LCD顯示原理及DFA技術(shù)
LCD顯示原理
一、液晶顯示原理
LCD為英文Liquid Crystal Display的縮寫,即液晶顯示器,是一種數(shù)字顯示技術(shù),可以通過液晶和彩色過濾器過濾光源,在平面面板上產(chǎn)生圖象。與傳統(tǒng)的陰極射線管（CRT）相比,LCD占用空間小,低功耗,低輻射,無閃爍,降低視覺疲勞。不足：與同大小的CRT相比,價(jià)格更加昂貴。
早在1888年,人們就發(fā)現(xiàn)液晶這一呈液體狀的化學(xué)物質(zhì),象磁場中的金屬一樣,當(dāng)受到外界電場影響時(shí),其分子會(huì)產(chǎn)生精確的有序排列。如果對(duì)分子的排列加以適當(dāng)?shù)目刂?SPAN lang=EN-US>,液晶分子將會(huì)允許光線穿越。無論是筆記本電腦還是桌面系統(tǒng),采用的LCD顯示屏都是由不同部分組成的分層結(jié)構(gòu)。位于最后面的一層是由熒光物質(zhì)組成的可以發(fā)射光線的背光層。背光層發(fā)出的光線在穿過第一層偏振過濾層之后進(jìn)入包含成千上萬水晶液滴的液晶層。液晶層中的水晶液滴都被包含在細(xì)小的單元格結(jié)構(gòu)中,一個(gè)或多個(gè)單元格構(gòu)成屏幕上的一個(gè)像素。當(dāng)LCD中的電極產(chǎn)生電場時(shí),液晶分子就會(huì)產(chǎn)生扭曲,從而將穿越其中的光線進(jìn)行有規(guī)則的折射,然后經(jīng)過第二層過濾層的過濾在屏幕上顯示出來。
對(duì)于簡單的單色LCD顯示器,如掌上電腦所使用的顯示屏,上述結(jié)構(gòu)已經(jīng)足夠了。但是對(duì)于筆記本電腦所采用的更加復(fù)雜的彩色顯示器來說,還需要有專門處理彩色顯示的色彩過濾層。通常,在彩色LCD面板中,每一個(gè)像素都是由三個(gè)液晶單元格構(gòu)成,其中每一個(gè)單元格前面都分別有紅色,綠色,或蘭色的過濾器。這樣,通過不同單元格的光線就可以在屏幕上顯示出不同的顏色。現(xiàn)在,幾乎所有的應(yīng)用于筆記本或桌面系統(tǒng)的LCD都使用薄膜晶體管（TFT）激活液晶層中的單元格。TFT LCD技術(shù)能夠顯示更加清晰,明亮的圖象。早期的LCD由于是非主動(dòng)發(fā)光器件,速度低,效率差,對(duì)比度小,雖然能夠顯示清晰的文字,但是在快速顯示圖象時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生陰影,影響視頻的顯示效果,因此,如今只被應(yīng)用于需要黑白顯示的掌上電腦,呼機(jī)或手機(jī)中。
受LCD液晶層中實(shí)際單元格數(shù)量的影響,LCD顯示器一般只能提供固定的顯示分辨率。如果用戶需要將800X600的分辨率提升到1024X768的話,只能借助于特定軟件的幫助實(shí)現(xiàn)模擬分辨率。
與傳統(tǒng)的CRT顯示器一樣,應(yīng)用于桌面系統(tǒng)的LCD也被設(shè)計(jì)成接收波形模擬信號(hào),而非直接由PC產(chǎn)生的數(shù)字脈沖信號(hào)。這主要是因?yàn)槟壳白烂嫦到y(tǒng)中的絕大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)顯卡仍然是在將視頻信息由最初的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)之后再傳送給顯示器顯示。雖然桌面系統(tǒng)的LCD被設(shè)計(jì)成可以接收模擬信號(hào),但是LCD本身仍然只能處理數(shù)字信息,因此當(dāng)從顯卡接收到模擬信號(hào)之后,LCD需要將模擬信號(hào)再還原為數(shù)字信號(hào)后進(jìn)行處理。為了解決上述問題帶來的顯示上的不足,最新的桌面LCD采用了一種特殊的帶有數(shù)字連接器圖形卡直接向LCD顯示器傳送數(shù)字信號(hào)。
隨著LCD技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展,顯示屏幕的大小正在逐步增加。以往的筆記本電腦中都是采用8英寸（對(duì)角線）固定大小的LCD顯示器,現(xiàn)在,基于TFT技術(shù)的桌面系統(tǒng)LCD能夠支持14到18英寸的顯示面板。因?yàn)樯a(chǎn)廠商是按照實(shí)際可視區(qū)域的大小來測定LCD的尺寸,而非向CRT那樣由顯象管的大小決定,所以一般情況下,15英寸LCD的大小就相當(dāng)于傳統(tǒng)的17英寸彩顯的大小。
二、液晶顯示技術(shù)一覽
（1） PPI與分辨率
數(shù)家顯示廠商,包括生產(chǎn)LCD顯示屏的龍頭大廠--東芝,都趁這次EDEX大展發(fā)布最新研制的200PPI真正高分辨率TFT液晶顯示屏。PPI所表示的是每平方英寸所擁有的像素（Pixel）數(shù)目。因此PPI數(shù)值越高,即代表顯示屏能夠以越高的密度顯示圖像。當(dāng)然,顯示的密度越高,擬真度就越高。目前通用的TFT液晶顯示屏大部分只有100PPI,可以想像擁有高一倍的200PPI顯示畫質(zhì),將會(huì)是什么效果了。
（2） 低溫多硅顯示屏曝光
各大廠商除在顯示質(zhì)量方面明爭暗斗之外,顯示面積當(dāng)然也是另一個(gè)兵家必爭之地。擁有特大顯示面積的TFT顯示屏紛紛出籠。東芝公司將于2000年秋季左右正式將15寸的低溫多硅TFT技術(shù)應(yīng)用到顯示屏或筆記本電腦產(chǎn)品上。
（3） 新穎的分辨率標(biāo)準(zhǔn)
VGA、SVGA、甚至UXGA的分辨率標(biāo)準(zhǔn),相信大家都已經(jīng)耳熟能詳。但這個(gè)叫做SXGA+的最新分辨率標(biāo)準(zhǔn)你也聽說過嗎？SXGA+所代表的顯示分辨率為1400×1050。其實(shí),IBM、三星和日立等三家廠商于1999年10月舉行的“LCD/PDP Internation 99’展覽會(huì)中,已經(jīng)展出過使用SXGA+分辨率標(biāo)準(zhǔn)的顯示屏。而這次的EDEX 2000中,夏普公司就展出了以這種最新分辨率標(biāo)準(zhǔn)制造,專供筆記本電腦使用的13.3寸/14.1寸及15寸TFT顯示屏。
（4） Quad-VGA
三菱公司也展出的一種最新分辨率標(biāo)準(zhǔn)的液晶體顯示屏產(chǎn)品。“Quad-VGA”所代表的分辨率為1280×960,以一般標(biāo)準(zhǔn)XGA的 1280×1024 顯示分辨率比較,Quad-VGA會(huì)較為扁平一點(diǎn)點(diǎn),縱橫比例超越 4：3 多一些。未來“Quad-VGA”標(biāo)準(zhǔn)的顯示屏即將會(huì)被索尼應(yīng)用于其L系列的VAIO筆記本電腦中。
三、名詞解釋
很多人在購買電腦產(chǎn)品時(shí),常常被說明資料中的專有名詞弄得頭昏腦漲。選購LCD顯示器也是一樣,有一些平日沒有接觸過的名詞會(huì)讓大家不知所措。因此筆者在下面的文章中將與液晶顯示器有關(guān)的、一些比較重要的技術(shù)術(shù)語作簡單整理和解釋,使大家在購買LCD顯示器時(shí)能有個(gè)參考的依據(jù)。
1、尺寸標(biāo)示和可視角度
LCD顯示器跟CRT顯示器除顯示方式不同以外,最大的區(qū)別就是尺寸的標(biāo)示方法不一樣。舉例而言,CRT顯示器在規(guī)格中標(biāo)榜為17寸,但實(shí)際可視尺寸卻絕對(duì)達(dá)不到17寸,大約只有15寸多些;而就LCD顯示器而言,若標(biāo)示為15.1寸顯示器,那么可視尺寸就是15.1寸。
綜合上面的說法：CRT顯示器的尺寸標(biāo)示,是以外殼的對(duì)角線長度作為標(biāo)示的依據(jù);而在LCD顯示器上面,則只以可視范圍的對(duì)角線作為標(biāo)示的依據(jù)。
單就當(dāng)前市面上出售的LCD顯示器來說,可視角度都是左右對(duì)稱的（也就是由左邊或是右邊可以看見熒幕上圖像的角度是一樣的。例如左邊為60度可視角度,右邊也一定是60度可視角度）。而上下可視角度通常都小于左右可視角度。
從用戶的立場來說,當(dāng)然可視角度越大越好。但是大家必須了解可視角度的定義。當(dāng)我們說可視角度是左右80度時(shí),表示站在始于顯示器法線（就是顯示器正中間的假想線）,垂直于法線左方或是右方80度的位置時(shí),仍可清晰看見顯示器上的影像。由于每個(gè)人的視力不同,因此我們以對(duì)比度為準(zhǔn)。在最大可視角度時(shí)所量到的對(duì)比度越大就越好。
2、亮度、對(duì)比度
TFT LCD顯示器的可接受亮度為150cd/m2以上。目前國內(nèi)市場中能夠見到的TFT液晶顯示器亮度都在200cd/m2左右（LCD顯示器的亮度測量單位為米平方燭光“cd/m2”,也就是一般所稱的NIT）。亮度過低就會(huì)感覺熒幕比較暗,當(dāng)然亮一點(diǎn)會(huì)更好。但是,如果熒幕過亮的話,人的雙眼觀看熒幕過久同樣會(huì)有疲倦感產(chǎn)生。因此對(duì)絕大多數(shù)用戶而言,亮度過高并沒有什么實(shí)際意義。
亮度和對(duì)比度對(duì)于LCD顯示器影像的呈現(xiàn),比對(duì)CRT顯示器有更大的影響。高亮度的LCD顯示器對(duì)于用戶而言,感覺會(huì)比較好。但是也要提供足夠高的對(duì)比度來顯示亮度、才能確保色彩的真實(shí)度和色階準(zhǔn)確度。
TFT LCD顯示器的亮度范圍由150Nits到200Nits。通常,質(zhì)量好的LCD顯示器標(biāo)準(zhǔn)亮度最少要有200Nits,而大部分的CRT顯示器最高亮度只在150Nits左右。以200Nits的亮度為例,LCD顯示器比CRT顯示器的影像表現(xiàn)更佳。消費(fèi)者在購買顯示器時(shí),要特別注意亮度指標(biāo),因?yàn)槟壳斑�沒有一個(gè)確切的標(biāo)準(zhǔn)來測量亮度是否足夠明亮。
另外值得注意的是,LCD顯示器在熒幕的中央部分非常地明亮,而在接近邊緣部分亮度會(huì)降低近25%。最好且最有效的方法,就是將LCD顯示器并排一對(duì)一比較。
對(duì)比度指標(biāo)指的是最亮的白色和最暗的黑色之間不同亮度層次的測量。當(dāng)對(duì)比度達(dá)到120:1時(shí),就可以很容易地顯示生動(dòng)、豐富的色彩。而對(duì)比度高達(dá)300:1時(shí),則可支持各色階的顏色。
從目前來看,用戶在購買LCD顯示器時(shí),還沒有一套有效且公正的標(biāo)準(zhǔn)來衡量對(duì)比度和亮度指標(biāo)。所以最好的識(shí)別方法還是利用自己的雙眼來判定。即將LCD顯示器調(diào)到最亮和最暗,看看感覺如何。現(xiàn)在也只能利用這方法來找到比較合適的LCD顯示器。
3、響應(yīng)時(shí)間
所謂“響應(yīng)時(shí)間”,就是LCD顯示器對(duì)于輸入信號(hào)的反應(yīng)速度,也就是液晶由暗轉(zhuǎn)亮或者是由亮轉(zhuǎn)暗的反應(yīng)時(shí)間。
基本上,“響應(yīng)時(shí)間”指標(biāo)越小越好。響應(yīng)時(shí)間越小,則用戶在看移動(dòng)的畫面時(shí)不會(huì)出現(xiàn)有類似殘影或者是拖曳的感覺。通常,各種LCD顯示器會(huì)將反應(yīng)速度分為兩個(gè)部分--“Rising”和“Falling”,而表示時(shí)則以兩者之和為準(zhǔn)。
4、顯示色彩
早期的彩色LCD顯示器在顏色表現(xiàn)方面,最多只能顯示高彩（256K）。因此許多廠商使用所謂的FRC（Frame Rate Control）技術(shù),以仿真的方式來表現(xiàn)出全彩的畫面。到了近期,由于技術(shù)的進(jìn)步,LCD顯示器最起碼也能夠顯示到高彩16位元色。解析度方面,以15.1英寸 TFT LCD顯示器為例,基本都能夠支持到1024x768的解析度;17寸以上的LCD顯示器可以達(dá)到1280x1024的解析度,色彩表現(xiàn)在全彩（32位元）的模式也是輕而易舉的事。
5、熒幕刷新頻率
對(duì)于CRT顯示器來說,刷新率關(guān)系到畫面刷新的速度。刷新速度越快,畫面越不容易閃爍。而如果刷新率在75Hz以上,用戶就不容易感到畫面閃爍。
對(duì)于LCD顯示器來說,刷新率高低并不會(huì)使畫面閃爍。刷新率在60Hz時(shí),LCD就能獲得很好的畫面。在LCD顯示器中,每個(gè)像素都持續(xù)發(fā)光,直到不發(fā)光的信號(hào)被送到控制器中,所以LCD顯示器不會(huì)有因不斷充放電而引起的閃爍現(xiàn)象。
也許有人會(huì)問：如果大多數(shù)的LCD顯示器在60Hz刷新率下就能達(dá)到最佳畫質(zhì),為何不將刷新率鎖定在60Hz,而要有60-75Hz的選擇范圍？其實(shí)這關(guān)系到使用彈性和兼容性的問題。由于LCD顯示器試圖取代CRT顯示器的市場地位,而現(xiàn)今大部分顯示卡仍以CRT顯示器為設(shè)計(jì)對(duì)象,更高的使用彈性和兼容性將有助于LCD顯示器切入市場,并取代CRT顯示器。
6.解析度
無論是購買LCD或一般的CRT顯示器,解析度都是顯示器的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)轱@示器必須支持軟硬件所需要的解析度。
傳統(tǒng)CRT顯示器支持的解析度比較有彈性。不管是高的解析度或是低的解析度,通通能夠顯示,并且絲毫不損失顯示質(zhì)量。這是因?yàn)?SPAN lang=EN-US>CRT顯示器的影像主要是由像素（Pixels）所組成的點(diǎn)和線而產(chǎn)生的,因此像素的多寡是影響解析度的重要因素。
但是,LCD液晶顯示器卻只支持所謂的“真實(shí)解析度”,可比喻為一般CRT顯示器的最高解析度。其主要差別在于,LCD液晶顯示器只有在“真實(shí)解析度”下才能表現(xiàn)最佳影像效果。解析度低于真實(shí)解析度時(shí),影像還是可以被呈現(xiàn),只是所顯示的影像無法如真實(shí)解析度般得到優(yōu)化。LCD液晶顯示器的真實(shí)解析度定義為“定點(diǎn)形式”,所以我們?cè)谑褂?SPAN lang=EN-US>LCD顯示器時(shí),切記將解析度設(shè)定成最高,這樣畫面所呈現(xiàn)的影像將會(huì)越清晰,使用起來感覺也會(huì)越好。
四、用于液晶顯示器和微顯示器的彩色濾光片的Dichroic Filter Array (DFA) technology技術(shù) ，生產(chǎn)RGB和其他精確彩色濾光片。與gel-filter和其他常見的技術(shù)相比，該技術(shù)能夠提高濾光片的光學(xué)性能，也使濾光片更經(jīng)久耐用。利用DFA技術(shù)技術(shù)能制成小型精確模式的濾光片，從而產(chǎn)生更強(qiáng)烈、明亮的顏色。
關(guān)于Dichroic Filter Array (DFA) technology 技術(shù)
Dichroic Filter Array技術(shù)是Ocean Optics的一項(xiàng)領(lǐng)先技術(shù)，它使得向各種光學(xué)和微電子底層添加二向色薄膜的顯微光刻圖像成為可能。這一突出技術(shù)使得我們可以將一組離散二色性濾光片刻上大小2微米,間隙1微米的圖案.
這種高精度的模式能夠應(yīng)用于任何用戶要求的濾光片配置，與其他染色凝膠和其他常用的濾光技術(shù)相比，這一技術(shù)在彩色過濾、空間分辨率、透射系數(shù)、濾光片的耐用性等方面都具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。
關(guān)鍵特征
· 專利方法
· 2µm像素大小
· 1µm分辨率
· 最大250平方毫米
· 平面結(jié)構(gòu)
· 定制反射和抗反射黑色矩陣
應(yīng)用領(lǐng)域
· 微型顯示器放映機(jī)
· 高清晰度顯示器，高分辨率監(jiān)控器
· 個(gè)人數(shù)字助理
· 數(shù)碼投影儀
· 背投電視和監(jiān)控器
