计算机显示器的工作原理

当显示器封装在单独的机箱中时，它通常被称为显示器，是计算机上最常用的输出设备。显示器通过在您工作或娱乐时显示文本和图形图像来提供即时反馈。

大多数桌面显示器使用液晶显示器 (LCD) 或阴极射线管 (CRT) 技术，而几乎所有便携式计算设备，如笔记本电脑，都采用 LCD 技术。由于其更纤薄的设计和更低的能耗，使用 LCD 技术的显示器（也称为平板显示器或平面显示器）正在取代大多数桌面上的传统 CRT。

分辨率是指显示器上包含的单个彩色点的数量，这些点被称为像素。分辨率通过水平轴（行）上的像素数量和垂直轴（列）上的像素数量来表示，例如 800x600。分辨率受多种因素影响，包括屏幕尺寸。

随着显示器尺寸的不断增大，显示标准和分辨率也随之改变。

常见显示标准和分辨率 

除了屏幕尺寸，显示标准和分辨率还与纵横比有关。接下来，我们将讨论什么是纵横比以及如何测量屏幕尺寸。

描述显示器尺寸的有两个指标：纵横比和屏幕尺寸。历史上，计算机显示器，像大多数电视机一样，纵横比为 4:3。这意味着显示屏的宽度与高度之比为 4 比 3。

对于宽屏 LCD 显示器，纵横比为 16:9（或有时为 16:10 或 15:9）。宽屏 LCD 显示器对于观看宽屏格式的 DVD 电影、玩游戏以及并排显示多个窗口非常有用。高清电视 (HDTV) 也使用宽屏纵横比。

所有类型的显示器都包含一个投影表面，通常称为屏幕。屏幕尺寸通常以英寸为单位，从一个角到对角线对面的角进行测量。这种对角线测量系统实际上是由于早期电视制造商希望让其电视机的屏幕尺寸听起来更令人印象深刻而产生的。

有趣的是，CRT 和 LCD 显示器的屏幕尺寸测量方式不同。对于 CRT 显示器，屏幕尺寸是从显示器外壳的对角线边缘测量的。换句话说，外部外壳包含在测量中，如下所示。

对于 LCD 显示器，屏幕尺寸是从斜边内部对角线测量的。测量不包括外壳，如下图所示。

由于 CRT 和 LCD 显示器的测量方式不同，17 英寸的 LCD 显示器可与 19 英寸的 CRT 显示器相媲美。为了更准确地表示 CRT 的尺寸，请找出其可视屏幕尺寸。这是不包括外壳的 CRT 显示器的尺寸。

流行的屏幕尺寸有 15、17、19 和 21 英寸。笔记本电脑屏幕尺寸较小，通常为 12 到 17 英寸。随着桌面和笔记本显示器技术的改进，甚至更大的屏幕尺寸也变得可用。对于专业应用，例如医学成像或公共信息显示，一些 LCD 显示器可达 40 英寸或更大！

显然，显示器尺寸直接影响分辨率。相同的像素分辨率在较小的显示器上更清晰，在较大的显示器上更模糊，因为相同数量的像素分散在更大的英寸面积上。21 英寸显示器上 800x600 分辨率的图像不会像在 15 英寸显示器上 800x600 分辨率的图像那样清晰。

要在显示器上显示信息，您的计算机需要向显示器发送信号。信号可以是模拟格式或数字格式。

模拟 (VGA) 连接

因为大多数 CRT 显示器需要模拟（连续电信号或波形）形式的信号信息，而不是数字（等同于二进制数字 0 和 1 的脉冲）形式，所以它们通常使用模拟连接。

然而，计算机运行在数字世界中。计算机和视频适配器将数字数据转换为模拟格式。视频适配器是一种扩展卡或组件，能够将显示信息转换为发送到显示器的信号。它也可以称为图形适配器、显卡或图形卡。

一旦显示信息处于模拟形式，它就会通过 VGA 线缆发送到显示器。线缆连接到计算机背面的一个模拟连接器（也称为 D-Sub 连接器），该连接器有三排 15 个引脚（参见上图）。

您可以看到，像这样的 VGA 连接器有三条独立的线路用于红、绿、蓝颜色信号，还有两条线路用于水平和垂直同步信号。在普通的电视机中，所有这些信号都组合成一个复合视频信号。信号的分离是计算机显示器像素数量比电视机多得多的原因之一。

由于 VGA（模拟）连接器不支持数字显示器，因此开发了数字视频接口 (DVI) 标准。

DVI 连接

DVI 将数据从计算机到显示器都保持为数字形式。无需将数字信息转换为模拟信息。LCD 显示器以数字模式工作并支持 DVI 格式。（尽管有些也接受模拟信息，然后将其转换为数字格式。）曾几何时，数字信号比模拟技术提供更好的图像质量。然而，模拟信号处理技术多年来已经改进，现在质量差异已微乎其微。

DVI 规范基于 Silicon Image 的最小化差分信号传输 (TMDS)，并提供高速数字接口。视频适配器上的发射器将数字信息发送到显示器中的接收器。TMDS 从视频适配器获取信号，确定显示器正在使用的分辨率和刷新率，并将信号分散到可用带宽上，以优化从计算机到显示器的数据传输。

DVI 线缆可以是使用一个 TMDS 发射器的单链路线缆，也可以是带有两个发射器的双链路线缆。单链路 DVI 线缆和连接支持 1920x1080 图像，双链路线缆/连接支持高达 2048x1536 图像。

DVI 连接主要有两种类型

如果您购买的显示器只有 DVI（数字）连接，请确保您的视频适配器带有 DVI-D 或 DVI-I 连接。如果您的视频适配器只有模拟 (VGA) 连接，请寻找支持模拟格式的显示器。

您的图形适配器支持的显示模式与显示器的颜色能力相结合，决定了它能显示多少颜色。例如，在 SuperVGA (SVGA) 模式下运行的显示器可以显示多达 16,777,216（通常四舍五入为 1680 万）种颜色，因为它可以处理 24 位长的像素描述。位用来描述一个像素的数量，这被称为它的位深。

对于 24 位色深，每个三原色（红、绿、蓝）各分配八位。这种位深也称为真彩色，因为它能产生人眼可分辨的 10,000,000 种颜色，而 16 位显示器只能产生 65,536 种颜色。显示器从 16 位颜色跳到 24 位颜色是因为以八位增量工作对开发人员和程序员来说要容易得多。

简单来说，色深是指用于描述单个像素颜色的位数。位深决定了可以同时显示的颜色数量。在这里您可以看到不同位深可以产生的颜色数量

位深 1

颜色：2（单色）

位深 2

颜色：4（CGA）

位深 4

颜色：16（EGA）

位深 8

颜色：256（VGA）

位深 16

颜色：65,536（高彩色，XGA）

位深 24

颜色：16,777,216（真彩色，SVGA）

位深 32

颜色：16,777,216（真彩色 + Alpha 通道）

请注意，最后一项是 32 位。这是一种特殊的图形模式，数字视频、动画和视频游戏使用它来实现某些效果。本质上，24 位用于颜色，另外八位用作单独的层来表示物体或图像的半透明度。现在销售的几乎所有显示器都可以使用标准 VGA 连接器处理 24 位颜色。

为了创建单个彩色像素，LCD 显示器使用三个带有红、绿、蓝滤镜的子像素。通过仔细控制和改变施加的电压，每个子像素的强度可以在 256 种色调范围内变化。组合这些子像素可以产生 1680 万种颜色的调色板（256 种红色色调 x 256 种绿色色调 x 256 种蓝色色调）。

现在您已经对计算机显示器背后的技术有了大致了解，让我们更深入地了解 LCD 显示器、CRT 显示器以及两者的通用购买注意事项。

液晶显示技术通过阻挡光线工作。具体来说，LCD 由两片偏振玻璃（也称为基板）组成，玻璃之间含有一种液晶材料。背光产生的光线穿过第一块基板。同时，电流使液晶分子对齐，允许不同水平的光线穿过第二块基板，并创建您看到的颜色和图像。

主动式和被动式矩阵显示器

大多数 LCD 显示器使用主动矩阵技术。薄膜晶体管 (TFT) 将微小的晶体管和电容器以矩阵形式排列在显示器玻璃上。为了寻址特定像素，相应的行被打开，然后电荷沿着正确的列发送。由于该列相交的所有其他行都已关闭，因此只有指定像素处的电容器接收电荷。该电容器能够保持电荷直到下一个刷新周期。

另一种 LCD 技术是被动矩阵。这种类型的 LCD 显示器使用导电金属网格来为每个像素充电。尽管它们的生产成本较低，但由于与主动矩阵技术相比，被动矩阵显示器的响应时间慢且电压控制不精确，因此如今很少使用。

现在您已经了解了 LCD 技术的工作原理，接下来让我们看看 LCD 显示器的一些独特功能。

为了评估 LCD 显示器的规格，您还需要了解以下几点。

原生分辨率

与 CRT 显示器不同，LCD 显示器只能在其设计分辨率（即原生分辨率）下良好地显示信息。数字显示器使用固定的水平和垂直点矩阵来寻址每个单独的像素。如果您更改分辨率设置，LCD 将缩放图像，导致图像质量下降。原生分辨率通常为

可视角度

当您从某个角度看 LCD 显示器时，图像可能会变暗甚至消失。颜色也可能失真。为了弥补这个问题，LCD 显示器制造商设计了更宽的可视角度。（不要将其与宽屏显示器混淆，宽屏显示器意味着显示器物理上更宽。）制造商以度数来衡量可视角度（度数越大越好）。一般来说，寻找 120 到 170 度之间。由于制造商测量可视角度的方式不同，最好的评估方法是亲自测试显示器。检查顶部、底部以及侧面的角度，并牢记您通常如何使用显示器。

亮度

这是 LCD 显示器产生的光量测量值。它以尼特或每平方米坎德拉 (cd/m2) 为单位。一尼特等于一 cd/m2。用于执行通用任务的显示器，典型亮度额定值范围为 250 到 350 cd/m2。对于显示电影，需要更高的亮度额定值，例如 500 cd/m2。

对比度

对比度衡量 LCD 显示器产生明亮白色和深暗黑色的差异程度。该数值通常表示为比率，例如 500:1。通常，对比度范围为 450:1 到 600:1，最高可达 1000:1。然而，超过 600:1 的比率对较低比率的改进很小。

响应时间

响应时间表示显示器像素改变颜色的速度。越快越好，因为它在图像移动时减少了重影效果，在视频或游戏等应用中留下淡淡的拖影。

可调节性

与 CRT 显示器不同，LCD 显示器在屏幕定位方面具有更大的灵活性。LCD 显示器可以旋转、上下倾斜，甚至可以从横向模式（水平平面长于垂直平面）旋转到纵向模式（垂直平面长于水平平面）。此外，由于它们轻薄，大多数 LCD 显示器都内置了用于壁挂或支臂安装的支架。

除了基本功能外，一些 LCD 显示器还具有其他便利功能，例如集成扬声器、内置通用串行总线 (USB) 端口和防盗锁。

CRT 显示器包含数百万个微小的红色、绿色和蓝色荧光点，当电子束穿过屏幕击中它们时，它们会发光，从而形成可见图像。下图展示了 CRT 内部的工作原理。

术语阳极和阴极在电子学中用作正负极的同义词。例如，您可以将电池的正极称为阳极，负极称为阴极。

在阴极射线管中，“阴极”是一个加热的灯丝。加热的灯丝位于玻璃“管”内产生的真空中。“射线”是电子枪产生的电子流，这些电子自然地从加热的阴极涌入真空。电子带负电荷。阳极带正电荷，因此它吸引从阴极涌出的电子。屏幕涂有荧光粉，这是一种有机材料，当受到电子束撞击时会发光。

为了在显示器屏幕上获得正确的图像，有三种过滤电子束的方法：荫罩、光栅和狭缝荫罩。这些技术也影响显示器显示的清晰度。现在让我们仔细看看这些。

为了评估 CRT 显示器的规格，您还需要了解以下几点：

荫罩

荫罩是一种薄金属屏，上面布满非常小的孔。三束电子束穿过这些孔，聚焦到 CRT 显示器荧光粉表面上的一个点。荫罩有助于控制电子束，使电子束以恰到好处的强度击中正确的荧光粉，从而在显示器上创建所需的颜色和图像。不需要的电子束被阻挡或“遮蔽”。

光栅

基于索尼首创的特丽珑 (Trinitron) 技术的显示器使用光栅而非荫罩式显像管。光栅由微小的垂直导线组成。电子束穿过光栅以照亮面板上的荧光粉。大多数光栅显示器具有平面面板，与荫罩 CRT 的曲面面板相比，它们在显示器整个表面上呈现的图像失真更小。然而，光栅显示器通常更昂贵。

狭缝荫罩

一种不太常见的 CRT 显示器类型，狭缝荫罩管结合了荫罩和光栅技术。狭缝荫罩显示器不是使用荫罩 CRT 显示器中的圆形穿孔，而是使用垂直对齐的狭缝。这种设计通过增加电子传输与荧光点排列相结合，产生更高的亮度。

点距

点距是显示图像清晰度的指标。它以毫米 (mm) 为单位测量，数字越小意味着图像越清晰。点距的测量方式取决于所使用的技术：

点越小、越靠近，画面看起来就越真实和细节丰富。当点之间的距离较远时，它们会变得明显，使图像看起来更粗糙。不幸的是，制造商并不总是公开点距测量值，而且由于水平和垂直测量方式的差异，您不一定能比较荫罩和光栅 CRT 类型。

点距直接转化为屏幕上的分辨率。如果您将尺子放在玻璃上测量一英寸，您会看到一定数量的点，具体取决于点距。以下是这些常见点距中每平方厘米和每平方英寸的点数：

.25 毫米

1,600 像素/平方厘米² 或 10,000 像素/平方英寸²

.26 毫米

1,444 像素/平方厘米² 或 9,025 像素/平方英寸²

.27 毫米

1,369 像素/平方厘米² 或 8,556 像素/平方英寸²

.28 毫米

1,225 像素/平方厘米² 或 7,656 像素/平方英寸²

.31 毫米

1,024 像素/平方厘米² 或 6,400 像素/平方英寸²

.51 毫米

361 像素/平方厘米² 或 2,256 像素/平方英寸²

1 毫米

100 像素/平方厘米² 或 625 像素/平方英寸²

刷新率

在基于 CRT 技术的显示器中，刷新率是指显示器上图像每秒绘制的次数。如果您的 CRT 显示器刷新率为 72 赫兹 (Hz)，那么它每秒会从上到下循环绘制所有像素 72 次。刷新率非常重要，因为它们控制闪烁，您希望刷新率尽可能高。每秒循环次数过少，您会注意到闪烁，这可能导致头痛和眼睛疲劳。

由于显示器的刷新率取决于其必须扫描的行数，因此它限制了可能的最大分辨率。大多数显示器支持多种刷新率。请记住，闪烁和分辨率之间存在权衡，然后选择最适合您的。这对于闪烁更明显的大尺寸显示器尤为重要。刷新率和分辨率的建议包括 1280x1024 @ 85 赫兹或 1600x1200 @ 75 赫兹。

多种分辨率

因为 CRT 使用电子束在荧光屏上创建图像，所以它支持与其物理点（像素）尺寸匹配的分辨率以及几种较低的分辨率。例如，一个物理网格为 1280 行 x 1024 列的显示器显然可以支持最大分辨率 1280x1024 像素。它还支持较低分辨率，例如 1024x768、800x600 和 640x480。如前所述，LCD 显示器仅在其原生分辨率下才能良好工作。

如果您正在寻找新的显示器，您应该考虑 CRT 和 LCD 显示器之间的差异。选择最符合您特定需求、常用应用程序和预算的显示器类型。

LCD 显示器的优点

CRT 显示器的优点

既然您已经了解了 LCD 和 CRT 显示器，那么让我们来谈谈如何同时使用两个显示器。俗话说：“三个臭皮匠，顶个诸葛亮。”也许显示器也是如此！

扩展计算机显示器的一种方法是添加第二个显示器。使用双显示器可以提高您的工作效率，并为您的计算体验增添很多乐趣。

使用双显示器，您可以

除了两个显示器和两套相应的视频线缆，您唯一需要的另一件东西是一个带有两个显示连接的视频适配器。连接可以是模拟或数字的；它们只需要与显示器上的连接类型匹配即可。您使用哪种类型的显示器都没有关系；两个 LCD、两个 CRT，或每种一个，只要视频适配器有兼容的连接，都能正常工作。

如果您没有带有两个连接的视频适配器，您可以购买一个并替换您当前的适配器。这通常比简单地安装另一个带有一个连接的显卡效果更好。组合卡还带有更多功能，例如电视输出端口。

除了验证您的硬件，您还应该仔细检查您的计算机操作系统，以确保它支持双显示器。例如，Windows 98 SE、Me、2000 和 XP 都支持多显示器。

如果您真的想增加您的屏幕空间，特别是对于金融交易或 3D 设计等应用程序，您甚至可以实现三个或更多显示器。

触摸屏显示器

带有触摸屏技术的显示器允许您通过触摸显示器表面来输入信息或导航应用程序。该技术可以通过多种方法实现，包括红外传感器、压敏电阻器或电子电容器。

无线显示器

无线显示器外观类似于平板电脑，使用 802.11b/g 等技术无需线缆即可连接到您的计算机。大多数都包含用于鼠标和网页浏览的按钮和控制，有些还包含键盘。这些显示器由电池供电，相对轻巧。大多数还包括触摸屏功能。

电视和 HDTV 集成

一些显示器内置了电视调谐器，您可以用它们在计算机上观看有线电视。您还可以找到直接接受视频设备 S-视频输入的显示器。附加功能包括画中画或画外画功能、遥控器和对高清电视 (HDTV) 的支持。

DisplayPort 标准

视频电子标准协会 (VESA) 正在开发一种用于 LCD、等离子、CRT 和投影显示器的新型数字显示接口。这项名为 DisplayPort 的新技术支持受保护的高清数字输出及其他内容，并能提高显示性能。

根据 VESA 的说法，DisplayPort 标准将为视频和音频内容提供高质量的数字接口，并可选内容保护。目标是支持广泛的源设备和显示设备，同时结合各种技术。例如，音频和视频信号将通过同一条线缆传输——更小的视频连接器将允许更小的设备，如笔记本电脑，并且该标准将支持流式传输高清 (HD) 视频和音频内容。

有机发光二极管

有机发光二极管 (OLED) 是薄膜 LED（发光二极管）显示器，无需背光即可工作。该材料在电流刺激下发光，这被称为电致发光。OLED 由红色、绿色和蓝色元素组成，它们结合起来创造所需的颜色。OLED 的优点包括更低的功耗、更便宜的制造工艺、对比度和色彩的改进以及可弯曲性。

表面传导电子发射显示器

表面传导电子发射显示器 (SED) 是佳能和东芝联合开发的一项新技术。与 CRT 类似，SED 显示器利用电子和涂有荧光粉的屏幕来创建图像。不同之处在于，SED 不使用带有电子枪的深管，而是使用微小的电子发射器和平面显示器。

有关计算机显示器及相关主题的更多信息，请查看下一页的链接。