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LCD的技术特性

发布来源:www.xyhlcd.com   发布时间:2010-1-29

(1)视角

由于LCD的显示视角范围受限、反映速度慢,使得它在显示快速移动图像时与CRT相比有一种先天的缺陷。在传统的CRT显示器或电视机中,图像的显示是通过发光物体磷来实现的,光线从这一层向各个方向发射,只是强弱稍有不同而已。因此可以从一个很大的可视角范围来观看屏幕,无论从哪个角度去观察,显示的亮度、色彩都和正视效果相近。

LCD和其他大多数显示技术一样,都需要使强的背景光线穿过液晶层或者其他显示层来形成图像,从而完成图像的传递过程。LCD的特性决定了它所需的背景光是定向的。举一个形象的例子来说,就好比手中握有一把吸管,将它们的一端对准光源。如果通过另一端苜视吸管,将会看到光源射出的光线。但是如果稍微移开眼睛,从其他的方向去看的话,就无法观察到光线了。LCD技术正是如此。虽然液晶分子并不像吸管一样是中空的,但是它们的有序排列阻止了光线向其他方向发射。

为了解决视角问题,LCD制造商采用了许多方法。直接在显示器外面附加一层漫射膜是解决光线漫射的方法之一,漫射膜可以将特定传播方向的光线散射向各个方向,从而增大可视角度。不过这种方法只能达到一定程度的改善。另一种做法是通过改变液晶的电流方向来增大可视角度。电流不再是从顶端流向底端,而是从侧面方向流过,这就使得液晶分子在水平方向上有序排列,从而增大了传递光线的可视角度。这两种技术通常用在水平可视角度的改善上。

第三种解决方案比较复杂,而且会使制造成本大大增加。其主要方法是将每个液晶单元分割成大量微小的部分,事先将这些微小子单元以不同的方向倾斜,这就使得传播光线在到达这些微小面板的时候向各个方向散射,从而可增大可视角度。昂贵的成本限制了该方法的广泛使用,仅在一些具有需要同时从远处和近处观察的台式显示器中才需要应用到这种技术。

(2)反应速度

LCD单元在控制信号到达与变化完成之间存在滞后现象,这使得LCD在显示快速移动图像时与CRT相比具有一种先天的缺陷。CRT的电子枪发射电子束到被激发的萤光粉发光几乎是瞬间完成的。LCD的这种滞后时间被称为反应时间,其单位通常是毫秒。被动矩阵显示器的响应时间很长,约有l50ms或更多,所以不适于显示诸如电影的移动画面。

在主动矩阵显示器中的像素响应时间因设计的不同而异,它主要受到几个因素影响,包括用来驱动LCD单元的电压,LCD单元的厚度和使用的液晶材料。标准的主动矩阵显示器一般有40ms的响应时间,也就是说每秒能显示25帧。它的平面内转换增加了可视角度,但显示会变慢,一般有70ms的反应时间。更快一些的反应时间为25ms。

(3)显示色彩

LCD显示的一个重要的技术指标是显示色彩。CRT显示器所能表现出的色彩几乎是无穷的,因为它是模拟设备,只需改变红、绿、蓝三种模拟信号的强度,就可以得到不同的色彩。与CRT一样,LCD技术也是根据电压的大小来改变LCD亮度的,但是只有主动矩阵LCD可以单独控制每个像素。因为被动矩阵LCD每次都要驱动整行或整列像素,因此它的灰阶表现能力很差

每个LCD的子像素所显示的颜色取决于色彩过滤器,由于液晶本身没有颜色,所以用滤色片产生各种颜色,而不是子像素,子像素只能通过控制光线的通过强度来调节灰阶。只有少数主动矩阵显示采用了模拟信号控制技术,大多数则采用了数字信号控制技术。大部分数字控制的LCD都采用了8位控制器,可以产生256级灰阶。每个子像素能够表现256级,那么就能够得到256×3种色彩,每个像素能够表现出16,777,216种成色。因为人的眼睛对亮度的感觉并不是线性变化的,人眼对低亮度的变化更加敏感,所以这种24位的色度并不能完全达到理想要求,但通过采用脉冲电压调节的方法可以使色彩变化看起来更加统一。

实际应用中采用了两种技术来提高主动矩阵显示中每个液晶单元的灰阶显示数目。第一种是抖动方法,即将四个毗连呈正方形的像素作为一个单元,如果其中一个的灰阶太低,那么相邻的像素就会提高自身的亮度,从而显示出一个比较适中的灰阶,四个像素最后会显示出三个适中的最终灰阶作为显示结果。这种方法的最大缺点在于其降低了显示的分辨率。

另一项技术是框架速率控制(FRC)技术,这种方法是在显示每屏图像时多次刷新像素。与抖动方法不同的是,这种方法主要是通过时间控制的。如果显示一幅画面需要的时间分为很多帧,像素就可以在帧的切换当中形成一种灰阶的过渡态,四帧就可以形成三个过渡态。这种设计的优点是可以不降低图像的分辨率,它被广泛应用于现代的主动矩阵显示器中。

(4)耗电量

主动矩阵LCD显示器与CRT相比耗电量较小,事实上,它已经成为便携式电子设备的标准显示器,已广泛应用在了PDA及笔记本电脑中。但不管怎样,LCD技术的相对效率仍较低,即使将屏幕显示白色,从背景光源中发射的光也只有不到10%穿过屏幕发出,其他的都被吸收。

如果希望在户外这样强光环境下图像更明亮,就需要一个更亮的背景光源,这将需要更多的电能。如果使用的电池容量一定,更亮的背景光源就会在较短的时间内将电池的电能耗尽。

在实际设计中采用更大的电池容量就可解决这个问题,但是对于目前的电池技术来说,这就意味着设备重量的增加,对消费者的吸引力就会下降。这三者之间的三角平衡推动着对显示器、电池及节能技术的研究。

总而言之,背景光源所耗能量LCD显示器总耗电量的最大部分。更大的屏幕、更高的亮度和更高的分辨率都将使笔记本电脑显示器的耗电量大大增加。另一方面,通过降低系统电压和提高孔径比,以使更多的光能通过液晶单元,可降低系统的电源需求,使笔记本计算机显示器的总耗电量维持在2~5W之间。一只CCFL管的背景光源大约需要1.2W,所以使用一只或两只CCFL管的屏幕共需要1.2或2.4W的能量。

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