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曲折艰难中不断前进!液晶显示器发展史回顾

2007-10-10 09:04  出处:PConline  作者:天空蔚蓝  责任编辑:huangronglin 

1一、LCD早期-高成本抑制其发展回顶部

 

  前言:一直以来,追求更完美的视觉享受都是我们桌面显示设备的目标,回顾近年的显示技术发展历程,我们不难发现它都是围绕着同样一个主题-“追求更佳的人类肉眼视觉舒适性”!

  作为近几年才突然新兴起的新产品,液晶显示器已经全面取代笨重的CRT显示器成为现在主流的显示设备。可是,液晶显示器的发展之路并不是我们想象中的那样一帆风顺。下面,我们与新老玩家一起回顾一下近年LCD发展的艰辛曲折之路。

  LCD早期发展(1986~2001)—过高成本抑制其发展之路

  一、技术不成熟的早期,LCD主要应用于电子表、计算器等领域

  我们平时所说的LCD,它的英文全称为Liquid Crystal Display,直译成中文就是液态晶体显示器,简称为液晶显示器。


图:液晶显示器,简称LCD

  液晶是一种几乎完全透明的物质。它的分子排列决定了光线穿透液晶的路径。到20世纪60年代,人们发现给液晶充电会改变它的分子排列,继而造成光线的扭曲或折射,由此引发了人们发明液晶显示设备的念头。

  世界上第一台液晶显示设备出现在20世纪70年代初,被称之为TN-LCD(扭曲向列)液晶显示器。尽管是单色显示,它仍被推广到了电子表、计算器等领域。

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图:早期的LCD的一个重要应用领域是计算器

2日系厂商掌握关键技术,LCD产业高速发展回顶部

  二、日系厂商掌握TFT-LCD关键技术-LCD产业高速发展

  回首IT产业的种种发展历史我们不难发现,日系厂商在推动IT技术发展时所做的贡献非常大,但是,种种历史迹象也表明,只要该技术核心仍然掌握在日系厂商手中,这类产品的价格永远会高居不下,例如当年索尼的特丽珑管技术。80年代,STN-LCD(超扭曲向列)液晶显示器出现,同时TFT-LCD(薄膜晶体管)液晶显示器技术被研发出来,但液晶技术仍未成熟,难以普及。

  80年代末90年代初,日本掌握了STN-LCD及TFT-LCD生产技术,LCD工业开始高速发展。

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图:日系厂商夏普(SHARP),被称作液晶之父

  TFT(Thin Film Transistor)LCD即薄膜场效应晶体管LCD,是有源矩阵类型液晶显示器(AM-LCD)中的一种。

  和TN技术不同的是,TFT的显示采用“背透式”照射方式——假想的光源路径不是像TN液晶那样从上至下,而是从下向上。

  这样的作法是在液晶的背部设置特殊光管,光源照射时通过下偏光板向上透出。由于上下夹层的电极改成FET电极和共通电极,在FET电极导通时,液晶分子的表现也会发生改变,可以通过遮光和透光来达到显示的目的,响应时间大大提高到80ms左右。

  因其具有比TN-LCD更高的对比度和更丰富的色彩,荧屏更新频率也更快,故TFT俗称“真彩”。相对于DSTN而言,TFT-LCD的主要特点是为每个像素配置一个半导体开关器件。由于每个像素都可以通过点脉冲直接控制。因而每个节点都相对独立,并可以进行连续控制。这样的设计方法不仅提高了显示屏的反应速度,同时也可以精确控制显示灰度,这就是TFT色彩较DSTN更为逼真的原因。

台电C290
图:TFT液晶屏幕被俗称为“真彩”,我们在诸多的广告宣传中可以看到这一通俗称呼

  目前,绝大部分笔记本电脑厂商的产品都采用TFT-LCD。早期的TFT-LCD主要用于笔记本电脑的制造。尽管在当时TFT相对于DSTN具有极大的优势,但是由于技术上的原因,TFT-LCD在响应时间、亮度及可视角度上与传统的CRT显示器还有很大的差距。

  由于TN型液晶属于“常亮”(液晶像素在没有电压驱动时该像素显示为亮)显示模式,生产工艺中出现的瑕疵容易导致TFT故障而无法把驱动电压加到液晶像素上,这在屏幕上就会显示成一个“亮点”。良品率向来就不高的液晶生产线只能尽量避开“亮点”集中的部位来切割液晶面板,由于早期的液晶面板生产线玻璃基板比较小,这样使得可以成功切割出亮点较少的大屏幕面板并不多,不改进工艺的话,生产相对当时的大屏幕液晶并不经济。极低的成品率导致其高昂的价格,使得桌面型的TFT-LCD成为遥不可及的尤物。

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图:在2001年以前,由于液晶面板的良品率过低,其成本高居不下,使得桌面型的TFT-LCD成为遥不可及的尤物

3二、01年开始LCD走向成熟,但被CRT完全压抑回顶部

  二、2001年以后LCD技术开始走上成熟发展之路、但仍然生存在CRT显示器阴影下

  我们所说的CRT英文名称为 Cathode-Ray Tube,直译中文为:阴极射线管。

  传统的CRT显示器就经历了从黑白到彩色,从球面到柱面再到平面直角,直至纯平的发展。在这段加速度前进的历程中,显示器的视觉效果在不断得到提高,色彩、分辨率、画质、带宽和刷新率等各项指标均有大幅度的提升。目前成为主流的纯平显示器画面清晰、色彩真实,图像无扭曲、视角更广阔,而且在设计上还充分考虑了人类视觉构造的原理,好的纯平显示器具有长时间使用,眼睛不感到疲劳等一系列优势。

  与此同时,同期的液晶显示器存在画面延时,色彩还原不够真实,可视角度削弱等缺点,所以,在2005年以前,LCD一直生活在CRT显示器的阴影下。

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图:24英寸宽屏幕CRT显示器,Sony Multiscan W900

  不过与此同时我们也对比看到LCD宽广的发展前景:可以说纯平显示器是CRT显示器发展的最高水平,不过,由于CRT显示器的基本工作原理是依靠高电压激发的游离电子轰击显示屏而产生各种各样的图像,技术已经十分成熟,没有太多的发展余地。受限于此,传统CRT显示器在体积、重量、功耗等方面露出自己的劣势。

  当时,由于液晶面板厂商基本都是第三代以前的生产线,在切割15、17吋等主流尺寸液晶面板的时候成本居高不下,所以,在那个年代,LCD的售价也自然居高不下,15吋LCD售价达到4000元以上,和当时同样显示面积的17吋CRT显示器2000多元的价格根本没有任何优势,所以,在那个年代,LCD只是一些奢侈玩家的摆设品。

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4三、03年—LCD成本大幅下降,降低响应时间成持续发展目标回顶部

  三、2003LCD成本大幅下降,降低响应时间成LCD发展的持续目标

  在CRT时代,一提到大屏幕显示器,大家必然会联想起Sony的21英寸、24英寸、三菱的22英寸等产品,它们给人的感觉是价格高昂,只适合专业人士和少数发烧玩家。这是由于高分辨率的大屏幕CRT关键技术迄今为止仍只集中在日本少数厂商手中,没有形成有效竞争因而造成产品价格居高不下,一般消费者难于接受。而且CRT显示器缺点也比较突出,即便是有消费能力的用户也要考虑拥挤的桌子是否适合再放上一庞然大物,再加上CRT显示器耗电高且具备一定有害辐射等因素,导致大屏幕CRT一直无法普及,和广大消费者距离甚远。

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图:ViewSonic P225fB,340MHz带宽的22英寸梦幻“钻石珑”

  经过2003年LCD大幅度调价,消费者发现LCD的价格与CRT显示器进一步接近了,尤其是大尺寸LCD的售价和同尺寸的CRT显示器相比甚至有一些尺寸开始有优势。消费者在关注液晶显示器的同时,开始注意到在液晶显示器具备一些独特的优势。

  1、大大提高桌面利用率

  大屏幕液晶显示器轻薄的机身对提高桌面利用率是显而易见的。19英寸的CRT显示器其厚度普遍有40cm之巨,而当时相同尺寸的液晶显示器厚度不超过4cm,大大节约了桌面空间。随着双头输出显卡的普及,越来越多的用户需要同时使用两台显示器,笨重硕大的CRT显示器显然不再适合,液晶显示器才是最佳对象。

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图:桌面利用率高是液晶显示器的一个先天优势

  2、易于悬挂、拼接

    大屏幕液晶显示器大多数均设有VESA标准的悬臂接口,可以方便与各种各样的悬臂支架配合应用在特殊的场合中,而液晶显示器特有的窄边框设计使其在拼接成屏幕墙的时候更加完美。而CRT由于重量及外形原因,悬挂及拼接电视墙相对成本要高很多,且效果并不理想。

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图:LCD的悬挂方案

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图:LCD很容易进行大屏拼接

5LCD相对CRT显示器四大优势回顶部

  3、接口更丰富、DVI成为标准配置

  传统的D-Sub模拟接口和数字化的DVI视频接口已经成为当时大屏幕液晶显示器事实上的标准配置。用户不但可以通过数字化的视频接口享受无信号失真的干净画面和操控的便利性,还可以通过传统D-Sub接口兼容旧显卡让两台主机共用同一台显示器。多数大屏幕液晶显示器还配备了其它模拟视频输入接口和3.5毫米音频输入接口以供多媒体应用,部分产品甚至还配备USB Hub。而小屏幕液晶显示器由于产品普遍定位较低和可供利用空间有限,只有在某些高端型号才配备部分上述接口。


图:相比CRT显示器单一的接口,LCD的接口无疑更为丰富


图:数字/模拟双接口成为大屏幕液晶显示器的标准配置

  4、分辨率更高,相同尺寸的可视面积更大

    传统的CRT显示器分辨率普遍要比同尺寸的液晶显示器要低,17英寸CRT显示器的分辨率普遍为1024*768,而17英寸普屏LCD支持1280×1024,同时它的可视面积相当于19英寸CRT显示器的可视面积。更高的分辨率可以在屏幕上显示更多的资讯,即使以后观看1920×1080的HDTV节目源也不至于丢失太多的像素。另外,更大显示面积令用户在欣赏电影时候不再只局限于一个视觉效果最佳的“皇帝位”,即便是2~3人也能同时看到相同质量的画面。


图:优派 VP2290b高达3840*2400的分辨率

6响应时间基本定义回顶部

  从2003年开始,各大显示器厂商开始意识到一个重要的问题,要提高LCD的市场地位,他们当务之急是解决LCD拖影问题。所以,我们可以注意到,LCD响应时间技术从2003年开始飞速发展,从早期的50ms到06年的1ms,这完全是一个质的改变。

  2003年以前,还是有很多40毫秒甚至是50毫秒的产品的,它们充其量只能应付一些基本的文本办公,游戏应用根本无从谈起。不少早期的用户有这种体验,在CRT上玩惯魔兽之后,突然换成一台响应时间为30ms的LCD上进行游戏,感觉自己操作以后技能和任务迟迟没有发生变化,这就是LCD早期被游戏玩家严重诟病的一个地方。

  响应时间基本定义:响应时间通常是以毫秒ms为单位,指的是液晶显示器对输入信号的反应速度,即液晶颗粒由暗转亮或由亮转暗的时间。

  作用:响应时间数值越小说明响应时间速度越快,对动态画面的延时影响也就越小。

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图:解决拖影现象是LCD发展的一个重要历程

  小Tips:响应时间为“上升时间”和“下降时间”两部份,而通常谈到的响应时间是指两者之和。而所谓的灰阶响应时间,就是相对早期的黑白响应时间而定义的,因为显示器显示的图像极少出现全黑全白转换,显然不够合理,灰阶响应时间显然更能反映动态效果。由于灰阶响应时间的数值更高,所以一般显示器厂商在性能参数上标识的响应时间一般都为灰阶响应时间。


图:显示器上面标识的响应时间通常指灰阶响应时间

7响应时间认识误区:为什么8ms还会拖影?回顶部

  认识误区:显示器厂商标识的响应时间大多数为典型最高值,全程平均响应时间更考验显示器厂商的技术

  我们先来看一组理论情况下不同响应时间每秒钟能显示的画面帧数的数值:

  16毫秒=1/0.016=每秒钟显示62.5帧画面
  8毫秒=1/0.008=每秒钟显示125帧画面
  5毫秒=1/0.005=每秒钟显示200帧画面
  4毫秒=1/0.004=每秒钟显示250帧画面

  我们可以发现,在理论的数值下,传统16ms的响应时间能够满足大部分电影或者游戏时的帧数表现了,但是为什么一些8ms或者5ms的液晶显示器在进行游戏或者电影的时候还会感觉到画面延时现象呢?

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  前面我们提到灰阶响应时间是相对早期的黑白响应时间而定义的,因为显示器显示的图像极少出现全黑全白转换现象,这样转换显然不够合理,灰阶响应时间显然更能反映动态效果。因为灰阶加速技术的作用下,某些灰阶转换的速度可以提升的比较快,于是,一些显示器厂商就标识他们在这些典型灰阶最快的响应时间速度,比如5ms、8ms,这也造就了一些8ms或者5ms的LCD在进行游戏或者电影的时候依然会感觉到画面延时的现象。

  例如戴尔的22吋宽屏E228WFP,由于其不支持相关的响应时间加速(RTA)技术,它的全程平均响应时间实际为16ms左右(数据来源:X-bit labs),但是由于它在某一级灰阶的响应时间表现达到了5ms,于是戴尔就把这款产品的响应时间标识为5ms。其实灰阶响应时间应该不是一个数字,而是各个灰阶之间相互转换的一组数字,挑最有诱惑力的数字来标识,向来是厂商们喜欢做的事情。

  所以我们说,仅仅靠液晶面板上面的默认响应时间表现是很难达到我们的日常使用需求的,这时我们就需要各大显示器厂商自己研发的响应时间加速(Response Time Accelebrate)技术。

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图:戴尔 E228WFP在各级灰阶过程中响应时间示意图(数据来源:X-bit labs)

8RTA技术使响应时间大幅降低回顶部

  RTA(响应时间加速)技术

  如果深入讨论响应时间这个概念的话,我们要引入一个概念:响应时间加速技术(或者简称为RTA技术,RTA,即Response Time Accelebrate),顾名思义,它的作用就是提升LCD响应时间,旨在提供更清晰自然的视频显示。

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图:三星的高端液晶显示器产品在菜单中都提供了RTA功能开关选项

  我们都知道,较短的响应速度一般通过降低液晶粘稠度或增大驱动电压两种方法来实现,但是降低液晶粘稠度会导致显示的色彩变淡、不够鲜艳,而增大驱动电压则会降低真实色彩的还原能力。所以我们平时一般都说,较短响应时间的LCD产品的色彩表现更能体现显示器厂商的技术。

  关于过压驱动的介绍已经很多了,也很容易理解,在亮度变化上升沿和下降沿提高一点电压来加速液晶分子的偏转,就可以提升灰阶响应时间,效果是相当的明显,从下表中可以看到使用Over Drive与否对灰阶之间转换的时间影响很大。

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图:使用Over Drive与否对灰阶之间转换的时间影响很大

  支持响应时间加速技术(RTA,即Response Time Accelebrate)的LCD的响应时间通常要比普通的产品快很多,拿三星 226BW举例,其全程平均响应时间为3.7ms左右,要比之前我们介绍的戴尔22吋宽屏E228WFP的16ms全程平均响应时间要快2倍以上。

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图:三星 226BW在各级灰阶过程中响应时间示意图(数据来源:X-bit labs)

9四、05年,16.2M色与16.7M色之争回顶部

  四、2005年,LCD的16.2M色与16.7M色之争

  从2004年开始,LCD已经慢慢取代CRT显示器成为显示设备的主流产品,在这两年里,消费者开始讨论一些与他们戚戚相关的应用问题。

  液晶面板是整个液晶产品产业(包括液晶显示器、液晶电视、手机/数码产品液晶屏幕等)的产业链金字塔最高点,是整个产业的基础,它的技术和发展决定了整个产业链的发展走向。我们平时在市场看到的液晶显示器基本都是由液晶面板加上一个外观模具组成,当然还包括了液晶显示器内部的A/D电路模块和供电电路。显示器厂商能够做的只是尽力去改善画质,液晶面板本身的表现不是它们可以改善的。一款液晶显示器的80%性能表现是由液晶面板所决定的,同时液晶面板占据了一部显示器80%以上的成本。

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图:液晶面板正面

  众所周知,低切割成本的TN材质的液晶面板使得液晶显示器迅速平民化,但是,由于一些用户对液晶显示器的色彩需求比较高,他们对TN材质的液晶显示器嗤之以鼻,认为TN材质的液晶面板和VA以及IPS材质的液晶面板表现差别不是一个档次的。其焦点争论集中体现在05年~06年之间炒得沸沸扬扬的16.2M色与16.7M色区别上。

  1、观点1:TN面板本身只能显示16.2M色,不能真正显示16.7M色。只有VA或者IPS面板才能真正显示16.7M色的色彩。

  对于这个观点,我们可以认为是正确的,也可以认为是错误的。为什么这么说呢?认为它正确的原因是基于液晶面板的物理材质结构出发的:从TN材质液晶面板的物理结构来看,它最大只能显示16.2M色;而从VA或者IPS面板材质液晶面板本身来看,它们可以完整显示16.7M色的色彩。


图:TN材质液晶面板结构示意

  而认为这个观点是错误的朋友是针对“TN面板不能真正显示16.7M色”这个观点,它们认为:决定色彩的关键因素并非在于面板类型,而是驱动IC。

  液晶显示彩色的原理是背光板上对应每个象素点的位置都有三条分别只透红绿蓝光的滤光条带,每个象素的每个条带处都有独立的电路驱动对应位置的液晶分子转动,从而不同亮度的红绿蓝三色光混合,使人眼感受到各种颜色。

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液晶中的晶格

  电压加得高转角就大,电压加得低转角就小,是无级调节。驱动电压从最高到最低分2n份就可以使液晶显示n位色。因此它们认为根本没有什么板只支持多少位色的说法。对任意一块液晶板只有加多少位驱动颜色显示最好的问题。

    也就是说,不论TN或者广视角面板,如果加载的是6bit IC,那么它的色彩数就是16.2M(经过抖动处理),如果加载8bit IC,那么色彩数就是16.7M。

三星+931BW;拆解;三星;931BW;液晶显示器
图:三星 931BW 液晶控制电路板 8Bit的IC芯片

1016.2M色与16.7M色焦点释疑回顶部

  2、观点二:讨论了这个多16.2M色和16.7M色的色彩区别,那么TN材质和VA或者IPS材质的液晶面板在色彩显示方面对于我们肉眼来说有什么差别?

  实际上,TN面板和VA或者IPS面板最大的差异就是由于可视角度不同造成的色彩衰退现象。


TN面板左右角度上面的色彩衰退现象还没有明显察觉


TN面板垂直角度上面的色彩衰退现象非常明显

  我们可以简单看看PVA面板广视角技术的原理:PVA广视角技术同样属于VA技术的范畴,实际上它跟MVA极其相似,可以说是MVA的一种变形。PVA采用透明的ITO层代替MVA中的凸起物,制造工艺与TN模式相容性较好。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。PVA和MVA毕竟一脉相承,在实际性能表现上两者都是相当的。PVA也属于NB(常暗)模式液晶,在TFT受损坏而未能受电时,该像素呈现暗态。这种模式大大降低了液晶面板出现“亮点”的可能性。


  不用屋脊形的凸起物如何生成倾斜的电场呢?PVA很巧妙的解决了这一问题。如图,PVA上的ITO不再是一个完整的薄膜,而是被光刻了一道道的缝,上下两层的缝并不对应,从剖面上看,上下两端的电极正好依次错开,平行的电极之间也恰好形成一个倾斜的电场来调制光线。

  以笔者评测过这么多液晶显示器的经验来看,对于我们普通肉眼来说,普通消费者是很难察觉两者之间在显示纯一色彩之间的差别的,但是,由于16.2M是抖动算法实现的, 简单说就是:先给你看张红, 迅速再给你看张黄, 你眼睛里看到的不是红,而是另外一种色彩。所以,我们实际上看到的TN面板与VA或者IPS面板之间的差别就是TN面板往往在动态表现画面时色彩有些过淡,当然,这只是肉眼上直观的感觉。它跟TN面板在不同角度的色彩衰退现象有关系。

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图:左为三星S-PVA广角面板、右为TN面板,如果我们不告诉大家的话,有多少读者能分辨呢

  结论:正因为肉眼对于TN以及VA或者IPS面板色彩差别很难察觉,所以,我们认为:对于普通消费者来说平时的日常应用,TN面板性能表现已经足够,对于色彩有更高需求的用户,不妨选择VA或者IPS面板。也正因为这点,关于16.2M色和16.7M色的争论已经日趋平静,很少人再提起。

11五、06年,动态对比度,下一个新热点?回顶部

  五、2006年~现在,动态对比度,下一个新热点!?

  LG是最早提倡液晶高对比度的领导厂商,在今年8月份,一线最后三家一线显示器厂商——飞利浦、优派、明基推出支持动态对比的LCD产品之后,我们可以发现,市面所有一线LCD品牌都正式宣布全面支持动态对比概念。

  相信大家对动态对比度的鼻祖——LG的锐比(DFC:Digital Fine Contrast)技术都不会感到陌生,锐比技术最大的技术魅力在于,它实现了在不改变亮度的前提下,通过大幅降低最黑亮度来提高对比度,达到优化显示效果的目的,真正解决了液晶显示器对比度不足的技术难题。而更重要的是,LG锐比(DFC)技术不仅有效地精准还原了不同色阶层次,而且还使得黑色更黑,暗部画面细节得到充分地挖掘,而它所带来的完美画质表现,更给用户带来了清晰、逼真的视觉体验。




图:高对比度带来显示效果演示

  但是,相信不少消费者对于动态对比度到底给我们带来了什么好处是疑惑的。首先我们了解一下对比度的概念:对比度简单些的定义是显示器的白色亮度与黑色亮度的比值。比如一台显示器在显示全白画面(255)时实测亮度值为200cd/㎡,全黑画面实测亮度为0.5cd/㎡,那么它的对比度就是400:1。

  误区1:不同的测试方法会有不同的对比度结果

  由于测试显示器全白和全黑画面时候的情况不一样,得出的对比度结果会有可能不同,因此这里就牵扯到一个测试标准问题,目前我们日常生活中所见到的测试对比度的方法主要有两种。

  第一种:先让显示设备全屏显示白色,测量亮度值;再全屏显示黑色,测量亮度值,得出对比度值,也叫全开全关(Full ON Full OFF)对比度。动态对比度是基于动态背光调整,根据画面明暗来调整背光亮度,实际上只有在这种测试方法下才能得出所谓动态对比度。我们平时在电脑城里面宣传单上看到的参数表就是按照这种方法测出来的结果。

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  第二种:来自美国国家标准委员会ANSI的测试方法,显示16棋盘格黑白相间图案,分别在屏幕上各个方块处测定黑色亮度和白色亮度,以平均值得出的对比度值可称为ANSI对比度,按照ANSI方法测试的对比度成绩最低,因为白色区域的光线将会影响黑色区域的亮度,从而成为考验最为严格的测试方法,尤其对等离子显示器件而言。同样的显示器,此种方法下测试的对比度就只有大约270:1。这种方法测试出来的结果我们平时基本很少提及和使用。

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12鲜为人知:调节亮度可以获得更加视觉享受回顶部

  误区2、液晶显示器亮度、对比度的调节方法

  改变液晶显示器的全白亮度有两种方法:

  第一种是调节CCFL背光灯管的电流大小改变背光亮度,从而得到不同的最大亮度,此时全黑亮度也同步变化,这是最合理的亮度调节方式,目前的绝大多数显示器使用这种亮度调节方式。

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  第二种是调节液晶分子偏转幅度,举例说明,当一台显示器得对比度设置为100时,液晶分子100%偏转完全透光时亮度为400cd/㎡,那么当对比度设置为50的时候,液晶分子得偏转最大幅度也仅为50%,那么此时全白亮度为200cd/㎡,但不管怎么调节对比度设置,全黑亮度不变,因此调节对比度可以得到不同的最大亮度,同时对比度也跟着变化,这就是液晶显示器的对比度调节方式。

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  了解亮度对比度调节方式有助于我们更好的使用显示器,比如当我们需要较低的全黑亮度时,需要将亮度降低,也需要根据环境和节目需要调节到适合的对比度。但液晶分子的偏转幅度不宜过大或者过小,这直接影响到线性度,不好的线性度会影响图像的层次和灰阶Grayscale 的表现,对比度通常只有一个最佳值,在最佳值以外的设置中往往是通过调节伽马曲线来进一步提升图像反差,当然也有冲破液晶线性区域导致高光灰阶丢失,让图像感觉过曝的例子,这些情况都将在测试中得到体现。


图:对比度选项不宜乱调,否则容易引起图像过曝现象

13焦点释疑:高动态对比带来什么好处和弊端?回顶部

  焦点释疑1:高动态对比度给我们带来什么好处?

  前面我们说过动态对比度只在FOFO对比度测试时有效,下面我们演示5倍背光亮度调节功能是如何将500:1的液晶面板提升到2500:1的:全白亮度画面保持不变,全黑画面最大亮度降低为原来的1/5,就可以实现动态2500:1的对比度了。要是全黑画面最大亮度降低为原来的1/10,那么一台5000:1的显示器便出炉了。

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  最初动态对比度主要是应用在投影机(动态光圈控制)和液晶电视上,用以降低昏暗场景中黑色亮度或者提高场景中的最大亮度,从而提高视觉享受。在高动态对比度模式下,电影应用受益最大,黑白更加分明的效果能够让我们更容易辨别清楚电影细节对比。

  焦点释疑2:动态对比度和普通的对比度模式相比有什么弊端?

  就目前的技术而言,实现动态背光还存在一个值得商榷的地方:背光变化速度。

  忽明忽暗,是动态背光调节带来的一个重要问题!我们很容易可以想象到这种情况给眼睛带来的伤害,尤其在游戏的时候。

  亮度调节速度的快慢也是这个技术发展的一个需要思考的问题,最新的影院投影机已经能做到以1/60秒作为步进来调节(动态光圈控制),跟场景变化速度一样快或许是解决这一问题的方法。由于动态场景分析背光调节的应用面比较窄,基本上只针对欣赏电影类节目有帮助,要是在看照片的时候亮度时而变化,使用者恐怕会崩溃,因此各家显示器都把动态背光设立独立选项或者只有在影视模式中才可以开启。

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图:在明基的LCD产品中,用户必须通过进入菜单中进入这个界面确认之后才能开启动态对比功能,不然动态对比功能默认是关闭的

14六、LCD发展中的其它一些重要历程回顶部

  六、这些年中LCD发展的其它一些重要历程

  响应时间技术在各大显示器厂商的大力推动下,在06年9月到达了极限,1ms响应时间的产品的出现和其带来的改善效果让人们意识到响应时间将会慢慢趋于平静。因为液晶显示器画质效果不单纯由响应时间所决定的。

  尽管从技术理论上讲,无论是缩短黑白响应时间,或者灰阶响应时间,基本上都可以有效地消除动态画面的残影现象。不过技术上的达成却无法骗过人类的大脑,这是因为人的眼睛都有视觉残留反映,就是说人眼看到一幅画面以后,在之后的一段时间里(大约是0.1s左右,会因不同的讯号刺激而有所不同)人脑会认为这幅画面仍然存在。

  而液晶的显示特性也是问题之一,由于液晶面板是“点成像”的原因,就算画面响应时间再高,画面中物体移动时,人眼会有自动追踪物体移动轨迹的特性,然而液晶屏幕的连续性显示却无法满足人眼的需求,也就是说无法骗过人眼,因此人脑仍会感受到残影的存在。

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图:现代 S90D-全球第一款1ms响应时间的液晶显示器(图片来源:AVING)

  画质并不是单纯由响应时间决定的,在有效解决拖影现象之后,显示器厂商开始往其他的方向发展,除了之前我们提及的对比度发展历程之外,我们还可以看到LCD发展中的这些历程。

  1、改善背光控制手段

  传统的液晶显示器大部分采用的是CCFL背光手段,CCFL的背光设计主要有两种:“侧入式”与“直落式”。越大尺寸的LCD,其背光模组所占的成本比重就越高,所指的是正是直落式CCFL背光模组,根据统计,同样是使用直落式CCFL背光模组,在15英寸时背光模组仅佔整体成本的23%,但是到30英寸时就增至37%,且推估到57英吋时,背光模组所佔的成本就会达到50%。

  同时,除了有随着尺寸成本迅速增长的缺点之外,CCFL背光还有耗电过高的缺点。据了解,目前CCFL背光模组的用电已佔LCD TV整体用电的90%之高。所以,改变背光技术是目前改变LCD画质的一个方向之一。

伽马

  既然CCFL背光有诸多的副作用疑虑,因此业界也寻求各种新背光实现技术,而LED则是可行方案之一,由于LED应用于显示光源及背光源具高色彩饱和度、快速启动、无汞及寿命长等优点,故显示器为LED下一步具发展潜力产品。

  如Sony的Qualia系列电视,即是高端的大尺寸(40英寸、46英寸)的LCD TV,其背光部分是用WLED所构成,称为WLED背光技术。而对LED背光技术的LCD Monitor研发目前亦已经到实质性阶段,我们在07年的CES会展上已经可以看到相关产品展示。

 
图:三星 XL20-首款高色域LED背光专业液晶显示器

151&2,改善背光控制手段、倍频刷新和插黑技术回顶部

  2、倍频刷新与画面插黑技术

  倍频刷新技术简单来说,就是将原本仅有60Hz的画面更新率,提升到120Hz(以NTSC来看),但是这可不是单纯的提升画面更新率而已,在提升画面更新率的同时,也要利用画面处理器来内插画面,就是在2格画面中间要产生1幅新画面(依照视讯内容而有所不同),借以填补动态的不足。此技术需要画面更新率在每秒120张(也就是8ms)以上的面板才能达成,而目前主流面板基本上都能满足这样的需求。

  此技术未来发展性仍相当高,由于面板更新率的改善,将来也有可能产品3倍频、4倍频的画面处理技术,借以带来更平顺的画面呈现。

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图:LG将于Q3发售的Opus系列液晶显示器-支持120Mhz倍频刷新技术

  插黑技术也是概念相当久远的技术之一,其与倍频刷新的概念有若干类似之处,都是将画面更新率倍增,但是在插入画面方面,黑插入技术是插入全黑的画面,借此消除肉眼的视觉残留现象。由于插入黑画面时,可能会导致面板的漏光现象,影响到整体的对比值,因此要审慎控制黑画面插入与正常画面的比例,避免降低对比。此外,黑画面插入也会降低平均亮度表现,因此也有人提出不要插入纯黑画面,而是插入前后2幅画面的灰阶平均值画面,借以兼顾亮度和动态影象的品质。


图:明基 FP241WZ-支持插黑技术的Full HD液晶显示器

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图:明基插黑技术原理示意

163、高色域带来更自然的色彩体验回顶部

  3、自然色彩完美体验-高色域技术出笼

  1931年,国际照明委员会CIE制定了CIE1931 RGB系统, 规定将700nm的红、546.1nm的绿和435.8nm的蓝作为三原色, 后来CIE1931-xy色度图成为描述色彩范围最为常用的图表。 色域就是在这张图上所覆盖的范围, 而这个范围就是由RGB三种纯色的坐标所围成的三角形或者多边形(增加补色)的面积。

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图:CIE色域定义图,图中代表了sRGB与NTSC的色域范围。(国际照明委员会)

  一般在PC监视器应用方面,多以sRGB为标准的色域定义,sRGB是微软作业系统所提供的标准定义,而在AV应用方面,采用的多是NTSC定义,在颜色涵盖度方面要比sRGB来得广。

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图:明基 FP95G-支持sRGB模式的液晶显示器之一

  但是色域并不是越广就越好,即使监视器本身能够达到超高色域,但是这些多出来的颜色不一定能为人眼所辨识,NTSC算是普偏公认的色域定义标准,而在部分特殊应用上(如印刷或印前作业),也有使用厂商自订的色域规范。而显示装置所能提供的颜色范围能够涵盖多大比例的特定色域定义,我们就可以将之称为符合70%的NTSC色域饱和度,或者是符合90%的sRGB色域饱和度等。

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图:典型的普通液晶面板的色域饱和度都是72%左右

17结语回顶部

  色域的呈现主要在背光的选择上,众所周知,液晶面板本身并不发光,而是必须透过背光的光线才能够显示画面,传统CCFL灯管在萤光材质上的限制,红光呈现能力偏弱,加上所搭配的彩色滤光片的混色效果较差,最终呈现的色域饱和度不佳,导致目前主流的LCD监视器或电视在色域呈现能力上不足,多仅能达到72%NTSC左右。

  新型的W-CCFL(广色域背光灯管)能够相当程度的改善色域呈现问题,有效加强颜色饱和度,如果搭配新型的多色滤光片(在RGB三原色以外多加如黄色、青色或白色等颜色的滤光片,借以增加颜色呈现能力),在显示能力上还能够进一步提升。滤光片对色域表现有所帮助,但是幅度不大,影响色域呈现能力主要还是在背光模组技术方面。W-CCFL只是在萤光材质进行改良,仅仅更换W-CCFL背光模组,就能将色域饱和度从原本的72%NTSC提升到92%NTSC的程度,且几乎不会增加成本,因此各大液晶监视器或液晶电视制造公司也开始大幅采用此种背光技术,只要是色域范围在NTSC90%左右者,几乎都是此类灯管。

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图:新型的广色域液晶面板色域饱和度可以达到92%以上

  随着LED光源技术的进步,采用LED作为LCD背光光源的产品也越来越多, 采用此类背光,可将色域提升到破表的程度(也就是超越NTSC色域范围),目前的推广困难度主要是在技术与专利部分,其实成本并不会提高太多(除了多色混光LED背光技术以外),目前关于LED背光技术的发展仍然以日韩为业界领导者。

 
图:三星XL-20-业界第一款发售的LED背光专业液晶显示器

  结语:从近几年LCD技术发展的现状和趋势来看,它们无一不是围绕着同一主题:“追求人类肉眼舒适性极限”。另外,除了追求视觉舒适性极限之外,技术的发展更多是应用范围的广泛性上,如3D显示、触摸屏技术等等,基本都是现有技术的延伸和应用。

  科技永远向前进步,LCD技术的发展使得我们的未来更多广阔和光明!

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