液晶显示器的基本原理和选购技巧

液晶显示器的基本原理和选购技巧胡一刀为了让大家对液晶显示器的原理有更加深入的了解，让我们三问液晶显示器。一问：不能发光的液晶为何能显示出绚丽多彩的画面？液晶，顾名思义就是因为它兼具液体和晶体的某些特性。自从发现它具有透光率随电压改变的特性以来，液晶这个词，留给人们的第一印象就是——液晶是一种显示器件。1、背光源（Backlight）我们知道，液晶本身并不发光，那为什么液晶显示器却能够显示出高亮度高对比度的画面呢？其实，和马路边林立的灯箱一样，液晶显示器需要强大的背光系统。由于液晶显示器件本身具有纯平面、显示精细等特性，所以它需要一个亮度高且均匀的背光源。目前各个领域常用的背光源主要有：发光二极管（LED）、卤钨灯、电致发光器件（ELD）、冷阴极荧光灯、阴极发射灯（CLL）和金属卤化物灯等。虽然其中作为面光源的EL显示器件完全符合亮度高且均匀的条件，但目前由于其成本高且尺寸小而并不适合在液晶显示器上使用。因此相对来说工艺成熟、亮度高、成本低、性能好的冷阴极荧光灯就成为目前彩色薄膜液晶显示器（TFT-LCD）上使用最广泛的背光源。冷阴极荧光灯，英文名ColdCathodeFluorescentLamps，简称CCFL。它其实就是霓虹灯，不过管径更小而已——当然，管径小于6mm的“霓虹灯”跟普通霓虹灯的工艺已经完全不同。霓虹灯是一种线光源，那如何把它“转化”成液晶显示器所需要的背光源呢？这就涉及到一个复杂而考究的光线处理机构，如图1、2，其中导光板是呈锲形的平板，它负责把线光源雾化成均匀的面光源。图3是光线在背光模组中的光路图。图1背光模组原理示意图图2背光模组的构成图3光线在背光模组中的光路可见，背光模组的作用无非就是把线光源发出的光通过漫反射使之成为面光源。但这个背光源大有学问，在搭配不同数量的灯管时其表面的纹理会有不同的变化，背光板的设计涵盖了光学设计、精密模具以及蚀刻、印刷等精密科技。背光模组里的反射板用于将没有直接散射出去的杂乱光线再次引入导光板以提高光源的利用率；它上面的扩散膜同样具备把光线形成漫反射并均匀扩散的能力；而作为背光模组另一重要组件的棱镜片（垂直和水平相间隔）则负责把光线聚拢，使其垂直进入液晶模块以提高辉度，所以又称增亮膜。经过上述处理，冷阴极荧光灯组成的线光源就可以形成亮度均匀并垂直射出的面光源。2、液晶面板（Panel）在得到均匀的面光源之后，紧贴在背光模组上的液晶面板就负责对光线进行调制以得到最终画面。跟背光模组一样，液晶面板同样很薄（厚度从数毫米到零点几毫米不等），但其结构并不简单。因为液晶面板比较脆弱，所以需要加入几层玻璃基板来增加强度并起到保护作用。在液晶盒（通过特定浇铸并扭曲了的液晶分子槽）之下的是主动驱动矩阵TFT电路，TFT电路具有响应速度快并可记忆的功能，正是由于TFT驱动的成熟，才使液晶显示器的几个性能瓶颈得到重大突破。上下两层相互垂直的偏振膜和被扭转的液晶分子相配合使光线得以被显示信号调制成不同强度的输出信号，液晶上的RGB滤色片（ColorFilter，CF）把可见光滤成三原色，进而组成各种颜色来还原画面。二问：液晶显示器的哪些特性值得我们关注？1、液晶显示器的尺寸液晶显示器和CRT显示器尺寸的对比如果有人问你家里的电视机是多大的，你用的CRT显示器又是多大的？或许你会脱口而出“34英寸！17英寸！”。嗯，没错，不过这里有一个坏消息要告诉你——你所看到的画面面积其实并没有你所说的这么大。CRT显示器的尺寸是以外规格的最大对角线来衡量的，即便是真正的17英寸显示器，其最大显示面积以对角线衡量的话一般也只有16英寸左右。而且，受到CRT显示器固有缺点的限制，一般工厂并不保证合格出厂的CRT显示器在最大范围的显示面积上能够正常显示，工厂为你设定的默认值是在屏幕上更小的一块区域。让我们来看看某国际知名电脑品牌在其官方直销网站上的数据，这是一台17英寸的平面CRT显示器：而液晶显示器，其标注尺寸则为实际的屏幕尺寸，也就是最大即最佳显示尺寸。例如，该厂商的某17英寸液晶显示器官方参数为:可以看到，同样是17英寸的显示器，CRT显示器的最佳显示区域为15.35英寸，而液晶显示器的则为17英寸。就最佳显示区域而言，说15英寸液晶显示器显示面积和17英寸CRT显示器相当并不为过——尽管17英寸CRT显示器最大显示区域的确比15英寸液晶显示器的要大。液晶显示器尺寸和最佳分辨率的关系在尺寸方面，看上去液晶显示器似乎比CRT显示器更“实在”一些。但由于液晶分子和屏幕像素成一一对应的关系，因此液晶显示器也有一个很大的先天不足——尺寸基本决定了最佳分辨率，并且其最佳分辨率只有一个（当然，在1600×1200的液晶显示器上用800×600的分辨率就另当别论）。目前市面上销售的液晶显示器的尺寸和最佳分辨率的对应关系大概是：比方说，如果你选择了15英寸的液晶显示器，那你就必须接受1024×768的分辨率，因为只有在这个分辨率下画面才会清晰。令人欣慰的是，目前绝大多数应用软件（包括网页设计）都能很好地支持这一分辨率，因此15英寸的液晶显示器看起来的确比较合适——如果你不嫌它小的话。但另一方面，如果你常用的某个软件不能很好地支持1280×1024的分辨率，那建议你暂时不要选择17英寸或18英寸的液晶显示器（虽然此时它们已经很便宜了），否则你就不得不忍受字体模糊、画面朦胧等液晶显示器在非最佳分辨率下的种种弊病了。2、液晶显示器的亮度、对比度、灯管和最大颜色数亮度亮度的单位是坎德拉每平方米（cd/m2）。我们到底需要多亮的显示器呢？这与环境的亮度是密切相关的。例如在电影院中，亮度在50cd/m2以下就已足够，但是在室内观看电视则需要70cd/m2或以上，而在室外则要求高质量的显示器能够达到300cd/m2甚至更高的亮度。对比度对比度是指显示器画面上最大亮度和最小亮度的比值。实际上，在普通的观察环境里，对比度大于30就已经能在显示器上观察到比较好的图像了，在液晶显示器的官方参数中所列的350∶1之类的数值其实是在暗室中的测试数据，在实际应用环境中是不可能达到那么高的比值的。要提高对比度，就必须要提高屏幕所显示画面的绝对亮度，同时还要降低液晶显示器在显示“黑色”时的亮度。最大显示颜色数虽然液晶显示器所还原的颜色看起来更纯、更艳丽，但实际上它所能还原的最大颜色数还远远不及CRT显示器（几乎无限种），毕竟CRT显示技术发展多年，已经成为目前显示器色彩还原能力的佼佼者，这道门槛是绝大多数平板显示器（液晶显示器是其中一种）在短期内还无法逾越的。就目前TFT彩色液晶显示器所能还原的颜色数而言，红、绿、蓝三原色都只能单色还原2的6次方种颜色（也就是通常所说的6bit或6位色），通过抖动处理可以达到2的8次方，这样三原色相加也不过2的24次方种即24位色，目前主流的液晶显示器基本都处于这个档次，只有某些低端产品仍然停留在18位色甚至更低的水平。灯管数量液晶显示器的光源来自冷阴极荧光灯，要提高亮度和对比度，在目前背光模组没有出现革命性突破的情况下，惟有靠增加灯管数量来提高亮度。以前15英寸液晶显示器一般在屏幕上下边框各有一支灯管，而现在已经有不少厂商推出了屏幕上下左右边框各一根灯管的所谓四灯管液晶，甚至有厂商把某些具有三支U形灯管的产品称为“六灯管”。下图就是U形灯管实物图。增加灯管数量的确显著提高了产品的亮度和对比度，但它所带来的散热和耗能问题也很直接。最主要的是，作为显示器本身，其实并不是亮度、对比度越高，还原图像的效果就越好。好的显示器必须要有很好的灰度显示能力，因为图像是有层次的，只有能准确还原足够多的灰度级，显示出的图像才有层次感，而这恰恰是液晶显示器的先天不足——在灰阶和色阶测试画面中，我们可以看到LCD显示器与CRT显示器的差距还很明显。因此，在液晶显示技术的性能瓶颈还没有取得重大突破之前，增加灯管数量其实更多的是厂商的无奈之举。选择更多灯管的液晶所带来的感官刺激是明显的，但是要知道，这其实并没有带给你显示画质的提升。除非周围的环境亮度实在比较高，否则没有太大必要在这方面孜孜以求。3、液晶显示器的响应时间由于液晶本身种类繁多，加上测试响应时间的标准不太统一，测试手段也非常复杂，因此实际上业界对响应时间这一重要参数并没有一个很严格的参考标准，消费者也只能依靠官方的资料而无法通过自己测试来判别。一般来说，液晶显示器的响应时间包括上升时间和下降时间，上升时间是从加电到液晶分子完全扭转至最大角度的时间，即加电到信号显示正常的时间，而下降时间则相反。所以，响应时间其实是整个液晶动作的总体反应时间。响应时间长的液晶显示器在屏幕上的直接体现就是对运动画面的表现比较模糊，这极大地影响了玩游戏和看影碟时的乐趣。为什么类似现象在CRT显示器上不会出现呢，是因为CRT显示器的总体响应时间很短吗？其实不然，CRT显示器的总体响应时间并不短，在用MonitorsMatterCheckScreen显示器专业测试软件中的运动方块进行测试时，CRT显示器和液晶显示器一样，高速运动的色块拖着明显的“尾巴”（虽然CRT显示器的更短一些，但还是很明显）。但仔细观察就可以发现，在CRT显示器上看到的色块前端依然很锐利，而在液晶显示器上则四周都很模糊。个中差异缘于它们的“上升时间”。CRT显示器属于主动发光显示器，在正常工作时，从加电到电子束打到荧光粉上所花费的时间可以忽略不计，而荧光粉从接受到能量到把该能量转换成光能也只需要非常短的时间（这就是CRT显示器的上升时间）；液晶显示器此时虽然可以在很短的时间内把电压加到液晶分子上，但由于液晶分子扭转的过程很耗时间，从而导致其“上升时间”很长，在它还没有把色块完全显示出来的时候，色块信号已经运动到下一轨迹，这样还原出来的运动画面就不可避免地会出现模糊。由此可见，真正影响我们在屏幕上观看运动物体的是显示器的“上升时间”，“下降时间”虽然重要，但对我们的眼睛捕捉运动物体轨迹的影响并不是很大。然而，在实际应用中，虽然液晶的上升时间较长，但它所带来的负面影响其实并非如测试中表现出来的那么大，这主要是因为液晶显示器并不是任何时候都要把液晶分子扭转到最大角度，然后再恢复。比如，在显示灰色画面时，液晶分子只需花很短的时间扭转一半角度就足够了。可见，只有在需要肉眼辨识细小物体（并且物体色彩和背景反差很大）的运动方向的游戏中，液晶的响应时间才显得格外重要。例如著名的CS游戏，在雪地里高速移动鼠标，你才会发现运动中的准星模糊得会让眼睛下意识地做出聚焦的动作从而容易导致疲劳。同样，在播放影碟或其他视频时，只有景物快速连续变化的场面才会因此变得模糊。针对液晶的这一缺陷，业界厂商始终致力于开发响应更快速的产品，如近期已有厂商推出上升时间仅仅5ms（总体响应时间16ms）的产品。不过无论如何，由于结构原理的限制，液晶显示器要在响应时间上做到CRT显示器的水平，需要突破的技术难关依然很多。所以不要期望购买一台响应时间短的液晶显示器就能够完全达到CRT显示器的水准，如果你的应用并不十分在乎响应时间造成的影响，普通的液晶显示器相对而言更实惠一些——当然，液晶显示器的性能日益逼近甚至超过CRT显示器是我们大家都乐于看到的。以上各项指标都是选购液晶产品所必须注意的。当然，液晶显示器的可视角度对日常使用也有很大影响，不过由于宽视角技术的日益普及，目前市场上液晶显示器的可视角度大多数都已经达到了水平方向160°、垂直方向120°的水平，如果不要求你的液晶显示器像家里的电视机一样同时被多人欣赏，那这样的指标已经足够，毕竟液晶显示器移动起来实在太方便了。三问：什么档次的液晶显示器可以满足我的需要？1、坏点的存在尽管已经有各种理由告诉你，液晶显示器存在坏点是不可避免的，但相信没有几个人会喜欢带坏点的液晶。虽然时下已经有不少品牌承诺其产品绝无坏点，但这种做法通常只是部分型号的促销手段而已，毕竟事实上所有面板厂商都不会把产品按有坏点和没坏点的标准来分开出售，即便是名牌大厂也只承诺自己的产品在单位面积上不会有超过规定数目的坏点，而这个数目又因各个厂商而异，并不存