計算機系統(tǒng)維護第8章顯示器

1、計算機系統(tǒng)維護,白樂強,2,第8章 顯示器,顯示器 計算機系統(tǒng)最基本的輸出設備 每臺電腦有個“臉面”：顯示器 顯示器是人們與電腦打交道的主要界面 本章內(nèi)容 顯示器發(fā)展（8.1 CRT顯示器概述） 8.2 CRT顯示器相關術語（自學） 8.3 CRT顯示器工作原理 8.4 CRT顯示器電路分析（自學） 8.5 CRT顯示器使用與維護（自學） 8.6 液晶顯示器 8.7 顯示器故障分析與排除 作業(yè) P215 2 思考題：LCD與CRT的主要區(qū)別？ 思考題：如何分析和排出LCD故障？,3,電腦顯示器圖例,1英寸=2.54cm,4,顯示器分類,5,電腦顯示器發(fā)展,顯示器的發(fā)展 隨著電腦的發(fā)展而發(fā)展 主

2、流顯示器的發(fā)展階段 球面顯像管CRT 平面直角CRT 純平CRT 液晶顯示器（LCD） 術語說明 球面顯像管 斷面就是一個球面，這種顯像管在水平和垂直方向都是彎曲的。 純平顯像管 無論在水平還是垂直方向都是完全的平面，失真會比球面管小一點。 CRT Cathode Ray Tube 陰極射線管 LCD Liquid Crystal Display 液晶顯示器,6,球面顯像管CRT,1897年 CRT由德國布朗（K. F. Braun）發(fā)明，“Braun tube：布朗管” 初期示器 都是陰極射線管（CRT）顯示器 顯象管斷面基本上都是球面的，因此被稱做球面顯象管 顯示器的屏幕在水平和垂直方向上

3、都是彎曲的 彎曲的屏幕造成了圖象失真及反光現(xiàn)象，使實際的顯示面積較小 在此階段 對屏幕圖象的調整也由于受操作系統(tǒng)（主要是DOS系統(tǒng)）的限制，而只能采用電位器模擬調節(jié)，也就是顯示器下方的一排旋鈕，通過這些旋鈕可以對顯示效果進行簡單的調整（包括亮度、對比度以及屏幕大小及方向） 這種方法缺乏直觀的控制度量，在進行模式轉換時容易造成圖象顯示不正常出現(xiàn)故障的幾率也比較大。 隨著顯示器技術和軟件技術的發(fā)展 這種采用電位器對顯示器進行模擬調節(jié)的技術慢慢被淘汰,7,平面直角CRT,1994年 為了減小球屏四角的失真和反光， “平面直角”顯象管誕生了 它并不是真正意義上的平面，只是其球面曲率半徑大于2000毫米

4、，四角為直角。 它使反光和四角失真程度都減輕不少，再加上屏幕涂層技術的應用，使畫面質量有了很大的提高。 各個顯示器廠商都迅速推出了使用“平面直角”顯象管的顯示器，并逐漸取代了采用球面顯象管的顯示器。 在此之后 日本索尼公司開發(fā)出了柱面顯象管，采用了條柵蔭罩技術 三菱公司也緊隨其后，開發(fā)出鉆石瓏（Diamondtron）技術，使得屏幕在垂直方向實現(xiàn)完全的筆直，只在水平方向仍略有弧度，另外加上柵狀蔭罩的設計，使顯示質量大幅度上升。 各大廠商紛紛采用這些新技術推出新一代產(chǎn)品,8,純平CRT,1998底開始 一種嶄新的完全平面顯示器出現(xiàn)了 它使CRT顯示器達到了一個新的高度 純平CRT的屏幕 在水平和

5、垂直方向上都是筆直的 圖象的失真和屏幕的反光都被降低到最小的限度 例如 LG公司推出的采用Flatron顯象管的“未來窗”顯示器，它的蔭罩是點柵狀的，使顯示效果更出眾。 與LG的Flatron性能類似的還有SamSung的丹娜（DynaFlat）顯象管。 ViewSonic、Philips等也推出了自己的完全平面顯示器,9,數(shù)控調節(jié)純平CRT,數(shù)控調節(jié) 由于WINDOWS操作系統(tǒng)的發(fā)展，特別是WINDOWS95、98的成熟 VESA的DDC協(xié)議允許顯示器和主機間通過數(shù)據(jù)通道進行信息交換，從而出現(xiàn)了數(shù)控調節(jié)。 數(shù)控調節(jié)顯示器內(nèi)部 帶有專用的微處理器，可記憶顯示模式，切換時無須調整，量化調節(jié)更精確

6、，按鈕為輕觸型。 這些優(yōu)點，使得顯示器的壽命更長，故障率降低，因而數(shù)控調節(jié)技術得以迅速推廣，其操控方式也從普通的按鍵式變成新穎的單鍵飛梭。 菜單控制（OSD） 一種新出現(xiàn)的屏幕調控技術 它通過和按鍵的結合以量化的方式將屏幕的調節(jié)情況直觀的顯示出來 具有較強的易用性，使用舒適，符合人體工程學，更貼近用戶。,10,液晶顯示器,1888年 發(fā)現(xiàn)了液晶這一呈液體狀的物質 它是一種幾乎完全透明的物質，同時呈現(xiàn)固體與液體的某些特征。 液晶從形狀和外觀看上去都是一種液體 但它的水晶式分子結構又表現(xiàn)出固體的形態(tài) 像磁場中的金屬一樣 當受到外界電場影響時，其分子會產(chǎn)生精確的有序排列 如對分子的排列加以適當?shù)目刂?/p>

7、，液晶分子將會允許光線穿透 光線穿透液晶的路徑可由構成它的分子排列來決定，這又是固體的一種特征。,11,液晶顯示器,60年代起 人們發(fā)現(xiàn)給液晶充電會改變它的分子排列，繼而造成光線的扭曲或折射。 1968年，在美國發(fā)明了液晶顯示器件，隨后LCD液晶顯示屏就正式面世了。 70年代初 日本開始生產(chǎn)TN-LCD，并推廣應用 80年代 80年代初TN-LCD產(chǎn)品在計算器上得到廣泛應用 1984年，歐美國家提出TFT-LCD和STN-LCD顯示技術 80年代末起，日本掌握了STN-LCD的大規(guī)模生產(chǎn)技術，使LCD產(chǎn)業(yè)獲得飛速發(fā)展。,12,液晶顯示器,1993年 在日本掌握TFT-LCD的生產(chǎn)技術后，液晶顯

8、示器開始向兩個方向發(fā)展： 一方向是朝著價格低、成本低的STN-LCD顯示器方向發(fā)展，隨后又推出了DSTN-LCD(雙層超扭曲陣列) 而另一方向卻朝高質量的薄膜式電晶體TFT-LCD發(fā)展。 1997年 日本開發(fā)了一批以550670mm為代表的大基板尺寸第三代TFT-LCD生產(chǎn)線 1998年 大尺寸的LCD顯示屏的價格比1997年下降了一半,13,2008年液晶顯示器價格現(xiàn)狀,14,8.3 CRT顯示器工作原理,陰極射線管主要有五部分組成 電子槍（Electron Gun） 偏轉線圈（Defiection coils） 蔭罩(Shadow mask) 熒光粉層(Phosphor) 玻璃外殼,15,

9、8.3 CRT顯示器工作原理,CRT(陰極射線管)顯示器 核心部件：CRT顯像管 工作原理：與電視機的顯像管基本一樣 工作原理 電子槍發(fā)射高速電子 經(jīng)過垂直和水平的偏轉線圈控制高速電子的偏轉角度 最后高速電子擊打屏幕上的磷光物質使其發(fā)光 通過電壓來調節(jié)電子束的功率 就會在屏幕上形成明暗不同的光點形成各種圖案和文字,16,8.3 CRT顯示器工作原理,調色 彩色顯像管屏幕上的每一個像素點都由紅、綠、藍三種涂料組合而成 由三束電子束分別激活這三種顏色的磷光涂料 以不同強度的電子束調節(jié)三種顏色的明暗程度就可得到所需的顏色 這非常類似于繪畫時的調色過程 控制 倘若電子束瞄準得不夠精確，就可能會打到鄰近

10、的磷光涂層，這樣就會產(chǎn)生不正確的顏色或輕微的重像 因此必須對電子束進行更加精確的控制,17,8.6 液晶顯示器,液晶物理 液晶的基本性質 液晶顯示的基本原理 液晶的特性 液晶的驅動方式 液晶關鍵指標 液晶顯示器分類 液晶顯示器應用 TFT液晶顯示器的原理 液晶顯示器的優(yōu)勢 液晶新興技術 液晶顯示器故障分析與排除,18,液晶物理,液晶是白色混濁的粘性液體，顯示棒狀的分子形狀 常見液晶相 向列相（Nematic）、膽甾相（Cholesteric）和近晶相（Smectic） 液晶既具有晶體的各向異性，又具有液體的流動性 在分子的長軸和短軸方向，折射率不同（雙折射）,19,液晶的基本性質,20,液晶顯

11、示器分類,常見的液晶顯示器分為四種 TN-LCD (Twisted Nematic-LCD，扭曲向列LCD) STN-LCD (Super TN-LCD，超扭曲向列LCD) DSTN-LCD (Double layer STN-LCD，雙層超扭曲向列LCD) TFT-LCD (Thin Film Transistor-LCD，薄膜晶體管LCD) 異同點 TN-LCD、STN-LCD和DSYN-LCD 三種的顯示基本原理相同 只是液晶分子的扭曲角度不同而已 STN-LCD的液晶分子扭曲角度為180度甚至270度。而 TFT-LCD 采用與TN系列LCD截然不同的顯示方式,21,TN液晶顯示的基本

12、原理,自然光經(jīng)過一偏振片后“過濾”為線性偏振光 不加電壓 當沿取向膜表面的液晶分子排列方向一致或正交的線性偏振光入射后 其偏光方向在經(jīng)過整個液晶層后會扭曲90由另一側射出 正交偏振片起到透光的作用 加電壓 液晶長軸開始沿電場方向傾斜 當電壓達到約2倍閾值電壓后，除電極表面的液晶分子外，所有液晶盒內(nèi)兩電極之間的液晶分子都變成沿電場方向的再排列 這時90旋光的功能消失，在正交片振片間失去了旋光作用，使器件不能透光。,22,TN液晶顯示的基本原理,23,TFT液晶顯示器的原理,在光源設計上 TFT的顯示采用“背透式”照射方式 即假想的光源路徑不是像TN液晶那樣的從上至下 而是從下向上 這樣的作法是在

13、液晶的背部設置類似日光燈的光管 光源照射時 先通過下偏光板向上透出 它也借助液晶分子來傳導光線 由于上下夾層的電極改成TET電極和共通電極。 在TET電極導通時 液晶分子的表現(xiàn)如TN液晶的排列狀態(tài)一樣會發(fā)生改變，也通過遮光和透光來達到顯示的目的。,24,TFT液晶顯示器的原理,TFT液晶顯示器 與TN系列液晶顯示器的原理大不相同 在構造上和TN液晶仍有相似之處 如玻璃基板、ITO膜、配向膜、偏光板等，它也同樣采用兩夾層間填充液晶分子的設計 只不過把TN上部夾層的電極改為FET晶體管，而下層改為共同電極。,25,TFT液晶顯示器的原理,FET與TN的區(qū)別 FET晶體管 由于具有電容效應，能夠保持

14、電位狀態(tài)，先前透光的液晶分子會一直保持這種狀態(tài)，直到FET電極下一次再加電改變其排列方式。 TN 沒有這個特性，液晶分子一旦沒有施壓，立刻就返回原始狀態(tài)，這是TFT液晶和TN液晶顯示的最大不同之處。,26,TFT液晶顯示構成與彩色的實現(xiàn),27,液晶的驅動方式,靜態(tài)驅動 段式液晶TN型 無源矩陣驅動 STN型液晶 有源矩陣驅動 TFT型等液晶,28,段式液晶TN型,29,STN型液晶,30,TFT型等液晶,31,液晶的視角特性,顯示器的視角 與從垂直角度觀看時相比，斜看的時候，轉到當畫面品質已經(jīng)變化到無法接受的臨界角度時，稱之為該顯示器的視角。 晶體中的折射光分成兩條 尋常光線 折射行為遵循折射

15、定律，這條折射線為尋常光線 非常光線 另一條光線則不同，一般情況下，折射線往往不在入射面內(nèi)，即不遵循折射定律，稱為非常光線。 這兩條線都是線偏振光 從不同的觀察方向所看到的液晶分子 有效長度（投影長度）不同，非常光線也會進入視線，在視覺效果上表現(xiàn)的視角的變化。 具體表現(xiàn)為對比度下降、灰階反轉、色差、亮度下降等。,32,響應特性,上升時間 r為透光強度由90降到10所需的時間； 下降時間 d為透光強度由10%到90%所需的時間。 影響響應時間的因素 材料 不同的液晶其r和d是不同的 除了與材料有關外，還與電光效應、粘滯系數(shù)、彈性系數(shù)及液晶盒厚度有關。 溫度 當溫度較高時，液晶響應速度加快 當溫度

16、較低時，液晶響應速度降低 通常液晶屏所提供的響應時間都是室溫下的,33,液晶關鍵指標,亮度 對比度 分辯力 視角 響應速度 可靠性 色彩數(shù) 工作環(huán)境溫度 顯示屏的接口 進貨檢驗標準 產(chǎn)品的延續(xù)性,34,亮度與對比度,畫面最高亮度 100%信號電平的畫面明亮程度 單位：cd/m2，nit尼特 顯示器平均亮度標準 CRT顯示器60 cd/m2 LCD顯示器350 cd/m2 PDP顯示器60 cd/m2 畫面最低亮度 0%信號電平的畫面明亮程度 對比度 畫面最高亮度與畫面最低亮度之比,35,分辯力,屏幕大小 顯示域的對角線尺寸1英寸25.4mm 分辨率 顯示列像素顯示行像素。 對彩色顯示，1個像素

17、pixel由RGB 3個點dot組成 常見分辯率,36,視角,37,響應速度和可靠性,響應速度 毫秒級 STN、CSTN（彩色STN）：幾百毫秒 TFT：幾十毫秒、十幾毫秒、幾毫秒 可靠性 通常液晶本身通常是不會壞的 主要是驅動部分和背光部分 工業(yè)級產(chǎn)品不包括背光部分的MTBF平均無故障時間可以達到10萬小時以上 現(xiàn)在的背光壽命有了極大的提高，而且可更換。,38,色彩數(shù),液晶顯示屏可以分 單色 彩色 彩色STN 由于其本身的特點，只能顯示比較有限的顏色，常被稱為“偽彩” 根據(jù)其中顏色位數(shù)組合，工業(yè)領域比較常用的為紅、綠、藍各1位，組合顏色為8色。 TFT類數(shù)字接口的液晶顯示屏 常見的有紅、綠、

18、藍各6位和各8位的 可以實現(xiàn)顯示紅、綠、藍各64級和各256級 組合顏色為236=262,144色和238=16,777,216色,39,工作環(huán)境溫度,在工業(yè)領域 通常還要考慮工作環(huán)境溫度 以適應不同地域、不同季節(jié)、不同環(huán)境的要求 在不同的溫度環(huán)境下液晶顯示性能有所差異 液晶屏溫度分類 常溫型 寬溫型 SHARP公司TFT液晶屏標稱工作環(huán)境溫度 -1065,40,LCD接口,數(shù)字接口的液晶屏目前常見 CMOS/TTL CMOS/TTL單端信號容易受干擾 建議連接線纜控制400mm以內(nèi) LVDS LVDS為低擺幅的差分信號 抗共模干擾能力強 傳輸距離可以達到10m甚至更長的距離,41,LVDS,

19、LVDS Low Voltage Differential Signaling 小振幅差分信號 使用非常低的幅度信號（約350mV）通過一對差分PCB走線或平衡電纜傳輸數(shù)據(jù) 它允許單個信道傳輸速率達到每秒數(shù)百兆比特，其特有的低振幅及恒流源模式驅動只產(chǎn)生極低的噪聲，消耗非常小的功率。 LVDS優(yōu)點 具有高速度 低噪聲/低EMI 低功耗 節(jié)省成本,42,信號源接口,MCU接口 Micro Controller Unit 多點控制單元 PC接口 DVI接口 Digital Visual Interface 數(shù)字顯示接口 1999年 由Silicon Image、Intel(英特爾)、Compaq(康

20、柏)、IBM、HP(惠普)、NEC、Fujitsu(富士通)等公司共同組成的數(shù)字顯示工作組DDWG(Digital Display Working Group)推出的接口標準 視頻接口,43,視頻接口分類,視頻信號 具有圖像信號、同步脈沖、消隱脈沖、色同步信號的電信號，常見三類 Composite復合視頻（復合在一起的單一信號，或CVBSComposite Video Broadcast Signal） S-video（S端子）分離視頻（亮度與色差分離） Component分量視頻（每個基色分量作為獨立的電視信號YPbPr） 模擬電視制式 NTSC National Television Sy

21、stems Committee 正交平衡調幅制 PAL Phase-Alternative Line 逐行倒相正交平衡調幅制 SECAM Sequential Coleur Avec Memoire 順序傳送彩色與存儲制,44,NTSC,1952年12月 由美國國家電視標準委員會制定的彩色電視廣播標準。 特性 幀頻:每秒29.97幀 掃描線:525 逐行掃描 采用 美國、加拿大、墨西哥等大部分美洲國家以及臺灣、日本、韓國、菲律賓,45,PAL,PAL制式 電視廣播中色彩編碼的一種方法 采用 除了北美，東亞部分地區(qū)使用NTSC，中東、法國及東歐采用SECAM以外，世界上大部份地區(qū)都是采用PAL。

22、 特性 625線 每秒25幀 隔行掃瞄,46,多媒體接口分類,47,液晶顯示器應用,TN 由于無法顯示細膩的字符，通常應用在電子表、計算器上。 作為顯示器TN系列的液晶顯示器已基本被淘汰 STN 由于扭轉角度較大，字符顯示比TN細膩，同時也支持基本的彩色顯示，多用于液晶電視、攝像機的液晶顯示器、掌上游戲機等。 DSTN 被廣泛用于液晶顯示設備 DSTN液晶顯示屏多用于早期的筆記本電腦，由于支持的彩色數(shù)有限，所以也稱為偽彩顯。 TFT 應用在筆記本電腦 主流臺式顯示器,48,液晶顯示器的優(yōu)缺點,優(yōu)點 體積更小，重量更輕 相對顯示面積更大 平面顯示，顯示品質高 零輻射，無閃爍 功耗小，抗干擾能力強

23、 壽命長 畫面質量更高 使用功能更為智能化 可直接用數(shù)字接口 缺點 價格高 被動顯示,49,液晶新興技術,ASV（Advanced Super View）技術 SHARP獨有的“超黑晶”技術（Black TFT Technology ） SHA（Super High Aperture ratio超高開口率） AGLR（Anti-Glare Low Reflection TFT）技術 SHARP的CGS技術 3D（3維）顯示技術 SHARP可控制視角的新型液晶面板,50,3D（3維）顯示技術,可在任何地方觀看 不需特殊眼鏡 可進行2D/3D切換 采用開關液晶，可進行電氣切換 高清晰度 顯示2D時

24、，也能獲得與LCD同樣的高清晰度,51,8.7 顯示器故障分析與排除,故障一 換用液晶顯示器后無法正常進入操作系統(tǒng) 故障二 液晶顯示器無故不工作,52,故障一：換用液晶顯示器后無法正常進入操作系統(tǒng),故障現(xiàn)象 最近，筆者購買了一臺液晶顯示器以替代原有的43cm純平CRT顯示器。 連接好信號線后，開機自檢一切正常，當Windows 2000登錄畫面出現(xiàn)時，液晶顯示器黑屏。 此時系統(tǒng)還在繼續(xù)啟動，其它一切正常，惟獨液晶顯示器不顯示。,53,故障一：換用液晶顯示器后無法正常進入操作系統(tǒng),故障分析 Windows 2000啟動畫面是顯示在分辨率為640480、60Hz刷新率模式下的 此時液晶顯示器工作正

25、常，但進入高分辨率的登錄畫面后，液晶顯示器就不顯示了。 使用CRT顯示器時，其屏幕模式為1152864、85Hz。 引起這種現(xiàn)象的原因很可能是因為桌面環(huán)境的分辨率超過了液晶顯示器的最大分辨率。 但是此時通過正常啟動系統(tǒng)的方法已經(jīng)無法進入顯示屬性更改屏幕分辨率。,54,故障一：換用液晶顯示器后無法正常進入操作系統(tǒng),故障排除 在開機顯示啟動菜單時，按下F8鍵，選擇“啟用VGA模式”，使用基本VGA驅動程序啟動Windows 2000系統(tǒng)。 當出于某些原因導致系統(tǒng)啟動后顯示器黑屏（例如更換顯示器而新顯示器不支持原來的高分辨率或者安裝了使Windows不能正常啟動的新顯卡驅動程序）時，使用這種模式解決問題十分有用。 用戶可以在這種模式下進入Windows系統(tǒng)，重新設定分辨率。當然也可以選擇進入安全模式，或者最近一次的正確配置，都可以解決該問題。,55,故障二：液晶顯示器無故不工作,故障現(xiàn)象 一臺奇麗CMVI512液晶顯示器，使用一段時間后，突然不工作 依次打開顯示器和主機電源后，屏幕沒有正常點亮，而是整個屏幕呈現(xiàn)有規(guī)則性的微弱閃爍。 從顯示器背面的散熱孔可以觀察到