液晶技术细节详解

2018-12-02 01:29:05 3442

摘抄来源:“LCDHOME”网站

 

面板选择在液晶中的重要性


 


IPS
    IPS(In-Plane Switching,平面转换)技术是日立于2001推出的面板技术,它也被俗称为“Super TFT”。我们知道,传统LCD显示器的液晶分子一般都在垂直-平行状态间切换,MVA和PVA将之改良为垂直-双向倾斜的切换方式,而IPS技术与上述技术最大的差异就在于,不管在何种状态下液晶分子始终都与屏幕平行,只是在加电/常规状态下分子的旋转方向有所不同—注意,MVA、PVA液晶分子的旋转属于空间旋转(Z轴),而IPS液晶分子的旋转则属于平面内的旋转(X-Y轴)。
    为了配合这种结构,IPS要求对电极进行改良,电极做到了同侧,形成平面电场。这样的设计带来的问题是双重的,一方面可视角度问题得到了解决,另一方面由于液晶分子转动角度大、面板开口率低(光线透过率),所以IPS也有响应时间较慢和对比度较难提高的缺点。IPS阵营以日立为首,聚拢了LG-飞利浦、瀚宇彩晶、IDTech(奇美电子与日本IBM的合资公司)等一批厂商。不过在市场能看到得型号不是很多,其中也只有飞利浦的190p5曝光度最高了,16.7M色、170度可视角度和16ms响应时间代表现在IPS液晶显示器的最高水平。


 
VA类面板


 


 
    富士通的MVA技术(Multi-domain Vertical alignment,多象限垂直配向技术)可以说是最早出现的广视角液晶面板技术。我们知道,液晶材料通过状态变换实现对光的控制,对应到分子层级上,就是液晶分子在垂直、水平(相对于屏幕)之间作角度切换。在没有施加电压,液晶分子静止的时候,它处于垂直状态,只有在电场作用下才会转成水平状态让光线透过。MVA技术利用一个巧妙的方法对这种模式作改良:MVA液晶面板的液晶层中包含一种凸出物供液晶分子附着,在不施加电压的状态下,MVA面板看起来同传统技术没什么两样,液晶分子垂直于屏幕。而一旦在电压的作用下,液晶分子就会依附在凸出物上偏转,形成垂直于凸出物表面的状态。此时,它与屏幕表面也会产生偏转效应,提高了透光率,形成画面输出。
    这种巧妙的方式有效改善了LCD的响应时间和视角:首先,由于液晶分子的转角变小,转换速度更快,响应时间一般都可以被缩短到30毫秒以内,如果使用其他辅助措施,最快可以将反应时间降至20毫秒的级别。在视角方面,MVA表现极为出色,由于凸出物可使液晶分子出现不同的偏转,光线发射的角度被大大扩张,同时凸出物本身也承担起散射光线的职能,最终使得基于MVA技术的液晶面板实现160度的大视角。富士通发明MVA技术之后实施积极的技术授权策略,我国台湾省的奇美电子(奇晶光电)、友达光电等面板企业均采用了这项面板技术。由于得到广泛台系面板厂商得支持,所以市面上有不少采用MVA面板的平价16.7M色大屏幕液晶,其中ACER AL1913W,优派VG910s,经典的benq FP991就是其中几款典型型号,中高端产品也有如DELL的部分1905,优派VP191b这样的经典型号,其中优派VP191b使用改良的P-MVA获得了的8ms GTG灰阶,178度可视角度的官方参数,是目前采用P-MVA面板液晶显示器的最高水平。


 
    PVA与富士通的MVA的继承和发展者,PVA用透明的ITO电极代替MVA中的液晶层凸出物,获得更高的开口率,和背光源的利用率,换言之,便是可以获得优于MVA的亮度输出和对比度。目前市售显示器的对比度的最佳桂冠被使用S-PVA的三星173/193P+占据。
有足够的证据表明,PVA的综合素质优于富士通的MVA,改良型的S-PVA和P-MVA并驾齐驱,它提供的可视角度可达170度,响应时间被控制在20毫秒以内(采用Overdrive加速达到8ms GTG),而对比度可轻易超过700:1的高水准。目前,该技术已经被三星广泛应用于中高阶LCD显示器中。市场上比较典型的型号有DELL 1905(该型号同时使用AUO PMVA和三星 S-PVA两种面板,同时也说明这两种面板性能相近),三星的910T、913P/P+、明基PF91E等。


 
TN面板


 
    广泛应用于入门级和中端的面板,在性能指标上并不出彩,不能表现16.7M色彩,并且可视角度有天然痼疾。所以我们市场上看到的TN面板都是改良型的TN+film,film即补偿膜,用于弥补TN面板可视角度的不足,同时色彩抖动技术的使用也使得原本只能显示26万色的TN面板获得了16.2M的显示能力。要说TN面板唯一胜过前面两种面板的地方,就是由于他的输出灰接级数较少,液晶分子偏转速度快,致使它的响应时间容易提高,目前市场上8ms以下液晶产品均采用的是TN面板。总的来说TN面板是优势和劣势都很明显的产品,价格便宜,响应时间能满足游戏要求使它的优势所在,可视角度不理想和色彩表现不真实又是明显的劣势,不过大多数消费者在它便宜的售价前还是“屈服”了。
    响应时间:我相信99%的消费者都没有准确理解
    响应时间?没错,这是液晶显示器时代给我们带来的新名词,也是近一年来液晶厂商们着重炒作的一个指标,但是当你继续往下看这个部分的时候时,你会明白现在的厂商要在这个指标上做文章简直是太容易的一件事情了。
    响应时间这个专业的液晶指标最早由国际标准化组织即(ISO)推出,规范代码是ISO13406-2,该规范制定的初衷就是要反映液晶显示器表现动态图像的平滑度和清晰度。该规范把响应时间定义如下:当一个像素电从白色转为黑色,电极电压从0变为最大值,即最大电压激励状态下,液晶分子迅速转换到新的位置,这一过程所用的时间被称为上升时间段。当一个像素由黑转白,像素所加电压切断,液晶分子迅速回到加电前位置,这一过程称为下降时间。整个响应时间过程就是由上升时间加上下降时间获得的数值。
实际上,ISO规范对于响应时间的定义的着眼点还是太过于简单的,只考虑了用时最短的像素黑白黑极端切换的时间,在衡量实际使用时出现最多的灰阶切换时没有太多指导价值。我们可以想想一年多以前厂商们在推广12ms液晶时的宣传把戏:“如果像素变换一次的时间是12ms,则一秒钟内可以切换的画面数值为1000/12=83,这一数值远大于人类所能感知的60fps的最高识别率,所以12ms是终极的游戏液晶方案。”当然12ms在游戏方面的表现相信读者们比笔者更清楚,在FPS游戏中依旧存在明显可见的拖影,直到今天出现的6ms、4ms疾速液晶,其在典型画面激烈切换游戏CS中的表现才达到可以接受的程度。那么ISO对于响应时间的定义问题出在哪里呢?为何和实际偏差如此之大呢?
    首先在ISO规范中,像素整个响应定义只占到了整个像素上升或是下降过程的80%的时间,按照ISO的定义所谓白色即指10%灰度,黑色指90%灰度,其余20%的时间被忽略了。ISO这样定义的初衷不难理解,因为对于液晶分子来说,加电起动和最后稳定这两个阶段是费时的,两头20%的灰度转化的过程有可能超过ISO响应时间定义本身所占时间,那如果省去这20%就可以大大的美化指标,但这显然对于消费者是不公正的。


 
    如上图所示的某液晶显示器响应时间测试数据,按照ISO定义上升沿时间为28.5 – 12 = 16.5 ms。但我们观察整个像素从0%灰度到100%灰度转化的全部过程,实际用时超过了40 ms,达到ISO定义所用时间的两倍多。
    当然ISO定义的缺陷还不止如此,其中最为严重的是忽略了色彩变化时——即不同灰度切换的时间,这也是我们日常使用显示器是最多的显示状况。从液晶的显示原理来说,当一像素从较浅灰度转变为较深灰度时,其加在像素两端电极电压也响应加强。但是和ISO规范中定义的黑白黑切换的最大激励电压相比,在灰度切换时相应的施加电压要低得多,因此在这种情况下液晶分子反转响应的速度也会变慢。同理,当色阶从较深灰阶到浅灰阶转变时,过程相反,不过此时浅色灰阶对应的电极电压也不为零,相应的电压差激励效果也会变差,下降沿时间也会变长。
    也正是因为ISO的规范并没有强行要求厂商在提供用户响应时间参数的时候考虑中间灰阶的响应时间,所以厂商在自己标注的可操作空间就大得多了。有较早液晶使用经验的用户不难发现,在一年前的主流液晶中,使用友达AU 16 ms TN面板的显示其回比 LG-Philips同样规格的16ms甚至三星的12 ms更快,而这三中面板又都快过16 ms IPS 面板的速度表现,而令人不解的是它们又都慢于Hydis 的20 msTN面板,这正是由于ISO响应时间规范的不严格造成的,实际厂家给出的响应时间指标反而造成了用户的困惑。


 
    灰阶响应才是具有参考价值的指标
    正如我们上面所说,以往厂商在ISO大规范给出的白黑白响应时间指标下有太多的可操作空间,以致使得单纯的响应时间指标已经不具备太多可信价值,那么从何种角度出发去得到更有实用价值的响应时间指标呢,答案就是在去年下半年有些厂商开始推广的“灰阶响应时间” 。


 
    上图是由NEC提供的灰阶响应时间分布图,如图所示,平面X、Y轴分别是起始灰阶和终止灰阶,而Z轴则表示在该灰阶转换过程中所用的响应时间。我们依次看一看到ISO定义、白到灰阶、黑色到某灰阶三种不同状况下的响应时间差异。
ISO 响应时间= (0 - 255) 18 + (255 - 0) 7 = 25 ms
白到某灰阶的最大响应时间= 0 – 192 – 0 = (0 - 192) 38 + (192 - 0) 5 = 43 ms (这比ISO定义下获得的指标慢78%)
黑色到某灰阶最大响应时间= 255 – 160 – 255 = (255 - 160) 55 + (160 - 255) 36 = 91(这比ISO定义下获得的指标慢264%)


 
    我们在可以看看上图,这是我们自己测试得出的飞利浦190S5 显示器的响应时间空间分布图,和上图不同的是,这部图表的柱状数值直接包括了上升沿和下降沿两部分的时间。我们可以看到最长的时间发生在两个较深灰阶的转换过程中,而从纯白到纯黑过程在最快的速度之列。
    通过上述分析,我相信读者对于响应时间这一概念已经有了一定的认识,同时也会认同这样一个结论 ,要想使得响应时间真的具有实际参考价值,那么提供必要的灰阶响应时间参数才是有意义的,同时要让响应时间这个因素真的对于消费者实际应用有性能提升,那么加速灰阶和灰阶之间转换的速度,即颜色切换的速度才是真正有意义的。

    VA类面板是现在高端液晶应用较多的面板类型,16.7M色彩和大可视角度是该类面板定位高端的资本,同时VA类又可分为由富士通主导的MVA(Multi-domain Vertical alignment,多象限垂直配向技术)面板和由三星开发的PVA(Patterned Vertical alignment)面板,后者和前者的关系是继承和改良。
    这是我们要首先明确的,一款液晶显示器的显示性能的高低,采用的液晶面板起到决定性作用。像显示颜色数、可视角度、对比度以及响应时间这些重要的参数指标都是由面板本身决定的。目前市场上占主流产品的面板类型有三大类,各自有自己独特的液晶材料和面板的结构,从而获得不同的性能优势,下面我们大家就一起了解下。

 


 

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