液晶顯示器——LCD技術(shù)指南

1、撥開(kāi)液晶顯示器迷霧 LCD技術(shù)指南作者:劉澤申 來(lái)源:gzeasy 類(lèi)別:硬件文庫(kù)-計(jì)算機(jī)組裝與維修 日期:2003.05.18 前言：也許就是在今年，一連串的液晶價(jià)格大戰(zhàn)和各種液晶促銷(xiāo)活動(dòng)才讓大眾知道了液晶顯示器這個(gè)新名詞。同時(shí)，這一連串的宣傳也讓液晶的概念深入人心。在大家買(mǎi)電腦的時(shí)候，往往問(wèn)得最多的就是：顯示器是液晶的嗎？但是大家又是否了解在液晶顯示器背后的各種技術(shù)？液晶顯示器是否真的適合你？除了液晶顯示器還有什么新的顯示技術(shù)？現(xiàn)在，就讓我們來(lái)告訴你答案.原理篇：大家或許都對(duì)液晶的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)略知一二。他優(yōu)點(diǎn)在于沒(méi)有輻射，體積小巧、耗電量低等，當(dāng)然視角窄、響應(yīng)速度慢而且顏色表現(xiàn)力不佳也是眾所

2、周知的。但是為什么會(huì)有這些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)呢？恐怕我們就需要從液晶顯示器的原理入手。呵呵，不要擔(dān)心，我們所說(shuō)的原理只是皮毛而已，淺顯易懂：POK，現(xiàn)在就讓我們來(lái)看看液晶顯示器的基本原理。大家在看液晶顯示器的時(shí)候一定能發(fā)現(xiàn)TFT這個(gè)縮寫(xiě)，實(shí)際上這個(gè)就是液晶顯示器的控制單元薄膜晶體管的縮寫(xiě)。當(dāng)然，在一些彩屏手機(jī)和PDA上，也使用顯示效果較差，但更為省電的STN及DSTN(被動(dòng)矩陣液晶顯示器)。我們?nèi)粘ｋ娔X上用的液晶顯示器通過(guò)TFT來(lái)控制每一個(gè)像素的通光量從而顯示圖形。正因?yàn)槿绱?，我們也把它稱(chēng)作主動(dòng)矩陣薄膜晶體管液晶顯示器(Active Matrix TFT LCD)。LCD的基本構(gòu)造LCD顯示器的側(cè)面構(gòu)

3、造既然是這樣，我們又為什么稱(chēng)他為液晶顯示器呢？呵呵，所謂液晶其實(shí)就是一種介乎于液體和晶體之間的物質(zhì)。他的奇妙之處是可以通過(guò)電流來(lái)改變他的分子結(jié)構(gòu)。正因?yàn)槿绱?，我們可以為液晶加上不同的工作電壓，讓他控制光線(xiàn)的通過(guò)量。從而顯示變化萬(wàn)千的圖像。液晶本身并不會(huì)發(fā)光，因此所有的液晶顯示器都需要背光照明。一般來(lái)說(shuō)背光源就是多個(gè)冷陰極燈管。背光燈管在液晶顯示器打開(kāi)的同時(shí)就一直被點(diǎn)亮的。而為了控制透光率，人們把液晶單元放在了兩片偏振玻璃片之間。這樣，當(dāng)液晶單元沒(méi)有被加上電壓的時(shí)候，處于初始狀態(tài)，這樣背光在通過(guò)時(shí)就會(huì)被被液晶單元的特殊分子結(jié)構(gòu)所極化，光線(xiàn)被扭曲90度，從而通過(guò)前面的偏振玻璃被人們所感知。同理，當(dāng)

4、液晶單元被加上電壓之后，他的分子結(jié)構(gòu)會(huì)被改變，這樣光線(xiàn)的角度并不會(huì)被扭曲。于是光被顯示器前面的偏振玻璃所阻隔，無(wú)法被人們所感知。左邊的液晶單元沒(méi)被加上電壓。因此光線(xiàn)被偏轉(zhuǎn)90度之后通過(guò)前面的偏振玻璃而右面的液晶單元被加上電壓后并不會(huì)使光線(xiàn)偏轉(zhuǎn)，因此光線(xiàn)無(wú)法通過(guò)前面的偏振玻璃，因此無(wú)法被人們看到這幅圖中我們看到了光線(xiàn)是如何通過(guò)整個(gè)LCD顯示器，從而被人感知的但是因?yàn)楸彻庠床荒芨咚俚年P(guān)閉和打開(kāi)。而最前面的偏振玻璃也不可能完全阻隔光線(xiàn)的透過(guò)。因此要在LCD上實(shí)現(xiàn)全黑的畫(huà)面就非常困難了。隨之而來(lái)的就是液晶顯示器的對(duì)比度問(wèn)題。人眼可以接受的對(duì)比度一般在250：1左右。而CRT顯示器可以輕易的達(dá)到500：

5、1甚至更高。但是LCD至今還在400：1的線(xiàn)上掙扎。對(duì)比度的降低，圖像的銳利程度也就會(huì)隨之降低。在液晶單元受到電壓直到完成分子結(jié)構(gòu)的變化，存在一定的延遲。這樣也就有了眾人所關(guān)注的液晶響應(yīng)延遲。一般來(lái)說(shuō)為液晶顯示器從全黑到全白和從全白到全黑的時(shí)間并不是對(duì)稱(chēng)的。這樣我們就多出了所謂的液晶響應(yīng)時(shí)間的上升延遲和下降延遲。與此同時(shí)當(dāng)背光偏振玻璃、液晶及取向膜后，最終的輸出光就有了特定的方向特性，而其中絕大多數(shù)的光俱備了垂直的方向性。這樣，當(dāng)我們從非垂直的方向上去觀看液晶顯示器的時(shí)候，往往因?yàn)樯涑龉獾拇怪狈较蛐裕⒉皇撬泄舛寄芡ㄟ^(guò)我們的眼睛，于是這時(shí)候往往液晶顯示器會(huì)呈現(xiàn)一片漆黑或者是顏色失真。這也就是

6、液晶顯示器的視角問(wèn)題。不過(guò)，現(xiàn)在針對(duì)LCD的視角問(wèn)題已經(jīng)有了眾多改進(jìn)的技術(shù)，譬如MVA等。而LCD顯示器在使用中也很少會(huì)遇到多人同時(shí)觀看的場(chǎng)合。所以視角問(wèn)題的嚴(yán)重性相對(duì)較小。讓人頭痛的LCD視角問(wèn)題同時(shí)為了表現(xiàn)顏色，面板必須被分割且制造成一個(gè)個(gè)的小門(mén)或開(kāi)關(guān)來(lái)讓光通過(guò)。這個(gè)步驟看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但是實(shí)現(xiàn)起來(lái)就非常困難了。而且涉及到的技術(shù)非常深?yuàn)W。這里就不多說(shuō)了。當(dāng)我們的液晶面板有了眾多的開(kāi)關(guān)和小門(mén)之后。為了得到我們想要的顏色，我們還需要為每個(gè)像素安上濾色片。這樣背光透過(guò)之后就會(huì)有了各種不同的顏色。大家知道，三原色可以構(gòu)成我們所需要的各種其他顏色。于是液晶面板上的每個(gè)像素都被再次分成紅、綠、藍(lán)三種顏色

7、。我們把每個(gè)這樣的單元稱(chēng)做液晶像素的子像素。單個(gè)像素中包含RGB 3個(gè)子象素盡管三原色幾乎能夠構(gòu)成我們現(xiàn)實(shí)生活中的所有顏色。但是LCD從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是數(shù)字的！當(dāng)我們把它和顯卡D-SUB連接的時(shí)候，D-SUB輸出的模擬信號(hào)將會(huì)被LCD內(nèi)部模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，從而產(chǎn)生加在液晶單元上的電壓。這也就是說(shuō)液晶顯示器所能表現(xiàn)的顏色將會(huì)受到液晶本身的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器位數(shù)的限制。而在模擬數(shù)字的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，也將會(huì)導(dǎo)致色彩品質(zhì)的降低。在絕大部分主流液晶顯示器中模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器都是18Bit的，也就是說(shuō)他們能夠表現(xiàn)的顏色只有種（2的18次方）。而能夠讓人滿(mǎn)意的顏色表現(xiàn)能力的底線(xiàn)一般為24Bit，也就是種顏色。

8、相比之下傳統(tǒng)的CRT顯示器的32Bit顏色表現(xiàn)能力實(shí)在是出類(lèi)拔萃。當(dāng)然，市場(chǎng)上也存在每通道8Bit每通道甚至是10Bit每通道的液晶顯示器，但是他們的價(jià)格實(shí)在是驚人。或許受限于電壓控制的精度有限，和可用的電位數(shù)目有限。在顏色表現(xiàn)力方面LCD或許永遠(yuǎn)不是CRT的對(duì)手。呵呵，這也是少見(jiàn)的模擬設(shè)計(jì)優(yōu)勝于數(shù)字設(shè)計(jì)的例子。大家不要以為模擬的東西一無(wú)是處哦：）值得注意的是，液晶所能表現(xiàn)的像素是由制造時(shí)有多少小門(mén)和開(kāi)關(guān)決定的。這也就意味著液晶顯示器的的物理分辨率總是固定不變的。一般15寸的液晶顯示器分辨率被定為1024x768。這樣，在液晶上也就是有3072x768個(gè)小門(mén)（因?yàn)橐粋€(gè)像素需要3個(gè)子像素才能表現(xiàn)

9、顏色，所以在這里的1024需要乘以3）。那你或許會(huì)問(wèn)：我的液晶顯示器也可以工作在800x600甚至1280x1024的分辨率下呀？事實(shí)上，在日常應(yīng)用中不可能永遠(yuǎn)都是用一個(gè)相同的分辨率。家庭用戶(hù)更是如此。在傳統(tǒng)的CRT顯示器中，只要只要調(diào)整電子束槍的偏轉(zhuǎn)電壓，就可接收新的分辨率。但是對(duì)于液晶顯示器就復(fù)雜得多了。為了讓液晶顯示器的適用范圍更廣，因此我們必須通過(guò)插值運(yùn)算來(lái)支持其他分辨率，這時(shí)顯示器中的處理器會(huì)通過(guò)運(yùn)算決定哪一個(gè)像素該放大而那一個(gè)不須放大。而實(shí)際上液晶顯示器的分辨率并不會(huì)因此而改變。因?yàn)樗械南袼夭⒉皇峭瑫r(shí)放大（從640x480分辨率到1024x768分辨率放大倍數(shù)為1.5），這就存在

10、了縮放誤差。實(shí)際上很多人都覺(jué)得在液晶顯示器上使用非標(biāo)稱(chēng)分辨率時(shí)，文本顯示的效果強(qiáng)差人意的原因正在于此。讓人不適的縮放誤差正來(lái)源于此呵呵，到這里，LCD的理論大家已經(jīng)掌握得差不多了，現(xiàn)在讓我們一起去實(shí)踐一下吧：）實(shí)戰(zhàn)篇：為了更好的說(shuō)明問(wèn)題，我們隨便找了某廠(chǎng)商的LCD產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)：現(xiàn)在就讓我們逐一看看這款LCD顯示器的能耐:P首先我們自然就看到了LCD顯示器的最重要的參數(shù)LCD面板尺寸。LCD面板尺寸和CRT的不同之處在于。LCD面板是計(jì)算可視尺寸的。因此15寸LCD顯示器的實(shí)際顯示面積往往和17寸的CRT顯示器的顯示面積相差無(wú)幾（17寸CRT顯示器的可視面積在15.615.9之間）。同理，一臺(tái)1

11、7寸的LCD顯示器的實(shí)際顯示面積也就和一個(gè)19寸CRT顯示器差不多了：）之后我們便看到了這款液晶顯示器的最大分辨率。還記得我們上面所說(shuō)的嗎？液晶顯示器的分辨率是固定的。因此在日常使用中我們應(yīng)該盡量使用和他最大分辨率相同的分辨率工作，這樣才不會(huì)產(chǎn)生讓人不適的縮放誤差。最大分辨率我們了解了之后，就輪到可視角度了。這款顯示器的可視角度在左右上下分別達(dá)到了75757555度。這是非常不錯(cuò)的成績(jī)了。當(dāng)然，受限于LCD的工作原理，我們似乎永遠(yuǎn)也無(wú)法作出全視角的LCD顯示器？液晶顯示器的視角困擾看完LCD顯示器的視角之后，我們還要對(duì)LCD顯示器的亮度進(jìn)行考察。這款顯示器的亮度為250Cdm2。但這是什么意思

12、呢？實(shí)際上Cdm2是亮度的單位。也有人把它稱(chēng)作平方燭光。事實(shí)上，在以前我們無(wú)法精確計(jì)量亮度的時(shí)候，往往把被測(cè)物和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鯨魚(yú)脂蠟燭的亮度進(jìn)行對(duì)比，從而得出的數(shù)字。時(shí)至今日，雖然我們有了更先進(jìn)的測(cè)量方法，對(duì)比的發(fā)光物也從原始的蠟燭換成了絕對(duì)黑體的2045K的發(fā)光強(qiáng)度。但是很多人依然沒(méi)有改變對(duì)這個(gè)單位的稱(chēng)呼。對(duì)于液晶顯示器來(lái)說(shuō)，亮度往往和他的背板光源有關(guān)。背板光源越亮，整個(gè)液晶顯示器的亮度也會(huì)隨之提高。而在早期的液晶顯示器中，因?yàn)槭褂?個(gè)冷光源燈管，往往會(huì)造成亮度不均勻等現(xiàn)象，同時(shí)明亮度也不盡人意。一直到后來(lái)使用4個(gè)冷光源燈管產(chǎn)品的推出，才有了不小的改善。這里有一點(diǎn)要提醒各位的是，LCD的背光源的

13、壽命也是有限的，往往長(zhǎng)時(shí)間使用之后，亮度會(huì)逐漸下降。當(dāng)然，很多的LCD廠(chǎng)商都在產(chǎn)品的保修承諾中對(duì)失效的冷光源燈管進(jìn)行更換。所以大家也不必太擔(dān)心。液晶顯示器冷光源燈管 對(duì)比度是我們不可忽略的參數(shù)。之前的原理篇中我們已經(jīng)討論過(guò)對(duì)比度的重要性，而LCD的對(duì)比度往往因?yàn)樽陨砉ぷ髟淼南拗齐y以和CRT顯示器相提并論。日常使用的經(jīng)驗(yàn)告訴我們，在絕大多數(shù)的情況下，對(duì)比度能夠達(dá)到350:1就能更讓人十分滿(mǎn)意了。而這款產(chǎn)品的400：1的對(duì)比度相信能夠更加符合人們的需求。所謂的整體訊號(hào)反應(yīng)時(shí)間也就是上面我們所說(shuō)的液晶顯示器的液晶單元響應(yīng)延遲。這里的16（4+12）ms數(shù)字則告訴我們這款液晶顯示器的整體響應(yīng)時(shí)間為1

14、6ms，其中上升時(shí)間需要4MS，而下降時(shí)間需要12MS。這里的上升和下降時(shí)間，實(shí)際上就是指的液晶單元從一種分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成另外一種分子結(jié)構(gòu)所需要的時(shí)間。當(dāng)然，我們可以通俗的說(shuō)是液晶顯示器由明轉(zhuǎn)暗和由暗轉(zhuǎn)明所需要的時(shí)間。我們常?？吹碾娪笆前凑?5FPS播放的，也就是在1秒中內(nèi)要顯示25張圖片。于是每個(gè)圖片停留的時(shí)間只有40ms。當(dāng)然，在玩譬如CS之類(lèi)的第一人稱(chēng)射擊的游戲的時(shí)候，往往需要60FPS甚至更高的速度。因此液晶顯示器的響應(yīng)時(shí)間越短越好。那CRT顯示器呢？實(shí)際上CRT顯示器也有響應(yīng)時(shí)間延遲，只是這種延遲低于1MS，所以我們難以察覺(jué)而已。鼠標(biāo)指針高速移動(dòng)之后因?yàn)轫憫?yīng)延遲帶來(lái)的拖尾 信號(hào)輸入模式

15、對(duì)于液晶顯示器來(lái)說(shuō)也很重要。絕大部分中低檔的液晶顯示器是通過(guò)顯卡的D-SUB接口接受模擬信號(hào)，然后通過(guò)內(nèi)部的處理器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的。而顯卡本身輸出的也是數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)通過(guò)RAMDAC之后才轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)。但是在轉(zhuǎn)換和信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程會(huì)對(duì)色彩造成一定的損失。而模擬信號(hào)通過(guò)顯卡的低通過(guò)濾電路之后，畫(huà)質(zhì)更會(huì)受到不小的影響。為了避免這樣的反復(fù)轉(zhuǎn)換，就誕生了直接使用數(shù)字進(jìn)行傳輸?shù)腄VI接口。可是因?yàn)槌杀镜仍?，還有不少的LCD顯示器并沒(méi)有提供DVI接口。這樣無(wú)疑阻礙了LCD畫(huà)質(zhì)的提高。如果你預(yù)算不緊張，同時(shí)顯卡有DVI接口，那在購(gòu)買(mǎi)LCD顯示器的時(shí)候記得選擇有數(shù)字信號(hào)輸入的產(chǎn)品。DVI信號(hào)傳輸流程好像

16、很少有人關(guān)心LCD的耗電量？我們從這個(gè)參數(shù)中可以看出LCD的最大耗電量也才僅僅40W，相對(duì)于CRT顯示器可以說(shuō)是節(jié)能環(huán)保了。事實(shí)上這也是眾多大機(jī)構(gòu)全面采用LCD的重要理由之一。TCO99認(rèn)證恐怕通過(guò)媒體的宣傳早已經(jīng)深入人心了吧？且慢！LCD不是沒(méi)有輻射的嗎？為什么還要有個(gè)TCO99認(rèn)證？不是多此一舉？呵呵，事實(shí)上TCO99認(rèn)證除了對(duì)顯示器的輻射提出了嚴(yán)格的要求之外，還對(duì)顯示器的制造材料和制造過(guò)程提出了眾多的要求。TCO99要求用來(lái)制造顯示器的材料不能對(duì)人體有害，同時(shí)也不能損害環(huán)境?，F(xiàn)在市場(chǎng)上絕大部分液晶顯示器都已經(jīng)通過(guò)TCO99的認(rèn)證。所以這點(diǎn)我們也不用過(guò)于擔(dān)心。未來(lái)篇：液晶將會(huì)在不久的將來(lái)一

17、統(tǒng)天下？或許這樣的一天永遠(yuǎn)都不會(huì)到來(lái)。盡管在2002年，各種關(guān)于液晶顯示器的宣傳鋪天蓋地。同時(shí)，液晶顯示器令人詬病的響應(yīng)時(shí)間在16ms液晶面板大量投產(chǎn)之后顯著改善，而MVA、IPS等技術(shù)也讓液晶顯示器的可視角度大大提高。生產(chǎn)技術(shù)的成熟再次讓液晶顯示器的價(jià)格大幅下滑。如果說(shuō)2002年只是液晶風(fēng)暴的前奏的話(huà)，那2003年無(wú)疑是液晶顯示器實(shí)現(xiàn)飛躍的時(shí)間。來(lái)自友達(dá)光電LCD制造流程（點(diǎn)擊放大）不過(guò)液晶顯示器在很多方面盡管有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但相比傳統(tǒng)的CRT顯示器，依然存在不少劣勢(shì)。顏色表現(xiàn)力和價(jià)格都是阻礙液晶顯示器全面推進(jìn)的絆腳石。這些缺點(diǎn)同時(shí)還阻礙了LCD向高端市場(chǎng)的進(jìn)軍。面對(duì)這些問(wèn)題，LCD生產(chǎn)上已

18、經(jīng)全力在改進(jìn)這個(gè)問(wèn)題，除了上面提到的MVA等技術(shù)之外，Samsung等電子廠(chǎng)商已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了10ms響應(yīng)時(shí)間的LCD面板，以及更高分辨率的LCD面板。過(guò)不了多久就能全面投產(chǎn)。不過(guò)與此同時(shí)在LCD后面早已經(jīng)聚集了一大群有力的競(jìng)爭(zhēng)者。OLED（有機(jī)發(fā)光顯示屏）如果研發(fā)進(jìn)展順利，恐怕是其中最具競(jìng)爭(zhēng)力的挑戰(zhàn)者。這項(xiàng)技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的TFT LCD而言，有著眾多的優(yōu)勢(shì)：超薄，厚度只有1毫米左右，超輕，廣視角，自發(fā)光，不需要背景光源，刷新速度快是液晶的1000倍，高清晰，低能耗，低溫特性?xún)?yōu)良（零下40攝氏度性能依然良好），制造成本低，可以實(shí)現(xiàn)柔軟顯示（即屏幕可以卷曲）。OLED的關(guān)鍵元件包括ITO導(dǎo)電玻璃、小

19、分子有機(jī)材料、封裝相關(guān)材料、高純度金屬材料、低溫多晶矽TFT技術(shù)及驅(qū)動(dòng)IC。以材料需求面來(lái)說(shuō)，TFT-LCD需要玻璃基板、背光板、偏光板、彩色濾光片及液晶材料等，總計(jì)加起來(lái)的面板厚度約近1公分左右，但OLED的材料則僅包括1片約1.3mm的玻璃基板以及小于0.3mm的高純度金屬材料及ITO導(dǎo)電玻璃等，合計(jì)總厚度小于2mm，二相比較下，OLED的面板厚度僅約TFT LCD的1020%，因此OLED不但比TFT LCD減少許多材料，也因此降低了生產(chǎn)成本，此外由于OLED與TFT LCD的發(fā)光源不同，因此也設(shè)有視角上的顧慮。目前。很多日本廠(chǎng)商已經(jīng)開(kāi)始試生產(chǎn)OLED的產(chǎn)品。一旦全面量產(chǎn)，對(duì)于LCD的沖擊可想而之。實(shí)驗(yàn)室中的OLED 在大幅面顯示領(lǐng)域，PDP技術(shù)則有著絕對(duì)的控制力。PDP的全名是等離子顯示器（Plasma Display Panel）是利用惰性氣體電子放電，產(chǎn)生紫外線(xiàn)激發(fā)所涂布的紅、綠、藍(lán)螢光粉，呈現(xiàn)各種彩色光點(diǎn)的畫(huà)面。PDP的出現(xiàn)，使得中大型尺寸（約4070寸）顯示器的發(fā)展應(yīng)用產(chǎn)生極大變化，以其超薄體積與重量遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)大尺寸 CRT電視，在高解析度、不受磁場(chǎng)影響、視角廣及主動(dòng)發(fā)光等勝于TFT-LCD的特點(diǎn)，完全符合多媒體產(chǎn)品輕、薄、短、小的需求。最為關(guān)鍵的是，PDP顯示器相對(duì)于LCD能夠更容易制造出超大幅面的顯