1lm等于1cd的均匀点光源在单位立体角内发出的光通量。它说明光能的强弱。1cd/m2又叫NIT流明，NIT一般用来标注LCD和CRT显示器的亮度）。市面上的液晶显示器由于在背光灯的数量上比笔记本型计算机的显示器要多，所以亮度看起来明显比笔记本型计算机的要亮，亮度普遍为150～210cd/m2，已经大大地超过CRT显示器了。亮度越高，适应的使用环境也就越广泛。目前提高亮度的方法有两种：一种是提高LCD面板的透光率；另一种是增加背景灯光的亮度，即增加灯管的数量。这里需要注意的是，较亮的产品不一定就是较好的产品，亮度是否均匀才是关键。市面上的低档液晶显示器存在严重的亮度不均匀的现象，中心的亮度和距离边框部分区域的亮度差别比较大。

对比度是指屏幕的纯白亮度与纯黑亮度的比值，这个指标是直接体现该液晶显示器能否体现丰富色阶的参数。对比度越高，还原的画面层次感越好，即使在观看亮度很高的照片时，黑暗部位的细节也可以清晰体现。目前市面上的液晶显示器的对比度普遍在150颐1～350颐1，高端的液晶显示器还远远不止这个数，可以达到500颐1。但是当对比度达到某一程度后，颜色的纯正就会出问题，只有亮度与对比度搭配得恰到好处，才能呈现美观的画质。

4）响应时间

响应时间是液晶显示器的一个重要参数，它是指液晶体从暗到亮（上升时间）再从亮到暗（下降时间）的整个变化周期的时间总和。响应时间以毫秒（ms）为单位。响应时间越小越好。液晶显示器的这项指标直接影响到对动态画面的还原，跟CRT显示器相比，液晶显示器由于过长的响应时间导致其在还原动态画面时有比较明显的拖尾现象（在对比强烈而且快速切换的画面上十分明显），在播放视频节目时，画面没有CRT显示器那么生动。响应时间是目前液晶显示器尚待进一步改善的技术难关，目前市面上销售的液晶显示器响应时间一般为16～50ms。

5）可视角度

观看液晶显示器时，在不同的角度观看的颜色效果会不相同，这是由于某些低端的液晶显示器可视角度过低导致失真。液晶显示器属于背光型显示器件，其发出的光由液晶模块背后的背光灯提供，而液晶主要是靠控制液晶体的偏转角度来“开关冶画面的，这必然导致液晶显示器只有一个最佳的欣赏角度———正视。当用户从其他角度观看时，由于背光可以穿透旁边的像素而进入人眼，所以会造成颜色的失真。

可视角度就是指能观看到可接收失真值的视线与屏幕法线的角度。液晶显示器的可视角度包括水平可视角度、垂直可视角度两个指标。以显示器的垂直法线（显示器正中间垂直假想线）为准，在垂直法线的左、右方一定角度的位置上仍然能够正常看见显示图像，这个角度范围就是LCD的水平可视角度；同样，以水平法线为准，上下可视角度就是垂直可视角度，如图1-2所示。当观察角度加大时，所看到的图像对比度会下降，当对比度下降到10颐1时的观察角，就是该LCD的最大可视角度。这个数值当然是越大越好，更大的可视角度方便于与同事一起讨论问题：目前市面上的15英寸液晶显示器的水平可视角度一般在120毅或以上，并且是左右对称；而垂直可视角度则比水平可视角度要小得多，普遍的液晶显示器是上下不对称共95毅或以上，高端的液晶显示器可视角度已经可以做到水平和垂直都是170毅，三星150T LCD可以达到160毅/160毅的可视角度。

6）最大显示色彩数

液晶显示器的色彩表现能力是一个重要指标，市面上的13英寸、14英寸、15英寸的液晶显示器像素一般是1024伊768，每个像素由R、G、B三基色组成，低端的液晶显示板，各个基色只能表现6位色，即26=64种颜色。可以很简单地得出，每个独立像素可以表现的最大颜色数是64伊64伊64=262144种颜色，高端液晶显示板利用FRC技术使得每个基色则可以表现8位色，即28=256种颜色，则像素能表现的最大颜色数为256伊256伊256=16777216种颜色。这种显示板显示的画面色彩更丰富，层次感也好。目前，市面上的液晶显示器此两种显示板都有采用，消费者选购时务必向厂商或经销商询问清楚。

7）刷新频率

LCD的刷新频率与CRT显示器相比有着质的区别。首先，LCD是对整幅画面进行刷新，而在CRT上则是将画面分成若干“扫描线冶束进行刷新的，这导致后者容易出现画面闪烁的问题，需要将刷新率调整到85Hz，才能避免画面闪烁。而LCD由于像素的亮灭只有在画面内容改变时才会有所变化，所以即使在较低的刷新频率时也不闪烁。因此，刷新频率不是LCD的重要指标。而更大的刷新频率指标只能说明LCD可以接收并处理具有更高的频率信号，而不能提高画面的质量。

8）温度

很多字符型液晶显示器及小图形点阵液晶显示器有常温型和宽温型，而大图形点阵的液晶显示器宽温型比较少见。常温一般指工作温度为0益～50益，宽温为-20益～70益。

4.LCD显示器的信号输入接口

LCD显示器的图像信号输入接口有VGA/SVGA输入接口和DVI输入接口两种，其外形如图1-3所示。

VGA（Video Graphics Array）接口，也叫D-Sub接口，是显卡输出模拟信号的接口。虽然液晶显示器可以直接接收数字信号，但很多低端产品为了与VGA接口显卡相匹配，因而采用VGA接口。VGA接口是一种D型接口，上面共有15个针孔，分成3排，每排5个。VGA接口是液晶显示器上应用最为广泛的接口类型。显卡中的D/A转换器转变为R、G、B三原色信号和行、场同步信号，信号通过电缆传输到液晶显示器中。液晶显示器主板的A/D转换器，将模拟信号转变为数字信号。VGA接口各引脚功能参见表1-1，常见显示模式的行场信号指标如表1-3所示。

表1-3 常见显示模式的行场信号指标

DVI（Digital Visual Interface）接口主要有DVI-I和DVI-D两种，液晶显示器广泛应用的是后者。它是数字信号直传接口，因此减少了数字寅模拟寅数字烦琐的转换过程，大大节省了时间，因此安装的速度更快，有效消除拖影现象。而且使用DVI进行数据传输，信号没有衰减，色彩更纯净、更逼真。在高端液晶显示器中普遍采用这种接口。DVI-D信号从计算机主机显卡的DVI-D输出口，经电缆连接后送入显示器DVI-D信号输入接口。DVI-D接口各引脚定义如表1-4所示。共输入7对TMDS电压差分信号，分别是RX0+/RX0-、RX1+/RX1-、RX2+/RX2-、RX3+/RX3-、RX4+/RX4-、RX5+/RX5-、RXC+/RXC-，这些数字信号同时送到图像处理电路的数字信号输入接口进行处理。实际机器，可只输入5对TMDS电压差分信号，即RX0+/RX0-、RX1+/RX1-、RX2+/RX2-、RX3+/RX3-、RXC+/RXC-。

表1-4 DVI-D接口各引脚定义表

思考练习1

1.简述CRT显示器的分类和各类显示器的主要特点。

2.简述LCD显示器的分类和各类显示器的主要特点。

3.比较CRT显示器与LCD显示器的优点和缺点。

4.液晶显示器与计算机主机之间连接，采用DVI-D连接方式为什么比VGA连接方式好？

5.LCD显示器性能指标有哪些？