液晶屏幕技术简析

发布于:2007/4/16 9:10:14 | 684 次阅读

      液晶(Liquid Crystal)屏幕技术的发展经历了相当漫长的过程,由最原始的黑白屏到如今正风行的彩屏,每的技术革新,无不惊起骇浪一片。每每聊起屏幕,也总离不开TFT、STN、OLED、真彩、伪彩等等术语,是不是常常感到一头雾水?不用着急,其实了解这些知识不难的。

     先讲讲液晶的原理(虽然枯燥,但是只有先认识了它的结构和原理,了解了它的技术和工艺特点,才能在选购时有的放矢,在应用和维护时更加科学合理,耐心看吧),1888年,澳大利亚植物学者莱尼茨尔(Reinitzer)研究胆甾醇在植物中的作用时,用胆甾基苯进行试验,无意间发现了液晶,它是一种几乎完全透明的物质,同时呈现固体与液体的某些特征。液晶从形状和外观看上去都是一种液体,但它的水晶式分子结构又表现出固体的形态。像磁场中的金属一样,当受到外界电场影响时,其分子会产生的有序排列;如对分子的排列加以适当的控制,液晶分子将会允许光线穿透;光线穿透液晶的路径可由构成它的分子排列来决定,这又是固体的一种特征。液晶是一种有机复合物,由长棒状的分子构成。在自然状态下,这些棒状分子的长轴大致平行。

      液晶屏(Liquid Crystal Display,以下简称LCD)个特点是必须将液晶灌入两个列有细槽的平面之间才能正常工作。这两个平面上的槽互相垂直(90度相交),也就是说,若一个平面上的分子南北向排列,则另一平面上的分子东西向排列,而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传播,所以光线经过液晶时也被扭转90度。但当液晶上加一个电压时,分子便会重新垂直排列,使光线能直射出去,而不发生任何扭转。LCD的第二个特点是它依赖极化滤光片和光线本身,自然光线是朝四面八方随机发散的,极化滤光片实际是一系列越来越细的平行线。这些线形成一张网,阻断不与这些线平行的所有光线,极化滤光片的线正好与个垂直,所以能完全阻断那些已经极化的光线。 只有两个滤光片的线完全平行,或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光片相匹配,光线才得以穿透。LCD正是由这样两个相互垂直的极化滤光片构成,所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是,由于两个滤光片之间充满了扭曲液晶,所以在光线穿出个滤光片后,会被液晶分子扭转90度,从第二个滤光片中穿出。另一方面,若为液晶加一个电压,分子又会重新排列并完全平行,使光线不再扭转,所以正好被第二个滤光片挡住。总之,加电将光线阻断,不加电则使光线射出。当然,也可以改变LCD中的液晶排列,使光线在加电时射出,而不加电时被阻断。但由于液晶屏幕几乎总是亮着的,所以只有"加电将光线阻断"的方案才能达到最省电的目的。

       液晶屏幕大体上可分为液晶黑白屏幕和液晶彩色屏幕,液晶黑白屏幕又叫TN(Twisted Nematic)屏,主要运用于电子手表、计算器、手持式游戏机等设备,液晶黑白屏幕除了在功耗和制造成本上低于液晶彩色屏幕外,其它都不及彩屏。而且随着彩屏技术的日益成熟,液晶黑白屏幕最终会退出历史舞台。

      液晶彩色屏幕在便携式电子产品(如手机、MP3等)中的应用,决定其优劣主要有颜色数、材质、解析度这几个方面。我们常听到彩屏256色、4096色、65536色和26万色就是颜色数,标准的叫法应该叫色阶,也叫发色数,理论上是越大越好。65536色虽然还不能表达自然界中所有的颜色,但足以骗得过我们的眼睛,所以叫它真彩色。从发色数来看,65536色只不过是26万色的零头,但是在肉眼的范围内,它们的区别并不像数字上体现的差距那么大,不过65536色和4096色的差别就较为明显了。价格上, 26万色要高于65536色,其实65536色已经能足够满足日常使用的需要了。

      接下来看看大家不怎么关心的材质问题,其实材质很重要,目前在国内常见的有OLED、STN、DSTN、UFB、TFD、TFT几种,TFT显示效果,但也是最费电的。

      看看解析度,解析度关系着显示图片的细腻程度。我们知道,彩色液晶显示屏是由一个个像素点组成的,像素点发出不同的光线而显示出不同的色彩。除了发光也很大,这个概念也叫解析度。比如在一个同样大小显示面积的区域里,120*146像素分辨率显示出来的图片,在细腻程度方面就要比80*120像素分辨率的彩色液晶屏幕强,而且这种感受是呈几何态势增长。

      实际上液晶彩色屏幕(以下简称液晶彩屏或彩屏)还有三个比较重要的指标,亮度、对比度和可视角度,只是因为其受材质的影响,所以没有分开来讲,亮度是反映屏幕发光程度的重要指标,亮度值越高,屏幕对周围环境抗干扰能力越强,画面更为亮丽,而亮度过低就感觉屏幕较暗。与色阶不同,并不是亮度越高就越好,而是要和对比度搭配得恰到好处,才能显示美观画面。对比度是指在规定的照明条件和观察条件下,液晶彩屏亮区与暗区的亮度之比。对比度越高,色彩越鲜艳饱和,还会呈现立体感。可视角度指当背光源的入射光通过偏极片、液晶及所谓的取向膜后,输出光便具备了特定的方向特性,大多数从屏幕射出的光具备了垂直方向。假如从一个非常斜的角度观看一个画面,我们看不到屏幕的画面或是色彩严重失“真”。一般来讲,TFT的可视角度,STN的最差。我们常常画面显示的细腻、逼真,除了亮度、对比度外,液晶彩屏本身的解析度更是关键。

下面我们来看一下这几种屏幕的具体比较:

TFT液晶屏
      TFT(Thin-Film Transistor)薄膜晶体管的英文缩写,喜欢彩屏的人一定不陌生,这也是目前的材质液晶屏,属于有源矩阵类型液晶屏,背部设有特殊灯管,可以“主动地”对屏幕上的各个独立的像素进行控制,这也就是我们常说的主动矩阵TFT,反应时间比较快,约80毫秒,而且可视角度大,通常达到130度左右,运用在一些高端机型上(如iRiver 1095就是采用26万色TFT)。由于TFT液晶屏的排列方式具有记忆性,所以在电流消失后不会马上恢复原状,有效地提高了播放动态画面的能力。和STN相比TFT有出色的色彩饱和度、还原能力和更高的对比度。但是缺点是比较耗电,制造成本也比较高。

TFD液晶屏
     TFD(Thin Film Diode)薄膜二极管的英文缩写。这是精工爱普生专为手机等小型手持设备开发的产物,由于采用二极管与屏幕像素一一对应的控制原理。TFD在画质、功耗、体积和响应时间方面均有不俗表现。它是TFT和STN屏的折中,比STN亮度和色彩饱和度好,比TFT省电。优点是高画质、低功耗、小型化、动态影像的显示能力以及快速的反应时间。但是可视角度和综合显示效果仍不及TFT。

UFB液晶屏
     UFB(Ultra Fine & Bright)的英文缩写,超精高亮液晶屏,它采用了特别的光栅设计,可以减小像素的间距,以获得更佳的图像质量。通常UFB LCD可显示65536种色彩,对比度是STN的两倍,在65536色时亮度与TFT不相上下,耗电量却比TFT低,能够达到128×160像素的分辨率,色彩还原较差。UFB是三星手机的专用彩色显示技术。

DSTN液晶屏
       DSTN(Double STN),双层STN。过去曾用在一些笔记本电脑上,它解决了传统STN的显示飘移问题,显示效果比STN有了提高,而且也比较省电。只是因为DSTN分上下两层扫描,所以在日光下,很难辨清所显示的内容,且播放GIF时有拖尾现象。NOKIA手机常用这种材质。

STN液晶屏
     STN(Super Twisted Nematic)超扭曲向列,最最常见的材质,4096色的液晶屏常用这种材质。由于STN属于反射式LCD器件,功耗较小,因此相比TFT屏在产品待机时间上有较大幅度提高,然而这却是以牺牲其他方面性能作为代价的:STN屏幕画面较之TFT逊色不少,在色彩鲜艳度与画面明亮度两方面表现的尤为明显。STN有CSTN和DSTN之分,STN反应时间较慢,约200毫秒,同样在日光下看不清内容,且在播放动画时有拖尾现象。

OLED液晶屏
     OLED(Organic Light Emitting Display) 有机发光显示屏,与前面提到的传统LCD显示方式有着本质的不同,即无需背光源,它采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板,当有电流通过时,这些有机材料就会发光。因此OLED液晶屏可以做得更轻更薄,可视角度更大,同时也更省电。不过使用寿命短、而且没法把屏幕做得更大等。OLED多被用于折叠式手机外屏。

     除了以上介绍的六种材质的液晶屏外,还有诸如GF、CG等多种改进型材质的液晶显示屏,不过因为某些原因还没有大批量进入商业生产。

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