液晶显示原理的简单介绍

液晶显示原理的简单介绍平板开发部2004－9－26液晶显示技术的发展

LCD（LiquidCrystalDisplay），即液晶显示器，所谓液晶是指在某一温度范围内，即具有液体的流动性，又具有晶体光学特性的物质，它是1888年奥地利的一位植物学家Reinitzer发现的。液晶的分子排列对外界的环境变化（如温度、电磁场等）十分敏感，当液晶的分子排列发生变化时，其光学性质也随之改变。利用液晶的这一特点，本世纪60年代英国的科学家制造出了第一块LCD。液晶显示技术经历了扭曲向列（TN-LCD）、超扭曲向列（STN-LCD）和薄膜晶体管阵列（TFT-LCD）三个重要发展阶段。进入20世纪90年代后，LCD技术发展开始进入高画质彩色图像显示的新阶段，有源矩阵（AM-LCD）的TFT液晶显示技术的性能取得了飞速发展，克服了STN液晶显示器件在响应速度、视角、分辨率、灰度调制等方面存在的不足，技术性能接近于CRT，适应了信息技术产品对显示器件的需要，应用面得到了扩大。由于TFT-LCD的尺寸、视角、分辨率等技术性能取得了突破性进展，使得TFT-LCD开始步入电视领域，并已出现商品化的液晶电视。

液晶显示方式所处位置及分类液晶显示的特点优点：1.图像清晰、无几何失真、无闪烁、无X射线辐射、不受地磁影响。2.采用被动发光的方式，图像光线柔和，常时间收看不易疲劳。3.体积小、重量轻、功耗低。缺点:1.观赏视角的限制。2.受响应时间的限制，观赏剧烈运动的图像时会出现图像模糊。3.成本较高。随着液晶显示技术的发展，目前最新的液晶屏已经较好的解决了视角和响应时间的问题，随着液晶屏厂家新一代生产线的陆续投产，产量和生产工艺的提高和改善，液晶屏的价格已经开始大幅度的下落，预计液晶电视很快就会大规模普及。TFT-LCD的构造TFT-LCD像素的驱动方式TN、VA、IPS三种TFT-LCD的工作方式TFT-LCD的规格及指标一、物理分辨率目前市面上LCD屏大概有以下几种物理分辨率：VGA:640×480(20英寸4:3的电视用液晶屏多为这个分辨率，如我公司的TLM2019、TLM2020)SVGA:800×600(部分20英寸的电视用液晶屏是这个分辨率，如友达的一款20英寸屏）XGA:1024×768(15英寸4:3的液晶屏多为这个分辨率，如我公司的TLM1519）WXGA:1280×768（16:9的电视用液晶屏多为这个分辨率，如我公司的TLM1718、TLM3018、TLM3218等）SXGA:1280×1024（17英寸、19英寸的液晶屏大多数为这种分辨率，这两种屏主要用于液晶显示器）

SXGA+:1400×1050（笔记本电脑的液晶屏有一部分是这种分辨率）UXGA:1600×1200（20英寸的显示器用液晶屏多为这种分辨率）

液晶显示器的物理分辨率表示它可以显示的点的数目，这是一个固定值,同样的尺寸之下，分辨率越高则可以显示的画面越细致。假设你的液晶显示器的物理分辨率是1024×768，则你最好将电脑显示卡的输出信号设为1024×76860Hz（注），如果你输入一个800×60075Hz的信号，实际上显示器内部必须通过一个图像缩放芯片先将这个信号转换为1024×76860Hz的信号然后再输出给液晶屏，而这个转换过程实际上是有损失的，这样你就无法得到最佳的图像效果。(注：由于液晶显示的特性，帧频为60Hz的信号在液晶屏上显示，就已经无法观察到图像闪烁的现象，因此目前所有的液晶屏厂家都将液晶屏的帧频订为60Hz)二、色彩数

液晶屏只能接收数字化的图像信号，因此，如果输入的是模拟RGB信号,则必须通过A/D转换芯片将模拟信号转换为数字信号，然后才能送往液晶屏进行显示。对于数字信号来讲，其bit数越高，则量化精度也就越高，就越能真实的反映他所要传输的信息。对于一块6bit屏来讲，其RGB三种颜色的每一种都可以分成64阶（6bit)，则这种液晶屏能显示的颜色种类一共有64×64×64＝262,144(2的18次方）种组合。对于一块8bit屏来讲，其RGB三种颜色的每一种都可以分成256阶（8bit)，这种屏能显示的颜色种类一共有256×256×256=16,777,216(2的24次方）种组合。目前还有一种伪八bit的屏，这种屏接收24bit的RGB信号（每种颜色8bit，三种颜色共24bit)，但是在屏的内部对信号进行处理时，实际上是按6bit来进行处理的，最后通过抖动算法来模拟实现8bit的显示，对于这种屏来讲，其RGB三种颜色的每一种可以分成253阶，这种屏能显示的颜色种类一共有253×253×253=16,194,277种组合。由于采用了抖动算法，这种屏在显示图像时会有轻微的闪烁。能显示的颜色越多，并不表示这种屏的颜色会比较鲜艳，但是看起来颜色层次会比较细致。目前我公司的液晶电视产品，除TLM1519(1)采用的是伪8bit的液晶屏外，其余均采用的是8bit的液晶屏。关于抖动算法的简单介绍24位矩阵是指每个RGB色彩以8元表示，因为8x3=24。18位色彩则是每个色彩以6位表示。前者会显示256色，但6位方式只会显示64色。具体而言，24位的显示器会识别248、249、250、251与252等色彩，而18位则会识别248与252第一个问题：如何显示250色最简单的方法是让像素轮流显示248与252色。如果面板的速度很快，你只会看到一种色彩，就是介于这两色的色彩，例如250。你必须使用两个动作才能显正确的色彩。第二种方法是使用四个而不是一个像素。此时，其中两个像素会显示248色，另外两个会显示252色。你只要一次动作便可以显示正确色彩。第二个问题：如何显示249色第一个方法会显示两次248色，并显示一次252色，因此需要三个动作才能显示249色。在第二个方法中，第一个像素会显示252色，其余三个会显示248色，因此只需要一个动作便可显示正确的色彩。这表示即使第一个方法较慢，但它只需要用到一个像素。第二个使用四个像素的方法则必须冒着遗失图像细节的风险。由于厂商对上述这些方法并没有太大的信心，因此他们选择使用较为复杂的方法，例如使用不同像素来显示色彩。他们也可能使用9个、16个或更多的像素，而不只是四个像素。随着采用的方法不同，正确色彩的显示可能非常快，你可能会感觉到轻微的闪烁，而且当图连续显示时（例如DVD或游戏），图像可能会呈现木纹状。因此如果要兼顾显示最佳色彩与达到最短的反应时间，我们很难找到可以评估液晶显示器品质的机器。第三个问题，为何一下子是1670万色，一下子是1620万色呢？很简单，因为在6位元色彩中，最大只能达到111111的值。如果将此值转换成8位元色彩，便会产生11111100，因此不管使用哪一种dithering方法，都无法存取下列这几个值：11111101、11111110与11111111。在dithering技术下，16位实际上并不会显示256色。每个RGB色只会显示253色，因此总共是253x253x253=1,619万色。四舍五入变成了1,620万色了。这也是我们能够分辨18位与24位色彩的原因。只有后者才能号称可显示1,670万色。三、亮度亮度是指显示器在白色画面之下明亮的程度，单位是cd/m^2,或是nit。

亮度是直接影响画面品质的重要因素，一个明亮的显示器即使存在偏色等其它不利因素，还是有可能看起来画面会比较漂亮。目前市场上的液晶显示器一般亮度规格大约是250nits，笔记本电脑的液晶屏亮度大约是150nits，液晶电视的屏幕亮度通常在400nits以上，这是因为看电视时不像使用显视器时距离那么近，并且观看电视的环境会比较明亮。液晶显示器是被动发光的，其之所以发光是因为它的背光模块装有灯管(类似荧光灯管），笔记本电脑的液晶显示屏里面一般用一支，液晶显示器里一般会有两到六支，液晶电视里一般会有四支以上（如我公司的TLM1519/TLM1718/TLM2019都是6支灯管）。液晶屏的寿命其实就是由灯管决定的，目前灯管寿命都在五万小时以上，也就是使用五万小时之后亮度会掉到原来的一半。四、视角视角的定义有三种--1.对比从斜的方向去看液晶显示器，与正看时相比，白色部分会变暗，黑色部分会变亮，因此对比会下降，一般定义当对比下降到10的时候的角度为该显示器的视角，也就是定义大于此视角的时候黑白已经不易分辨。一般液晶屏厂家与显视器、液晶电视厂家对于视角的定义最常使用这一条。2.灰阶反转理论上显示器从零灰阶(黑色)到二五五灰阶(白色)应该是灰阶数越高则越亮，但是液晶显示器在某个大角度的时候有可能看到低灰阶反而比高灰阶还亮，也就是看到类似黑白反转的现象，这种现象称之为灰阶反转。定义不会产生灰阶反转现象的最大角度为视角，也就是超过这个角度就有可能看到灰阶反转。这个定义和第一个定义的差别在于用对比定义只考虑零灰阶和二五五灰阶，而灰阶反转是考虑所有的灰阶。3.色差从不同角度去看液晶显示器，会发现颜色会随着角度而变化，比如说本来是白色画面变得比较黄或比较蓝，或是颜色变得比较淡等等。随着角度变大，当颜色的变化已经大到无法接受的临界点时，定义该角度为视角。几种广视角技术1.TN+film所谓TN+film就是在原来的TN型TFT-LCD上贴上一种广视角补偿膜，原本大约左右视角100度，上下视角60度，可以增加到左右140度，上下120度，但是TN+film还是没有解决灰阶反转的问题。2.MVAMVA是富士通所开发出来的独家专利技术，除富士通之外，台湾尚有奇美电子与友达光电获得授权生产，MVA可以做到上下视角与左右视角都超过160度()，并且解决了大部分灰阶反转的问题，除非是从很特殊的方位并且很大的角度去看才有可能看到灰阶反转。3.IPSIPS最早由日立所发展，另外IBM,、NEC、东芝、LG等也拥有IPS技术，台湾的瀚宇彩晶也获得了日立的授权生产，IPS上下视角与左右视角号称到170度(但不是每个方位都有这样的视角)，并解决大部分灰阶反转问题。有名的广视角技术，另有Sharp拥有独家专利ASV，韩国的三星有一种MVA的变形叫做PVA，韩国的Hydis(原现代的TFT-LCD部门)则拥有IPS的变形FFS。五、响应时间响应时间的定义就是在面板的同一点上面，从黑色变到白色所需时间加上从白色变到黑色所需时间。

LCD有响应时间的问题是因为，LCD是以液晶分子的旋转角度来控制光线的亮暗程度，而液晶分子的旋转时需要时间。响应时间分为上升时间和下降时间，对TN型液晶屏来说，驱动电压从低电压变成高电压时画面会从白色变成黑色(电压上升)，因此白色变成黑色所需时间就是上升时间，而驱动电压从高电压变成低电压时画面会从黑色变成白色(电压下降)，因此黑色变成白色就是下降时间。MVA和IPS型液晶屏则刚好相反，黑变成白是上升时间，白变成黑是下降时间。响应时间的定义就是上升时间加下降时间。响应时间越快越好，响应时间如果不够快，则在播放快速运动的画面时就容易出现图像模糊的显象。目前液晶电视所使用的液晶屏的响应时间一般在16ms～30ms之间，预计将来能将反应时间控制在10ms以下。这里其实有一个误区，黑白之间的响应时间与黑灰、蓝绿、黄白之间的响应时间无关。例如，如果你从0伏特开始，对液晶分子增加1伏特电压，以改变黑色和白色，当电压达到最大值时，液晶便会竭尽所能地快速移动。假设你想显示黑白之间的灰色。你这时只需要加一半的电压，此电压值对液晶的刺激度较低，因此移动的速度也较慢。色彩变化的每个阶段都会产生与前一个阶段不同的反应时间。

如果液晶屏上某一点的颜色从淡紫色（RGB中的184、128、