LCD顯示原理及DFA技術
LCD顯示原理
一、液晶顯示原理
LCD為英文Liquid Crystal Display的縮寫,即液晶顯示器,是一種數字顯示技術,可以通過液晶和彩色過濾器過濾光源,在平面面板上產生圖象。與傳統的陰極射線管（CRT）相比,LCD占用空間小,低功耗,低輻射,無閃爍,降低視覺疲勞。不足：與同大小的CRT相比,價格更加昂貴。
早在1888年,人們就發現液晶這一呈液體狀的化學物質,象磁場中的金屬一樣,當受到外界電場影響時,其分子會產生精確的有序排列。如果對分子的排列加以適當的控制,液晶分子將會允許光線穿越。無論是筆記本電腦還是桌面系統,采用的LCD顯示屏都是由不同部分組成的分層結構。位于最后面的一層是由熒光物質組成的可以發射光線的背光層。背光層發出的光線在穿過第一層偏振過濾層之后進入包含成千上萬水晶液滴的液晶層。液晶層中的水晶液滴都被包含在細小的單元格結構中,一個或多個單元格構成屏幕上的一個像素。當LCD中的電極產生電場時,液晶分子就會產生扭曲,從而將穿越其中的光線進行有規則的折射,然后經過第二層過濾層的過濾在屏幕上顯示出來。
對于簡單的單色LCD顯示器,如掌上電腦所使用的顯示屏,上述結構已經足夠了。但是對于筆記本電腦所采用的更加復雜的彩色顯示器來說,還需要有專門處理彩色顯示的色彩過濾層。通常,在彩色LCD面板中,每一個像素都是由三個液晶單元格構成,其中每一個單元格前面都分別有紅色,綠色,或蘭色的過濾器。這樣,通過不同單元格的光線就可以在屏幕上顯示出不同的顏色。現在,幾乎所有的應用于筆記本或桌面系統的LCD都使用薄膜晶體管（TFT）激活液晶層中的單元格。TFT LCD技術能夠顯示更加清晰,明亮的圖象。早期的LCD由于是非主動發光器件,速度低,效率差,對比度小,雖然能夠顯示清晰的文字,但是在快速顯示圖象時往往會產生陰影,影響視頻的顯示效果,因此,如今只被應用于需要黑白顯示的掌上電腦,呼機或手機中。
受LCD液晶層中實際單元格數量的影響,LCD顯示器一般只能提供固定的顯示分辨率。如果用戶需要將800X600的分辨率提升到1024X768的話,只能借助于特定軟件的幫助實現模擬分辨率。
與傳統的CRT顯示器一樣,應用于桌面系統的LCD也被設計成接收波形模擬信號,而非直接由PC產生的數字脈沖信號。這主要是因為目前桌面系統中的絕大多數標準顯卡仍然是在將視頻信息由最初的數字信號轉化為模擬信號之后再傳送給顯示器顯示。雖然桌面系統的LCD被設計成可以接收模擬信號,但是LCD本身仍然只能處理數字信息,因此當從顯卡接收到模擬信號之后,LCD需要將模擬信號再還原為數字信號后進行處理。為了解決上述問題帶來的顯示上的不足,最新的桌面LCD采用了一種特殊的帶有數字連接器圖形卡直接向LCD顯示器傳送數字信號。
隨著LCD技術的不斷成熟和發展,顯示屏幕的大小正在逐步增加。以往的筆記本電腦中都是采用8英寸（對角線）固定大小的LCD顯示器,現在,基于TFT技術的桌面系統LCD能夠支持14到18英寸的顯示面板。因為生產廠商是按照實際可視區域的大小來測定LCD的尺寸,而非向CRT那樣由顯象管的大小決定,所以一般情況下,15英寸LCD的大小就相當于傳統的17英寸彩顯的大小。
二、液晶顯示技術一覽
（1） PPI與分辨率
數家顯示廠商,包括生產LCD顯示屏的龍頭大廠--東芝,都趁這次EDEX大展發布最新研制的200PPI真正高分辨率TFT液晶顯示屏。PPI所表示的是每平方英寸所擁有的像素（Pixel）數目。因此PPI數值越高,即代表顯示屏能夠以越高的密度顯示圖像。當然,顯示的密度越高,擬真度就越高。目前通用的TFT液晶顯示屏大部分只有100PPI,可以想像擁有高一倍的200PPI顯示畫質,將會是什么效果了。
（2） 低溫多硅顯示屏曝光
各大廠商除在顯示質量方面明爭暗斗之外,顯示面積當然也是另一個兵家必爭之地。擁有特大顯示面積的TFT顯示屏紛紛出籠。東芝公司將于2000年秋季左右正式將15寸的低溫多硅TFT技術應用到顯示屏或筆記本電腦產品上。
（3） 新穎的分辨率標準
VGA、SVGA、甚至UXGA的分辨率標準,相信大家都已經耳熟能詳。但這個叫做SXGA+的最新分辨率標準你也聽說過嗎？SXGA+所代表的顯示分辨率為1400×1050。其實,IBM、三星和日立等三家廠商于1999年10月舉行的“LCD/PDP Internation 99’展覽會中,已經展出過使用SXGA+分辨率標準的顯示屏。而這次的EDEX 2000中,夏普公司就展出了以這種最新分辨率標準制造,專供筆記本電腦使用的13.3寸/14.1寸及15寸TFT顯示屏。
（4） Quad-VGA
三菱公司也展出的一種最新分辨率標準的液晶體顯示屏產品。“Quad-VGA”所代表的分辨率為1280×960,以一般標準XGA的 1280×1024 顯示分辨率比較,Quad-VGA會較為扁平一點點,縱橫比例超越 4：3 多一些。未來“Quad-VGA”標準的顯示屏即將會被索尼應用于其L系列的VAIO筆記本電腦中。
三、名詞解釋
很多人在購買電腦產品時,常常被說明資料中的專有名詞弄得頭昏腦漲。選購LCD顯示器也是一樣,有一些平日沒有接觸過的名詞會讓大家不知所措。因此筆者在下面的文章中將與液晶顯示器有關的、一些比較重要的技術術語作簡單整理和解釋,使大家在購買LCD顯示器時能有個參考的依據。
1、尺寸標示和可視角度
LCD顯示器跟CRT顯示器除顯示方式不同以外,最大的區別就是尺寸的標示方法不一樣。舉例而言,CRT顯示器在規格中標榜為17寸,但實際可視尺寸卻絕對達不到17寸,大約只有15寸多些;而就LCD顯示器而言,若標示為15.1寸顯示器,那么可視尺寸就是15.1寸。
綜合上面的說法：CRT顯示器的尺寸標示,是以外殼的對角線長度作為標示的依據;而在LCD顯示器上面,則只以可視范圍的對角線作為標示的依據。
單就當前市面上出售的LCD顯示器來說,可視角度都是左右對稱的（也就是由左邊或是右邊可以看見熒幕上圖像的角度是一樣的。例如左邊為60度可視角度,右邊也一定是60度可視角度）。而上下可視角度通常都小于左右可視角度。
從用戶的立場來說,當然可視角度越大越好。但是大家必須了解可視角度的定義。當我們說可視角度是左右80度時,表示站在始于顯示器法線（就是顯示器正中間的假想線）,垂直于法線左方或是右方80度的位置時,仍可清晰看見顯示器上的影像。由于每個人的視力不同,因此我們以對比度為準。在最大可視角度時所量到的對比度越大就越好。
2、亮度、對比度
TFT LCD顯示器的可接受亮度為150cd/m2以上。目前國內市場中能夠見到的TFT液晶顯示器亮度都在200cd/m2左右（LCD顯示器的亮度測量單位為米平方燭光“cd/m2”,也就是一般所稱的NIT）。亮度過低就會感覺熒幕比較暗,當然亮一點會更好。但是,如果熒幕過亮的話,人的雙眼觀看熒幕過久同樣會有疲倦感產生。因此對絕大多數用戶而言,亮度過高并沒有什么實際意義。
亮度和對比度對于LCD顯示器影像的呈現,比對CRT顯示器有更大的影響。高亮度的LCD顯示器對于用戶而言,感覺會比較好。但是也要提供足夠高的對比度來顯示亮度、才能確保色彩的真實度和色階準確度。
TFT LCD顯示器的亮度范圍由150Nits到200Nits。通常,質量好的LCD顯示器標準亮度最少要有200Nits,而大部分的CRT顯示器最高亮度只在150Nits左右。以200Nits的亮度為例,LCD顯示器比CRT顯示器的影像表現更佳。消費者在購買顯示器時,要特別注意亮度指標,因為目前還沒有一個確切的標準來測量亮度是否足夠明亮。
另外值得注意的是,LCD顯示器在熒幕的中央部分非常地明亮,而在接近邊緣部分亮度會降低近25%。最好且最有效的方法,就是將LCD顯示器并排一對一比較。
對比度指標指的是最亮的白色和最暗的黑色之間不同亮度層次的測量。當對比度達到120:1時,就可以很容易地顯示生動、豐富的色彩。而對比度高達300:1時,則可支持各色階的顏色。
從目前來看,用戶在購買LCD顯示器時,還沒有一套有效且公正的標準來衡量對比度和亮度指標。所以最好的識別方法還是利用自己的雙眼來判定。即將LCD顯示器調到最亮和最暗,看看感覺如何。現在也只能利用這方法來找到比較合適的LCD顯示器。
3、響應時間
所謂“響應時間”,就是LCD顯示器對于輸入信號的反應速度,也就是液晶由暗轉亮或者是由亮轉暗的反應時間。
基本上,“響應時間”指標越小越好。響應時間越小,則用戶在看移動的畫面時不會出現有類似殘影或者是拖曳的感覺。通常,各種LCD顯示器會將反應速度分為兩個部分--“Rising”和“Falling”,而表示時則以兩者之和為準。
4、顯示色彩
早期的彩色LCD顯示器在顏色表現方面,最多只能顯示高彩（256K）。因此許多廠商使用所謂的FRC（Frame Rate Control）技術,以仿真的方式來表現出全彩的畫面。到了近期,由于技術的進步,LCD顯示器最起碼也能夠顯示到高彩16位元色。解析度方面,以15.1英寸 TFT LCD顯示器為例,基本都能夠支持到1024x768的解析度;17寸以上的LCD顯示器可以達到1280x1024的解析度,色彩表現在全彩（32位元）的模式也是輕而易舉的事。
5、熒幕刷新頻率
對于CRT顯示器來說,刷新率關系到畫面刷新的速度。刷新速度越快,畫面越不容易閃爍。而如果刷新率在75Hz以上,用戶就不容易感到畫面閃爍。
對于LCD顯示器來說,刷新率高低并不會使畫面閃爍。刷新率在60Hz時,LCD就能獲得很好的畫面。在LCD顯示器中,每個像素都持續發光,直到不發光的信號被送到控制器中,所以LCD顯示器不會有因不斷充放電而引起的閃爍現象。
也許有人會問：如果大多數的LCD顯示器在60Hz刷新率下就能達到最佳畫質,為何不將刷新率鎖定在60Hz,而要有60-75Hz的選擇范圍？其實這關系到使用彈性和兼容性的問題。由于LCD顯示器試圖取代CRT顯示器的市場地位,而現今大部分顯示卡仍以CRT顯示器為設計對象,更高的使用彈性和兼容性將有助于LCD顯示器切入市場,并取代CRT顯示器。
6.解析度
無論是購買LCD或一般的CRT顯示器,解析度都是顯示器的主要衡量標準。因為顯示器必須支持軟硬件所需要的解析度。
傳統CRT顯示器支持的解析度比較有彈性。不管是高的解析度或是低的解析度,通通能夠顯示,并且絲毫不損失顯示質量。這是因為CRT顯示器的影像主要是由像素（Pixels）所組成的點和線而產生的,因此像素的多寡是影響解析度的重要因素。
但是,LCD液晶顯示器卻只支持所謂的“真實解析度”,可比喻為一般CRT顯示器的最高解析度。其主要差別在于,LCD液晶顯示器只有在“真實解析度”下才能表現最佳影像效果。解析度低于真實解析度時,影像還是可以被呈現,只是所顯示的影像無法如真實解析度般得到優化。LCD液晶顯示器的真實解析度定義為“定點形式”,所以我們在使用LCD顯示器時,切記將解析度設定成最高,這樣畫面所呈現的影像將會越清晰,使用起來感覺也會越好。
四、用于液晶顯示器和微顯示器的彩色濾光片的Dichroic Filter Array (DFA) technology技術 ，生產RGB和其他精確彩色濾光片。與gel-filter和其他常見的技術相比，該技術能夠提高濾光片的光學性能，也使濾光片更經久耐用。利用DFA技術技術能制成小型精確模式的濾光片，從而產生更強烈、明亮的顏色。
關于Dichroic Filter Array (DFA) technology 技術
Dichroic Filter Array技術是Ocean Optics的一項領先技術，它使得向各種光學和微電子底層添加二向色薄膜的顯微光刻圖像成為可能。這一突出技術使得我們可以將一組離散二色性濾光片刻上大小2微米,間隙1微米的圖案.
這種高精度的模式能夠應用于任何用戶要求的濾光片配置，與其他染色凝膠和其他常用的濾光技術相比，這一技術在彩色過濾、空間分辨率、透射系數、濾光片的耐用性等方面都具有相當的優勢。
關鍵特征
· 專利方法
· 2µm像素大小
· 1µm分辨率
· 最大250平方毫米
· 平面結構
· 定制反射和抗反射黑色矩陣
應用領域
· 微型顯示器放映機
· 高清晰度顯示器，高分辨率監控器
· 個人數字助理
· 數碼投影儀
· 背投電視和監控器
