精品液晶屏幕成像原理.docx

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精品液晶屏幕成像原理

液晶屏幕成像原理

      液晶显示器,即LCD（LiquidCrystalDIS）显示器是以电流刺激液晶分子的方式产生点、线、面配合背部灯管构成画面。

和传统的阴极射线管（CRT）显示器相比，它的体积小，节省空间；不产生高温，属于低耗电产品；辐射低，由于显示远离不同，和CRT显示器相比它产生的辐射可以忽略不计；画面柔和，画面不会闪烁，降低眼睛的疲劳。

        知识点一：

液晶面板的成像原理。

TN型面板材用的液晶分子示意图

光线穿过液晶层旋转90度的光学示意图

　　首先,液晶本身并不具备任何颜色，也不会发光，常温下只是粘糊糊的半液体罢了。

液晶的分子很像一根木棒，当给液晶施以一定电压时，它的分子会旋转一定角度。

这种特性非常有用，它能让光线改变原来的方向，即横向的光射入液晶后，会改变90度出来，液晶显示器的显示基础就在这里。

另外，对液晶施入的电压不同，液晶分子的旋转角度也会不同，利用这条性质可以起到控制光线强度的作用。

一个完整的液晶显示器示意图

　　液晶面板的结构很像汉堡包，液晶夹在两个相互呈90度角的偏光板中间，偏光板和百叶窗结构类似，都只能允许一个方向的光线进入。

光线从后面的背光板射入，先经过第一层偏光板，偏光板只让一个方向的光线进入，然后光线经过液晶层，偏转90度后，正好能通过第2层偏光板，不过这还不算完。

彩色滤光膜示意图

由于液晶本身没有色彩，所以人们在液晶射出的方向增加了一层彩色滤光膜，薄膜上有很多红、绿、蓝三原色像素。

光线受液晶分子的控制，透过每个像素的光线强度也不同，三原色通过混合才得到我们所需要的色彩。

 液晶显示彩色的原理总结为一句话，就是背光板上对应每个象素点的位置都有三条分别只透红绿蓝光的滤光条带，每个象素的每个条带处都有独立的电路驱动对应位置的液晶分子转动，从而不同亮度的红绿蓝三色光混合，使人眼感受到各种颜色。

        知识点二：

液晶驱动电路的问题。

　　液晶面板只是一个显示器件，它不能直接接受视频信号，所以必须来找一个翻译：

驱动电路来做接口。

驱动电路接收外部信号，然后指挥液晶面板来进行显示。

在真实的显示器中，驱动电路作为一个电路板的形式出现，通常叫主板。

　　驱动电压加得高转角就大，电压加得低转角就小，是无级调节。

驱动电压从最高到最低分2n份就可以使液晶显示n位色。

也就是说，不论TN或者广视角面板，如果加载的是6bit驱动电路，那么它的色彩数就是16.2M（经过抖动处理），如果加载8bit驱动电路，那么色彩数就是16.7M。

   所谓的6bit驱动电路和8bit驱动电路是指什么呢？

　　简单的说，驱动电路的位数，可以理解成它所支持的色彩数量，例如8bit驱动是指2的8次方种色彩，即在RGB三原色通道中，每个色彩通道上能显示256（2的8次方＝256）级灰阶，能显示的色彩总数为256*256*256=16777216种色彩，简称16.7M色。

同理，6bit驱动RGB每个通道只能显示器2的6次方种色彩，即64*64*64=262144种色彩。

别看位数只差了2位，但色彩数量是天壤之别！

6bit面板能显示的色彩还不到8bit面板的2%！

        知识点三：

不同种类的液晶面板。

        上面讲到了光从液晶板中射出的时候要经过偏光板，这样光就有了一定的方向，因此显示视角也受到了不小的影响。

为此，人们想了不少办法来改善，由于所采用的方法不同，我们平时在市场中见到的面板种类很多，不过主要分为窄视角和广视角两种。

下面介绍的几种液晶面板中，TN+film是一种典型的窄视角液晶面板，另外还有三种是广视角液晶面板。

　　■TN+film

　　TN+film液晶面板主要应用于入门级和中端产品，它基于早期可视角度很小的TN技术（视角最大90度），但在面板上增加了一层转向膜，将可视角度提高到了140度左右，成为了一种视角较广的产品，所以严格的说，TN+film也算是一种广角技术。

　　既然TN+film是一种广角技术，为啥我们还要将它窄视角呢？

原因在于，TN+film和一下介绍的产品相比，其视角仍然偏低。

由于TN类液晶面板基本不会用做显示产品（以前有）,因此TN+film就被当成一种窄视角产品了。

　　从色彩角度上看，TN+film实际所能产生的色彩十分有限，最大色彩数只能达到16.2M标准。

　　从原理上，我们可以知道，液晶显示器的色彩来源于光线透过彩色滤光膜，不同强度的光线透过彩色滤光膜，就形成了不同的色彩。

控制光线的强度则是利用液晶分子通电后旋转的物理特性，理论上讲，液晶分子只要施入一定的电压，就能实现无极转动，这样可以非常细微的控制光线，色彩也就能达到近乎无限的程度。

而实际上，液晶分子并不是特别听话，总有一些液晶分子不受控制，不按规定角度旋转，另外技术上也不可能让液晶分子整齐划一的旋转90度，这样色彩是不可能精确控制的。

　　TN+film由于没有采用任何补偿或者其它措施，因此液晶分子控光能力差，色彩表现受到很大的影响，这种影响是物理条件限制的，属于先天不足。

广角液晶面板虽然从名称上看和色彩无关，其实它们从内部结构上改变了液晶分子的控光能力，因此在色彩上获得了极大的改善，这也是广角类面板可以显示16.7M色的根本原因。

简单的说：

　　传统TN+film从理论上可以提供无限多的色彩，但由于物理结构和自身原理的限制，不能显示16.7M色彩

传统TN+film面板不能显示16.7M色是物理原理造成的，和驱动电路无关

　　尽管TN+film在色彩上是先天弱项，但通过软件补偿技术仍然可以达到16.2M色，基本接近16.7M，而一般人的肉眼是基本不能分辨16.2M色和16.7M色的。

具体来讲，TN+film则是应用了PD（PixelDithering，像素抖动）算法或者FRC（FrameRateControl，帧速率控制）技术。

其中使用最广泛的当属FRC技术，因为它比较容易实现。

　　FRC技术主要是利用了视觉暂留这种人的生理特性，这个特性大致指的就是人眼的亮度感觉并不会随着物体亮度的消失而立即消失。

显示器利用快速的色彩切换，可以让人眼感觉到很多并不存在的色彩，从而提高显示器的色彩表现。

　　色彩补偿技术的实现方法各不相同，不同厂家会有自己独特的地方，在色彩增强这方面，夏普公司的研究比较深入，采用同样的面板，夏普产品的色彩会比大多数对手更好，原因就在于此。

最近三星也推出了采用TN+film却搭配8bit驱动电路，一种被称为B-TNIII面板的液晶显示器。

　　虽然TN+film在物理上有先天的缺陷，但通过各种补偿办法，在色彩方面还是完全能够满足平时要求的，但在对色彩要求较高的领域，TN+film不能满足要求，因此很少有专业显示器采用TN+film面板。

　　和TN+film单一技术相比，目前流行的广角面板主要包括MVA、IPS和PVA3种。

当然了，液晶的广角技术远不止这3种，诸如夏普ASV等都是广视角面板，只是它们商业化程度不足，市面上很少见而已。

　　■MVA

　　MVA是较早投入应用的广视角液晶面板，由日本富士通公司开发。

它的全称为（Multi-domainVerticalAlignment），是一种多象限垂直配向技术。

MVA是利用突出物使液晶静止时并非传统的直立式，而是偏向某一个角度静止；当施加电压让液晶分子改变成水平以让背光通过则更为快速，这样便可以大幅度缩短显示时间，也因为突出物改变液晶分子配向，让视野角度更为宽广。

MVA最早是作为一种快速响应面板来进行宣传的，因为当时普通液晶显示器的响应时间高达50ms以上，而MVA却依靠优势能做到25ms左右，这是液晶显示器历史上的一大进步。

　　经过技术改进的MVA被称为之P-MVA，这种面板在保留MVA优点的同时，可以搭配各种增压芯片达到较高的响应时间。

　　■PVA

　　PVA则是三星独家推出的一种面板类型，它在富士通MVA面板的基础上有了进一步的发展和提高，是一种图像垂直调整技术，该技术直接改变液晶单元结构，让显示效能大幅提升可以获得优于MVA的亮度输出和对比度，早期的PVA响应时间和MVA一样都是25ms。

去年三星在PVA基础上又延出改进型S-PVA，可视角度可达170度，配合加压芯片，S-PVA的响应时间已经提高到灰阶水平，而对比度超过700:

1。

　　由于未对外授权，S-PVA和PVA只有三星自己生产，不过凭借着三星强大的面板产能，S-PVA在市场中占据了不少份额。

　　■S-IPS

　　IPS是日本日立公司开发的液晶技术，它也是目前主要的一种液晶面板类型。

IPS通过液晶分子平面切换的方式来改善视角，利用空间厚度、摩擦强度并有效利用横向电场驱动的改变让液晶分子做最大的平面旋转角度来增加视角；在制造上不须额外加补偿膜，显示视觉上对比也很高。

在视角的提升上可达到160度，响应时间缩短至40ms以内。

所以IPS型液晶面板具有可视角度大、颜色细腻等优点，看上去比较通透，不过响应时间较慢和对比度较难提高也是这类型面板一个比较明显的缺点。

　　总的来说，TN+film的优势在于便宜，至于性能则没有后三种来得好。

广角面板虽然性能好，但技术开发费用昂贵，同时生产良品率较低，要想在成本上赶超TN+film比较困难。

　　附：

液晶显示器使用注意事项　　我们经常会看到有些朋友在抱怨某款液晶显示效果不佳，屏幕经常不明原因变得模糊不清，甚至是在清洁液晶时，由于不小心给液晶留下了致命伤。

其实这些都是由于对液晶显示器的使用，缺少必要的常识所致。

　　相比CRT，液晶更是脆弱的多。

要想真正用好一台液晶显示器，如何将它的性能完全发挥出来，同时又要使其历久如新，听上去好像有点儿难度，实际上你只需要做好以下五点，就能轻松达到。

1、把对比度调整到不丢失画面细节　　新买回来的液晶显示器，我们一般都会对它进行一些调整。

其中最重要的一项就是对比度。

高对比度可以让画面看上去细节更清晰，更有层次感。

很对液晶对比度标称都达到了600:

1甚至是800:

1，但真的就是调得越高，画面效果就越好吗？

　　事实上却并非如此，因为当你过度提升了液晶显示器的对比度，会导致画面明亮部分细节的丢失与偏色，而对比度越高，这种情况也就越严重。

　　其中的原因在于提升对比度的时候也同时提升了亮度，但现在的液晶显示器对于亮度/对比度的均衡性的控制并不到位，也就导致了上述情况的发生。

因此对于对比度的设置，也需要适可而止。

　　那如何将对比度调制最大状态，并且保证画面没有细节的丢失呢？

简单的方法是通过目测图片去判断，找一副你熟悉的图片（明亮一些的），此时去提升显示器的对比度，当画面明亮部分的细节开始隐约不见的时候，此时就不应该再继续提升对比度指标了。

　　结论：

适度调节对比度，图像不失真就是最佳状态。

2、随时调整亮度用好各种显亮功能　　通过科学的调整对比度后，我们拥有了清晰逼真的画面，但这并不能够证明我们将液晶的性能完全发挥了。

我们还要根据自己使用的不同需要，是用好液晶提供的一些“显亮功能”。

　　现在许多中高端液晶，都内置了各自名称不同，但功能一样的“显亮功能”。

像最有名的飞利浦的“智亮”、明基的“Senseye显彩科技”、SONY的“ECO显示模式”，它们都是通过硬件与软件的紧密结合，实现了显示画面全部或局部增亮，当开启全屏显亮模式后，整个画面亮丽了许多。

我们应该学会在不同的时候，开启这项功能，而且液晶本身都会具备方便的快捷按键。

　　比如在观看电影DVD时，我们应当将“显亮”功能调节到电影模式下，这样显示器的亮度就会增加，影片中阴暗处的一些细节就会显现出来。

而且在游戏中，这项功能开启后，再也不怕玩儿CS时被敌人在阴暗处趴活儿了。

　　我们平时使用液晶最多的时候也就是文本操作，或者浏览网页，屏幕大多数地方都是以白色为主。

所以此时我们就应该将“显亮”调节到“文本”模式下，这时候屏幕亮度会降低一些，这样就会减少屏幕亮度过高，长时间使用出现视觉疲劳。

3、用D-Sub的用户多用“AUTO”

　　数字DVI接口接口的好处，大家已经都熟知了。

与传统的VGA接口相比，DVI传输的是数字信号，而数字图像信息不需经过任何转换，就会直接被传送到显示设备上，所以DVI将比模拟接口减少了数字→模拟→数字繁琐的转换过程。

　　DVI接口的好处勿庸置疑，不仅能更有效消除拖影现象，并且色彩更纯净、更逼真。

没有数模转换带来的信号损失，更不必考虑pixeljitter（像素抖动）这个模拟D-Sub接口最头痛的问题。

所以如果你的显示器具备DVI数字接口，尽量去使用它。

　　如果你只是一个低端用户，液晶显示器上只提供了单一的D-Sub模拟接口，那就要经常使用“Auto自动设定”功能，其作用是对输入信号进行分析后将LCD显示器调节为最佳状态，轻按一下Auto键等待2～3秒钟就可还你一个清晰的世界。

4、别去指指点点！

避免硬物划伤屏幕　　大家都知道液晶屏幕是十分脆弱娇贵，抗撞击的能力差，即便是最新推出带高强度树脂保护层的产品，它的抗撞击性还是远不及CRT显示器。

　　我们在使用液晶显示器的时候，务必养成不去“指指点点”的好习惯。

因为指甲或者笔尖等一些硬物，都应可能在你不经意间划伤液晶屏外面的保护层，留下一道深深的痕迹，终身无法擦去。

　　此外，虽然现在液晶面板质量已经比以前远远提升，轻按已经不大可能造成坏点。

但是我们提醒您，还要轻易对液晶屏幕表面施加压力，一旦时出现压出坏点，还是划伤屏幕，后果都是无法挽回的。

因此建议使用者养成良好的习惯，还使用鼠标指针标注你要说明的画面吧。

5、正确清除屏幕表面星罗密布的污垢　　液晶在使用一段时间后，会发现屏幕上有很多灰尘，如果你打算清洁屏幕的话，同样也要注意一些细节，知道一些技巧。

　　硬物会损伤屏幕，所以使用柔软、非纤维材料的软布最好，比如脂棉、镜头纸或柔软的布等。

平时一般普通的灰尘，用气球吹子吹去，或者软布轻轻掸去就好。

如果碰上一些顽固污渍，就需要沾少许专用清洁剂，轻轻地将其擦去。

　　注意，这里禁止使用酒精一类的化学溶液，因为这类物质会将屏幕上的一些保护涂层材料溶解损坏。

这里还要提醒大家的是，不要将清洁济直接喷到显示屏幕表面，它很容易流到屏幕里面导致LCD屏幕内部出现短路故障，造成不必要的损失。

　　早期的IPS已经实现了较好的可视角度，而S-IPS则为第二代IPS技术，它又引入了一些新的技术，以改善IPS模式在某些特定角度的灰阶逆转现象。

目前世界上最大的液晶制造商LG-飞利浦的主打技术就是IPS和S-IPS，因此S-IPS被广泛应用于液晶电视等领域，而液晶显示器利润较低，所以很少采用S-IPS。

　　由于奉行授权政策，目前我国台湾省的奇美电子（奇晶光电）、友达光电等面板企业均采用了这项面板技术。

由于得到广泛台系面板厂商得支持，市场中采用这类面板的显示器和液晶电视数量不少，同时由于生产厂家多，产量大，所以价格较为便宜。

　　TN+Film不是最佳的广视角解决方案，但它是最简单的方法并且良率极高，另外TN+film的技术是公开的，制造商不用负担高昂的授权和研发费用即可开工生产，因此TN+film在成本上占据了巨大的优势。