液晶显示器——LCD技术指南.docx

拨开液晶显示器迷雾 LCD 技术指南作者:刘泽申 来源:gzeasy 类别:硬件文库-计算机组装与修理 日期:2022.05.18 前言：或许就是在今年，一连串的液晶价格大战和各种液晶促销活动才让群众知道了液晶显示器这个名词。同时，这一连串的宣传也让液晶的概念深入人心。在大家买电脑的时候，往往问得最多的就是：显示器是液晶的吗？但是大家又是否了解在液晶显示器背后的各种技术？液晶显示器是否真的适合你？除了液晶显示器还有什么的显示技术？现在，就让我们来告知你答案.原理篇：大家或许都对液晶的优点和缺点略知一二。他优点在于没有辐射，体积小巧、耗电量低等，固然视角窄、响应速度慢而且颜色表现力不佳也是众所周知的。但是为什么会有这些优点和缺点呢？生怕我们就需要从液晶显示器的原理入手。呵呵，不要担忧，我们所说的原理只是皮毛而已，浅显易懂：POK，现在就让我们来看看液晶显示器的根本原理。大家在看液晶显示器的时候肯定能觉察TFT 这个缩写， 实际上这个就是液晶显示器的掌握单元薄膜晶体管的缩写。固然，在一些彩屏手机和 PDA 上，也使用显示效果较差，但更为省电的 STN 及 DSTN(被动矩阵液晶显示器)。我们日常电脑上用的液晶显示器通过 T FT 来掌握每一个像素的通光量从而显示图形。正由于如此，我们也把它称作主动矩阵薄膜晶体管液晶显示器(Active Matrix TFT LCD)。LCD 的根本构造LCD 显示器的侧面构造既然是这样，我们又为什么称他为液晶显示器呢？呵呵，所谓液晶其实就是一种介乎于液体和晶体之间的物质。他的奇异之处是可以通过电流来转变他的分子构造。正由于如此，我们可以为液晶加上不同的工作电压，让他掌握光线的通过量。从而显示变化万千的图像。液晶本身并不会发光，因此全部的液晶显示器都需要背光照明。一般来说背光源就是多个冷阴极灯管。背光灯管在液晶显示器翻开的同时就始终被点亮的。而为了掌握透光率，人们把液晶单元放在了两片偏振玻璃片之间。这样，当液晶单元没有被加上电压的时候，处于初始状态，这样背光在通过时就会被被液晶单元的特别分子构造所极化，光线被扭曲 90 度， 从而通过前面的偏振玻璃被人们所感知。同理，当液晶单元被加上电压之后，他的分子构造会被转变，这样光线的角度并不会被扭曲。于是光被显示器前面的偏振玻璃所阻隔，无法被人们所感知。左边的液晶单元没被加上电压。因此光线被偏转 90 度之后通过前面的偏振玻璃而右面的液晶单元被加上电压后并不会使光线偏转，因此光线无法通过前面的偏振玻璃，因此无法被人们看到这幅图中我们看到了光线是如何通过整个 LCD 显示器，从而被人感知的但是由于背光源不能高速的关闭和翻开。而最前面的偏振玻璃也不行能完全阻隔光线的透过。因此要在LC D 上实现全黑的画面就格外困难了。随之而来的就是液晶显示器的比照度问题。人眼可以承受的比照度一般在 250：1 左右。而 CRT 显示器可以轻易的到达 500：1 甚至更高。但是 LCD 至今还在 400：1 的线上挣扎。比照度的降低，图像的锐利程度也就会随之降低。在液晶单元受到电压直到完成分子构造的变化，存在肯定的延迟。这样也就有了众人所关注的液晶响应延迟。一般来说为液晶显示器从全黑到全白和从全白到全黑的时间并不是对称的。这样我们就多出了所谓的液晶响应时间的上升延迟和下降延迟。与此同时当背光偏振玻璃、液晶及取向膜后，最终的输出光就有了特定的方向特性，而其中绝大多数的光俱备了垂直的方向性。这样，当我们从非垂直的方向上去观看液晶显示器的时候，往往由于射出光的垂直方向性，并不是全部光都能通过我们的眼睛，于是这时候往往液晶显示器会呈现一片漆黑或者是颜色失真。这也就是液晶显示器的视角问题。不过，现在针对 LCD 的视角问题已经有了众多改进的技术，譬如 MVA 等。而 LCD 显示器在使用中也很少会遇到多人同时观看的场合。所以视角问题的严峻性相对较小。让人头痛的 LCD 视角问题同时为了表现颜色，面板必需被分割且制造成一个个的小门或开关来让光通过。这个步骤看起来很简洁， 但是实现起来就格外困难了。而且涉及到的技术格外浅显。这里就不多说了。当我们的液晶面板有了众多的开关和小门之后。为了得到我们想要的颜色，我们还需要为每个像素安上滤色片。这样背光透过之后就会有了各种不同的颜色。大家知道，三原色可以构成我们所需要的各种其他颜色。于是液晶面板上的每个像素都被再次分成红、绿、蓝三种颜色。我们把每个这样的单元称做液晶像素的子像素。单个像素中包含 RGB 3 个子象素尽管三原色几乎能够构成我们现实生活中的全部颜色。但是 LCD 从本质上来说是数字的！当我们把它和显卡 D-SUB 连接的时候，D-SUB 输出的模拟信号将会被 LCD 内部模拟数字转换器转换成数字信号，从而产生加在液晶单元上的电压。这也就是说液晶显示器所能表现的颜色将会受到液晶本身的模拟/数字转换器位数的限制。而在模拟数字的转换过程中，也将会导致颜色品质的降低。在绝大局部主流液晶显示器中模拟数字转换器都是 18Bit 的，也就是说他们能够表现的颜色只有262144 种2 的 18 次方。而能够让人满足的颜色表现力量的底线一般为24Bit，也就是16777216 种颜色。相比之下传统的 CRT 显示器的 32Bit 颜色表现力量实在是出类拔萃。固然，市场上也存在每通道 8Bit 每通道甚至是 10Bit 每通道的液晶显示器，但是他们的价格实在是惊人。或许受限于电压掌握的精度有限，和可用的电位数目有限。在颜色表现力方面 LCD 或许永久不是CRT 的对手。呵呵，这也是少见的模拟设计优胜于数字设计的例子。大家不要以为模拟的东西一无是处哦：值得留意的是，液晶所能表现的像素是由制造时有多少小门和开关打算的。这也就意味着液晶显示器的的物理区分率总是固定不变的。一般 15 寸的液晶显示器区分率被定为 1024x768。这样，在液晶上也就是有3 072x768 个小门由于一个像素需要 3 个子像素才能表现颜色，所以在这里的 1024 需要乘以 3。那你或许会问：我的液晶显示器也可以工作在 800x600 甚至 1280x1024 的区分率下呀？事实上，在日常应用中不行能永久都是用一个一样的区分率。家庭用户更是如此。在传统的 CRT 显示器中，只要只要调整电子束枪的偏转电压，就可接收的区分率。但是对于液晶显示器就简单得多了。为了让液晶显示器的适用范围更广，因此我们必需通过插值运算来支持其他区分率，这时显示器中的处理器会通过运算打算哪一个像素该放大而那一个不须放大。而实际上液晶显示器的区分率并不会因此而转变。由于全部的像素并不是同时放大从 640x480 区分率到 1024x768 区分率放大倍数为 1.5，这就存在了缩放误差。实际上很多人都觉得在液晶显示器上使用非标称区分率时，文本显示的效果强差人意的缘由正在于此。让人不适的缩放误差正来源于此呵呵，到这里，LCD 的理论大家已经把握得差不多了，现在让我们一起去实践一下吧： 实战篇：为了更好的说明问题，我们任凭找了某厂商的 LCD 产品技术参数：现在就让我们逐一看看这款 LCD 显示器的能耐:P首先我们自然就看到了LCD 显示器的最重要的参数LCD 面板尺寸。LCD 面板尺寸和CRT 的不同之处在于。LCD 面板是计算可视尺寸的。因此 15 寸 LCD 显示器的实际显示面积往往和 17 寸的CRT 显示器的显示面积相差无几17 寸CRT 显示器的可视面积在 15.615.9 之间。同理，一台17 寸的LCD 显示器的实际显示面积也就和一个 19 寸 CRT 显示器差不多了：之后我们便看到了这款液晶显示器的最大区分率。还记得我们上面所说的吗？液晶显示器的区分率是固定的。因此在日常使用中我们应当尽量使用和他最大区分率一样的区分率工作，这样才不会产生让人不适的缩放误差。最大区分率我们了解了之后，就轮到可视角度了。这款显示器的可视角度在左右上下分别到达了75757555 度。这是格外不错的成绩了。固然，受限于LCD 的工作原理，我们似乎永久也无法作出全视角的 LCD 显示器？液晶显示器的视角困扰看完 LCD 显示器的视角之后，我们还要对LCD 显示器的亮度进展考察。这款显示器的亮度为 250Cdm2。但这是什么意思呢？实际上 Cdm2 是亮度的单位。也有人把它称作平方烛光。事实上，在以前我们无法准确计量亮度的时候，往往把被测物和国际标准鲸鱼脂蜡烛的亮度进展比照，从而得出的数字。时至今日，虽然我们有了更先进的测量方法，比照的发光物也从原始的蜡烛换成了确定黑体的 2045K 的发光强度。但是很多人照旧没有转变对这个单位的称呼。对于液晶显示器来说，亮度往往和他的背板光源有关。背板光源越亮，整个液晶显示器的亮度也会随之提高。而在早期的液晶显示器中，由于使用 2 个冷光源灯管，往往会造成亮度不均匀等现象，同时间明度也不尽人意。始终到后来使用 4 个冷光源灯管产品的推出，才有了不小的改善。这里有一点要提示各位的是，LCD 的背光源的寿命也是有限的，往往长时间使用之后，亮度会渐渐下降。固然，很多的 LCD 厂商都在产品的保修承诺中对失效的冷光源灯管进展更换。所以大家也不必太担忧。液晶显示器冷光源灯管比照度是我们不行无视的参数。之前的原理篇中我们已经争论过比照度的重要性，而 LCD 的比照度往往由于自身工作原理的限制难以和 CRT 显示器相提并论。日常使用的阅历告知我们，在绝大多数的状况下，比照度能够到达 350:1 就能更让人格外满足了。而这款产品的 400：1 的比照度信任能够更加符合人们的需求。所谓的整体讯号反响时间也就是上面我们所说的液晶显示器的液晶单元响应延迟。这里的 164+12ms 数字则告知我们这款液晶显示器的整体响应时间为 16ms，其中上升时间需要 4MS，而下降时间需要 12MS。这里的上升和下降时间，实际上就是指的液晶单元从一种分子构造转变成另外一种分子构造所需要的时间。固然，我们可以通俗的说是液晶显示器由明转暗和由暗转明所需要的时间。我们常常看的电影是依据25FP S 播放的，也就是在 1 秒中内要显示 25 张图片。于是每个图片停留的时间只有 40ms。固然，在玩譬如CS 之类的第一人称射击的玩耍的时候，往往需要 60FPS 甚至更高的速度。因此液晶显示器的响应时间越短越好。那 CRT 显示器呢？实际上CRT 显示器也有响应时间延迟，只是这种延迟低于 1MS，所以我们难以觉察而已。鼠标指针高速移动之后由于响应延迟带来的拖尾信号输入模式对于液晶显示器来说也很重要。绝大局部中低档的液晶显示器是通过显卡的 D-SUB 接口承受模拟信号，然后通过内部的处理器转换成数字信号的。而显卡本身输出的也是数字信号，数字信号通过RA MDAC 之后才转变为模拟信号。但是在转换和信号传输的过程会对颜色造成肯定的损失。而模拟信号通过显卡的低通过滤电路之后，画质更会受到不小的影响。为了避开这样的反复转换，就诞生了直接使用数字进展传输的 DVI 接口。可是由于本钱等缘由，还有不少的 LCD 显示器并没有供给 DVI 接口。这样无疑阻碍了LCD 画质的提高。假设你预算不紧急，同时显卡有 DVI 接口，那在购置LCD 显示器的时候记得选择有数字信号输入的产品。DVI 信号传输流程似乎很少有人关心 LCD 的耗电量？我们从这个参数中可以看出LCD 的最大耗电量也才仅仅 40W，相对于CR T 显示器可以说是节能环保了。事实上这也是众多大机构全面承受LCD 的重要理由之一。TCO99 认证生怕通过媒体的宣传早已经深入人心了吧？且慢！ LCD 不是没有辐射的吗？为什么还要有个TCO99 认证？不是多此一举？呵呵，事实上 TCO99 认证除了对显示器的辐射提出了严格的要求之外，还对显示器的制造材料和制造过程提出了众多的要求。TCO99 要求用来制造显示器的材料不能对人体有害，同时也不能损害环境。现在市场上绝大局部液晶显示器都已经通过 TCO99 的认证。所以这点我们也不用过于担忧。将来篇：液晶将会在不久的将来一统天下？或许这样的一天永久都不会到来。尽管在 2022 年，各种关于液晶显示器的宣传铺天盖地。同时，液晶显示器令人诟病的响应时间在 16ms 液晶面板大量投产之后显著改善，而 MVA、IPS 等技术也让液晶显示器的可视角度大大提高。生产技术的成熟再次让液晶显示器的价格大幅下滑。假设说 2022 年只是液晶风暴的前奏的话，那 2022 年无疑是液晶显示器实现飞跃的时间。来自友达光电 LCD 制造流程点击放大不过液晶显示器在很多方面尽管有了长足的进步，但相比传统的 CRT 显示器，照旧存在不少劣势。颜色表现力和价格都是阻碍液晶显示器全面推动的绊脚石。这些缺点同时还阻碍了 LCD 向高端市场的进军。面对这些问题，LCD 生产上已经全力在改进这个问题，除了上面提到的MVA 等技术之外，Samsung 等电子厂商已经开发出了 10ms 响应时间的LCD 面板，以及更高区分率的LCD 面板。过不了多久就能全面投产。不过与此同时在 LCD 后面早已经聚拢了一大群有力的竞争者。OLED有机发光显示屏假设研发进展顺当， 生怕是其中最具竞争力的挑战者。这项技术相对于传统的 TFT LCD 而言，有着众多的优势：超薄，厚度只有 1 毫米左右，超轻，广视角，自发光，不需要背景光源，刷速度快是液晶的 1000 倍，高清楚，低能耗，低温特性优良零下40 摄氏度性能照旧良好，制造本钱低，可以实现松软显示即屏幕可以卷曲。OLED 的关键元件包括ITO 导电玻璃、小分子有机材料、封装相关材料、高纯度金属材料、低温多晶矽TFT 技术及驱动 IC。以材料需求面来说，TFT-LCD 需要玻璃基板、背光板、偏光板、彩色滤光片及液晶材料等， 总计加起来的面板厚度约近 1 公分左右，但OLED 的材料则仅包括 1 片约 1.3mm 的玻璃基板以及小于 0.3mm 的高纯度金属材料及 ITO 导电玻璃等，合计总厚度小于 2mm，二相比较下，OLED 的面板厚度仅约TFT LCD 的 1020%，因此OLED 不但比 TFT LCD 削减很多材料，也因此降低了生产本钱，此外由于OLED 与TFT LCD 的发光源不同，因此也设有视角上的顾虑。目前。很多日本厂商已经开头试生产OLED 的产品。一旦全面量产，对于 LCD 的冲击可想而之。试验室中的 OLED在大幅面显示领域，PDP 技术则有着确定的掌握力。PDP 的全名是等离子显示器Plasma Display Panel 是利用惰性气体电子放电，产生紫外线激发所涂布的红、绿、蓝萤光粉，呈现各种彩色光点的画面。PDP 的消灭，使得中大型尺寸约 4070 寸显示器的进展应用产生极大变化，以其超薄体积与重量远小于传统大尺寸 CRT 电视，在高解析度、不受磁场影响、视角广及主动发光等胜于TFT-LCD 的特点，完全符合多媒体产品轻、薄、短、小的需求。最为关键的是，PDP 显示器相对于LCD 能够更简洁制造出超大幅面的显示设备。现今市场上 40 英寸甚至 52 英寸的PDP 产品我们都能够轻易找到。信任解决了耗电量和寿命的问题之后，将会全面统治大屏幕显示设备市场。LED 在这方面看来是难有作为了。Pioneer 61 寸等离子显示器最终，我们还想向大家介绍一下 TCO03 标准。没错是TCO03 而不是我们生疏的TCO99。随着显示设备的进步，越来越多的显示器都能到达 TCO99 的认证标准。TCO 其实是瑞典专业雇员联盟就电子设备制定的安全及环保标准。而针对显示器的进展到今日已经有了 TCO92、TCO95、TCO99 等几个标准。他们一个比一个对显示设备的要求严格。而 TCO99 标准则更是规定了显示器的制造材料要符合安全及环保标准。随着时间的进展原有的 TCO99 标准已经难以适应的 LCD、PDP 显示器了。于是TCO 联盟开头制定最的TCO03 标准。的标准估量将会在 2022 年中公布，而其中将会对显示器的制造、生产、辐射、亮度等提出更高的要求。在显示器行业，TCO 是公认的标准规格之一。各个厂商都在以通过TCO 的认证标榜自己的产品安全、低辐射信任随着 TCO03 的推出，将会有更多的厂商被无情的淘汰，也将会有更多的优秀产品凸现。结语：显示设备的进展实在是日月异，姑且不提让人惊异的显卡，光是这些和我们朝夕相对的显示器就够我们琢磨一阵子的了。在2022 年初，我们推出这样的一篇文章和大家共享，其实就是想告知大家，显示设备中不但有显卡，更有始终悄悄陪伴我们的显示器，而这些显示技术的每一个前进的脚印，都让我们感动，让我们期盼。最终，期望大家都能从这篇文章中获益。_