液晶显示器参考
2010-07-22 09:52:28 阿炯

液晶显示器在显示器市场的消费比重越来越大了。很多用户在装机或升级的时候,都会选购一台液晶显示器。在此笔者撰写了一个关于液晶显示器技术的系列文章,希望大家对它有个正确而完整的认识。

CRT的弊端

CRT显示器技术诞生于100多年以前,早在计算机发明以前它便广泛的应用在各种领域。今天CRT仍然是非常强大的技术。它的实现原理非常简单,而且制造所使用的原材料也非常便宜。它可以稳定而真实的显示高分辨率的图像。无论它有多好,CRT显示器的缺点也是众所周知的。
高功耗与大体积
单一电子枪结构不容易聚焦,会使图形扭曲
易受周围磁场影响,颜色失真
危险的高电压电路,电磁辐射


由于材料的电器和物理特性的制约,CRT显示器的性能指标已经很难再有较大幅度的提高。我们现在使用的CRT显示器的基本原理还是100多年以前发明的。研究人员开始重新设计新的显示器技术,平板显示器(flat paneldisplay)由此诞生。但是平板显示器要想全面取代CRT显示器还需要一个相当长的时间。市场分析家指出到2004年平板显示器出货量仅仅占整个显示器市场的50%。

液晶显示器(Liquid crystal displays)

19世纪澳大利亚的植物学家弗里德里克首次发现了液晶。此后不久德国物理学家,奥托莱曼发现了液晶的物理特性。液晶几乎是透明的物质,它有着近乎在液体与固体之间的特性。当液晶的分子有秩序的排列在一起时它就呈现固体的特性,光线可以直接穿过它。在60年代科学家们发现可以用通电的方式改变液晶分子的排列秩序,液晶材料就呈现液体的性质。这时液晶材料对光线穿透有抑制作用。可以通过这种方法控制液晶分子的透光率。

直到1971年中,液晶显示器才杀入这个领域。今天液晶已经深入到了微型摄像机、数码相机、显示器等各种图像显示产品中。很多人都相信LCD是最有希望的显示技术,它最终会代替CRT显示器。因此相关的液晶技术也得到了大力发展,今天的产品已经不再像从前那样笨拙了,艳丽的色彩取代了单色黑白。无疑超薄的平板屏幕技术被首先应用于笔记本和掌上电脑领域。虽然同属于液晶显示的范畴,但是他们有两种显示方式:
低成本的DSTN(dual-scan twisted nematic,双扫描螺旋液晶)技术
高画质的TFT(thin film transistor,薄膜晶体管)技术

液晶显示原理

LCD可以说是一种光线传送技术。其原理是通过一个有源滤波器来调整固定强度的背景光线穿过液晶,从而使液晶板上可以显示出不同的图形。通过对白色光线的简单过滤,得到红、绿、蓝的基本原色,这就能构成显示的基本元素--象素。

大多数液晶材料在自然状态下都是一种分子化合物。液晶按照分子结构排列的不同分为三种:粘土状的Smectic液晶,细柱形的Nematic液晶和软胶胆固醇状的Cholestic液晶。这三种液晶的物理特性各不相同,而第二类的细柱形的Nematic液晶最适于用来制造液晶显示器。

液晶分子会沿着一条中轴平行的排列。为了可以控制分子的列队让他们保持一定的顺序,人们让液晶分子依附于更大一些的沟槽状板的表面。液晶分子可以沿着沟槽滑动,在接触到沟槽的表面后会沿着沟槽的方向顺序排列。因此如果沟槽之间紧密的平行,那么液晶分子的列队也可以紧密的平行。

LCD就像三明治一样,液晶夹在两块精细的沟槽板之间,两个沟槽的方向互相保持90度的垂直。如果其中一个沟槽面板中的沟槽是按照南北方向并行排列的,那么与它相对应的另一快沟槽板中的沟槽就是按照东西方向并行排列的。在两块沟槽板中的液晶层被强破扭曲为90度排列。光线可以穿过分子队列和被扭曲90度的液晶层。

此后美国无线电公司(RCA)发现电压可以作用于液晶。电压可以使液晶分子重新排列,并且可以抑制某些光线的通过。LCD显示图像需要依靠偏振滤光器和光源。自然的光谱可以向任何的角度发散。偏振滤光器可以简单的控制光谱的发散方向。

当上下两个沟槽板表面之间呈一定的角度时,液晶随着两个不同方向的表面进行排列,就会发生扭曲。结果便是这个扭曲了的螺旋状液晶层,使穿过它的光线也发生了扭曲。如果电流通过液晶,所有的分子将会按照电流的方向进行排列,这样就会将某些波段光线的扭转。如果将一个偏振滤光器放置在液晶层的上表面,扭转的光线就可以被还原了,而没有发生扭转的光线将被阻碍。通过这一过程液晶屏幕便能把白色光线过滤成其他颜色,最终在屏幕上呈现出艳丽的色彩。

LCD的显示特点

LCD与CRT相比在图像的显示方面有很多不同之处,LCD有很多先进的特性,是CRT无法比拟的。例如电力功耗,无刷新闪烁,以及小巧的体积等等。当然LCD也有很多不足之处,比如高昂的价格,狭窄的可视角度,可显示的颜色数等等。

CRT显示器在额定带宽的范围内,可以工作在多种分辨率模式中。通过对电子枪聚焦的调节,可以缩放屏幕显示的面积。而一台LCD平板显示器中的液晶单元的数量是固定不变的。实际上,使用所有的液晶单元在全屏模式下,它仅仅可以显示一种分辨率。但是它可以通过联合相邻的液晶单元的形式,显示更低的分辨率。例如一台最大分辨率为1024X768的LCD显示器,它可以显示640X480的分辨率,但是这样屏幕上仅仅使用了66%的液晶单元。大多数LCD显示器可以通过联合象素的形式,降低屏幕的分辨率。但是这种技术更适合显示精细的照片,对于文本和简单的图形来说它的显示效果并不理想。比如经过额外补偿的象素,会在文字的边沿产生一些锯齿和赝象。为了得到更为清晰锐利的文本和图形,研究人员发明了反锯齿(anti-aliasing)技术。它可以智能的对要显示的文本进行象素填充。但是目前不是所有的LCD显示器都支持这项技术,它也需要硬件和软件的联合支持。

当然支持多种分辨率并不能算是LCD显示器的一项优点。它表现出的无扭曲的画面更像是一副风景画,这种肖像模式才是平板显示器的一项重大的优点。一般CRT的显示器由于显像管的制造工艺的限制,在没有纯平显示器的时代,那些灯泡一样的“鼓肚儿”屏幕让从事平面设计的专业人员大伤脑筋。在90年代中期,平板显示器技术慢慢的完善起来,今天这项技术已经得到了全世界的显示器和笔记本厂商的认可。LCD显示器已经融会到许多计算机的应用中,比如文字处理,Web和图片浏览。并且它似乎已经成为了一台先进的多媒体电脑的标准配置。在WindowsXP中的“我的电脑”图标已经明确的告诉消费者,Windows已经进入了液晶时代。有更多的软件从编码底层开始对LCD显示器做了优化。从2000年初,很多平板显示器厂商都开始支持SXGA显示标准。SXGA是非常有趣的标准,它使用5:4的屏幕高宽比,不同于其他的显示分辨率标准,它的分辨率为1280X1024,这是非常独特而时尚的Web浏览方式。水平分辨率为1280,许多网站都支持这一标准,这样可以在一个屏幕内容下更多的信息。

不同于CRT显示器,LCD使用对角线测量法来表示屏幕的可见区域面积。由于使用这样的测量法屏幕的可视面积不会像CRT显示器那样,和标称的面积相差太多。同样标称尺寸的显示器中,CRT与LCD大约相差3英寸。


早在1999年,很多TFT技术的领导厂商就已经研发出了18.1英寸的超大屏幕液晶显示器,它的分辨率为1280x1024。

此后CRT显示器使用了3个独立的电子枪结构,不再产生聚焦错误。这种技术可以让CRT显示器呈现锐利的画面。LCD显示器就没有聚焦的问题,它同样可以显示出锐利的图像。它的每一个液晶单元都是一个相对独立的开关。因此用LCD来显示文本字符非常的清晰。CRT显示器是以整个屏幕为单位刷新显示的内容。这样就需要达到很高的刷新速率,人眼才不会感到屏幕的闪烁。LCD则不需要不断的对整个屏幕进行刷新。为什么LCD显示器并不存在闪烁问题呢?其实LCD显示器上的每一个液晶单元都是独立刷新的。因此显示图像时的刷新率会比标准的85MHz无闪烁标准低很多,大约在40~60MHz之间。但是你的眼睛决不会在这种刷新率下感觉到整个屏幕的闪烁。

相反,LCD中一个或者多个液晶单元可能存在缺陷。就以1024x768分辨率的显示器为例,每一个象素由3个液晶单元组成(红、绿、蓝)。所有液晶单元的总和大约为240万(1024x768x 3 =2,359,296)。最严格的制造工艺技术也不能保证每一个液晶单元都工作良好。很多LCD显示器上都存在“亮点”或“暗点”。很多厂商在产品宣传中提到自己的产品是“无坏点”的极品LCD显示器。但不幸的是这样的显示器太少了。细小的液晶原色坏点人眼是很难识别的。LCD显示器中还有很多与CRT显示器不同之处。在液晶板后面置有荧光管。他们像蛇一样盘绕在液晶板上。这样在一块屏幕中就可以显示出几种不同的亮度。也许在低端的LCD显示器中你会看到重影和托尾现象。重影是由于屏幕中发亮与发暗的液晶单元对临近单元的影响所致。而托尾是由于液晶单元的响应延迟所致。

可视角度也是衡量LCD显示器优劣的重要指标之一。设计人员通过调节光线透过液晶的角度,来增大LCD的可视角度范围。CRT是一种放射式显示器,光线透过屏幕射向显示器的前方,因此透过显示器前的任意角度,你都可以看到屏幕的内容。在LCD显示器中,光线间接通过液晶层的扭曲和偏振滤光器的还原,呈现出最终的象素。在光线发散开来时光线也会穿过临近的象素,造成彩色畸变。最早的液晶层都是扭转90度,为了扩大可视角度,此后的液晶层多是扭转180度以上,有的更达到了270度。

在很长一段时间之内,LCD显示器还沿用着我们熟悉的15针标准VGA显示接口。自90年代以后有几个研究小组提出了不同的LCD数字接口解决方案,但是没有一个标准占据绝对的上风获得广泛的支持。僵局最后被DDWG(Digital Display Working Group,数字显示工作小组)打破。这个小组包括很多业界知名的大公司:Intel, Compaq, Fujitsu,Hewlett-Packard, IBM, NEC, Silicon Image。在1998年春天DDWG被获准发布了DVI(Digital
Visual Interface,数字视频接口)的第一个版本。这些规范说明包括:地址控制,电力与机械相关定义等等。它可以升级支持更高的分辨率,也可以同时支持模拟和数字格式的信号。
现在越来越多的显卡都配备了DVI接口。这两种接口之间的信号是可以通过特殊的电路自由转换的。事实上,在现代的VGA接口中也采用了很多平板显示器的信号传送技术,因此他们之间的信号互换才如此简单。

颜色的生成

为了让液晶屏幕显示所有的颜色,必须在有光和无光的通道之间加入一个中间层。这个变化的层可以生成所有的颜色。可以通过电压的驱动来完成液晶状态的转换。液晶转化的速度随着驱动电压的增大而加快。因此这样完全可以控制液晶层的透光量。今天的液晶显示器中,一般每种原色都使用64种不同的电压来表示,最后使用6bit二进制数表示。而液晶显示器的对手CRT则可以使用256种不同渐变表示每一种原色,使用8bit的二进制数传输和处理。每一个象素使用3种原色表示,那么我们就可以推算出,在LCD显示器中最大可以表示262,144种颜色,即18bit。真彩的CRT显示器最高支持16,777,216种颜色,即24bit。

现在的多媒体应用已经非常普遍和广泛了。缺乏24bit真彩的平板显示器是制造商最为头痛的问题。当然18bit也能很好的运行大多数应用程序,它仅仅在专业的图形制作和视频编辑领域略显逊色。一些LCD厂商在设计时,设法让显示颜色的精度扩展为24bit的色深。

日立公司开发了一项专利技术:电压可以影响到相邻液晶单元的图形生成,由此可以模拟出非常精细的渐变。通过3至4帧图像,顺序的显示出来。这就是众所周知的FRC(Frame Rate Control,帧频控制)技术。日立的这种技术可以使LCD显示器的每种原色,从理论上可以显示253种渐变。此“全彩”画面对于显卡的处理速度和显存容量的要求都比较高,也并非用户的显卡可支持24bit全彩就能使LCD显示出全彩,这还需要应用程序的支持。实际上这种技术也不能让LCD显示器完全达到24bit的显示精度。和真正24bit的全彩还是有一定的差距的。

上面向大家介绍了一些液晶显示器的基本知识,这次你会看到液晶显示器中DSTN与TFT两大主要技术的介绍,并且你会了解到一些提升液晶显示器性能的重要技术。

DSTN显示器

在一般的被动矩阵LCD显示器中,包含了许多的层。第一层是一片薄薄的玻璃,上面图有一层金属氧化物。这层材料具有相当高的透光性,因此它不会对最终LCD生成的图像质量产生影响。它呈现出一行行并列的网格,并且可以传导电流,以激活所要工作的液晶单元。这可以说是一层透明的电极。在其下面是一个聚合物层,聚合物的表面呈现出许多连续的并行沟槽,液晶分子会依附于聚合物表面,沿着沟槽的方向排列。在另外一端,还有一层电镀玻璃。当两片玻璃放置在一起的时候,也要让它们保持一定距离。

然后边沿使用还氧材料密封,但是在左边的一个边角处会留有一个空隙。可以通过这里在两片玻璃之间注入液晶。最后对玻璃进行电镀,完全的把液晶密封在里面。在早期的产品中,加工处理的工艺有很多缺点,结果会在注入液晶材料时发生象素的粘连或丢失。一旦局部的象素损坏,会影响到整个屏幕的品质。

在下面是偏振层,它保证每一快玻璃板的表面与液晶层的方向相匹配。顾名思义DSTN(Dual-Layer Super Twist Nematic)的意思是双扫描扭曲向列,即通过双面加电的方式来扭曲液晶分子的排列方向。液晶层方向的变化在90度至270度之间,这依靠所有的液晶分子在该层中间进行旋转。另外在他们的下面还有一个背景光层。目前最有代表性的光源就是使用冷阴极荧光管灯。一般安置在面板的顶部和底部。为了让光线散布在整个液晶板上,通常会使用反射率较高的塑胶薄膜或棱镜。但是上下两个灯管的构造,会使得屏幕中间部分的对比度看上去比上下边沿的部分低。人们对液晶显示器的亮度要求越来越高,在液晶屏幕四边都安置了灯管的“四管”液晶显示器随之应运而生。

图像之所以能够显示在屏幕上,这是由于光线穿过了上述液晶板的各种层之后投射出来的。没有光线是直接穿过液晶板发散出来的。荧光管所发散出的光线是垂直照射在后面的偏振滤光器上的,然后被液晶的链条分子折射扭曲了角度。因此这些平行光线的方向就被扭曲了。受电压控制的重新排列的液晶分子不会让光线透过,因此在屏幕上就产生了黑色的象素。而彩色的液晶显示器则是简单的使用了额外的红、绿、蓝色过滤器。这三种基本的原色是从荧光管发散出的白光中过滤而来的。而他们能够分开的原理,其实是简单的将每一个象素拆分为三个子象素。

然而液晶显示器的象素,在被动式排列的矩阵中响应速度是非常缓慢的。如果迅速改变屏幕上的内容,例如播放视频、3D射击游戏、或者是快速移动鼠标时,显示的速度都跟不上内容的变化。另外被动矩阵屏幕还会产生托影现象。许多本应该呈现出黑色无光的象素,却显露出其他杂色。将屏幕分割成相对独立的区域可以有效的减少托影现象的发生。同时其他一些中立的开发公司也联合在一起,为改进被动式矩阵屏幕的显示品质而努力着。

在90年代晚期,几个在当时具有技术领导地位的公司都着手增加DSTN显示器的响应速度和对比度。东芝和夏普联合研发了具有HPD(hybrid passive display,混合被动显示)技术的液晶显示器。他们使用新型配方的液晶材料,虽然在液晶显示器的响应延时方面具有重大的改进,但是与此同时也增加了生产的成本和实现技术的复杂度。更低黏性的液晶材料,意味着它能在电压的驱动下,更快的做出反映。基于这种技术的液晶板,在每一行的象素中需要增加驱动脉冲的功率。这项改进使HPD液晶显示器的显示效果要优于传统的DSTN液晶显示器,在各种性能指标上更加接近于主动式矩阵液晶显示器。例如,DSTN中每个液晶单元的响应时间为300ms,相比而言HPD的液晶单元的响应时间为150ms。目前高档的TFT液晶单元是16ms。相比早先仅有40:1的颜色比率,HPD提高到了50:1,并且在色温抗干扰方面也有改善。

另一个提高响应时间的方法叫做“多线选址”技术(multiline addressing)。它可以自动检测输入的视频信号,并且更快速控制液晶单元的开关生成图像。这是由夏普公司率先提出的一项专利技术,它被称作“夏普选址”;此后日立发布的类似技术则叫做“高性能选址”(HPA)。但这种新一代的平板显示器并未完全消除托影现象,并且无论从画面成像质量还是可视角度等方面都无法同先进的TFT液晶显示器相抗衡。即使在完全静止的画面中,它们的差距仍然可以分辨出来。

TFT显示器

此后,很多公司开始使用薄膜晶体管技术(TFT,Thin Film Transistor)来改善屏幕的颜色品质。在大名鼎鼎的TFT屏幕中,使用了主动式矩阵。也就是在液晶板上额外的连接了许多晶体管矩阵。每一个象素的每一个原色都有自己的晶体管。由晶体管驱动的象素消除了恼人的托影现象,并且TFT显示器大大提高了响应速度,一般的屏幕都可以达到25ms。而目前市场上主流的液晶显示器都可以达到16ms。颜色的对比度也提高到了200:1至400:1的水平。亮度也达到了200至250cd/m2。液晶在显示器上按照一定的规则顺序排列,形成了一个个象素。在未给液晶单元加电的情况下,光线可以穿过偏振滤光器,由此光线也可以穿透屏幕。当给液晶单元加电的时候,它们会按照通电电压的比率旋转90度,由此光线被液晶分子扭曲并传送给偏振滤光器,完成了转换光线路径的过程。那么在TFT显示器中,由晶体管控制液晶旋转的角度,并且可以独立的调整每个象素单元内红、绿、蓝三原色显示的强度。由此TFT显示器可以更好的控制色彩的生成,图像更加鲜亮逼真。

TFT的屏幕可以比传统的液晶屏幕作的更轻薄、更亮。并且每秒钟刷新的速率要超过DSTN屏幕的10倍,更接近于当前流行的CRT显示器。要显示一般VGA模式,需要大约921,000 个晶体管 (640x480x3),更高一些的1024x768模式则至少需要2,359,296个晶体管。并且每一个晶体管必须可以完美的工作。屏幕上的所有的晶体管矩阵都必须制作在一块硅片上。只要硅片上羼杂了一点点杂质,那就意味着整快硅片的报废。这是导致了TFT良品率不高的主要原因,由此TFT的价格也就相对较高。正是因为硅片上某些晶体管的失效,我们在很多屏幕上常常能看到“亮点”和“坏点”。对于鉴别液晶屏幕上的亮点和坏点有两种方法:
1、 在整个屏幕上显示一张全黑的图片,如果其中有个别的象素发出亮光,那么这就是个有缺陷的象素--亮点。
2、 在整个屏幕上显示一张全白的图片,如果其中有个别的象素不发光,那么这就是个坏点。

就现在的生产工艺而言,成品液晶显示器的象素或多或少都会有缺陷。可能某些象素的晶体管永远处于“开”的状态,这个象素会永远显示为红、绿或者蓝色。不幸的是,晶体管本身是固定的,它是不可能被修复的。厂家一般使用激光,将这个亮点烧毁。这样它就不会显得那么碍眼了。尽管如此,你还是能在全白的屏幕看到它变成了一个小黑点。在一块TFT液晶板上出现亮点现象是正常的。LCD制造商会将亮点控制在一定范围内的。例如一台最大分辨率为1024x768的液晶显示器,在它上面总共包含2,359,296个象素(1024x768x3)。一般来说损坏率在0.0008%之内算是正常的,也就是20个象素。(2,359,296x0.0008%x100=20)

TFT显示器从原理构想到今天的大范围应用经历了很多重大的发展变革,但无论如何它的显示原理都是基于最早的TN形平板液晶技术。虽然液晶显示器具有很多CRT显示器不能比拟的好处,但是LCD在很多成像指标上还和传统的CRT相差很远。由此一场轰轰烈烈的提高液晶显示器性能的变革开始了。

内置平板开关(In-Plane Switching)

内置平板开关技术(IPS,In-Plane Switching)主要由日立和NEC联合研发,后来又称为Super TFT。它可以大大增加TFT液晶屏幕的可视角度,因此在液晶显示器的发展史上具有重大意义。它与普通TFT液晶分子在排列方式上有所不同。在一般的TFT显示器中,液晶的末端是固定的,并且对液晶加电之后它会分开,通过改变偏振角度来传送光线。在基于TN技术液晶板中,液晶分子队列随着电压的增加,扭曲的幅度会越来越大。

在IPS中,当加上电压之后液晶分子与基板平行排列,液晶分子不会被扭曲。

采用这项技术的显示器的可视角度达到了170度,已经可以和CRT显示器的可视角度媲美了。不过这项技术也有缺点:为了能让液晶分子平行排列,每个象素由两个晶体管驱动。两个晶体管使透明区域的透光度有所下降,这样导致显示器的亮度和对比度明显的下降,为了提高亮度和对比度,只有增强背光光源的亮度。这样一来,反应时间和对比度相对于普通TFT显示器而言更难提高了。

垂直配向技术(Vertical Alignment)

在1996年晚些时候,富士发布了一种TFT液晶显示板所使用的新型液晶材料,在自然环境下它就是水平排列的,这同IPS加电后的性质相同。但它并不需要那些额外的晶体管就能很好的工作。在1997年中期,富士的液晶显示器就已经开始使用这种新型的材料了。液晶层中的液晶队列分子在没有电压的驱动时,包括面板边沿的分子,都会完全垂直的排列。光线无法穿透液晶层,从而产生出全黑的图像。当有电压时,分子会变成水平位置排列,光线能够不间断的穿过液晶单元,产生出白色的图像。因此它的可视角度范围在140度以上。由于分子之间不再是扭曲结构,它们仅仅起到开关作用,所以它的响应时间也更为迅速。由于液晶面板的透光性得到了增强,它的最大对比度在没有过多的电力损耗的前提下,提高到了300:1。

多重区域垂直配向技术(MVA)

为了让垂直配向结构的液晶板更为出色的工作,富士公司在一年之后又提出了多重区域垂直配向技术(Multi-domain Vertical Alignment)传统的垂直配向单元中的液晶分子都是朝一边倾斜的。因为液晶分子的队列是统一的,主视角度的变换会影响到屏幕明暗的变化。当你在这种类型的液晶单元前方观察时,左右两个边界的极限可视角度并不平均。在你的入视角度与液晶分子的倾斜角度接近平行时你就无法看清屏幕上的内容了。

在MVA液晶板中,每一个子象素被拆分到数个区域中,而且偏振滤光器的表面也不再像以前那样平坦了,它的表面是突起的。由此所有的液晶分子不会只朝一个方向倾斜。(如图6)偏振滤光器突起的部分被形象的称作“ridges”。(山脊)而不同倾斜角度的液晶分子之间互不干扰可以独立转动。这种技术的目的就是尽可能的让用户感到他们是在观察同一个区域内的液晶分子。事实上随着观察角度的改变,作用于你的视觉的液晶分子也在交替的改变着。由此MVA技术解决了左右两个边界的可视角度不平均的问题。

在基于MVA技术制造的液晶显示器中,对比度、染色度、亮度都有很大提高。它的可视角度大约为160度。第一款MVA-TFT显示器发布于1997年底。最大对比度为300:1。在加装了漏光保护后最大对比度为500:1。这大约相当于200 cd/m2至 250cd/m2的明亮度。它的响应时间比上一代TFT显示器的25ms更快,达到了15ms,衰变时间小于10ms。在10ms内屏幕就可以由白色变为黑色。这个速度近乎人眼反映的极限,因此MVA-TFT显示器独特的结构非常适用于视频播放和3D射击游戏。

耗电量

主动矩阵式 LCD 显示器与 CRT相比仅需要很少的电量。它已经变成了便携式设备的标准显示器,在移动电话、PDA、笔记本电脑领域中得到了广泛应用。尽管如此,LCD的光电转换效率非常低下。即使你将屏幕显示为全白,从背景光源中发射的光也只有不到 10% 穿过屏幕发出,其它的都被吸收掉了。

背景光源所耗能量占LCD显示器总耗电量的绝大部分。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的耗电量大大增加。厂家通过降低系统电压和提高孔径比使更多的光能通过液晶单元,降低系统的电源需求。一般将笔记本显示器的总耗电量维持在2到5瓦之间。一根管子的背景光源大约需要 1.2瓦,所以根据使用一只或两只管子一个屏幕要消耗 1.2 或 2.4 瓦的电量。

上述介绍的技术都是具有背景光源的背光形显示器。在很多对于耗电量有苛刻要求的移动设备中也常常使用无背景光源的反射式液晶显示器。当周围环境的光线射进屏幕中,穿过极化的液晶层,碰撞反射层,再反射出来显示成可见的象素。在此过程中80%的光被吸收,只有五分之一的入射光线起作用。这已足够提供可视影像需要的对比度。但是这也是它重大的缺陷,反射式液晶屏幕在昏暗的环境下无法看清屏幕的内容。在目前流行的PDA中又出现了半透射式液晶屏幕。它既可以在环境光照充足的情况下像反射式屏幕那样,利用自然光源反射照明,又可以通过内置的背景光源在昏暗的环境中照亮屏幕。



简单来说,显示器该从下面的一些方面进行选择:

01、面板类型

面板类型关系着显示器的响应时间、色彩、对比度、可视角度等重要因素,面板质量越高,显示器的显示素质就越高。常见的面板有TN、广视角LCD(IPS)、VA三种类型。

TN面板,价格低廉,是应用最广泛的入门级液晶面板,在市面上主流的中低端液晶显示器中被广泛使用。但是色彩和可视角度远不如广视角LCD面板。

广视角LCD面板,也就是IPS面板。是目前主流的面板类型。优势是可视角度高、响应速度快,色彩还原准确,是液晶面板里的高端产品。

VA面板,属于软屏,是现在高端液晶应用较多的面板类型。最大的特点是对比度高,可视角度大,做成曲面屏的成本低。

总结如下图


02、分辨率

显示分辨率就是屏幕上显示的像素个数。例如,分辨率160×128的意思是水平方向含有像素数为160个,垂直方向像素数128个。

屏幕尺寸一样的情况下,分辨率越高,显示效果就越精细和细腻。

03、刷新率

刷新率是指电子束对屏幕上的图像重复扫描的次数。比如60Hz,代表着每秒钟屏幕刷新60次 。

理论上来说,刷新率越高,所显示的图象(画面)稳定性就越好,画面越不容易出现拖影。但在我们日常工作生活中,60Hz的刷新率已足够满足正常的使用。

注:游戏发烧友、设计玩家,可根据自身需要,选择更高的刷新率。

04、色域

在计算机图形处理中,色域是颜色的某个完全的子集。简单来说,色域越广,能够显示的色彩种类就越多,画面自然更加鲜艳。

常见的色域有sRGB,NTSC,Adobe RGB,DCI-P3。



在上面对显示器的原理介绍后,这里再介绍须知的十大参数,原文地址在这里


在这个显示器升级的年代,相信许多朋友们都准备对显示器进行一次更新换代。这个时候,是不是都会被上述这些问题困扰呢?不用着急,今天笔者就带大家捋一捋入手显示器时,大家必须了解的显示器十大重要参数。





1.屏幕尺寸和面板类型

显示器的屏幕尺寸是指显示器屏幕对角线的尺寸,单位是英寸。在这里大家可能存在一个误区,认为显示器的屏幕尺寸就是显示器的长宽高,其实不然,它指的是屏幕对角线长度,因此,即使屏幕尺寸相同的显示器,长宽不同可能样子也大为不同。此外,我们可以明显的发现,基本上所有的显示器都把屏幕尺寸这项参数放在参数规格里的第一项。


显示器的屏幕尺寸是指屏幕对角线的尺寸


27英寸的显示器相比之前23.6英寸的显示器显示画面增加了25%

现在的显示器正在往大屏化的方向发展,27英寸以上的大屏显示器也越来越多,大屏显示可以清晰地显示更多的内容。但是,要选择的多大的屏幕尺寸,是否选择大屏显示器,还是要根据自己的需求以及用户对屏幕尺寸的适应程度来选择。

2.面板类型

液晶面板是液晶显示器放置画面的平薄型的面板,直接影响到画面的观看效果。它技术的高低和质量的好坏不仅关系到液晶显示器自身的质量、价格和市场走向,还关系到整个产品的功能参数。一台显示器80%左右的成本都集中在面板上,可以说,液晶面板是液晶显示器的心脏。所以,判断一台显示器的好坏,首先要看他的面板。现在常见的面板类型有:TN、VA、IPS等。

显示器80%左右的成本都集中在面板上,可以说,液晶面板是液晶显示器的心脏。

TN面板是6bit面板,显示色彩数为16.2M。生产成本低廉,应用于最广泛的入门级别显示器及市面上主流的中低端显示器,属于软屏。它的优点是:响应时间容易提高。它的缺点是:对比度低、色彩单薄、还原能力差、过渡不自然。

VA类面板是8bit面板,显示色彩数为16.7M,是高端液晶应用较多的面板之一,属于广视角面板,主要分为MVA和PVA面板。PVA面板是在MAV面板的基础上进行了优化,在各个方面的性能上均优于MAV。VA面板也是软屏。


IPS硬屏和VA软屏触摸对比图

IPS面板是液晶面板里的高端产品,是目前世界上最先进的液晶面板技术,也是目前最受市场欢迎的液晶面板,它的优点是:可视角度高、响应速度快、色彩还原准确。它的缺点是:漏光现象较为严重。但是,IPS面板从整体上看,还是优点多于缺点,是对液晶面板要求较高的用户的不二选择。


3.亮度和对比度

亮度是指画面的明亮程度。通常屏幕拥有较高的亮度值,才能够让画面更为亮丽,而液晶屏幕最起码需要200cd/m2以上的亮度值,才能显示符合基本要求的画面。当然,亮度值越高,代表性能越好,色彩还原越准确,画面也更鲜艳。目前市面上的显示器大部分的亮度都达到了250cd/m2,而一些较为高端的产品已经达到了300cd/m2到500cd/m2之间。


显示器过亮后降低了对比度,也给用户带来视觉上的不适

但是,亮度不能一味的高,显示器画面过亮也会让人感到不适,容易产生视觉疲劳,也会降低显示器的对比度。此外,亮度的均匀性也非常重要,这与背光源与反光镜的数量与配置方式有关,品质较佳的显示器,画面亮度均匀,无明显暗区。

4.对比度

显示器的对比度指的是黑白颜色之间的亮度对比(即最亮与最暗之间的亮度对比)。拥有高对比度的液晶显示器,能够显示出更丰富的色彩层次。这项指标当然也是值越高越好。基本上,液晶显示器的对比度指标最少要达到200:1,否则显示同色渐层的图片时可能会出现色块不均的现象,显示质感差劲。目前的显示器的静态对比度均已达到了1000:1以上。


要注意看是静态对比度而不是动态哦

现在有的厂商把对比度分为静态对比度和动态对比度,其实静态对比度就是我们通常所说的对比度,而动态对比度指的是液晶显示器在某些特定情况下测得的对比度数值,比如现在采用了IPS面板的显示器的动态对比度非常之高,动辄几千万比一甚至有的已经上亿。所以消费者在购买显示器的时候一定要擦亮眼睛,不要被卖家高动态对比度的参数所迷惑了。

可以说,亮度与对比度是判断液晶显示器质量的最基本条件。


5.分辨率和可视角度

显示器分辨率是液晶显示器的重要参数之一。分辨率是指屏幕上显示的像素的数量,即屏幕每行每列有多少像素点,一般用矩阵行列式表示,其中每个像素点都能被单独控制(例如我们通常所说的全高清的分辨率就是1920*1080,即水平像素为1920个,垂直像素为1080个)。


高分辨率也意味着在同样的显示区域内能够显示更多的内容

目前行业内推出了一大批高分显示器,如2K,4K,甚至是8K,10K,虽然分辨率提高了,但是却缺少能够与之匹配的电影、游戏等等以及其他一些软件。所以在选择显示器时千万不要一味的追求高分辨率,要根据自己的需求来进行选择。对于普通用户来说,全高清已经足够使用,有能力的可以选择2K分辨率。

6.可视角度

显示器可视角度是指用户可以从不同的方向清晰地观察屏幕上所有内容的角度。可视角度的大小,决定了用户可视范围的大小以及最佳观赏角度。如果太小,用户稍微偏离屏幕正面,画面就会失色。


178°的超广视角,无论从哪个方向观看屏幕时看到的画面都和从正面看到的效果一样

一般用户可以以120度的可视角度来作为选择标准。但是现在IPS面板的广泛使用,已经使一部分显示器的可视角度达到了178°的全方位超广视角,无论从哪个方向观看屏幕时看到的画面都和从正面看到的效果一样。


7.响应时间和色域

显示器响应时间,即信号反应时间,是指液晶显示器的每一个像素点从暗到明以及从明到暗的所需时间,通常以ms为单位。一般说明书中标示的是上述两者的平均值,但也有些厂商会把两个数值都列出来。对于想要利用LCD来玩游戏、看影片的消费者来说,这项数据相当重要,尤其是灰阶响应时间。


1ms响应时间呈现动态画面时无残影和拖尾,无损画质,精细锐利

如果信号反应时间太长,动态画面很容易出现残影,显示效果将大打折扣。如果用户有大量的动态画面需求,例如游戏玩家等,最好选择反应时间更短的产品。现在市面上的产品灰阶响应时间最短的已经达到1ms。

8.色域

色域是对一种颜色进行编码的方法,也指一个技术系统能够产生的颜色的总和。在计算机图形处理中,色域是颜色的某个完全的子集。颜色子集最常见的应用是用来精确地代表一种给定的情况。显示器常见的色域类型有:NTSC、sRGB、Adobe RGB。


常见色域类型


sRGB色域值为100%时表明该显示器非常专业


目前使用最广泛是sRGB,sRGB代表了标准的红、绿、蓝三种基本色素,当sRGB色域值为100%时表明该显示器非常专业,96%到98%为常见的水平,即中等水平,也有比较专业的显示器已经达到120%的sRGB。假如sRGB色域值无法达到100%,表明该显示器不能完全显示所有的颜色,值越小显示能力越差。而最为专业的则是Adobe RGB,对于对色彩要求较高的专业人士来说,是非常好的选择,当然其价格也非常昂贵。普通用户只要考虑sRGB的水平就可以了。


9.接口和人性化设计

可能很多朋友在选择显示器是不太关注显示器,其实,接口对于显示器的性能也非常重要。液晶显示器的接口决定了图像传输的质量,目前,常见的接口类型主要有VGA、DVI、HDMI等。VAG接口(也称D-Sub)是显示器最为主要的接口,从CRT显示器时代出现后,一直被使用至今,但它只能接受模拟信号。


接口对于显示器的性能也非常重要

DVI数字视频接口是近年来随着数字化显示设备的发展而兴起的一种显示接口,它可以直接将数字信号传送到显示器,避免了数字信号转成模拟信号再转换成数字信号的二次转换。在理论上,DVI接口的显示效果要优于VGA接口。


接口对于显示器的性能也非常重要

对于现在的高分显示器来说,HDMI接口则是必不可少的。它可以提供5Gbps的数据传输带宽,可以传送最高质量的影音信号。因此,对于要入手2K及以上的高分显示器的朋友们来说,HDMI接口是必须要关注的一点。若是显示器上能够再搭配一些USB接口等其他接口那就更方便了。


显示器上的接口盘点

一般现在的新显示器上都会有这几种接口:HDMI、DP、USB-A、USB-C、3.5mm和电源接口,像VGA接口和DVI接口等比较老学校的接口已经比较少出现在现在的显示器上了。跟USB协议一样,HDMI接口也有几种不同的协议:HDMI 1.1/1.2、HDMI 1.3、HDMI 1.4、HDMI 2.0、HDMI 2.1。


像现在比较新的显示器配备的HDMI接口一般都在HDMI 1.4协议以上的水准了,HDMI 1.4最高支持10.2Gbps带宽的3840x2160p/30Hz或4096×2160p/24Hz的视频规格。而HDMI 2.0则新增了带宽为18Gbps的4K/60 Hz的视频传输,而最新的HDMI 2.1则新增了支持48Gbps带宽的 10K/120 Hz的视频传输。


而DP接口从2006年诞生至今也进化出了7代的更新迭代,早在2009年的DP 1.2就已经支持21.6Gbps的DCI-4K(4096X2160)60 Hz视频。DP 1.3则支持4K(3840X2160)120hz、5K(5120X2880)60hz和8K(7680X4320)30hz,DP 1.4则支持8K级别(7680x4320)的60Hz输出。而最新的DP 2.0则在上一代的基础上更进一步,支持全彩色4:4:4分辨率,包括每像素30位(bpp),还支持HDR-10。


显示器上的Type-C接口

Type-C接口不等于USB 3.0接口

首先要知道的是,Type-C接口不都是USB 3.0接口。Type-C接口是一种接口形态,是一个外在的物理形态,而USB 3.0则是一种传输协议,是一种内在的传输协议。比如很多手机上的Type-C接口依然只支持USB 2.0的协议。

先说说USB最常见都有哪些协议,从1996年发布的USB 1.0,USB接口已经走过了24个年头。在这么多个版本的迭代中,目前最常见的就是USB 2.0、USB 3.0和USB 3.1,USB 2.0支持480Mbps(现在称作Hi-Speed,大约57MB/s)的传输速率。而USB 3.0则支持5Gbps的传输,USB 3.1则去到了10Gbps,同时供电能力也达到了100W,属于快充接口。这里面其实USB 3.1还分为Gen1和Gen2,速度又会稍有不同,这里就不展开讲了。

上面介绍的这么多接口,为什么都要介绍一下传输速率呢?

因为除了电脑输出端之外,像显示器这样的显示端以及电脑连接到显示器的线材都要满足相应的带宽和视频规格,才能保证你有一个完整的使用体验。自从2014年USB-C规范发布后,很多安卓手机、笔记本电脑、台式机、显示器甚至是游戏机例如任天堂Swtich等电子设备都开始使用这种接口。而在传输速率上,除了上面提到的最常见的USB 2.0和3.0,像最新的支持40Gbps大带宽的USB 4.0和同样40Gbps带宽的雷电3协议也可以集成在Type-C接口里。

除了能够利用大带宽来传输文件、音视频之外,它还支持最高100W(20V/5A)的充电功率,再加上体积小巧、正反面都可插拔的特性。所以说这是一个非常好的解决方案,而目前很多手机和电脑厂商也都有在这个接口上发力,那么再回到显示器上来,这对于显示器来说,有什么具体的应用场景呢?

最方便的应用场景,应该是通过显示器的Type-C接口,通过一根C-C的线材连接到笔记本上的Type-C接口上,现在除了苹果的MacBook之外,很多Windows阵营的笔记本也支持通过Type-C接口来进行65W的充电。如果在家里或者公司里配备了带Type-C接口的显示器,那么在回家或者回公司时就可以少买一根HDMI线和少带一个笔记本充电器了。这对于追求桌面整洁的朋友来说是十分实用的,不然为什么有那么多人都在使用无线键盘和无线鼠标呢?能少一根线材,就是对桌面无线化和简约化的一个贡献。当然上面说到的Type-C接口需要是全功能的接口。

第二个应用场景就是通过Type-C接口给iPad传输视频信号和供电,在一定程度上提升生产力。

第三个应用场景可以通过Type-C接口和C-C线材来给安卓手机扩展一个大屏幕,这种手机给显示器投屏一般有两种模式:手机模式和电脑模式。

手机模式就是显示器端显示的画面与手机端的内容一致,电脑模式则是类似电脑双屏中的“扩展模式”,此时可以将手机屏幕当做鼠标的触控板,像操作电脑软件一样来操作手机APP。这个应用场景估计比较少人会用到,但在一些大型会议时,可以用这个来将手机内容投屏到大屏幕上,方便会议室里的人观看。对于一台显示器来说,最常见的几类接口都简单地给大家介绍了一遍,在一些比较高端或者定位偏生产力和商用的的显示器来说,还会配备有全功能的Type-C接口。不管是推进桌面无线化,还是提升笔记本和iPad生产力来说,这个接口都是功能强大而且体积小巧的。


10.人性化设计

人性化设计是现在厂商推广显示器时必不可少的一大噱头。现代人工作、生活、娱乐都已经离不开显示器,使用显示器时带来的健康问题就显得尤为重要了,因此,人性化的设计就是必不可少的,我们主要提最主要的两项,一是护眼技术,二是可升降或可旋转支架。


蓝光和闪屏时刻危害着我们的眼睛

护眼技术主要就是滤蓝光和不闪屏了,在选择显示器是一定要注意滤蓝光技术是要从源头上过滤有害短波蓝光,并且不影响画面的色彩准确度,而不是一些商家通过在显示器上增贴一层抗蓝光的薄膜来达到目的,这样的护眼效果并不明显。


配有可升降、可旋转支架的显示器


目前配备可升降支座的显示器并不是很多,但笔者认为可升降支座对于用户使用显示器来说,非常重要,尤其是现在的大屏显示器。毕竟,每个人的身高体型都大不相同,我们在使用显示器时,也不可能保持一个坐姿一动不动,而可升降支架就可以让我们根据自身情况,将显示器调整到最适合自己的高度,享受最舒适的体验。

    
7、曲率和刷新率

此外,对于需要入手曲面显示器的消费者还需关注曲率这项参数;需要入手电竞显示器的消费者也需要关注刷新率这项参数。

·曲率

在购买曲面显示的时候还需要关注产品的曲率,曲率是曲线在某一点的弯曲程度的数值,表示曲线偏离直线的程度。显示器领域使用圆弧所属圆的半径表示曲率。例如:某显示的曲率为1800R表示半径为1800mm的圆上一截弧的弯曲程度。一般来说,曲率的数值越小,曲面弯曲幅度越大。前不久,三星新推出了一款1500R曲率的曲面显示器,刷新了曲面显示器曲率最小的数值。


曲率的数值越小弯曲幅度越大


曲面屏幕弧度可以保证眼睛到屏幕的距离均等,贴近人眼生理构造

曲面屏幕弧度可以保证眼睛到屏幕的距离均等,贴近人眼生理构造,消除视觉失真,从而为用户打造更加舒适宽阔的视觉体验,还可以给用户带来更好的包围效果,如同影院般身临其境的观感。但是,对于曲率的选择也要理性,不要的一味追求“曲面”,要根据自身对曲面的适应程度来决定是否选择曲面,或选择多大的曲率。

·刷新率

若是游戏玩家需要入手电竞显示器,那么刷新率也是非常重要的一个参数了。刷新率是指电子束对屏幕上的图像重复扫描的次数。刷新率越高,所显示的画面稳定性就越好。刷新率高低将直接决定显示器价格,但是由于刷新率与分辨率两者相互制约,因此只有在高分辨率下达到高刷新率这样的显示器才能称其为性能优秀。


144Hz的刷新率和1ms成为现阶段电竞显示器的标配

目前的消费级产品里最高的刷新率是144Hz,对于游戏玩家来说,这样的刷新率已经很高了。前不久的CJ展会上,优派推出了一款165Hz刷新率的显示器,但是价格相对较高。甚至是180Hz的刷新率的产品在现阶段根本不可能达到量产的。

编辑总结:

了解了显示器的这十大主要性能参数和购买曲面显示器和购买特殊显示器需要额外关注的性能参数之后,朋友们对显示器是不是已经有了比较深刻的了解呢?在这个基础上,大家再去选择购买显示器的时候就一定不会一头雾水、被一些商家的障眼法所迷惑了。其实大家在选择显示器的时候,不要盲目地去追求高参数、高性能。有时候,你花了大价钱买到的高性能,可能永远都不会用的到,因此,我们要根据自己的实际需求来进行选择,这就像是谈恋爱一样,适合自己的才是最好的。


惠普商用显示器分类

惠普商用显示器款式众多,为了满足各类用户的使用需求,主要分为以下几类。

Z Display 系列

Z Display 为工作站系列显示器,专为对图像显示要求非常高的技术大咖和创意人士度身定制。该系列显示屏呈现出的效果色彩恒定如一、细节细腻精致,无论是 CAD 模型还是编辑图片,都栩栩如生。

该系列显示器型号有:DreamColor Z27 G2 Studio、 DreamColorZ31 Studio、Z22n G2、Z23n G2、Z24nf G2、Z24i G2、Z24n G2、Z27 4K 超高清、Z27n G2、Z38c、Z43 4K 超高清。

EliteDisplay S/E 系列

EliteDisplay 为精英系列显示器,采用高端设计,外观时尚,适用于现代工作空间,备受移动专业人员、企业高管等群体喜爱。

该系列显示器型号有:S14、S270n、S340c、S430c、E190i、E202、E223、E223d、E230t、E233、E24d G4、E243d、E243i、E243m、E243p、E27d G4、E273、E273d、E273m、E273q、E324q、E344c。

Essential P 系列

该系列属于经济实惠的节能显示器,有着长效稳定的生命周期以及日常办公所需的功能,适合中小型企业的白领。

该系列显示器型号有:P17a、P19a、P22v G4、P22h G4、P24v G4、P24q G4、P27v G4、P27h G4、P27q G4、P174、P204、P204v、P224、P224y、P241v、P244、P274。

Healthcare HC 医疗系列

该系列为惠普医疗系列显示器,主要适应于医院或卫生机构。支持每天用杀菌湿巾消毒,安全防护有保障;符合 DICOM Part 14 标准,可提供精准的临床数据和医学图像。

该系列显示器型号有:HC241、HC241p、HC270cr、HC 271、HC271p。

HP显示器后缀字母知多少

显示器型号名经常会有些c、d、m、q…的字母,它们分别代表什么意思呢?
c:表示曲面显示屏;
d:即Docking,表示扩展坞显示器;
i:表示屏幕比例为16:10的显示器;
m:表示带有音箱的视频会议显示器;
p: 表示带有Sure View防窥屏的显示器;
q:代表 2K 分辨率显示器;
t:表示带有触控屏。