液晶显示设备专题

drocee

液晶显示设备专题

原创

液晶既LCD，是英文LIQUID CRYSTAL DISPLAY的所写，也就是液态晶体显示的意思。作为一种新的显示技术，LCD显示设备具有体积小，重量轻，环保低辐射，清晰度高，色彩逼真等多方面的优势，可以说在新一代的LED和OLED产品的大工业生产的时代到来前，在传统的CRT显示设备逐渐没落而PDP显示设备不能担当大任的时候，LCD将是显示设备市场上毫无疑问的王者，现在我们就来用相对通俗的语言，对LCD显示设备来做一个专题介绍，同时也为想选用LCD显示器但又不了解如何选择的朋友们，提供一些建议。

首先，液晶是什么，大家小时候学到物质包括固态，液态和气态，可能我们的老师们怕你当时那个小脑袋瓜装不了那么多的东西，所以没有告诉你，实际上物质还有液晶态和等离子态，这个液晶态是在1888年一个植物学家在研究胆固醇分子的时候发现的，是介于固态和液态之间的一种物质形态，举个大家非常熟悉的例子，你把一块肥皂泡在水里，一段时间后肥皂上面生成的那层软软的白色的东西，就是介于肥皂本身固态和肥皂水的液态之间的液晶态。在液晶态中，物质是以一种液晶晶体的形式存在的，有的物质的液晶体是扁的像碗一样，有的则是像油条一样长条型的，还有的像是线轴，是椭圆梭型的，我们的液晶显示设备中使用的就是这种形态的液晶分子。液晶晶体在排列时是比较有规则的，要么是分成一层层的排列，每一层里大家的长轴都倒向一个方向，或者是大家都把长轴朝向一个方向但是不分成那么明显的层。但是不论怎么排列，液晶分子在显示技术中能够得以被重用是因为他有两个非常有意思的特性。第一是介电系数差异，简单说来就是椭圆形液晶分子的长轴方向和短轴方向传导电的特性有所差异，从而使长短轴对电场的感应是有差异的，因此在电场的作用下，会转动自己的身体以适应电场方向。第二是折射系数差异，也就是说液晶分子的长轴方向和短轴方向对于光的折射方向和透射强度是有差别的。这时大家可能已经明白了，液晶显示的基本原理就是通过为液晶分子施加电场，使其转变方向，从而改变对光的折射方向和透射度，从而使不同亮度的光可以透过液晶分子显示，从而让观察者得以看到不同灰度的画面。

液晶显示是一种被动显示技术，也就是说液晶本身不发光，而是通过使光透过液晶要观察者看见。那么这个光由何而来呢？就需要通过在液晶屏的后面部分放置一块平面光源，目前的液晶显示器和液晶电视上，这个背光源是通过将CCFL（冷阴极射线管）灯管放置在背光部件内，在靠近液晶面板的一方放置散光材料，在灯管后面和侧面放置反光材料，以使灯管的线光源能够被尽可能地转变为面光源，投射到液晶面板上，从而实现观看的效果。根据屏幕大小，使用的灯管数量和灯管形状也会有所不通，比如在15寸产品上一般采用2根-4根直型灯管，而在32寸产品上，既有采用8根直型灯管的产品，也有采用4根U型灯管的产品。灯管和其组成部分，被统一称作液晶屏的背光部分，这一部分的质量，如灯管的形状，亮度，数量等，和液晶面板的最终的亮度，均匀性等性能指标都有密切的关系。

在介绍液晶屏的核心部分前，需要给大家补充偏光片的知识，我们知道光是一种波动，而偏光片的作用就是类似于一个为光设计的栅栏，当这个栅栏被垂直放置时，那只有光波在垂直方向上的波动可以通过，而水平方向上的波动会被屏蔽掉，同理当这个栅栏被水平放置时，那么只有水平维度上的光波可以透过。大家可以想象一下，如果我们在一块水平放置的偏光片后再放置一片垂直放置的偏光片，那么光在经过第一次偏光片后会只剩下水平方向的波顶，而水平方向的波动会全部被第二块垂直放置的偏光片所屏蔽，我们在2块偏光片后是看不到任何光的。

液晶屏的本体部分，就是通过在2个偏光片之间使用玻璃，制造出一个非常薄的密封的空间，这个区域是被分成一个一个的小格子，也就是在液晶屏上能看到的像素点，然后在每一个格子的上下玻璃上放置电极（这个部分就是我们所说的TFT，THIN FILM TRANSISTOR即薄膜晶体管），在格子里灌注液晶分子，然后在后部采用背光源照射。这些液晶分子在电极不带电时，不会将从背光源发出并经过第一片偏光片处理过的光进行折射，这时这些光在透过液晶分子照射到第二块偏光片时，就无法通过，这时屏幕就会显示为黑色。当电极通电后，液晶分子发生扭转，对光进行折射，将光的波动方向扭转90度或270度，由水平改变为垂直，这时光可以通过第二块偏光片，则观察者可以看到白光。通过调整每一个像素的电极上加的电压的强度，可以使没一个像素的液晶分子扭转不通的程度，从而实现不通强度的光得以透出，显现出从白到黑的不通灰阶。

对于彩色LCD显示器，我们知道色光的3原色红绿蓝，也叫RGB，为实现彩色显示，液晶屏在面向观看者一侧的偏光片和玻璃之间，增加了一层滤光片，这个滤光片的原理是将对应液晶屏上每一个小格子（像素）的部位，分别用颜色覆盖，将靠在一起的3个点分别用红绿蓝三色覆盖，这时光线在经过3个小格子后分别透出红绿蓝三色光，由于每个格子非常小，因此相邻的3个格子的光混合起来就变成了白光，同时通过调整相邻的3个像素点透光的不同亮度，从而实现改变三个像素点中的RGB三种颜色的组合比例，从而实现各种颜色的显示。这就是彩色LCD液晶显示器的基本原理。大家可以参考下图中的示意图。


[ 本帖最后由 drocee 于 2008-6-19 11:28 编辑 ]

drocee

在明白了液晶的显示原理后，我们来讨论一下大家在选购液晶显示设备中经常被忽悠的一些方面。首先从大家最关心的屏的类型开始。
目前市场上所经常听到的包括TN屏，VA屏，IPS屏，CPA屏等，VA屏又包括MVA和PVA，MVA又有升级的P-MVA等等，他们之间到底有什么区别呢？有的人说VA好,TN不好，有的说硬屏比软屏好，这些到底对不对呢？

TN屏，VA屏，IPS屏以及CAP屏等都是根据液晶分子的排列方式和电极的排放方式来区分的，其中TN屏是最早得到大量应用的一种。 TN即Twisted Nematic(扭曲向列型)面板，其液晶分子的排列类似下图，在不通电时是呈现平行的分层排列，在电极通电后则发生垂直扭转，注意最上面和最下面的一层液晶分子由于受到导向膜（贴在玻璃基板内侧带有细微的凹槽，可以起到固定最外层液晶分子朝向的作用）的作用，是不扭转的。：


在选购的过程中，如果大家拿放大镜去仔细查看面板，会发现TN屏的面板像素一般是下面这样的排列：



TN屏的特点是液晶分子的排列简单，扭转速度快，一般来说响应速度比较好，但是其灰阶显示和颜色还原能力比较弱，只能达到6bit（2的6次方），也就是说每一个像素点只能输出0-63阶不通的灰阶，由于每3个像素对应RGB三原色，则TN屏的整体色彩显示能力为64种R*64中G*64中B=26万色，这也是我们在早期的手机屏幕上能达到的极限色彩数。由于我们大家的显示卡一般输出的颜色都可以达到1677万色真彩色，TN屏在做电脑显示器时就有所不能了，为了改进这个问题，屏厂家在供显示器和电视使用的TN屏上，增加了FRC（FRAME RATE CONTROL）技术，这项技术被形象地称为“抖动技术”，其原理是通过将一个像素点的灰阶不停变化来模拟其无法显示的灰阶，通俗地说，比如TN的一个像素点只能显示0，1，2.。。。。63的共64级灰阶，那么通过将这个像素点在0灰阶和1灰阶间不停地快速切换，由于人的视觉残留，给观看者就会带来类似于0.5灰阶的效果，从而模拟实现了对于本身所不能支持的灰阶层次的显示，但是这种方法涉及到的技术阻力是，液晶屏必须支持倍频的能力，否则就会不可避免地出现画面的抖动。所以在目前实际应用中，厂家是通过另外的一种方法，将相邻的4个像素划为一个组合，通过对4个像素灰阶的组合，来实现对所不能支持的灰阶的显示能力。比如将4个像素分别显示0，0，0，1，由于每一个像素的面积非常的小，这时由于光的干涉和人的视觉残留，观察者在观看这块区域时，看到的就是类似0.25灰阶的图像，通过这种技术，本来6bit的TN屏也可以实现从0，0.25，0.5，0.75，。。。。63一共是253级灰度的显示，这时可以实现的总的色彩显示数是253R*253G*253B=1622万色，这就是为什么我们在选购显示器时，即使TN屏也可以宣称支持显示1600万色的缘故。
TN屏本身的可视角度是比较小的，目前我们看到的TN屏一般都是在TN屏的基础上再增加一层FILM补偿膜，这样在对比度>10:1的标准下，TN屏的可视角度也可以达到160度甚至更高。目前市场上绝大部分的26寸以下的显示器，甚至包括一些26寸的液晶电视，使用的都是6BIT+FRC的TN-FILM屏，虽然TN的颜色还原比较差，但是他的响应速度是最快的，尤其是玩一些比较要求响应速度的游戏，如CS等。现在的一些TN屏，如SAMSUNG的B-TN屏，通过技术改进，对比度可以达到700：1甚至1000：1，灰阶显示能力进一步加强，可以说与VA屏的差距是比较小的。

再说VA屏，VA屏Vertical Alignment即（垂直配向）技术，VA屏的液晶分子排列是类似于下图的：


VA屏与TN屏的差别在于在基板的底部不是平的，而是有上图中的凸起，在扭转时液晶分子是以朝向凸起的方向为中心进行扭转的，这样如图在3个观察者的位置，中间观察者看到液晶分子的侧面45度左右折射后的灰阶效果，而左右2个观察者看到的分别是90度和0度的液晶分子折射后的灰阶效果，即实际看到的也是接近于45度倾斜的液晶分子的折射效果。这样大家可以看出VA屏比TN屏的可视角度是有很大提高的，一般都可以达到170度以上。但是VA屏的最大优势不在这里，VA屏的最大优势是它可以提供真正8BIT的灰阶效果，也就是说每一个像素都可以显示0-255共256阶的灰阶，这时能显示的颜色数量是256R*256G*256B=1677万色，也就是我们所说的真彩色。VA屏一般是在大尺寸的液晶电视上使用的，成本较TN屏昂贵，同时由于VA屏的液晶分子排列要更复杂，其扭转过程耗费的时间更多，因此一般说来VA屏的响应速度比TN屏要慢。
在VA屏的技术里，分别有2个阵营，一个是有富士通主持开发的MVA技术Multi-domain Vertical Alignment（多象限垂直配向技术），台系的大厂友达AUO和奇美CMO均是这一阵营的。另一阵营则是SAMSUNG主推的PVA技术Patterned Vertical Alignment（暂翻译为图组垂直配向技术吧），SONY等也与SAMSUNG共享屏资源，其中PVA技术比MVA技术先进的地方在于在TFT，也就是我们说的电极的部分采用了透明的ITO电极，这样增加了液晶屏每一个像素的开口率（可透光的面积占像素总体面积的比例），从而提高了背光透过的效率。在这2大阵营里，MVA的改进产品P-MVA和PVA的改进产品S-PVA都已经达到了非常好的可视角度（176-178），同时在响应速度上也大大的提升了（8MS甚至更快），可以说基本可以满足各方面的使用要求了（跟TN比就1个字，贵~），不过这种屏一般都是使用的大尺寸液晶电视上。VA屏拿放大镜看一般是下面这个样子的：



再说IPS屏，国内的消费者被某个无良的电视厂家一顿忽悠说硬屏比软屏好，这里我就不点名了。在4种屏里，出了IPS比较硬外，其余3中都算是软屏（在按压的时候有明显的水波纹，硬屏水波纹则非常小），IPS与VA和TN等不同的地方在于他的电极不是安放在上下的，而是平行放置在一个平面上，他的液晶分子也是只在水平方向上扭转，而不进行垂直扭转。IPS技术由日立最先发起，现在LG-PHILIPS和台系的瀚宇彩晶加入了IPS的阵营。IPS的优势在于可视角度，色彩等都不错，成本低，但是容易漏光，黑色不纯，需要加光学膜来改善效果。上文提到的那个无良的电视厂家，由于自己投入了LG的怀抱，因此大肆鼓吹IPS多么好，硬屏多么好，大家尽量不要被误导。下图是IPS的液晶排列方式：


以及拿放大镜来看时屏的样子：


CPA的屏Continuous Pinwheel Alignment（连续焰火状排列）是SHARP专用的，一般不外卖，说白了，没有最贵只有更贵，SHARP号称液晶之父，对这个屏就不再多做解释了，小尺寸的显示器上是见不到的，大尺寸电视上，有钱的就买好了，不会失望的。用放大镜看是这个样子地：


[ 本帖最后由 drocee 于 2008-6-19 11:22 编辑 ]

customer

很全面~顶一下！

红发78

原创的文章一定要顶。
写的不错、LZ辛苦了、、、

drocee

自己写的

猫耳萝莉

沙发? 转的?

drocee

介绍了屏之间的差异，我们再来看看LCD的那些被厂商吹得漫天飞舞的性能指标到底都是怎么回事：
亮度：指LCD显示设备在纯白场信号下所达到的亮度指标，以CD/M2为单位，亮度与LCD显示产品的背光源，LCD屏幕开口率，机芯调校等有直接的联系，这里最直接的还是背光源的性能，一般来说，灯管的数量越多，功率越大，亮度越高，则LCD的亮度也会越高，但是同时灯管数量增多了，功率和成本都会增加。一般目前的大尺寸液晶电视上亮度指标在400-500CD/M2之间，而小尺寸显示器中，以200-300CD/M2最为常见。这里特别指出，LCD的高亮度会给眼睛带来很大的伤害，人眼近距离比较合适的亮度一般在100-200以内就可以了，所以对于亮度指标大家没必要过于攀比。
对比度：指LCD显示设备在输出纯白场信号和纯黑场信号时，屏幕显示的亮度间的比值。注意在机芯输出的100%亮度白场信号和0%亮度黑场信号间的其他信号，都称之为灰场信号。比如一个显示器在纯白场时亮度测得是300CD/M2，在黑场信号中测得亮度是0.6CD/M2，那么这个机器的对比度就是500：1.为什么黑场信号也会有亮度呢？那是因为在黑场信号时，LCD的背光也是亮着的，只不过液晶分子的状态，使光线不能被折射到与外层偏光片相一致的方向上，从而被外层的偏光片阻隔，但是这种时候液晶分子的折射也不能做到100%使光被外层偏光片拒绝，导致会有微弱的一部分光透过，从而形成亮度。一般来说，在黑场信号下对亮度控制的越低，也说明了厂家的机芯调校能力以及屏的体质越好，像SAMSUNG的某几款电视号称2000：1的对比度甚至更高，这时屏本身的亮度还是500CD/M2，但是黑场的亮度可以控制在0.25CD/M2以下，从而实现了非常好的对比度。好的对比度意味着黑的更黑，层次更好。所以个人认为对比对是比亮度更重要的参数。
可视角度：可视角度是设定一个对比度临界值，一般是10：1，在保证此对比度的情况下，从侧面观测画面所能达到的最大角度是多少。一般来说这个角度是越大越好，不过当只作为小尺寸（<26寸）显示器使用时，稍低些也可以接受。注意可视角度分为水平方向和垂直方向两种，水平方向更为重要。一般TN屏水平方向都在160度以上，大尺寸电视采用VA屏一般都在176度以上。
亮度均匀性：指屏幕各个部分的亮度的一致情况，由于液晶是采用CCFL灯管发光的，由于灯管不是纯粹的面光源，即使加上散光的模块，也无法使光完全变成面光源，这时在屏幕的不同位置，亮度就可能存在差异，一般的测试方法是在屏幕中心及边缘上选取9个点或5个点，测试出亮度最大值和最小值，求出最小值与最大值的比例。目前一般的面板9点测试下都可以达到0.7以上的均匀性。
响应速度：这个是LCD性能指标中争议最大的一个了，分为全程响应速度和灰阶响应速度两种衡量方法，其中全程响应速度是指液晶像素由输出纯黑到纯白再到纯黑的全过程所需要的响应时间，特别注意早期标准中定义全程响应是指由10%亮度到90%亮度+90%亮度回到10%亮度的时间，简称Ton+Toff,或者Tr+Tf，这种衡量方法存在很大问题，因为液晶分子在从静止到开始扭转，以及从扭转中到静止定位的过程，也就是说从0到10%以及从90%-100%的过程是最耗时间的，因此上述的测量方法实际上是把这段时间没有计算在内，因此夸大了显示器的响应速度。同时鉴于在日常使用中，很少出现由纯黑到纯白的转换，因此业内引入了另外一个衡量响应速度的指标，就是灰阶响应速度。
灰阶响应速度，顾名思义指液晶分子从1个灰阶到任意另外一个灰阶时所需要的时间，也叫GREY TO GREY响应速度或GTOG响应速度，这个指标更能描述在日常使用中的真实性能状况。
由于液晶扭转的过程中，想要液晶分子扭转不同的程度，需要为其施加不同大小的电场强度，因此在由纯黑向纯白扭转的过程中，由于施加的电压直接达到最大，所以反而液晶分子响应的速度可能会更快，而在由30%灰阶向40%灰阶扭转的过程中，施加的电场强度小，反而可能会扭转的慢些。针对这种情况，部分厂家推出了OVERDRIVE的技术，原理就是即使在需要液晶分子扭转较小程度的时候，也直接施加一个较大的电压，使液晶分子获得比较快的反应，这种技术可以提高液晶显示屏的灰阶响应时间，但是对改进全程响应时间上意义不大。
分辨率：这个是跟液晶本身体质有关的，如15 寸普屏是1024*768，19寸宽屏是1440*900，18.5宽屏是1366*768等等，这一点没什么好作假的，一笔带过。
色深/灰阶显示能力：这个实际上都是与屏本身是6BIT,6BIT+FRC还是8BIT有关，大家参见前面的介绍，一般目前TN屏辅助以FRC技术可以实现接近8BIT的色深和灰阶显示能力，VA屏及IPS等一般可以直接实现8BIT的色深及灰阶显示能力。
色彩：也参见TN屏的介绍，6BIT+FRC的TN屏可以近似实现1622万色的显示，8BIT的VA屏可以实现1677万色的显示。
色温：即屏本身的原生色温是多少，一般来说小尺寸（32寸以下）的液晶一般原生色温都在6500K，大尺寸则可能在9300K甚至12000K。这个色温是可以通过机芯来调校的，也就是说19寸屏一样可以实现10000K以上的色温，只是这样做，调校的难度会比较大些。
寿命：一般指屏幕亮度衰减到一半时的寿命，平均都在30000小时到60000小时间不等，主要取决于灯管寿命。
WCG：WIDE COLOR GAMUT即广色域技术，SAMSUNG、SONY推的比较多，一种通过改进灰阶显示能力来扩大可显示的色域的技术，主要见于大尺寸高端液晶电视。
高清：这个高清是目前市场上宣传比较大的一个概念，短短几年从显卡到显示器，从接口到信号，大家统统向高清看齐了，这里给大家明确几个关于高清的名词，防止大家后续被忽悠。
首先高清HD即HIGH DEFINITION,在显示行业，一般把能支持720P和1080I信号的处理和显示的系统都可以称之为HD，即720逐行扫描和1080线隔行扫描，大家可能对这个没有多大的概念，对比来说，你平时看的模拟电视节目一般是480I或者576I的解析率，数字节目如看DVD等，一般可以到480P，再好的可以到720P甚至1080I,720P和1080I就是你目前看普通DVD所能找到的最好的效果，到了720P/1080I这个程度，一部几小时的电影估计也要几G甚至10几G大了。电视能够支持720P（720线逐行扫描）的一个硬件要求就是，在垂直方向上的解析度必须到720线以上，同时机芯必须支持720P和1080I的数字解码和输出。这种输出的信号对接口要求并不高，一般简单的分量端子，DVI端子和HDMI1.1/1.2端子都可以满足。
现阶段真正的高清，FULL-HD显示所要求的规格是显示系统必须支持1080P的信号处理和显示，对应显示器的垂直方向解析度必须在1080线以上，目前大尺寸FULL-HD电视的解析率是1920*1080，而普通的1024*768，1440*900，1680*1050，1366*768等解析度的显示设备均不能支持FULL-HD信号的显示。这种信号可能十几分钟就要占用几G的空间，目前只有网络上的高清VIDEO和新的BLUE RAY DVD能提供这类信号，当然某些高端显卡以及PS3等设备也可以实现1080P的输出，对应的接口方面，目前1080P只能通过HDMI1.3来实现，其他的接口都还达不到带宽要求，即便是HDMI1.2接口。同时对机芯的处理能力的要求也是非常高的。
目前阶段，想要搭配全高清系统的朋友们在选购设备时需要注意上面的这些要求。

选CRT还是选液晶？
对于文本处理较多，喜欢电影，追求精细的图像和环保低辐射的朋友们可以选择液晶。对于玩一些对响应速度要求比较高的游戏，或者对刷新率和灰阶要求比较高的朋友，可以选择CRT。

选宽屏还是普屏？
宽屏毫无疑问是将来的主流，注意宽屏是16：9，目前19宽很多是1440*900，是16：10的比例，看电影时上下会有黑边。随着支持宽屏的游戏越来越多，将会有更多的人选择宽屏，同时宽屏比普屏更经济，这时因为同样大的液晶玻璃基板，切割宽屏比切割普屏可以切更多的块数，所以厂家也会倾向于宽屏。
目前阶段普屏也有其市场，比如那些不支持宽屏的游戏。其实我想说的是游戏就CRT，电影就宽屏液晶。

要是我选的话，我会看重的各个卖点从大到小是：厂家>屏类型>响应时间>对比度>亮度>其他
看电影很多，玩游戏很少的话，可以这样选：厂家>屏类型 >对比度>亮度>响应时间>其他

以上，先这么多吧，有问题大家可以提出来一起讨论~

[ 本帖最后由 drocee 于 2008-6-18 14:30 编辑 ]

宝贝SUN

：fl： ：fl：

winniewuy

介绍的很详细
不知道LCD发展到08年，能不能满足FPS的需要了呢？或者说什么价位的才能满足.....

drocee

从理论参数上来说，LCD现在已经可以满足FPS游戏的要求，但是一般响应速度到4MS以下的屏，且颜色灰阶角度都不错的，对工艺和设计的要求会很高，也很贵，而发烧消费群又相对狭窄一些，所以厂家不会投入太大精力。同时由于本身体质的问题，在灰阶，响应速度上LCD较CRT有其无法克服的缺点，所以注定无法被FPSer们喜爱了。

这个问题，只能说世间没有完美的东西吧，我现在后悔的就是，曾经有一台低价处理的钻石珑显示器放在我的面前，我没有珍惜，等到失去了才追悔莫及.......

希望到了OLED时代，我们能迎来一款真正完美的显示器，超薄+高亮度+MEGA级的对比度+极速响应......