液晶顯示屏的基本類型和特性簡要解析
來源:數字音視工程網 編輯:merry2013 2013-05-27 06:39:58 加入收藏 咨詢
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目前企業的各個產品線均有顯示功能需求,從監護產品的參數界面,到超聲、放射影像產品醫學圖像顯示,從血球產品的分析結果,到MRI上的控制操作界面,都有UI用戶界面顯示要求,所以顯示組件的使用范圍極其廣泛。早期的顯示使用冷陰極射線管CRT進行成像,現在已逐漸被LCD液晶顯示技術所取代,液晶技術已成為最主要的一種顯示技術被廣泛應用。這里講LCD屏的一些基本知識進行總結歸納。
液晶顯示屏的基本類型和特性
液晶顯示屏的英文名稱是LiquidCrystalDisplay(Device),簡稱LCD。根據LCD所采用的材料構造,可把液晶分為TN、STN、TFT等三大類,而據目前的技術原理又可以將它們再次分為TN、STN、FSTN、DSTN、TFT等諸多類別:
LCD的特點是體積小、形狀薄、重量輕、耗能少(1~10微瓦/平方厘米)、低發熱、工作電壓低(1.5~6伏)、無污染,無輻射、無靜電感應,尤其是視域寬、顯示信息量大、無閃爍,并能直接與CMOS集成電路相匹配,同時還是真正的“平板”式顯示設備。這些特點正在使顯示領域從傳統CRT走向LCD。
在現在流行的應用領域中,LCD主要是無源矩陣顯示器中的雙掃描無源陣列彩顯DSTN-LCD(俗稱偽彩顯)和有源矩陣顯示器中的薄膜晶體管有源陣列彩顯TFT-LCD(俗稱真彩顯)。
液晶屏分類
DSTN
DSTN(Dual-LayerSuperTwistNematic)是指雙掃描扭曲向列,意即通過雙掃描方式來掃描扭曲向列型液晶顯示屏,達到完成顯示的目的。DSTN顯示屏上每個像素點的亮度和對比度因不能獨立控制,顯示效果欠佳,但它結構簡單,耗能較少,價格便宜。
DSTN-LCD并非真正的彩色顯示器,它只能顯示一定的顏色深度,與CRT的顏色顯示特性相距較遠,因而叫“偽彩顯"。其工作特點是:掃描屏幕被分為上下兩部分,CPU同時并行對這兩部分進行刷新(雙掃描),這樣的刷新頻率雖然要比單掃描(STN)重繪整個屏幕快一倍,但當元件的性能不佳時,難免因上下兩部分刷新不同步而在屏幕中央出現模糊水平線。不過,現在采用DSTN-LCD的機器因CPU和RAM速率高且性能穩定,這種不同步現象已經極少見到。又因屏幕上的像素信息是由屏幕左右兩側的晶體管控制一整行像素來顯示,每個像素點不能自身發光,是無源像點,所以反應速度不快,屏幕刷新后會留下幻影,其對比度和亮度也低,圖像要比CRT顯示器暗得多。
由于DSTN-LCD的對比度和亮度較差,屏幕觀察范圍較小,色彩不豐富,特別是反應速度慢,不適于高速全動圖像、視頻播放等應用,一般只用于文字、表格和靜態圖像處理。但因價格相對低廉,耗能較TFT-LCD少,結構簡單,在一些對顯示效果要求不高的地方還較多應用。
TFT
TFT(ThinFilmTransistor)是指薄膜晶體管,意即每個液晶像素點都是由集成在像素點后面的薄膜晶體管來驅動,從而可以做到高速度、高亮度、高對比度顯示屏幕信息。TFT-LCD是目前最好的LCD彩色顯示設備之一,其效果接近CRT顯示器,是現在筆記本電腦和臺式機上的主流顯示設備。
由于彩色顯示器中所需要的像素點數目是黑白顯示器的4倍,在彩色顯示器中像素大量增加,若仍然采用雙掃描形式,屏幕不能正常工作,必須采用有源驅動方式代替無源掃描方式來激活像素。這樣就出現了將薄膜晶體管(TFT)、或薄膜二極管、或金屬-絕緣體-金屬(MIM)等非線性有源元件集成到顯示組件中的有源技術,用來驅動每個像素點,使每個像素都能保持一定電壓,達到100%的占空化。無疑,這將增加設備的功耗。
TFT-LCD的每個像素點都是由集成在自身上的TFT來控制,是有源像素點。因此,不但速度可以極大提高,而且對比度和亮度也大大提高了,同時分辨率也達到了空前程度。所以,TFT-LCD的優點主要是:屏幕反應速度快、對比度和亮度都高、屏幕觀察角度大、色彩豐富、分辨率高,在色彩顯示性能方面與CRT顯示器相當,凡CRT顯示器所能顯示的各種信息都能同樣顯示。在有源矩陣LCD中,除了TFT-LCD外,還有一種黑矩陣LCD,是當前的高品質顯示技術產品。其原理是將有源矩陣技術與特殊鍍膜技術相結合,既可以充分利用LCD的有源顯示特點,又可以利用特殊鍍膜技術,在減少背景光泄漏、增加屏幕黑度、提高對比度的同時,可減小在日常工作中明亮環境下的眩光現象。
液晶顯示屏的性能參數
LCD的性能參數與CRT有較大區別,主要反映在真彩或偽彩、色度(色彩多少種或多少位)、分辨率、亮度、視角、對比度、接口等方面。
尺寸
LCD顯示屏的尺寸是指對角線的距離。LCD與CRT顯示器的尺寸衡量標準不一樣。CRT顯示器的標稱尺寸與實際可視尺寸不一樣,15"的CRT顯示器實際可視面積只有14"左右,而17"CRT顯示器的可視面積也只有15"-16"左右。而液晶屏的標稱尺寸與實際可視面積是一模一樣的,15"就是15",17"就是17",沒有一點水份。因此,15"液晶顯示器的實際尺寸已接近17"CRT顯示器的實際可視尺寸。常見的TFT屏尺寸有6.4"、8.4"、10.4"、12.1"、13.3"、14.1"、15.1"等。
色彩和色度
LCD的色度層次比較豐富,但DSTN-LCD與TFT-LCD有較大差別。TFT-LCD一般有16位64K種色彩和24位16M種色彩,由于亮度和對比度高,彩色十分鮮艷。而DSTN-LCD只有256K種色彩,不但亮度和對比度較差,彩色也不夠艷麗明亮。
分辨率
LCD的分辨率與CRT顯示器不同,一般不能任意調整,它是制造商所設置和規定的。分辨率是指屏幕上每行有多少像素點、每列有多少像素點,一般用矩陣行列式來表示,其中每個像素點都能被計算機單獨訪問。
亮度
液晶屏的畫面是否鮮明亮麗與其亮度值有很大關系。早期的液晶屏給人感覺屏幕發暗,就是因為亮度不夠高。不過現在的液晶屏亮度已大為提高,200尼特(亮度單位為cd/m2或叫Nit尼特)以上的產品已經可以滿足大多數環境下的使用要求。不過要注意的是,不要輕信廠家的標稱亮度值,因為一些質量稍次的產品會存在亮度不均勻的現象,即屏幕四周的亮度值比中心部分的亮度值要低,至于亮度是否均勻,就要靠大家在購買時仔細觀察了。
大部分TN、STN(DSTN)液晶的亮度不超過100尼特,但是目前比較常用的5~6"的偽彩色STN屏的亮度都在130尼特左右,而TFT屏的亮度則一般都在150尼特以上。
對比度
液晶屏的對比度可以反應出顯示屏是否能表現層次豐富的色階。對比度越高,顯示屏所表現出來的色彩越鮮明、層次感越豐富。對比度在120:1以上的顯示屏,色彩表現力已經可以接受,而對畫質要求高的用戶,可選擇對比度在300:1以上的產品。要提醒大家注意的一點是,亮度與對比度不能簡單理解為越高越好,在實際使用中,只有當亮度和對比度調節搭配恰到好處,才能確保圖像和色彩的真實還原。
可視角度
可視角度是液晶屏的特有參數。之所以會存在可視角度,是因為受其成像機制影響,液晶屏只有從正前方觀看時,才能獲得最佳的視角效果,而從其它角度觀看時,亮度與色彩都會出現失真、發暗。一般而言,LCD的可視角度都是左右對稱的,但上下可就不一定了。而且,常常是上下角度小于左右角度。當然了,可視角是愈大愈好。然而,大家必須要了解的是可視角的定義。當我們說可視角是左右80度時,表示站在始于屏幕法線80度的位置時仍可清晰看見屏幕圖像,但每個人的視力不同。因此,我們以對比度為準。在最大可視角時所量到的對比愈大愈好。一般而言,業界有CR>10及CR>5兩種標準。DSTN-LCD一般只有60度,TFT-LCD最高可達160度。
響應時間
我們用液晶顯示器觀看調整移動的畫面時,經常會看到拖尾或稱為"鬼影"的現象,這就是因此液晶屏的響應速度不夠快,像素點對輸入信號的反應速度跟不上,從而使觀看者看到有殘留影像。液晶屏的響應時間以ms(毫秒)為單位,對于大多數應用,50ms-100ms的產品都能勝任。但如果你經常用于觀看視頻文件或玩游戲,則要求響應速度越快越好,目前一些液晶屏的響應速度已經可以做到30ms甚至更高,基本上不會存在殘影現象了。
刷新頻率
刷新頻率對于LCD顯示器的重要性也低于CRT。由于肉眼能夠察覺CRT的刷新頻率高低,因此刷新頻率至少要65或70Hz,畫面看起來才不太會閃爍。如果能夠調整到85Hz以上,就看不出有閃爍的現象了。至于LCD顯示器,由于像素的亮滅狀態只有在畫面內容改變時才會有所變化,所以即使掃描頻率很低,畫面也根本沒有所謂的"閃爍"問題。
接口
目前液晶顯示屏的接口主要分數字接口和模擬接口兩種。數字接口又分3.3VTTLRGB、5VTTLRGB和LVDS等,根據顏色種類又可以分18位數字接口和24位數字接口。模擬接口分為模擬RGB信號輸入和NTSC/PAL制式的視頻信號輸入。
背光
說到背光問題,需要從另一個角度將液晶分類,即透射式、反射式、半反半透式液晶三類,因為液晶為被動發光型顯示器,所以必須有外界光源,液晶才會有顯示,透射式液晶必須加上背景光,反射式液晶需要較強的環境光線,半反半透式液晶要求環境光線較強或加背光。字符類液晶:帶背光的一般為LED背光,以黃顏色(紅、綠色調)為主,一般為+5V驅動。單色STN中小點陣液晶:多用LED或EL背光,EL背光以黃綠色(紅、綠、白色調)常見;一般用400~800Hz、70~100V的交流驅動,常用驅動需要約1W的功率。中大點陣STN液晶和TFT類液晶:多為冷陰極熒光燈管(CCFL/CCFT),背光顏色為白色(紅、綠、藍色調),一般用25k~100kHz、300V以上的交流驅動。
壞點
我們在上面提到的一些性能指標都是可以從廠商所提供的資料中找到,但"壞點"則要靠用戶自己的觀察發現了。所謂"壞點",簡單地說就是指液晶顯示屏上某個持續發光或不發光的像素點。由于這些壞點都是永久性的,因此在選購時必須看清了,觀察的方法是將屏幕調為純白及純黑,仔細看看上面有沒有黑點和亮點。一般而言,三個以下的壞點都可視為合格產品,但可以的話,我們當然選擇那些完全沒有壞點的,也就是所謂的AA級產品。
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