CRT顯示器與LCD液晶顯示器

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CRT顯示器與LCD液晶顯示器

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電腦顯示器與電視的差別

 

電腦顯示器與電視的原理一樣,都是採用陰極射線的顯像管來成像的,兩者所不同的是螢幕尺寸的大小與解析度的高低。電腦顯示器是專供桌上較近距離觀看之用,因此螢幕的尺寸不需太大,通常都在15吋至21吋之間,目前最常用的尺寸是15吋或17吋;而電視則是供較遠距離觀賞的,因此需要較大的螢幕尺寸,最常見的電視機通常都在29吋或以上,雖然也有較小尺寸的電視機,但總是佔少數。

那解析度呢?買電視很少人會在乎電視的解析度的,因此電視的規格也很少會列出解析度規格的(也有的高解析度的電視,如SDTV倍頻電視或HDTV等),這是因為看電視的距離較遠,距離一遠,就較不容易看出畫面較粗,也不太會感覺畫面的閃爍,而且電視的畫面是不斷移動而且改變的,我們注意的是整個畫面,而電腦顯示器是近距離觀看的,我們希望能看到較細緻的文字與特定的影像,並且不會閃爍,因此電腦顯示器與電視的設計就有所不同了。

不論是電視或電腦顯示器,螢幕上的畫面是由許多掃描線所構成的,因此掃描線的多寡就與解析度有關,掃描線愈多,可使每一個畫面元素(產生畫面影像的最小單位)變小,愈多的畫面元素可形成更佳的畫質。

電視的水平掃描線數是根據NTSC所制定的,為525條掃描線(還有其它更高掃描線的規格,如HDTV,但目前絕大部份的電視都是NTSC的規格),NTSC的電視是每秒映出30個畫面,也就是說,1秒鐘內顯示出30525條掃描線的畫面,一個1/30秒的畫面稱為1個圖框(Frame),掃描頻率也就是圖框頻率,圖框的週期是1/30Hz

 

交錯式掃描模式(Interlaced Scanning Mode)

 

由於每秒能產生的圖框數量愈多,就能降低圖框的閃爍現象,要達到畫面不至於閃爍的現象,至少每秒要能產生60個圖框,因此為了降低電視畫面的閃爍現象,電視系統的掃描方式採用交錯式掃描(Interlaced Scan)的方式,利用兩次的掃描而畫出一個螢幕影像,第一次的掃描會先畫出單數的線條,在第二次的掃描時才將剩餘的線條補足,第一個圖場掃描由1357….等奇數列掃描線,亦即第一個1/60秒完成525條掃描線的半數262.5條掃描線,構成上圖場(Top Field);第二個圖場掃描由2468…..等偶數列掃描線,也是525條掃描線的半數,構成下圖場(Bottom Field),這兩個圖場合起來就形成一個完整的畫面,藉由這種利用餘像效應,能產生出一個類似於每秒60個圖框的畫面,而達到降低閃爍的現象。

圖的左邊是於1/60秒內完成的262.5條掃描上圖場畫面,圖的中央是於1/60秒內完成的另一個262.5條掃描下圖場畫面,兩者合起來就成為一個完整的畫面,時間是1/30秒。

為什麼電視要採用交錯掃描方式而不用連續完整的掃描方式呢?那是因為電視所需要的無線電傳送頻率太寬,無法容納的下那麼寬的頻率,所以只能採用交錯式的掃描方式,使得每秒仍然有60次的畫面更新,但也由於每次只掃一半的畫面,因此頻寬的需求也就減半。

而電腦就沒有頻寬的問題,因此電腦的畫面是採用漸進式的掃描(Progressive)的方式,從頭至尾循序漸進地將一張畫面掃描完成,每秒顯示60個圖框,因此較不會產生閃爍的現象,畫質也較穩定,正好用於距離較近的情況。

 

陰極射線管Cathode Ray Tube

 

CRT顯示器基本原理

 

目前多數的桌上電腦系統所使用的,都是利用陰極映像管(或稱CRT)技術; 其影像形成的原理,是利用映像管內的電子槍,將光束射出,穿過一個金屬板或金屬柵欄,打在一個內層玻璃塗滿了無數三原螢光質的螢幕上,電子束會使得這些螢光質發光,而這些鋁素螢光質就形成了你所看到的影像畫面了。

 

陰極射線管(Cathode Ray Tube簡稱CRT)又稱映像管,屬於真空管的一種,一台電腦顯示器或電視最重要的組件就是陰極射線管,或稱映像管,一台電視機或電腦顯示器的畫質好不好,色彩鮮不鮮艷,解析度高不高,粒子細不細,都決定在這支陰極射線管上。

 

陰極射線管大致上共分三大部份:陰極射線管的後面末端較窄之處是發射電子光束的電子槍(Electron Gun),通常都是由紅(R)、綠(G)、藍(B)三槍組成的,這三種不同顏色的電子槍分別發射出三組電子光束,這三組光束利用偏向線圈的磁場來改變射出的方向,一組為水平偏向線圈,一組為垂直偏向線圈,進行由左到右,以及由上到下的做連續掃描,將光束掃描到位於螢光屏(螢幕)之前的金屬製遮罩,這遮罩上佈滿了密密麻麻的小圓孔或柵欄式的長條孔,將電子光束聚焦投射到玻離製的螢光屏上,這螢光屏上塗佈了一層紅、綠、藍三種顏色的磷質圓點,由這佈滿螢幕的三種顏色的發光圓點而形成彩色影像的畫面。另外為了妨止螢幕的靜電與炫光,都會在螢幕的鏡面上做多層抗靜電與炫光的塗佈,使畫面的色彩較為艷麗。

 

陰極射線管的種類

 

陰極射線管的遮罩是映像管中的主要元件,電子槍射出的電子光束通過不同形狀的遮罩,將電子光束聚焦描準投射到螢光屏的磷光點上,而這遮罩共有三種形狀,分別是圓點狀、柵欄狀與長橢圓狀。比較好的遮蔽罩是以一種Invar合金所製,這種合金材料可以承受高溫,長時間使用也不會變形。

 

圓點式遮罩Dot-Trio Shadow Mask

 

圓點式遮罩是最常見的形式,採用的廠家最多,其成像是以三支電子槍分別發射電子光束,經過一張佈滿圓點的遮罩,投射到螢光屏對應的磷光點上,每三個不同顏色的磷光點構成畫面上的一個畫點,我們在螢幕上看到畫面的顏色就是根據紅、綠、藍三個磷光點,依電子束所照亮的程度調和而成,不同顏色的畫面其三種顏色的小圓點亮的程度也不一樣。

 

柵欄狀遮罩Aperture-Grille

 

採用柵欄狀的映像管又稱AG管,這種像柵欄的長條細縫形遮罩為ViewSonic SonicTronMitsubishiDiamond Tron以及SonyTrinitron。這種長條形的遮罩對應螢光屏表面上的磷光點改為一條,一個磷光條上就包含了RGB三種顏色,由於垂直長縫可讓更多的光線穿過,因此產生的影像較為明亮,色彩比較豐富而且飽和。

 

溝狀式遮罩Slot Mask

 

這是NEC開發的一種遮罩,將長條的柵欄兩頭改為圓形的遮罩,兼具圓點與柵狀的優點。

 

彩色顯示器是如何呈現色彩的?

 

電視和電腦顯示器呈現色彩的方式是一樣的,都是電子束投射到在映像管的內側披覆上螢光質而發光,而這內側披覆的三原色螢光質為紅(R)、綠(G)與藍(B)色,將這三種原色以不同的強度加以混合,便可產生其它的色彩,混合的程度不同,顏色就不同,如果將紅色、綠色與藍色的螢光質同時發光,就會產生白色。

 

幾個顯示器的名辭

 

點距Dot Pitch

 

點距就是螢幕上兩個相鄰的相同顏色螢光點之間的距離,通常是以毫米計算,顯示器如果有較小的點距,其所產生的影像通常會比較銳利,因為螢光點距離越小,也就可以越精確地表示出每一個圖素。通常電視機的點距大多都在0.5mm以上,而電腦螢幕的點距都在0.28mm以下。

就原理面而言,點距越小,影像看起來也就越精細,其邊和線條也就越平順、越精緻。柵欄狀遮罩則是使用線條間距或是光柵間距,來計算其中螢光質之間的水平距離。由於點距和間距的計算方式完全不同,因此不能拿來比較,因為柵間距或水平點距會稍微大一些,大致來說一個0.25mm的柵間距大約等於0.27mm的點距。

 

像素Pixel

 

顯示器的顏色是以光的三原色Red(紅)、Green(綠)、Blue(藍)混合方式來表現出所有的色彩,數位格式的影像資料使用的單位是像素(Pixel),像素是數位上最基本的組成單位,每一個像素是一個獨立的小方格,其方格內的色彩值也是統一的,只有單一個顏色,所有的數位影像設備如數位相機或掃描器等都是如此。

 

水平掃描頻率與垂直掃描頻率

 

前面曾提到電子槍將影像進行由左到右,以及由上到下的做連續掃描到螢光屏上的磷光點,磷光點的發光時間雖很短,但不斷掃描可讓磷光點一直不斷的亮起,如果是動的畫面,則磷光點的三原色也隨著改變。其中水平掃描頻率就是指電子槍發射出的電子光束每秒鐘由左到右掃描頻率,而垂直掃描頻率即是由上而下的掃描頻率。

 

解析度Resolution

 

解析度就是螢幕影像的密度,即在螢幕上能顯示畫面的像素總和,如1024×768即水平1024個像素乘上垂直的768個像素所得到的像素總合,如此即可知同一畫面大小的像素愈多的,螢幕上所能呈現的資料也就越多,畫質就愈細緻,解析度就愈高。電腦顯示器的解析度是可以設定的,不同解析度的設定,顯示出的畫面大小不同,解析度調的愈高,畫面就愈小,目前顯示器能支援最高的解析度為1800 X 1440,比電視525×320的解析度高出甚多。

 

畫面更新率Refresh Rate

 

畫面更新率就是垂直掃描頻率,即顯示器設在某一解析度下,每秒鐘可完成多少次垂直的掃描,垂直掃描頻率愈高,畫面就愈不閃爍,當更新率低於70 Hz以下時,大多數的人都會感受到閃爍的現象,通常一個人的眼角餘光對於閃爍的現象比直視時來得敏感,而且對於比較明亮的影像或者在較暗的房間內此現象也比較明顯。根據VESA國際視訊器材標準協會的最新標準,在640×480的解析度情況下,垂直掃描頻率定為85Hz,解析度愈高,能承受的畫面更新率就減低,例如某台15”電腦顯示器在不同解析度下的畫面更新率:

1280×[email protected]

1024×[email protected]

800×[email protected]

640×[email protected]

 

我們要看一台電腦顯示器的規格時需注意最大解析度與建議解析度,例如某台17”顯示器的最大解析度為1600×1200,建議解析度為1280×[email protected],後者有標示畫面更新率,而前者沒有,我們在選購顯示器時需以後者標示的解析度為準。

另外我們在設定顯示器的解析度時,可依廠商建議的解析度與畫面更新率來設定,例如上述15″顯示器在1280×1024解析度時的畫面更新率為66Hz,未達標準,所以最好我們選擇設定為1024×768的解析度,此解析度之下的畫面更新率為87Hz,當然系統的畫面更新率設定並沒有87Hz這一檔,我們可找最接近的頻率設定,這是因為不同的解析度之下的所設的頻率有所差別之故。

 

畫面更新率與解析度的關係

 

水平掃描的速度通常以千赫(KHz)表示,即是以每一秒鐘可以掃出的水平線條的數目,水平掃描速度越高就表示可以具有較高的解析度。而垂直掃描速度通常以赫茲(Hz)表示,它可以告訴我們每一秒鐘螢幕由最上面到最底部的所有線條,全部更新顯示的次數。垂直更新率越高,所感受到的閃爍情況也就越不明顯,因此眼睛也就越不容易疲勞。

水平和垂直掃描頻率合在一起就可以決定解析度的高低,以及螢幕是否穩定不閃爍。如果將顯示器的解析度提高,螢幕上所顯示的資訊也會隨之增加,但是螢幕更新就需要更多的時間,更新率也隨之降低。

 

另需注意的是顯示器與顯像卡要能相互搭配才行,也就是高階的顯示器要搭配高階的顯示卡才能設定較高的解析度與畫面更新率,兩者等級不同就無法達到其中較高階的解析度與畫面更新率。如果硬要調更高的解析度或畫面更新率時,則螢幕的畫面則會閃爍不停,但系統會自動在15秒內恢復原來的設定。

選擇適合自己使用的顯示器

 

頻寬(bandwidth)

 

頻寬即顯示器可以處理之頻率範圍大,它直接會影響到顯示器接受圖素資訊的速度,以及顯示器可以使用之最高解析度。頻寬的計算單位一般是百萬赫茲為單位(MHz)

 

螢幕的尺寸與可視範圍

 

映像管的尺寸係以映像管兩個角線的長度來計算的,17″的螢幕即螢幕的對角線的長度為17″,但是螢幕的四邊外圍都會有一些不能成像的黑色區域,實際視區尺寸都會比映像管或是所謂的螢幕尺寸稍微小一點,同樣尺寸的螢幕,會因不同的廠牌而有差別。

 

螢幕調整OSD

 

OSDOn Screen Display的縮寫,即在螢幕上調整之意,過去的顯示器都是採用類比式旋鈕調整方式,包括水平移動,垂直移動,水平大小、垂直大小,亮度、對比等,但現今的顯示器大多都已經改用數位處理器的調整方式,採用按鍵式調整方法,並在螢幕上顯示出調整的狀態,方便了許多,並加入了更多的調整,如針形失真,桶形失真,色溫等,甚至還有消磁的設備,以及地磁傾斜等,各家顯示器的調整功能並不完全相同。

 

即插即現(Plug and Play)

 

即利用顯示器15Pin接頭中的其中2 Pin來傳送顯示器的資訊到顯示卡,包括解析度、更新率等,它可以讓硬體的安裝工作變得非常簡單,即插即現的基本觀念是要設計並發展出可以和作業系統進行溝通的硬體週邊,告訴系統它們的需求以及功能,在辨識出新的裝置之後,作業系統會對它進行組態設定,將其納入系統的一部份。

對顯示器而言,即插即現不僅可以讓安裝的過程非常流暢而且正確無誤。它還可以讓使用者直接更改顯示器的解析度和更新率。無須重新啟動電腦來選擇所需顯示器。

 

個人及家庭娛樂使用(圖形、網際網路、教育以及遊戲)

 

家庭使用者所能購買到的應用軟體越來越進步,使得顯示器的升級標準也越來越高。一部多媒體顯示器最好配備有內建喇叭及麥克風,因為這些內建的功能可以減少接線的數目,讓桌面更清爽。而一部理想的顯示器,其重生率以及解析度也必須高於一般的應用。如今一般的家庭使用者每天都會花上數個小時的時間,坐在顯示器前面,因此其安全性以及符合人體工學的設計也是必須仔細考慮的。

 

平面顯示器

 

一般圓點式的CRT

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