LCD显示原理及DFA技术
LCD显示原理
一、液晶显示原理
LCD为英文Liquid Crystal Display的缩写,即液晶显示器,是一种数字显示技术,可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源,在平面面板上产生图象。与传统的阴极射线管（CRT）相比,LCD占用空间小,低功耗,低辐射,无闪烁,降低视觉疲劳。不足：与同大小的CRT相比,价格更加昂贵。
早在1888年,人们就发现液晶这一呈液体状的化学物质,象磁场中的金属一样,当受到外界电场影响时,其分子会产生精确的有序排列。如果对分子的排列加以适当的控制,液晶分子将会允许光线穿越。无论是笔记本电脑还是桌面系统,采用的LCD显示屏都是由不同部分组成的分层结构。位于最后面的一层是由荧光物质组成的可以发射光线的背光层。背光层发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中,一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。当LCD中的电极产生电场时,液晶分子就会产生扭曲,从而将穿越其中的光线进行有规则的折射,然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。
对于简单的单色LCD显示器,如掌上电脑所使用的显示屏,上述结构已经足够了。但是对于笔记本电脑所采用的更加复杂的彩色显示器来说,还需要有专门处理彩色显示的色彩过滤层。通常,在彩色LCD面板中,每一个像素都是由三个液晶单元格构成,其中每一个单元格前面都分别有红色,绿色,或兰色的过滤器。这样,通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。现在,几乎所有的应用于笔记本或桌面系统的LCD都使用薄膜晶体管（TFT）激活液晶层中的单元格。TFT LCD技术能够显示更加清晰,明亮的图象。早期的LCD由于是非主动发光器件,速度低,效率差,对比度小,虽然能够显示清晰的文字,但是在快速显示图象时往往会产生阴影,影响视频的显示效果,因此,如今只被应用于需要黑白显示的掌上电脑,呼机或手机中。
受LCD液晶层中实际单元格数量的影响,LCD显示器一般只能提供固定的显示分辨率。如果用户需要将800X600的分辨率提升到1024X768的话,只能借助于特定软件的帮助实现模拟分辨率。
与传统的CRT显示器一样,应用于桌面系统的LCD也被设计成接收波形模拟信号,而非直接由PC产生的数字脉冲信号。这主要是因为目前桌面系统中的绝大多数标准显卡仍然是在将视频信息由最初的数字信号转化为模拟信号之后再传送给显示器显示。虽然桌面系统的LCD被设计成可以接收模拟信号,但是LCD本身仍然只能处理数字信息,因此当从显卡接收到模拟信号之后,LCD需要将模拟信号再还原为数字信号后进行处理。为了解决上述问题带来的显示上的不足,最新的桌面LCD采用了一种特殊的带有数字连接器图形卡直接向LCD显示器传送数字信号。
随着LCD技术的不断成熟和发展,显示屏幕的大小正在逐步增加。以往的笔记本电脑中都是采用8英寸（对角线）固定大小的LCD显示器,现在,基于TFT技术的桌面系统LCD能够支持14到18英寸的显示面板。因为生产厂商是按照实际可视区域的大小来测定LCD的尺寸,而非向CRT那样由显象管的大小决定,所以一般情况下,15英寸LCD的大小就相当于传统的17英寸彩显的大小。
二、液晶显示技术一览
（1） PPI与分辨率
数家显示厂商,包括生产LCD显示屏的龙头大厂--东芝,都趁这次EDEX大展发布最新研制的200PPI真正高分辨率TFT液晶显示屏。PPI所表示的是每平方英寸所拥有的像素（Pixel）数目。因此PPI数值越高,即代表显示屏能够以越高的密度显示图像。当然,显示的密度越高,拟真度就越高。目前通用的TFT液晶显示屏大部分只有100PPI,可以想像拥有高一倍的200PPI显示画质,将会是什么效果了。
（2） 低温多硅显示屏曝光
各大厂商除在显示质量方面明争暗斗之外,显示面积当然也是另一个兵家必争之地。拥有特大显示面积的TFT显示屏纷纷出笼。东芝公司将于2000年秋季左右正式将15寸的低温多硅TFT技术应用到显示屏或笔记本电脑产品上。
（3） 新颖的分辨率标准
VGA、SVGA、甚至UXGA的分辨率标准,相信大家都已经耳熟能详。但这个叫做SXGA+的最新分辨率标准你也听说过吗？SXGA+所代表的显示分辨率为1400×1050。其实,IBM、三星和日立等三家厂商于1999年10月举行的“LCD/PDP Internation 99’展览会中,已经展出过使用SXGA+分辨率标准的显示屏。而这次的EDEX 2000中,夏普公司就展出了以这种最新分辨率标准制造,专供笔记本电脑使用的13.3寸/14.1寸及15寸TFT显示屏。
（4） Quad-VGA
三菱公司也展出的一种最新分辨率标准的液晶体显示屏产品。“Quad-VGA”所代表的分辨率为1280×960,以一般标准XGA的 1280×1024 显示分辨率比较,Quad-VGA会较为扁平一点点,纵横比例超越 4：3 多一些。未来“Quad-VGA”标准的显示屏即将会被索尼应用于其L系列的VAIO笔记本电脑中。
三、名词解释
很多人在购买电脑产品时,常常被说明资料中的专有名词弄得头昏脑涨。选购LCD显示器也是一样,有一些平日没有接触过的名词会让大家不知所措。因此笔者在下面的文章中将与液晶显示器有关的、一些比较重要的技术术语作简单整理和解释,使大家在购买LCD显示器时能有个参考的依据。
1、尺寸标示和可视角度
LCD显示器跟CRT显示器除显示方式不同以外,最大的区别就是尺寸的标示方法不一样。举例而言,CRT显示器在规格中标榜为17寸,但实际可视尺寸却绝对达不到17寸,大约只有15寸多些;而就LCD显示器而言,若标示为15.1寸显示器,那么可视尺寸就是15.1寸。
综合上面的说法：CRT显示器的尺寸标示,是以外壳的对角线长度作为标示的依据;而在LCD显示器上面,则只以可视范围的对角线作为标示的依据。
单就当前市面上出售的LCD显示器来说,可视角度都是左右对称的（也就是由左边或是右边可以看见荧幕上图像的角度是一样的。例如左边为60度可视角度,右边也一定是60度可视角度）。而上下可视角度通常都小于左右可视角度。
从用户的立场来说,当然可视角度越大越好。但是大家必须了解可视角度的定义。当我们说可视角度是左右80度时,表示站在始于显示器法线（就是显示器正中间的假想线）,垂直于法线左方或是右方80度的位置时,仍可清晰看见显示器上的影像。由于每个人的视力不同,因此我们以对比度为准。在最大可视角度时所量到的对比度越大就越好。
2、亮度、对比度
TFT LCD显示器的可接受亮度为150cd/m2以上。目前国内市场中能够见到的TFT液晶显示器亮度都在200cd/m2左右（LCD显示器的亮度测量单位为米平方烛光“cd/m2”,也就是一般所称的NIT）。亮度过低就会感觉荧幕比较暗,当然亮一点会更好。但是,如果荧幕过亮的话,人的双眼观看荧幕过久同样会有疲倦感产生。因此对绝大多数用户而言,亮度过高并没有什么实际意义。
亮度和对比度对于LCD显示器影像的呈现,比对CRT显示器有更大的影响。高亮度的LCD显示器对于用户而言,感觉会比较好。但是也要提供足够高的对比度来显示亮度、才能确保色彩的真实度和色阶准确度。
TFT LCD显示器的亮度范围由150Nits到200Nits。通常,质量好的LCD显示器标准亮度最少要有200Nits,而大部分的CRT显示器最高亮度只在150Nits左右。以200Nits的亮度为例,LCD显示器比CRT显示器的影像表现更佳。消费者在购买显示器时,要特别注意亮度指标,因为目前还没有一个确切的标准来测量亮度是否足够明亮。
另外值得注意的是,LCD显示器在荧幕的中央部分非常地明亮,而在接近边缘部分亮度会降低近25%。最好且最有效的方法,就是将LCD显示器并排一对一比较。
对比度指标指的是最亮的白色和最暗的黑色之间不同亮度层次的测量。当对比度达到120:1时,就可以很容易地显示生动、丰富的色彩。而对比度高达300:1时,则可支持各色阶的颜色。
从目前来看,用户在购买LCD显示器时,还没有一套有效且公正的标准来衡量对比度和亮度指标。所以最好的识别方法还是利用自己的双眼来判定。即将LCD显示器调到最亮和最暗,看看感觉如何。现在也只能利用这方法来找到比较合适的LCD显示器。
3、响应时间
所谓“响应时间”,就是LCD显示器对于输入信号的反应速度,也就是液晶由暗转亮或者是由亮转暗的反应时间。
基本上,“响应时间”指标越小越好。响应时间越小,则用户在看移动的画面时不会出现有类似残影或者是拖曳的感觉。通常,各种LCD显示器会将反应速度分为两个部分--“Rising”和“Falling”,而表示时则以两者之和为准。
4、显示色彩
早期的彩色LCD显示器在颜色表现方面,最多只能显示高彩（256K）。因此许多厂商使用所谓的FRC（Frame Rate Control）技术,以仿真的方式来表现出全彩的画面。到了近期,由于技术的进步,LCD显示器最起码也能够显示到高彩16位元色。解析度方面,以15.1英寸 TFT LCD显示器为例,基本都能够支持到1024x768的解析度;17寸以上的LCD显示器可以达到1280x1024的解析度,色彩表现在全彩（32位元）的模式也是轻而易举的事。
5、荧幕刷新频率
对于CRT显示器来说,刷新率关系到画面刷新的速度。刷新速度越快,画面越不容易闪烁。而如果刷新率在75Hz以上,用户就不容易感到画面闪烁。
对于LCD显示器来说,刷新率高低并不会使画面闪烁。刷新率在60Hz时,LCD就能获得很好的画面。在LCD显示器中,每个像素都持续发光,直到不发光的信号被送到控制器中,所以LCD显示器不会有因不断充放电而引起的闪烁现象。
也许有人会问：如果大多数的LCD显示器在60Hz刷新率下就能达到最佳画质,为何不将刷新率锁定在60Hz,而要有60-75Hz的选择范围？其实这关系到使用弹性和兼容性的问题。由于LCD显示器试图取代CRT显示器的市场地位,而现今大部分显示卡仍以CRT显示器为设计对象,更高的使用弹性和兼容性将有助于LCD显示器切入市场,并取代CRT显示器。
6.解析度
无论是购买LCD或一般的CRT显示器,解析度都是显示器的主要衡量标准。因为显示器必须支持软硬件所需要的解析度。
传统CRT显示器支持的解析度比较有弹性。不管是高的解析度或是低的解析度,通通能够显示,并且丝毫不损失显示质量。这是因为CRT显示器的影像主要是由像素（Pixels）所组成的点和线而产生的,因此像素的多寡是影响解析度的重要因素。
但是,LCD液晶显示器却只支持所谓的“真实解析度”,可比喻为一般CRT显示器的最高解析度。其主要差别在于,LCD液晶显示器只有在“真实解析度”下才能表现最佳影像效果。解析度低于真实解析度时,影像还是可以被呈现,只是所显示的影像无法如真实解析度般得到优化。LCD液晶显示器的真实解析度定义为“定点形式”,所以我们在使用LCD显示器时,切记将解析度设定成最高,这样画面所呈现的影像将会越清晰,使用起来感觉也会越好。
四、用于液晶显示器和微显示器的彩色滤光片的Dichroic Filter Array (DFA) technology技术 ，生产RGB和其他精确彩色滤光片。与gel-filter和其他常见的技术相比，该技术能够提高滤光片的光学性能，也使滤光片更经久耐用。利用DFA技术技术能制成小型精确模式的滤光片，从而产生更强烈、明亮的颜色。
关于Dichroic Filter Array (DFA) technology 技术
Dichroic Filter Array技术是Ocean Optics的一项领先技术，它使得向各种光学和微电子底层添加二向色薄膜的显微光刻图像成为可能。这一突出技术使得我们可以将一组离散二色性滤光片刻上大小2微米,间隙1微米的图案.
这种高精度的模式能够应用于任何用户要求的滤光片配置，与其他染色凝胶和其他常用的滤光技术相比，这一技术在彩色过滤、空间分辨率、透射系数、滤光片的耐用性等方面都具有相当的优势。
关键特征
· 专利方法
· 2µm像素大小
· 1µm分辨率
· 最大250平方毫米
· 平面结构
· 定制反射和抗反射黑色矩阵
应用领域
· 微型显示器放映机
· 高清晰度显示器，高分辨率监控器
· 个人数字助理
· 数码投影仪
· 背投电视和监控器
