液晶顯示原理的簡單介紹

液晶顯示原理的簡單介紹平板開發(fā)部2004－9－26液晶顯示技術(shù)的發(fā)展

LCD（LiquidCrystalDisplay），即液晶顯示器，所謂液晶是指在某一溫度范圍內(nèi)，即具有液體的流動(dòng)性，又具有晶體光學(xué)特性的物質(zhì)，它是1888年奧地利的一位植物學(xué)家Reinitzer發(fā)現(xiàn)的。液晶的分子排列對外界的環(huán)境變化（如溫度、電磁場等）十分敏感，當(dāng)液晶的分子排列發(fā)生變化時(shí)，其光學(xué)性質(zhì)也隨之改變。利用液晶的這一特點(diǎn)，本世紀(jì)60年代英國的科學(xué)家制造出了第一塊LCD。液晶顯示技術(shù)經(jīng)歷了扭曲向列（TN-LCD）、超扭曲向列（STN-LCD）和薄膜晶體管陣列（TFT-LCD）三個(gè)重要發(fā)展階段。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，LCD技術(shù)發(fā)展開始進(jìn)入高畫質(zhì)彩色圖像顯示的新階段，有源矩陣（AM-LCD）的TFT液晶顯示技術(shù)的性能取得了飛速發(fā)展，克服了STN液晶顯示器件在響應(yīng)速度、視角、分辨率、灰度調(diào)制等方面存在的不足，技術(shù)性能接近于CRT，適應(yīng)了信息技術(shù)產(chǎn)品對顯示器件的需要，應(yīng)用面得到了擴(kuò)大。由于TFT-LCD的尺寸、視角、分辨率等技術(shù)性能取得了突破性進(jìn)展，使得TFT-LCD開始步入電視領(lǐng)域，并已出現(xiàn)商品化的液晶電視。

液晶顯示方式所處位置及分類液晶顯示的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1.圖像清晰、無幾何失真、無閃爍、無X射線輻射、不受地磁影響。2.采用被動(dòng)發(fā)光的方式，圖像光線柔和，常時(shí)間收看不易疲勞。3.體積小、重量輕、功耗低。缺點(diǎn):1.觀賞視角的限制。2.受響應(yīng)時(shí)間的限制，觀賞劇烈運(yùn)動(dòng)的圖像時(shí)會出現(xiàn)圖像模糊。3.成本較高。隨著液晶顯示技術(shù)的發(fā)展，目前最新的液晶屏已經(jīng)較好的解決了視角和響應(yīng)時(shí)間的問題，隨著液晶屏廠家新一代生產(chǎn)線的陸續(xù)投產(chǎn)，產(chǎn)量和生產(chǎn)工藝的提高和改善，液晶屏的價(jià)格已經(jīng)開始大幅度的下落，預(yù)計(jì)液晶電視很快就會大規(guī)模普及。TFT-LCD的構(gòu)造TFT-LCD像素的驅(qū)動(dòng)方式TN、VA、IPS三種TFT-LCD的工作方式TFT-LCD的規(guī)格及指標(biāo)一、物理分辨率目前市面上LCD屏大概有以下幾種物理分辨率：VGA:640×480(20英寸4:3的電視用液晶屏多為這個(gè)分辨率，如我公司的TLM2019、TLM2020)SVGA:800×600(部分20英寸的電視用液晶屏是這個(gè)分辨率，如友達(dá)的一款20英寸屏）XGA:1024×768(15英寸4:3的液晶屏多為這個(gè)分辨率，如我公司的TLM1519）WXGA:1280×768（16:9的電視用液晶屏多為這個(gè)分辨率，如我公司的TLM1718、TLM3018、TLM3218等）SXGA:1280×1024（17英寸、19英寸的液晶屏大多數(shù)為這種分辨率，這兩種屏主要用于液晶顯示器）

SXGA+:1400×1050（筆記本電腦的液晶屏有一部分是這種分辨率）UXGA:1600×1200（20英寸的顯示器用液晶屏多為這種分辨率）

液晶顯示器的物理分辨率表示它可以顯示的點(diǎn)的數(shù)目，這是一個(gè)固定值,同樣的尺寸之下，分辨率越高則可以顯示的畫面越細(xì)致。假設(shè)你的液晶顯示器的物理分辨率是1024×768，則你最好將電腦顯示卡的輸出信號設(shè)為1024×76860Hz（注），如果你輸入一個(gè)800×60075Hz的信號，實(shí)際上顯示器內(nèi)部必須通過一個(gè)圖像縮放芯片先將這個(gè)信號轉(zhuǎn)換為1024×76860Hz的信號然后再輸出給液晶屏，而這個(gè)轉(zhuǎn)換過程實(shí)際上是有損失的，這樣你就無法得到最佳的圖像效果。(注：由于液晶顯示的特性，幀頻為60Hz的信號在液晶屏上顯示，就已經(jīng)無法觀察到圖像閃爍的現(xiàn)象，因此目前所有的液晶屏廠家都將液晶屏的幀頻訂為60Hz)二、色彩數(shù)

液晶屏只能接收數(shù)字化的圖像信號，因此，如果輸入的是模擬RGB信號,則必須通過A/D轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后才能送往液晶屏進(jìn)行顯示。對于數(shù)字信號來講，其bit數(shù)越高，則量化精度也就越高，就越能真實(shí)的反映他所要傳輸?shù)男畔?。對于一塊6bit屏來講，其RGB三種顏色的每一種都可以分成64階（6bit)，則這種液晶屏能顯示的顏色種類一共有64×64×64＝262,144(2的18次方）種組合。對于一塊8bit屏來講，其RGB三種顏色的每一種都可以分成256階（8bit)，這種屏能顯示的顏色種類一共有256×256×256=16,777,216(2的24次方）種組合。目前還有一種偽八bit的屏，這種屏接收24bit的RGB信號（每種顏色8bit，三種顏色共24bit)，但是在屏的內(nèi)部對信號進(jìn)行處理時(shí)，實(shí)際上是按6bit來進(jìn)行處理的，最后通過抖動(dòng)算法來模擬實(shí)現(xiàn)8bit的顯示，對于這種屏來講，其RGB三種顏色的每一種可以分成253階，這種屏能顯示的顏色種類一共有253×253×253=16,194,277種組合。由于采用了抖動(dòng)算法，這種屏在顯示圖像時(shí)會有輕微的閃爍。能顯示的顏色越多，并不表示這種屏的顏色會比較鮮艷，但是看起來顏色層次會比較細(xì)致。目前我公司的液晶電視產(chǎn)品，除TLM1519(1)采用的是偽8bit的液晶屏外，其余均采用的是8bit的液晶屏。關(guān)于抖動(dòng)算法的簡單介紹24位矩陣是指每個(gè)RGB色彩以8元表示，因?yàn)?x3=24。18位色彩則是每個(gè)色彩以6位表示。前者會顯示256色，但6位方式只會顯示64色。具體而言，24位的顯示器會識別248、249、250、251與252等色彩，而18位則會識別248與252第一個(gè)問題：如何顯示250色最簡單的方法是讓像素輪流顯示248與252色。如果面板的速度很快，你只會看到一種色彩，就是介于這兩色的色彩，例如250。你必須使用兩個(gè)動(dòng)作才能顯正確的色彩。第二種方法是使用四個(gè)而不是一個(gè)像素。此時(shí)，其中兩個(gè)像素會顯示248色，另外兩個(gè)會顯示252色。你只要一次動(dòng)作便可以顯示正確色彩。第二個(gè)問題：如何顯示249色第一個(gè)方法會顯示兩次248色，并顯示一次252色，因此需要三個(gè)動(dòng)作才能顯示249色。在第二個(gè)方法中，第一個(gè)像素會顯示252色，其余三個(gè)會顯示248色，因此只需要一個(gè)動(dòng)作便可顯示正確的色彩。這表示即使第一個(gè)方法較慢，但它只需要用到一個(gè)像素。第二個(gè)使用四個(gè)像素的方法則必須冒著遺失圖像細(xì)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)。由于廠商對上述這些方法并沒有太大的信心，因此他們選擇使用較為復(fù)雜的方法，例如使用不同像素來顯示色彩。他們也可能使用9個(gè)、16個(gè)或更多的像素，而不只是四個(gè)像素。隨著采用的方法不同，正確色彩的顯示可能非常快，你可能會感覺到輕微的閃爍，而且當(dāng)圖連續(xù)顯示時(shí)（例如DVD或游戲），圖像可能會呈現(xiàn)木紋狀。因此如果要兼顧顯示最佳色彩與達(dá)到最短的反應(yīng)時(shí)間，我們很難找到可以評估液晶顯示器品質(zhì)的機(jī)器。第三個(gè)問題，為何一下子是1670萬色，一下子是1620萬色呢？很簡單，因?yàn)樵?位元色彩中，最大只能達(dá)到111111的值。如果將此值轉(zhuǎn)換成8位元色彩，便會產(chǎn)生11111100，因此不管使用哪一種dithering方法，都無法存取下列這幾個(gè)值：11111101、11111110與11111111。在dithering技術(shù)下，16位實(shí)際上并不會顯示256色。每個(gè)RGB色只會顯示253色，因此總共是253x253x253=1,619萬色。四舍五入變成了1,620萬色了。這也是我們能夠分辨18位與24位色彩的原因。只有后者才能號稱可顯示1,670萬色。三、亮度亮度是指顯示器在白色畫面之下明亮的程度，單位是cd/m^2,或是nit。

亮度是直接影響畫面品質(zhì)的重要因素，一個(gè)明亮的顯示器即使存在偏色等其它不利因素，還是有可能看起來畫面會比較漂亮。目前市場上的液晶顯示器一般亮度規(guī)格大約是250nits，筆記本電腦的液晶屏亮度大約是150nits，液晶電視的屏幕亮度通常在400nits以上，這是因?yàn)榭措娨晻r(shí)不像使用顯視器時(shí)距離那么近，并且觀看電視的環(huán)境會比較明亮。液晶顯示器是被動(dòng)發(fā)光的，其之所以發(fā)光是因?yàn)樗谋彻饽K裝有燈管(類似熒光燈管），筆記本電腦的液晶顯示屏里面一般用一支，液晶顯示器里一般會有兩到六支，液晶電視里一般會有四支以上（如我公司的TLM1519/TLM1718/TLM2019都是6支燈管）。液晶屏的壽命其實(shí)就是由燈管決定的，目前燈管壽命都在五萬小時(shí)以上，也就是使用五萬小時(shí)之后亮度會掉到原來的一半。四、視角視角的定義有三種--1.對比從斜的方向去看液晶顯示器，與正看時(shí)相比，白色部分會變暗，黑色部分會變亮，因此對比會下降，一般定義當(dāng)對比下降到10的時(shí)候的角度為該顯示器的視角，也就是定義大于此視角的時(shí)候黑白已經(jīng)不易分辨。一般液晶屏廠家與顯視器、液晶電視廠家對于視角的定義最常使用這一條。2.灰階反轉(zhuǎn)理論上顯示器從零灰階(黑色)到二五五灰階(白色)應(yīng)該是灰階數(shù)越高則越亮，但是液晶顯示器在某個(gè)大角度的時(shí)候有可能看到低灰階反而比高灰階還亮，也就是看到類似黑白反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱之為灰階反轉(zhuǎn)。定義不會產(chǎn)生灰階反轉(zhuǎn)現(xiàn)象的最大角度為視角，也就是超過這個(gè)角度就有可能看到灰階反轉(zhuǎn)。這個(gè)定義和第一個(gè)定義的差別在于用對比定義只考慮零灰階和二五五灰階，而灰階反轉(zhuǎn)是考慮所有的灰階。3.色差從不同角度去看液晶顯示器，會發(fā)現(xiàn)顏色會隨著角度而變化，比如說本來是白色畫面變得比較黃或比較藍(lán)，或是顏色變得比較淡等等。隨著角度變大，當(dāng)顏色的變化已經(jīng)大到無法接受的臨界點(diǎn)時(shí)，定義該角度為視角。幾種廣視角技術(shù)1.TN+film所謂TN+film就是在原來的TN型TFT-LCD上貼上一種廣視角補(bǔ)償膜，原本大約左右視角100度，上下視角60度，可以增加到左右140度，上下120度，但是TN+film還是沒有解決灰階反轉(zhuǎn)的問題。2.MVAMVA是富士通所開發(fā)出來的獨(dú)家專利技術(shù)，除富士通之外，臺灣尚有奇美電子與友達(dá)光電獲得授權(quán)生產(chǎn)，MVA可以做到上下視角與左右視角都超過160度()，并且解決了大部分灰階反轉(zhuǎn)的問題，除非是從很特殊的方位并且很大的角度去看才有可能看到灰階反轉(zhuǎn)。3.IPSIPS最早由日立所發(fā)展，另外IBM,、NEC、東芝、LG等也擁有IPS技術(shù)，臺灣的瀚宇彩晶也獲得了日立的授權(quán)生產(chǎn)，IPS上下視角與左右視角號稱到170度(但不是每個(gè)方位都有這樣的視角)，并解決大部分灰階反轉(zhuǎn)問題。有名的廣視角技術(shù)，另有Sharp擁有獨(dú)家專利ASV，韓國的三星有一種MVA的變形叫做PVA，韓國的Hydis(原現(xiàn)代的TFT-LCD部門)則擁有IPS的變形FFS。五、響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間的定義就是在面板的同一點(diǎn)上面，從黑色變到白色所需時(shí)間加上從白色變到黑色所需時(shí)間。

LCD有響應(yīng)時(shí)間的問題是因?yàn)?，LCD是以液晶分子的旋轉(zhuǎn)角度來控制光線的亮暗程度，而液晶分子的旋轉(zhuǎn)時(shí)需要時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間分為上升時(shí)間和下降時(shí)間，對TN型液晶屏來說，驅(qū)動(dòng)電壓從低電壓變成高電壓時(shí)畫面會從白色變成黑色(電壓上升)，因此白色變成黑色所需時(shí)間就是上升時(shí)間，而驅(qū)動(dòng)電壓從高電壓變成低電壓時(shí)畫面會從黑色變成白色(電壓下降)，因此黑色變成白色就是下降時(shí)間。MVA和IPS型液晶屏則剛好相反，黑變成白是上升時(shí)間，白變成黑是下降時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間的定義就是上升時(shí)間加下降時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間越快越好，響應(yīng)時(shí)間如果不夠快，則在播放快速運(yùn)動(dòng)的畫面時(shí)就容易出現(xiàn)圖像模糊的顯象。目前液晶電視所使用的液晶屏的響應(yīng)時(shí)間一般在16ms～30ms之間，預(yù)計(jì)將來能將反應(yīng)時(shí)間控制在10ms以下。這里其實(shí)有一個(gè)誤區(qū)，黑白之間的響應(yīng)時(shí)間與黑灰、藍(lán)綠、黃白之間的響應(yīng)時(shí)間無關(guān)。例如，如果你從0伏特開始，對液晶分子增加1伏特電壓，以改變黑色和白色，當(dāng)電壓達(dá)到最大值時(shí)，液晶便會竭盡所能地快速移動(dòng)。假設(shè)你想顯示黑白之間的灰色。你這時(shí)只需要加一半的電壓，此電壓值對液晶的刺激度較低，因此移動(dòng)的速度也較慢。色彩變化的每個(gè)階段都會產(chǎn)生與前一個(gè)階段不同的反應(yīng)時(shí)間。

如果液晶屏上某一點(diǎn)的顏色從淡紫色（RGB中的184、128、