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)，即具有液體的流動性，又具有晶體光學特性的物質(zhì)，它是1888年奧地利的一位植物學家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，當液晶的分子排列發(fā)生變化時，其光學性質(zhì)也隨之改變。利用液晶的這一特點，本世紀60年代英國的科學家制造出了第一塊LCD。液晶顯示技術經(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）三個重要發(fā)展階段。進入20世紀90年代后，LCD技術發(fā)展開始進入高畫質(zhì)彩色圖像顯示的新階段，有源矩陣（AM-LCD）的TFT液晶顯示技術的性能取得了飛速發(fā)展，克服了STN液晶顯示器件在響應速度、視角、分辨率、灰度調(diào)制等方面存在的不足，技術性能接近于CRT，適應了信息技術產(chǎn)品對顯示器件的需要，應用面得到了擴大。由于TFT-LCD的尺寸、視角、分辨率等技術性能取得了突破性進展，使得TFT-LCD開始步入電視領域，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優(yōu)點：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.采用被動發(fā)光的方式，圖像光線柔和，常時間收看不易疲勞。3.體積小、重量輕、功耗低。缺點:1.觀賞視角的限制。2.受響應時間的限制，觀賞劇烈運動的圖像時會出現(xiàn)圖像模糊。3.成本較高。隨著液晶顯示技術的發(fā)展，目前最新的液晶屏已經(jīng)較好的解決了視角和響應時間的問題，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，液晶屏的價格已經(jīng)開始大幅度的下落，預計液晶電視很快就會大規(guī)模普及。TFT-LCD的構造TFT-LCD像素的驅(qū)動方式TN、VA、IPS三種TFT-LCD的工作方式TFT-LCD的規(guī)格及指標一、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分辨率，如友達的一款20英寸屏）XGA:1024×768(15英寸4:3的液晶屏多為這個分辨率，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的數(shù)目，這是一個固定值,同樣的尺寸之下，分辨率越高則可以顯示的畫面越細致。假設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為1024×76860Hz（注），如果你輸入一個800×60075Hz的信號，實際上顯示器內(nèi)部必須通過一個圖像縮放芯片先將這個信號轉(zhuǎn)換為1024×76860Hz的信號然后再輸出給液晶屏，而這個轉(zhuǎn)換過程實際上是有損失的，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)部對信號進行處理時，實際上是按6bit來進行處理的，最后通過抖動算法來模擬實現(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。由于采用了抖動算法，這種屏在顯示圖像時會有輕微的閃爍。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。關于抖動算法的簡單介紹24位矩陣是指每個RGB色彩以8元表示，因為8x3=24。18位色彩則是每個色彩以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。你必須使用兩個動作才能顯正確的色彩。第二種方法是使用四個而不是一個像素。此時，其中兩個像素會顯示248色，另外兩個會顯示252色。你只要一次動作便可以顯示正確色彩。第二個問題：如何顯示249色第一個方法會顯示兩次248色，并顯示一次252色，因此需要三個動作才能顯示249色。在第二個方法中，第一個像素會顯示252色，其余三個會顯示248色，因此只需要一個動作便可顯示正確的色彩。這表示即使第一個方法較慢，但它只需要用到一個像素。第二個使用四個像素的方法則必須冒著遺失圖像細節(jié)的風險。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、16個或更多的像素，而不只是四個像素。隨著采用的方法不同，正確色彩的顯示可能非?？欤憧赡軙杏X到輕微的閃爍，而且當圖連續(xù)顯示時（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到最短的反應時間，我們很難找到可以評估液晶顯示器品質(zhì)的機器。第三個問題，為何一下子是1670萬色，一下子是1620萬色呢？很簡單，因為在6位元色彩中，最大只能達到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值：11111101、11111110與11111111。在dithering技術下，16位實際上并不會顯示256色。每個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，這是因為看電視時不像使用顯視器時距離那么近，并且觀看電視的環(huán)境會比較明亮。液晶顯示器是被動發(fā)光的，其之所以發(fā)光是因為它的背光模塊裝有燈管(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）。液晶屏的壽命其實就是由燈管決定的，目前燈管壽命都在五萬小時以上，也就是使用五萬小時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，一般定義當對比下降到10的時候的角度為該顯示器的視角，也就是定義大于此視角的時候黑白已經(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)應該是灰階數(shù)越高則越亮，但是液晶顯示器在某個大角度的時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，也就是超過這個角度就有可能看到灰階反轉(zhuǎn)。這個定義和第一個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，或是顏色變得比較淡等等。隨著角度變大，當顏色的變化已經(jīng)大到無法接受的臨界點時，定義該角度為視角。幾種廣視角技術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)出來的獨家專利技術，除富士通之外，臺灣尚有奇美電子與友達光電獲得授權生產(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，臺灣的瀚宇彩晶也獲得了日立的授權生產(chǎn)，IPS上下視角與左右視角號稱到170度(但不是每個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，另有Sharp擁有獨家專利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、響應時間響應時間的定義就是在面板的同一點上面，從黑色變到白色所需時間加上從白色變到黑色所需時間。

LCD有響應時間的問題是因為，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)時需要時間。響應時間分為上升時間和下降時間，對TN型液晶屏來說，驅(qū)動電壓從低電壓變成高電壓時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間就是上升時間，而驅(qū)動電壓從高電壓變成低電壓時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間。MVA和IPS型液晶屏則剛好相反，黑變成白是上升時間，白變成黑是下降時間。響應時間的定義就是上升時間加下降時間。響應時間越快越好，響應時間如果不夠快，則在播放快速運動的畫面時就容易出現(xiàn)圖像模糊的顯象。目前液晶電視所使用的液晶屏的響應時間一般在16ms～30ms之間，預計將來能將反應時間控制在10ms以下。這里其實有一個誤區(qū)，黑白之間的響應時間與黑灰、藍綠、黃白之間的響應時間無關。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，當電壓達到最大值時，液晶便會竭盡所能地快速移動。假設你想顯示黑白之間的灰色。你這時只需要加一半的電壓，此電壓值對液晶的刺激度較低，因此移動的速度也較慢。色彩變化的每個階段都會產(chǎn)生與前一個階段不同的反應時間。

如果液晶屏上某一點的顏色從淡紫色（RGB中的184、128、