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时间:2018-05-28 14:03:45

液晶显示屏的基本类型和特性简要解析

  目前企业的各个产品线均有显示功能需求,从监护产品的参数界面,到超声、放射影像产品医学图像显示,从血球产品的分析结果,到MRI上的控制操作界面,都有UI用户界面显示要求,所以显示组件的使用范围极其广泛。早期的显示使用冷阴极射线管CRT进行成像,现在已逐渐被LCD液晶显示技术所取代,液晶技术已成为最主要的一种显示技术被广泛应用。这里讲LCD屏的一些基本常识进行总结归纳。
 
  液晶显示屏的基本类型和特性
 
  液晶显示屏的英文名称是LiquidCrystalDisplay(Device),简称LCD。根据LCD所采用的材料构造,可把液晶分为TN、STN、TFT等三大类,而据目前的技术原理又可以将它们再次分为TN、STN、FSTN、DSTN、TFT等诸多类别:
 
  LCD的特点是体积小、形状薄、重量轻、耗能少(1~10微瓦/平方厘米)、低发热、工作电压低(1.5~6伏)、无污染,无辐射、无静电感应,尤其是视域宽、显示信息量大、无闪烁,并能直接与CMOS集成电路相匹配,同时还是真正的“平板”式显示设备。这些特点正在使显示领域从传统CRT走向LCD。
 
  在现在流行的应用领域中,LCD主要是无源矩阵显示器中的双扫描无源阵列彩显DSTN-LCD(俗称伪彩显)和有源矩阵显示器中的薄膜晶体管有源阵列彩显TFT-LCD(俗称真彩显)。
 
  液晶屏分类
 
        DSTN
 
  DSTN(Dual-LayerSuperTwistNematic)是指双扫描扭曲向列,意即通过双扫描方式来扫描扭曲向列型液晶显示屏,达到完成显示的目的。DSTN显示屏上每个像素点的亮度和对比度因不能独立控制,显示效果欠佳,但它结构简单,耗能较少,价格便宜。
 
  DSTN-LCD并非真正的彩色显示器,它只能显示一定的颜色深度,与CRT的颜色显示特性相距较远,因而叫“伪彩显”。其工作特点是:扫描屏幕被分为上下两部分,CPU同时并行对这两部分进行刷新(双扫描),这样的刷新频率虽然要比单扫描(STN)重绘整个屏幕快一倍,但当元件的性能不佳时,难免因上下两部分刷新不同步而在屏幕中央出现模糊水平线。不过,现在采用DSTN-LCD的机器因CPU和RAM速率高且性能稳定,这种不同步现象已经极少见到。又因屏幕上的像素信息是由屏幕左右两侧的晶体管控制一整行像素来显示,每个像素点不能自身发光,是无源像点,所以反应速度不快,屏幕刷新后会留下幻影,其对比度和亮度也低,图像要比CRT显示器暗得多。
 
  由于DSTN-LCD的对比度和亮度较差,屏幕观察范围较小,色彩不丰富,特别是反应速度慢,不适于高速全动图像、视频播放等应用,一般只用于文字、表格和静态图像处理。但因价格相对低廉,耗能较TFT-LCD少,结构简单,在一些对显示效果要求不高的地方还较多应用。

        TFT
 
  TFT(ThinFilmTransistor)是指薄膜晶体管,意即每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动,从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息。TFT-LCD是目前最好的LCD彩色显示设备之一,其效果接近CRT显示器,是现在笔记本电脑和台式机上的主流显示设备。
 
  由于彩色显示器中所需要的像素点数目是黑白显示器的4倍,在彩色显示器中像素大量增加,若仍然采用双扫描形式,屏幕不能正常工作,必须采用有源驱动方式代替无源扫描方式来激活像素。这样就出现了将薄膜晶体管(TFT)、或薄膜二极管、或金属-绝缘体-金属(MIM)等非线性有源元件集成到显示组件中的有源技术,用来驱动每个像素点,使每个像素都能保持一定电压,达到100%的占空化。无疑,这将增加设备的功耗。
 
  TFT-LCD的每个像素点都是由集成在自身上的TFT来控制,是有源像素点。因此,不但速度可以极大提高,而且对比度和亮度也大大提高了,同时分辨率也达到了空前程度。所以,TFT-LCD的优点主要是:屏幕反应速度快、对比度和亮度都高、屏幕观察角度大、色彩丰富、分辨率高,在色彩显示性能方面与CRT显示器相当,凡CRT显示器所能显示的各种信息都能同样显示。在有源矩阵LCD中,除了TFT-LCD外,还有一种黑矩阵LCD,是当前的高品质显示技术产品。其原理是将有源矩阵技术与特殊镀膜技术相结合,既可以充分利用LCD的有源显示特点,又可以利用特殊镀膜技术,在减少背景光泄漏、增加屏幕黑度、提高对比度的同时,可减小在日常工作中明亮环境下的眩光现象。
 
  液晶显示屏的性能参数
 
  LCD的性能参数与CRT有较大区别,主要反映在真彩或伪彩、色度(色彩多少种或多少位)、分辨率、亮度、视角、对比度、接口等方面。
 
  尺寸
 
  LCD显示屏的尺寸是指对角线的距离。LCD与CRT显示器的尺寸衡量标准不一样。CRT显示器的标称尺寸与实际可视尺寸不一样,15“的CRT显示器实际可视面积只有14”左右,而17“CRT显示器的可视面积也只有15”-16“左右。而液晶屏的标称尺寸与实际可视面积是一模一样的,15”就是15“,17”就是17“,没有一点水份。因此,15”液晶显示器的实际尺寸已接近17“CRT显示器的实际可视尺寸。常见的TFT屏尺寸有6.4”、8.4“、10.4”、12.1“、13.3”、14.1“、15.1”等。
 
  色彩和色度
 
  LCD的色度层次比较丰富,但DSTN-LCD与TFT-LCD有较大差别。TFT-LCD一般有16位64K种色彩和24位16M种色彩,由于亮度和对比度高,彩色十分鲜艳。而DSTN-LCD只有256K种色彩,不但亮度和对比度较差,彩色也不够艳丽明亮。
 
  分辨率
 
  LCD的分辨率与CRT显示器不同,一般不能任意调整,它是制造商所设置和规定的。分辨率是指屏幕上每行有多少像素点、每列有多少像素点,一般用矩阵行列式来表示,其中每个像素点都能被计算机单独访问。
 
  亮度
 
  液晶屏的画面是否鲜明亮丽与其亮度值有很大关系。早期的液晶屏给人感觉屏幕发暗,就是因为亮度不够高。不过现在的液晶屏亮度已大为提高,200尼特(亮度单位为cd/m2或叫Nit尼特)以上的产品已经可以满足大多数环境下的使用要求。不过要注意的是,不要轻信厂家的标称亮度值,因为一些质量稍次的产品会存在亮度不均匀的现象,即屏幕四周的亮度值比中心部分的亮度值要低,至于亮度是否均匀,就要靠大家在购买时仔细观察了。
 
  大部分TN、STN(DSTN)液晶的亮度不超过100尼特,但是目前比较常用的5~6“的伪彩色STN屏的亮度都在130尼特左右,而TFT屏的亮度则一般都在150尼特以上。
 
  对比度
 
  液晶屏的对比度可以反应出显示屏是否能表现层次丰富的色阶。对比度越高,显示屏所表现出来的色彩越鲜明、层次感越丰富。对比度在120:1以上的显示屏,色彩表现力已经可以接受,而对画质要求高的用户,可选择对比度在300:1以上的产品。要提醒大家注意的一点是,亮度与对比度不能简单理解为越高越好,在实际使用中,只有当亮度和对比度调节搭配恰到好处,才能确保图像和色彩的真实还原。
 
  可视角度
 
  可视角度是液晶屏的特有参数。之所以会存在可视角度,是因为受其成像机制影响,液晶屏只有从正前方观看时,才能获得最佳的视角效果,而从其它角度观看时,亮度与色彩都会出现失真、发暗。一般而言,LCD的可视角度都是左右对称的,但上下可就不一定了。而且,常常是上下角度小于左右角度。当然了,可视角是愈大愈好。然而,大家必须要了解的是可视角的定义。当大家说可视角是左右80度时,表示站在始于屏幕法线80度的位置时仍可清晰看见屏幕图像,但每个人的视力不同。因此,大家以对比度为准。在最大可视角时所量到的对比愈大愈好。一般而言,业界有CR>10及CR>5两种标准。DSTN-LCD一般只有60度,TFT-LCD最高可达160度。
 
  响应时间
 
  当用液晶显示器观看调整移动的画面时,经常会看到拖尾或称为”鬼影“的现象,这就是因此液晶屏的响应速度不够快,像素点对输入信号的反应速度跟不上,从而使观看者看到有残留影像。液晶屏的响应时间以ms(毫秒)为单位,对于大多数应用,50ms-100ms的产品都能胜任。但如果你经常用于观看视频文件或玩游戏,则要求响应速度越快越好,目前一些液晶屏的响应速度已经可以做到30ms甚至更高,基本上不会存在残影现象了。
 
  刷新频率
 
  刷新频率对于LCD显示器的重要性也低于CRT。由于肉眼能够察觉CRT的刷新频率高低,因此刷新频率至少要65或70Hz,画面看起来才不太会闪烁。如果能够调整到85Hz以上,就看不出有闪烁的现象了。至于LCD显示器,由于像素的亮灭状态只有在画面内容改变时才会有所变化,所以即使扫描频率很低,画面也根本没有所谓的”闪烁“问题。
 
  接口
 
  目前液晶显示屏的接口主要分数字接口和模拟接口两种。数字接口又分3.3VTTLRGB、5VTTLRGB和LVDS等,根据颜色种类又可以分18位数字接口和24位数字接口。模拟接口分为模拟RGB信号输入和NTSC/PAL制式的视频信号输入。
 
  背光
 
  说到背光问题,需要从另一个角度将液晶分类,即透射式、反射式、半反半透式液晶三类,因为液晶为被动发光型显示器,所以必须有外界光源,液晶才会有显示,透射式液晶必须加上背景光,反射式液晶需要较强的环境光线,半反半透式液晶要求环境光线较强或加背光。字符类液晶:带背光的一般为LED背光,以黄颜色(红、绿色调)为主,一般为+5V驱动。单色STN中小点阵液晶:多用LED或EL背光,EL背光以黄绿色(红、绿、白色调)常见;一般用400~800Hz、70~100V的交流驱动,常用驱动需要约1W的功率。中大点阵STN液晶和TFT类液晶:多为冷阴极荧光灯管(CCFL/CCFT),背光颜色为白色(红、绿、蓝色调),一般用25k~100kHz。
 
  
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