|
引 言 今天我们将讲述一个很多人都不了解的秘密。这就是电脑中最为基本的组成部分之一――显示
器。你日复一日一直在盯着它看，而它也为你显示从电子表格到游戏以及其他不宜说出口的所有事物。那么显示器是怎么显示图画并移动图像的呢？哈哈，已经诞生一个世纪的显示的基本原理很可能会引起你的兴趣。那么就让我们彻底而详细地从后向前说起吧。
向我射击
你知道吗？当你在阅读显示器上的信息时，在你的前面，正有三支枪管在不停地装弹并轰击着。在显示器的心脏位置，是CRT或者又叫阴极射线管。这个CRT的内部（在你的监视器的后部）是一个电子枪。一个阴极是指一个当有电流通过时喷射电子的单元。阴极的温度可以上升至灼热的摄氏800度。它们喷射电子时将把电子聚集在一个栅格并调焦于枪室，在这个枪室中有三支电子枪，一支枪对应一种颜色――即红色、绿色和蓝色。之后电子将被聚焦并穿过管状的腔室移动。在穿越腔室的过程中，每束电子在各自的椭圆孔透镜中穿行，而腔室将利用电磁场来加速这三支电子束。
这全部的过程都在一个真空的腔室中完成。这也是唯一一种电子不受任何物质干扰的喷射方式。
推和拉
走出枪管之后是偏转磁轭。偏转磁轭控制电子束。磁轭由四块距离彼此相等的电磁石组成，它能熟练而巧妙地控制电子束。推和拉它来照亮磷屏（即显示屏的内面上的荧光粉）。其实，磁轭就是从左到右拉着电子束在屏幕上扫描式地移动，这个速度大约为80450公里/每小时。
就整个屏幕的扫描过程而言，它是先从屏幕第一行最左边的像素开始一直到屏幕最后一行的最右边像素，之后重新回到第一行重复进行上一过程。
其实，磁轭目前主要控制的是电子束的强度变化，因为电子束的移动已由另一个设备负责。这个设备就是回扫变压器，它由铜丝紧密地缠绕着。当一个低能量信号作用于回扫变压器的磁性线圈时，它将产生一个磁场，当这个能量源关闭后，这些磁能将转移给磁轭，供其建立磁场来操控电子束。当扫描完屏幕上的一条线后，变压器将放电，这实际上就是关闭电子枪，并驱散磁轭建立的磁场，此时电子束将回到屏幕的另一端，从下一行的最左侧开始新一轮的扫描，依此类推，周而复始。
当一次处理顺利完成后，电子束将轰击在你显示器的磷屏上，而被电子击中的磷点将会发光。电子束的强度决定了磷点的光亮强度。不过，磷点聚集能量的时间很短，随时间的推移，它将损失掉一些亮度（因为在撞击时，电子的能量等级将提高，而只有在电子能量恢复到原来的水平时才会发光）。
对于每一条线，或者说是由像素组成的一行，叫做光栅。如果你的屏幕分辨率设在640×480，那么就有480条光栅线。如果分辨率是1280×1024，那么光栅线的数量就是1024。每条光栅线都由像素组成，当分辨率为1280×1024时，就意味着有1024条光栅线，而每条光栅线由1280个像素组成。每条线在屏幕上显示的速度被叫做水平同步。当一帧画面被完整显示后，就叫做刷新。每个像素只在极短的时间里发亮，如果下一次的电子轰击间隔较久，那么这个像素就会忽亮忽暗，从整体上看就是满屏闪烁，为了避免这种情况，电子再次轰击的间隔必须缩短，而这个时限就涉及到了刷新率。如果在同一时间里可以画出更多的光栅线，那么屏幕的更新速度也就越快，从而让所显示的画面更为“恒定”（不闪烁）。这个更新速度又叫做刷新率或垂直同步。如果你将刷新率设为100Hz，那么就意味着整个屏幕将在一秒钟内重画100次（针对具体的像素，就是在1秒钟内被电子轰击100次）。实验证明，大于或等于75Hz的刷新率将会让你的眼睛更舒服，如果低于75Hz，人眼将会受到那些烦人的闪烁效应的干扰，因为它是相当容易被察觉的。
刷新我
显示屏上的一个像素是一个格子一个格子联接在一起的。比如你买了一台高级的显示器，其最大分辨率能达到1600×1200（这是19英寸或更高尺寸显示器普遍能达到的标准），那么这个显示器就包含了1920000个像素。这是怎样计算的呢？这是用每行的像素数1600去乘以总的光栅线的行数1200，就得到了1920000总像素数。大部分显示器不会标出超出整个显示屏所具有的物理像素数量的分辨率，因为那是没意义的。
现在，当你把分辨率设为640×480，你将向显示器请求307200个像素。在今天，事实上每个显示器都可以完成这个请求。但是，当你把分辨率提高到1280×1024，那么你对显示器的请求就要苛刻得多了，它要在单位的时间内点亮更多的像素――也就意味着电子束将要画出更多的点，这样一来，每一帧图像的绘制速度就要比640×480时慢一些，从而使刷新率也不如640×480时的快。因此，在使用这个分辨率前，你应该确认你的显示器是否可以在1280×1024时达到最少80Hz的刷新率，当然最好是85Hz或以上。
像素矩阵
屏幕上的每个单独的像素都是由三个点组成――红点、绿点和蓝点。还记得前面我们讲到的那三个电子枪吗，它们就是与之对应的。在工作时，控制每个电子束的强度，理论上就可以让这三个色点产生各种颜色搭配就可以显示光谱中的所有颜色。比如一个像素要生成紫色，那么蓝色与红色电子枪的能量将加强。此外，颜色的色调、像素的亮度、对比度也由三枪整体的能量变化来控制。
但是如果一个亮像素的亮光影响到其周围的像素，或者电子束没有打到正确的像素时，那会是什么情况呢？此时你将看到一幅模糊不清、颜色断裂的图像，对此生产商采用了遮罩技术来加以克服。
不胀钢荫罩（Invar Shadow Mask）
遮罩技术主要用于防止一个像素的光漏到其他像素而使图像变得模糊。不胀钢荫罩是遮罩技术中比较常用的一种，所谓的不胀钢是一种由合金金属制成的材料，它在高温下的膨胀系数为0――你肯定不喜欢那些用于隔离像素的孔颈忽大忽小，而且反复的膨胀收缩也将使遮罩变得脆弱而容易断裂。荫罩其实是一个上面有数以万计的小孔，厚度很薄的一层合金金属板，每个小孔的位置与排列的方式和屏幕上的像素对应，电子束首先要经过荫罩才能到达显示屏，从而可以确保电子束只能打在预定的像素上，其他的像素则不受影响。
传统荫罩的缺点在于，随着时间推移，遮罩将扭曲、变形。因为它很薄，而且处于电子束长久而且是不均匀的高温与低温变化中，因此这种变化在所难免，不过比较轻微。但是，图像将会因此而在角处产生变形。这是用镍铁合金制作的不胀钢来作为荫罩的材料的原因。荫罩的另一个缺点是必须要在边角处弯曲以适应电子束的扫描，因此图像看上去也是弯曲的。这是“完美平面”显示屏没有基于荫罩技术的原因。
栅 孔
栅孔技术与荫罩技术所要达到的目的是一样的――防止像素光泄漏，这个技术是将数千条极细的垂直合金金属丝水平排列于屏幕，而磷点也将沿栅孔的方向呈现条状排列。
栅孔与荫罩的效果基本相同，但由于所用材料更细，使得图像的对比度、亮度和颜色表现比荫罩更好。但是由于RGB三种磷点各自都呈条状从屏幕顶端一通到底，而不像荫罩那样中间有隔离，所以电子束必须要自己定义像素的高度。这也是为什么即使是0.22mm的点距（这里应该是栅距了）但仍可能会出现模糊的原因。不过，在这两种技术中，栅孔的图像是最锋利鲜明的。
另一种更高级的栅孔只需在水平方向进行弯曲（普通的栅孔也是与荫罩一样两个方向弯曲）。当然，这种技术的价格也要更高。此时每个栅孔的金属丝都是真正垂直排列的（因为垂直方向没有弯曲），从而可以营造更锐利的图像。但当金属丝受到电子束的热量影响，他们将会膨胀、松弛，虽然非常轻微，但会造成图像的波纹或振动效果。为了制止这种现象发生，就要用横向的金属丝（一般是两条）对每个栅孔的垂直金属丝进行固定。这样一来，两条金属丝也必然要被照亮。如果你有一台使用特丽珑（Trinitron）显像管的显示器，你大概已经看到了两条灰暗的横线穿过你的屏幕，从而将你的屏幕划分成三个区域。在这种情况让你感到烦恼的同时，首先应该看看你的显示器的用途。如果你是一个AutoCAD的用户，你可能会在绘图时因这两条丝而分散注意力，但如果你只是普通的用户，那么这两条线不会构成什么问题。
最佳点距
你可能经常听到厂商说点距对图像锐利化的影响。点距代表了屏幕上两个像素的相互距离，距离越短，图像就越精晰锐利。当我们比较点距时，你必须注意显示器所使用的遮罩技术――是荫罩还是栅孔。每种技术中的点距测量方法是不同的。
对于一个荫罩显示器，点距并不是指水平点距，因为RGB三点是呈三角排列的，而点距则是指两个相临的同颜色点的距离（红到红、绿到绿、蓝到蓝）。当你看到一个荫罩显示器在自夸点距时，它可能是指实际点距乘以0.866后的水平点距。而栅孔的点距则是真正的水平点距（由于栅孔显示器都是同栅条组成，所以此时应该叫做栅距）。
目前最常见的点距在0.26和0.28之间，随着技术的发展，最近已经有0.22点距出现。
最后强调一点，其实图像的清晰锐利与否并不完全取决于点距，有很多其他的原因会让图像变得不清晰。下面是比较常见的几种：
几何失真
这种情况发生意味着方形或圆形不能按预期那样显示。一个完美的圆形如果显示在屏幕边缘就会因为弯曲而有点像一个椭圆，这涉及到电子束与边缘的走向。你可以用手电筒来做个示范。在屋子里放一个圆形，然后用手电正对着照它，把它的影子投射到墙上，现在的圆形是最真实的。此时你向墙的一边移动，你会发现圆形的影子开始发生变化，以前真实的圆形将不复存在。这就是几何失真的基本概念。
现在，考虑到那面墙是平的，如果墙的边缘是向光源方面弯曲的，那么此时的电子束就好象在屏幕中央工作一样――可以产生精确的点，这是目前“完美平面”采用的一种方法――让显示对象稍微弯曲（几乎察觉不到）。不过，它只是对电子束的修正处理，除非是采用LCD等平面显示器，否则永远不会是完美的平面。
鬼 影
这种情况发生在一个像素的光漏到其他像素的时候。这时图像会显得有些褪色或者有种风吹的模糊重影效果。在显示文本或精确图像的时候，这种现象将十分令人讨厌。
会聚不良
这种情况发生在当RGB三支电子枪失调而不能准确地聚焦于同一像素的时候。理想的情况下，三个电子束要同时打在一个像素的三个色点上，但事实上不可能永远这样，会聚不良时，你会发现像素相互“出血”染色，从而使画面中的边缘变得模糊而不锐利。
结束语
我希望你现在已经在购买之前了解到了显示器的工作原理、一些基本的指标、失真现象及其原因。当你配备了高档CPU的系统在几年后过时的时候，你的显示器很可能还会为你展示数千个小时栩栩如生的画面。因此，购买一个优良的显示器，它将会为你效劳很久的！ （硬件宝宝）
| 
