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液晶屏,液晶屏的种类,液晶屏的原理

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液晶屏,液晶屏的种类,液晶屏的原理

液晶屏,液晶屏的种类,液晶屏的原理

  一个液晶显示器的好坏首先要看它的面板,因为面板的好坏直接影响到画面的观看效果,并且液晶电视面板占到了整机成本了一半以上,是影响液晶电视的造价的主要因素,所以要选一款好的液晶显示器,首先要选好它的面板。液晶面板可以在很大程度上决定液晶显示器的亮度、对比度、色彩、可视角度等非常重要的参数。液晶面板发展的速度很快,从前些年的三代,迅速发展到四代、五代,然后跳过六代达到七代,而更新的第八代面板也在谋划之中。目前生产液晶面板的厂商主要为三星、LG-Philips、友达等,由于各家技术水平的差异,生产的液晶面板也大致分为机种不同的类型。常见的有TN面板、MVA和PVA等VA类面板、IPS面板以及CPA面板。

  1、TN面板

  TN全称为TwistedNematic(扭曲向列型)面板,低廉的生产成本使TN成为了应用最广泛的入门级液晶面板,在目前市面上主流的中低端液晶显示器中被广泛使用。目前我们看到的TN面板多是改良型的TN+film,film即补偿膜,用于弥补TN面板可视角度的不足,目前改良的TN面板的可视角度都达到160°,当然这是厂商在对比度为10∶1的情况下测得的极限值,实际上在对比度下降到100:1时图像已经出现失真甚至偏色。

  作为6Bit的面板,TN面板只能显示红/绿/蓝各64色,最大实际色彩仅有262.144种,通过“抖动”技术可以使其获得超过1600万种色彩的表现能力,只能够显示0到252灰阶的三原色,所以最后得到的色彩显示数信息是16.2M色,而不是我们通常所说的真彩色16.7M色;加上TN面板提高对比度的难度较大,直接暴露出来的问题就是色彩单薄,还原能力差,过渡不自然。

  TN面板的优点是由于输出灰阶级数较少,液晶分子偏转速度快,响应时间容易提高,目前市场上8ms以下液晶产品基本采用的是TN面板。另外三星还开发出一种B-TN(Best-TN)面板,它其实是TN面板的一种改良型,主要为了平衡TN面板高速响应必须牺牲画质的矛盾。同时对比度可达700∶1,已经可以和MVA或者早期PVA的面板相接近了。台湾很多面板厂商生产TN面板,TN面板属于软屏,用手轻轻划会出现类似的水纹,另外仔细看屏幕大致是这样的:

  2、VA类面板

  VA类面板是现在高端液晶应用较多的面板类型,属于广视角面板。和TN面板相比,8bit的面板可以提供16.7M色彩和大可视角度是该类面板定位高端的资本,但是价格也相对TN面板要昂贵一些。VA类面板又可分为由富士通主导的MVA面板和由三星开发的PVA面板,其中后者是前者的继承和改良。VA类面板的正面(正视)对比度最高,但是屏幕的均匀度不够好,往往会发生颜色漂移。锐利的文本是它的杀手锏,黑白对比度相当高。

  富士通的MVA技术(Multi-domainVerticalAlignment,多象限垂直配向技术)可以说是最早出现的广视角液晶面板技术。该类面板可以提供更大的可视角度,通常可达到170°。通过技术授权,我国台湾省的奇美电子(奇晶光电)、友达光电等面板企业均采用了这项面板技术。改良后的P-MVA类面板可视角度可达接近水平的178°,并且灰阶响应时间可以达到8ms以下

  三星Samsung电子的PVA(PatternedVerticalAlignment)技术同样属于VA技术的范畴,它是MVA技术的继承者和发展者。其综合素质已经全面超过后者,而改良型的S-PVA已经可以和P-MVA并驾齐驱,获得极宽的可视角度和越来越快的响应时间。PVA采用透明的ITO电极代替MVA中的液晶层凸起物,透明电极可以获得更好的开口率,最大限度减少背光源的浪费。这种模式大大降低了液晶面板出现“亮点”的可能性,在液晶电视时代的地位就相当于显象管电视时代的“珑管”。三星主推的PVA模式广视角技术,由于其强大的产能和稳定的质量控制体系,被日美厂商广泛采用。目前PVA技术广泛应用于中高端液晶显示器或者液晶电视中。VA类面板也属于软屏,用手轻轻划会出现类似的水纹,仔细看屏幕大致是这样的:

  3、IPS面板

  IPS(In-PlaneSwitching,平面转换)技术是日立公司于2001推出的液晶面板技术,俗称“SuperTFT”。IPS阵营以日立为首,聚拢了LG-飞利浦、瀚宇彩晶、IDTech(奇美电子与日本IBM的合资公司)等一批厂商,不过在市场能看到得型号不是很多。IPS面板最大的特点就是它的两极都在同一个面上,而不象其它液晶模式的电极是在上下两面,立体排列。由于电极在同一平面上,不管在何种状态下液晶分子始终都与屏幕平行,会使开口率降低,减少透光率,所以IPS应用在LCDTV上会需要更多的背光灯。此外还有一种S-IPS面板属于IPS的改良型

  IPS面板的优势是可视角度高、响应速度快,色彩还原准确,价格便宜。不过缺点是漏光问题比较严重,黑色纯度不够,要比PVA稍差,因此需要依靠光学膜的补偿来实现更好的黑色。目前IPS面板主要由LG-飞利浦生产。和其他类型的面板相比,IPS面板的屏幕较为“硬”,用手轻轻划一下不容易出现水纹样变形,因此又有硬屏之称。仔细看屏幕时,如果看到是方向朝左的鱼鳞状象素,加上硬屏的话,那么就可以确定是IPS面板了。

  4、CPA面板(ASV面板)

  CPA(ContinuousPinwheelAlignment,连续焰火状排列)模式广视角技术(软屏),CPA模式广视角技术严格来说也属于VA阵营的一员,各液晶分子朝着中心电极呈放射的焰火状排列。由于像素电极上的电场是连续变化的,所以这种广视角模式被称为“连续焰火状排列”模式。而CPA则由“液晶之父”夏普主推,这里需要注意的是夏普一向所宣传的ASV其实并不是指某一种特定的广视角技术,它把所采用过TN+Film、VA、CPA广视角技术的产品统称为ASV。其实只有CPA模式才是夏普自己创导的广视角技术,该模式的产品与MVA和PVA基本相当。也就是说,夏普品牌的LCD电视未必就是采用夏普自己生产的CPA模式液晶面板,它有可能采用台湾厂家的VA模式面板或者其他厂家的液晶面板。夏普的CPA面板色彩还原真实、可视角度优秀、图像细腻,价格比较贵,并且夏普很少向其他厂商出售CPA面板。CPA面板也属于软屏,用手轻轻划会出现类似的水纹,仔细看屏幕大致是这样的:

  此外还有一些其他厂商也有自己的液晶面板技术,比如NEC的ExtraView技术、松下的OCB技术、现代的FFS技术等,这些技术都是对旧的TFT面板的改进,提供了可视角度和响应时间,通常只用在自有品牌的液晶显示器或者液晶电视上使用。其实以上这些面板都属于TFT类面板,只不过现在各种面板有自己的技术和名称,所以TFT这个名字反而不常使用了。

  它的样子液晶显示屏LCD(liquid crystal display)

  说到液晶屏,我们不得不谈谈液晶的概念

  液晶的诞生

  ⑴ 液晶的发现

  要追溯液晶显示器的来源,必须先从「液晶」的诞生开始讲起。在公元1888年,一位奥地利的植物学家,菲德烈.莱尼泽(Friedrich Reinitzer)发现了一种特殊的物质。他从植物中提炼出一种称为螺旋性甲苯酸盐的化合物,在为这种化合物做加热实验时,意外的发现此种化合物具有两个不同温度的熔点。而它的状态介于我们一般所熟知的液态与固态物质之间,有点类似肥皂水的胶状溶液,但它在某一温度范围内却具有液体和结晶双方性质的物质,也由于其独特的状态,后来便把它命名为「Liquid Crystal」,就是液态结晶物质的意思。

  ⑶液晶初次运用

  虽然液晶早在1888年就被发现,但是真正实用在生活的用品时,却是在80年后的事情了。 公元1968年,在美国RCA公司(收音机与电视的发明公司)的沙诺夫研发中心,工程师们发现液晶分子会受到电压的影响,改变其分子的排列状态,并且可以让射入的光线产生偏转的现象。利用这一原理,RCA公司发明了世界第一台使用液晶显示的屏幕。而后,液晶显示技术被广泛的用在一般的电子产品中,举凡计算器、电子表、手机屏幕、医院所使用的仪器(因为有辐射计量的考虑)或是数字相机上面的屏幕等等。 令人玩味的是,液晶的发现比真空管或是阴极射线管还早,但世人了解此一现象的并不多,直到1962年才有第一次,由RCA研究小组的化学家乔.卡司特雷诺(Joe Castellano)先生所出版的书籍来描述。而与映像管相同的,这两项技术虽然都是由美国的RCA公司所发明的,却分别被日本的索尼(Sony)与夏普(Sharp)两家公司发扬光大。

  液晶的物理特性

  液晶显示器是以液晶材料为基本组件,由于液晶是介于固态和液态之间,不但具有固态晶体光学特性,又具有液态流动特性,所以已经可以说是一个中间相。而要了解液晶的所产生的光电效应,我们必须来解释液晶的物理特性,包括它的黏性(visco-sity)与弹性(elasticity)和其极化性(polarizalility)。液晶的黏性和弹性从流体力学的观点来看,可说是一个具有排列性质的液体,依照作用力量不同的方向,应该有不同的效果。就好像是将一把短木棍扔进流动的河水中,短木棍随着河水流着,起初显得凌乱,过了一会儿,所有短木棍的长轴都自然的变成与河水流动的方向一致,这表示着次黏性最低的流动方式,也是流动自由能最低的一个物理模型。 此外,液晶除了有黏性的反应外,还具有弹性的反应,它们都是对于外加的力量,呈现了方向性的效果。也因此光线射入液晶物质中,必然会按照液晶分子的排列方式行进,产生了自然的偏转现像。至于液晶分子中的电子结构,都具备着很强的电子共轭运动能力,所以当液晶分子受到外加电场的作用,便很容易的被极化产生感应偶极性(induced dipolar),这也是液晶分子之间互相作用力量的来源。而一般电子产品中所用的液晶显示器,就是是利用液晶的光电效应,藉由外部的电压控制,再透过液晶分子的折射特性,以及对光线的旋转能力来获得亮暗情况(或著称为可视光学的对比),进而达到显像的目的。

  

 

  液晶屏工作原理

  简单的来说,屏幕能显示的基本原理就是在两块平行板之间填充液晶材料,通过电压来改变液晶材料内部分子的排在列状况,以达到遮光和透光的目的来显示深浅不一,错落有致的图象,而且只要在两块平板间再加上三元色的滤光层,就可实现显示彩色图象。

  认识了它的结构和原理,了解了它的技术和工艺特点,才能在选购时有的放矢,在应用和维护时更加科学合理。液晶是一种有机复合物,由长棒状的分子构成。在自然状态下,这些棒状分子的长轴大致平行。LCD第一个特点是必须将液晶灌入两个列有细槽的平面之间才能正常工作。这两个平面上的槽互相垂直(90度相交),也就是说,若一个平面上的分子南北向排列,则另一平面上的分子东西向排列,而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传播,所以光线经过液晶时也被扭转90度。但当液晶上加一个电压时,分子便会重新垂直排列,使光线能直射出去,而不发生任何扭转。LCD的第二个特点是它依赖极化滤光片和光线本身,自然光线是朝四面八方随机发散的,极化滤光片实际是一系列越来越细的平行线。这些线形成一张网,阻断不与这些线平行的所有光线,极化滤光片的线正好与第一个垂直,所以能完全阻断那些已经极化的光线。 只有两个滤光片的线完全平行,或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光片相匹配,光线才得以穿透。LCD正是由这样两个相互垂直的极化滤光片构成,所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是,由于两个滤光片之间充满了扭曲液晶,所以在光线穿出第一个滤光片后,会被液晶分子扭转90度,最后从第二个滤光片中穿出。另一方面,若为液晶加一个电压,分子又会重新排列并完全平行,使光线不再扭转,所以正好被第二个滤光片挡住。总之,加电将光线阻断,不加电则使光线射出。当然,也可以改变LCD中的液晶排列,使光线在加电时射出,而不加电时被阻断。但由于液晶屏幕几乎总是亮着的,所以只有"加电将光线阻断"的方案才能达到最省电的目的。

  液晶屏常见分类

  1、STN液晶屏

  STN是“Super Teisted Nematic”的缩写,它属于无源被动矩阵式LCD,几乎所有黑白屏手机的液晶屏都是这种材料。彩色STN液晶屏就是在单色的STN液晶屏基础上加个彩色滤光片,并将单色显示矩阵中的每个像素分成三个子像素,分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三种颜色,从而实现彩色画面。由于技术的限制,目前STN液晶屏最高只有65536种色彩,市场上见到的大多数都是4096色的STN产品,所以STN也被称为“伪彩”。

  2、GF液晶屏

  GF是“Glass Fine Color”的缩写,或许大家对GF液晶屏较为陌生,因为现在市面上采用GF液晶屏数码产品非常少,其实GF属于STN的一种,GF的主要特点是:在保证功耗较小的前提下亮度有所提高,但GF液晶屏有些偏色。

  

   3、TFT液晶屏

 

  TFT是“Thin Film Transistor”的缩写,又称为“真彩”,它属于有源矩阵液晶屏,它是由薄膜晶体管组成的屏幕,它的每个液晶像素点都是由薄膜晶体管来驱动,每个像素点后面都有四个相互独立的薄膜晶体管驱动像素点发出彩色光,可显示24bit色深的真彩色。在分辨率上,TFT液晶屏最大可以达到UXGA(1600×1200)。

  TFT的排列方式具有记忆性,所以电流消失后不会马上恢复原状,从而改善了STN液晶屏闪烁和模糊的缺点,有效地提高了液晶屏显示动态画面的效果,在显示静态画面方面的能力也更加突出,TFT液晶屏的优点是响应时间比效短,并且色彩艳丽,所以它被广泛使用于笔记本电脑和DV、DC上。而TFT液晶屏的缺点就是比较耗电,并且成本也比较高。

  4、TFD液晶屏

  TFD是“Thin Film Diode”的缩写,由于TFT液晶屏耗电量较高,而且成本较高,从而大大增加了产品的成本,所以EPSON专门为手机屏幕开发出了TFD技术,它同样属于有源矩阵液晶屏,LCD上的每一个像素都配备了一颗单独的二极管,可以对每个像素进行单独控制,使每个像素之间不会互相影响,这样可以明显提高分辨率,可以无拖尾地显示动态画面和绚丽的色彩。

  在性能方面,TFD液晶屏兼顾了TFT液晶屏和STN液晶屏的优点,TFD液晶屏比STN液晶屏的亮度更高,并且色彩也更鲜艳,同时比TFT液晶屏更省电,不过在色彩和亮度上还是比TFT液晶逊色一些。

  5、OLED液晶屏

  OLED是“Organic Light Emitting Display”的缩写,也称有机发光显示屏,它采用了有机发光技术,这是目前最新的显示技术,OLED显示技术与传统的液晶显示方式不同,它不需要背光灯,而是采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板,当有电流通过时,这些有机材料就会发光,所以它的视角很大,从各个方向都可以看清楚屏幕上的内容,并且可以做得很薄,而且OLED显示屏能够显著节省电能,被誉为“梦幻显示器”。

  但是OLED也并非没有缺点,由于它还属于一种未成熟的技术,所以现阶段它的使用寿命还比较短,屏幕面积也比较小。

  相关参数

  1、分辨率

  分辨率是一个非常重要的性能指标。它指的是屏幕上水平和垂直方向所能够显示的点数(屏幕上显示的线和面都是由点构成的)的多少,分辨率越高,同一屏幕内能够容纳的信息就越多。对于一台能够支持1280x1024分辨率的CRT来说,无论是320x240还是1280x1024分辨率,都能够比较完美地表现出来(因为电子束可以做弹性调整)。但它的最大分辨率未必是最合适的分辨率,因为如果17寸显示器上到1280x1024分辨率的话,WINDOWS的字体会很小,时间一长眼睛就容易疲劳,所以17寸显示器的最佳分辨率应为1024x768。

  但对LCD来说则不然。LCD的最大分辨率就是它的真实分辨率,也就是最佳分辨率。一旦所设定的分辨率小于真实分辨率(比如说15寸LCD,其真实分辨率为1024x768,而WINDOWS中设定分辨率为800x600)的话,将有两种显示方式。一是居中显示,只有LCD中间的800x600个点会显示图象,其他没有用到的点不会发光,保持黑暗背景,看起来画面是居中缩小的。另一种是扩展显示,这种方式会使用到屏幕上每一个像素,但由于像素很容易发生扭曲,所以会对显示效果造成一定影响。所以说无论如何在选择LCD时要注意分辨率不是越大越好而是适当好用。

  2、视角

  目前大多数纯平显示器的视角都能达到180度,也就是说,从屏幕前的任意一个方向都能清楚地看到所显示的内容。而LCD则不同,它的可视角度根据工艺先进与否而有所不同,部分新型产品的可视角度已经能够达到160左右,跟CRT的180度已经非常接近。也有一些LCD虽然标称视角为160度,但实际上却达不到这个标准。用户在使用过程中一旦视角超出其实际可视范围,画面的颜色就会减退、变暗,甚至出现正像变成负像的情况。很可能大家为飞利浦的广告所迷惑其实LCD的视角并不是很大,反而比CRT的小许多,是一个明显比CRT弱的地方,所以不用担心被同事看见小笨熊的爱称。当然如果厂商将产品中加上增加视角的技术的话情况会好一点。下面介绍一下。

  3、可视面积

  可视面积指的是在实际应用中,可以用来显示图像的那部分屏幕的面积。因为CRT显示器的尺寸实际上是其显像管的尺寸,可以用来显示图像的部分根本达不到这个尺寸,因为显像管的边框占了一部分空间。一般来讲,17寸CRT显示器的可视面积约在15.8-16英寸左右,而15寸显示器的可视面积则只有13.8英寸左右。但对于LCD来说,标称的尺寸大小基本上就是可视面积的大小,被边框占用的空间非常小,15寸LCD的可视面积大约有14.5英寸左右,这也是为什么LCD看起来要比同样尺寸CRT更大一些的原因。所以选购LCD的时候15村就基本上够了.

  4、亮度与对比度

  液晶显示器的显示功能主要是有一个背光的光源,这个光源的亮度决定整台LCD的画面亮度及色彩的饱和度。理论上来说,液晶显示器的亮度是越高越好,亮度的测量单位为cd/m2(每公尺平方烛光),也叫NIT流明。目前TFT屏幕的亮度大部分都是从150Nits开始起步,通常情况下200Nits才能表现出比较好的画面。对比度也就是黑与白两种色彩不同层次的对比测量度。对比度120:1时就可以显示生动、丰富的色彩(因为人眼可分辨的对比度约在100:1左右),对比率高达300:1时便可以支持各阶度的颜色。目前大多数LCD显示器的对比度都在100:1~300:1左右。目前还没有一套公正的标准值来衡量亮度与对比的反差值,所以购买LCD全靠一双锐利的眼睛。所以在选购LCD时要注意这个指标,它也是LCD产品上性能差异最大的一环估计选购上有些难度。

  5、反应速度

  测量反应速度的时间单位是毫秒(ms),指的是象素由亮转暗并由暗转两所需的时间。这个数值越小越好,数值越小,说明反应速度越快。目前主流LCD的反应速度都在25ms以上,在一般商业用途中(例如字处理或文本处理)没有什么太大关系,因为此类用途不必太在意LCD的反应时间。而如果是用来玩游戏、观看VCD/DVD等全屏高速动态影象时,反应时间就尤其重要了,如果反应时间较长的话,画面就会出现拖尾、残影等现象。举个简单的例子,现在市场上绝大多数LCD显示器在玩QUAKE3时都会有不同程度的拖尾现象,在画面高速更新时尤其明显。而CRT则完全没有这个问题,因为CRT的反应时间只有1ms,是绝对不会出现拖尾现象的。

  6、色彩

  说到色彩,LCD也比不上CRT,从理论上讲,CRT可显示的色彩跟电视机一样为无限。而LCD只能显示大约26万种颜色,绝大部分产品都宣称能够显示1677万色(16777216色,32位),但实际上都是通过抖动算法(dithering)来实现的,与真正的32位色相比还是有很大差距,所以在色彩的表现力和过渡方面仍然不及传统CRT。同样的道理,LCD在表现灰度方面的能力也不如CRT。大家有条件的话可以自己比较一下:找一台17英寸特丽珑显像管的显示器,再摆一台15寸LCD,同时显示一幅1677万色的图象。CRT显示出来的画面十分鲜艳,而LCD则显得有些"假",虽然说不上来哪里不对,但看着就是没有那台珑管的CRT舒服。

  液晶屏的保护

  我们说到了屏幕的保护膜,这层保护膜我们建议在您不使用液晶屏的时候将它贴上,使用液晶屏的时候再揭下来,这样可以有效地保护屏幕外层的化学涂层,使最外层的涂层不会过早的被氧化。用户在使用笔记本电脑的过程中,千万不要轻易用手去指/按液晶屏,或者用硬物与屏幕接触,如果您经常不注意的话时间长了液晶屏上会出现诸如白印等永远抹不去的伤疤,到时就后悔莫及了。新机包装中一般都会带有一层棉纸,您也可以将这层棉纸放在笔记本电脑的屏幕和键盘之间,从而减少屏幕与健帽间的磨损。如果您的笔记本电脑使用指点杆,那我们还建议您在长途携带笔记本电脑外出时能将指点杆帽取下单独存放,以避免屏幕受到顶伤

  水分可谓是液晶屏的“天敌”,除了要尽量避免在液晶屏边喝饮料、吃水果外,还应注意不要将机器保存在潮湿处,严重的潮气会损害液晶显示屏内部的元器件。特别值得注意的是,在冬天和夏天,进出有暖气或空调的房间时,较大的温差也会导致“结露现象”发生,用户此时给LCD通电也可能会导致液晶电极腐蚀,造成永久性的损害。为此我们也建议您的环境温度变化不应大于10℃/10min。一旦发生屏幕进水的情况,若只是在开机前发现屏幕表面有雾气,用软布轻轻擦掉再开机就可以了。如果水分已经进入LCD,则应把LCD放在较温暖的地方,比如说台灯下,将里面的水分逐渐蒸发掉。在梅雨季节,大家也要注意定期运行一段时间液晶屏,以便加热元器件驱散潮气,最好还能在装液晶屏的包里放上一小包防潮剂,为爱机创造一个良好的家园。

  对于屏幕保养来说,除了注意上述问题外,还可以人为或者用soft进行配合,由于液晶屏的寿命相对CRT来说还是短很多,其老化速度也要快很多,那么就需要我们平常使用的时候要格外的注意。比如在电源管理界面设定一下在电脑无响应的时候自动关闭屏幕的时间间隔,或者您干脆养成一个在长时间不用笔记本电脑时随手合上屏幕的习惯,减少不必要的屏幕损耗。此外,延缓液晶屏老化还应注意避免强阳光长时直晒屏幕、尽量使用适中的亮度/对比度、减少长期显示固定图案(避免局部老化过度)。最后还有一点,那就是平时要经常用专用的软毛刷、眼镜布、洗耳球等擦拭屏幕,必要时可以使用中性清洗剂或少许清水,对表面污渍进行清洁。这些小技巧都是对液晶屏非常有好处的。

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