原理
LCD液晶投影機是液晶顯示技術LCD液晶顯示屏和投影技術相結合的産物,它利用了液晶的電光效應,通過電路控制LCD液晶顯示屏液晶單元的透射率及反射率,從而産生不同灰度層次及多達1670萬種色彩的靓麗圖像。LCD投影機的主要成像器件是液晶闆。LCD投影機的體積取決于液晶闆的大小,液晶闆越小,投影機的體積也就越小。
根據電光效應,液晶材料可分為活性液晶和非活性液晶兩類,其中活性液晶具有較高的透光性和可控制性。液晶闆使用的是活性液晶,人們可通過相關控制系統來控制液晶闆的亮度和顔色。與液晶顯示器相同,LCD投影機采用的是扭曲向列型液晶。LCD投影機的光源是專用大功率燈泡,發光能量遠遠高于利用熒光發光的CRT投影機,所以LCD投影機的亮度和色彩飽和度都高于CRT投影機。LCD投影機的像元是液晶闆上的液晶單元,液晶闆一旦選定,分辨率就基本确定了,所以LCD投影機調節分辨率的功能要比CRT投影機差。
LCD投影機按内部液晶闆的片數可分為單片式和三片式兩種,現代液晶投影機大都采用3片式LCD闆(圖1)。三片式LCD投影機是用紅、綠、藍三塊液晶闆分别作為紅、綠、藍三色光的控制層。
光源發射出來的白色光經過鏡頭組後會聚到分色鏡組,紅色光首先被分離出來,投射到紅色液晶闆上,液晶闆“記錄”下的以透明度表示的圖像信息被投射生成了圖像中的紅色光信息。綠色光被投射到綠色液晶闆上,形成圖像中的綠色光信息,同樣藍色光經藍色液晶闆後生成圖像中的藍色光信息,三種顔色的光在棱鏡中會聚,由投影鏡頭投射到投影幕上形成一幅全彩色圖像。三片式LCD投影機比單片式LCD投影機具有更高的圖像質量和更高的亮度。
LCD投影機體積較小、重量較輕,制造工藝較簡單,亮度和對比度較高,分辨率适中,現在LCD投影機占有的市場份額約占總體市場份額的70%以上,是目前市場上占有率最高、應用最廣泛的投影機。
特點
易于彩色化(在色譜上可以非常準确的複現)
無電磁輻射(對人體安全,利于信息保密)
被動顯示型(無眩光,不刺激人眼,不會引起眼睛疲勞)
顯示信息量大(因為像素可以做得很小)
主要技術參數
對比度
LCD制造時選用的控制IC、濾光片和定向膜等配件,與面闆的對比度有關,對一般用戶而言,對比度能夠達到350:1就足夠了,但在專業領域這樣的對比度平還不能滿足用戶的需求。相對CRT顯示器輕易達到500:1甚至更高的對比度而言。隻有高檔液晶顯示器才能達到這樣如此程度,由于對比度很難通過儀器準确測量,所以挑的時候還是要自己親自去看才行。
提示:對比度很重要,可以說是選取液晶的一個比亮點更重要的指标,當你了解到你的客戶買的液晶是用來娛樂看影碟,你們就可以強調對比度比無壞點更重要,我們在看流媒體時,一般片源亮度不大,但要看出人物場景的明暗對比,頭發絲灰到黑的質感變化,就要靠對比度的高低來顯現了。
優派的VG和VX一直強調對比度的指标,VG910S是1000:1的對比度,我們當時拿這款和三星的一款用雙頭顯卡對比測試,三星液晶就明顯比不過,大家有興趣可以試試.測試軟件中的256級灰度測試中在平視時能看清楚更多的小灰格即是對比度好!
亮度
LCD是一種介于固态與液态之間的物質,本身是不能發光的,需借助要額外的光源才行。因此,燈管數目關系着液晶顯示器亮度。最早的液晶顯示器隻有上下兩個燈管,發展到現在,普及型的最低也是四燈,高端的是六燈。四燈管設計分為三種擺放形式:一種是四個邊各有一個燈管,但缺點是中間會出現黑影,解決的方法就是由上到下四個燈管平排列的方式,最後一種是“U”型的擺放形式,其實是兩燈變相産生的兩根燈管。六燈管設計實際使用的是三根燈管,廠商将三根燈管都彎成“U”型,然後平行放置,以達到六根燈管的效果。
燈管要設計的多,發光才會均勻.早期賣液晶時和别人說液晶是三根以是很牛的事了,但當時奇美CRV,就搞出了一個六燈管技術,其實也就是把三管彎成了”U”型,變成了所謂的六根;這樣的六燈管設計,加上燈管發光本身就很強,面闆就看到很亮,這樣的代表作在優派中以VA712為代表;但所有高亮的面闆都會有一個緻命傷,屏會漏光,這個術語一般人很少提及,編者個人認為他很重要,漏光是指在全黑的屏幕下,液晶不是黑的,而是發白發灰.所以好的液晶不要一味的強調亮度,而是要多強調對比度,優派的VP和VG系列就是不講亮度,講對比度的産品!
信号響應時間
響應時間指的是液晶顯示器對于輸入信号的反應速度,也就是液晶由暗轉亮或由亮轉暗的反應時間,通常是以毫秒(ms)為單位。要說清這一點我們還要從人眼對動态圖像的感知談起。人眼存在“視覺殘留”的現象,高速運動的畫面在人腦中會形成短暫的印象。動畫片、電影等一直到現在最新的遊戲正是應用了視覺殘留的原理,讓一系列漸變的圖像在人眼前快速連續顯示,便形成動态的影像。
人能夠接受的畫面顯示速度一般為每秒24張,這也是電影每秒24幀播放速度的由來,如果顯示速度低于這一标準,人就會明顯感到畫面的停頓和不适。按照這一指标計算,每張畫面顯示的時間需要小于40ms。這樣,對于液晶顯示器來說,響應時間40ms就成了一道坎,低于40ms的顯示器便會出現明顯的畫面閃爍現象,讓人感覺眼花。要是想讓圖像畫面達到不閃的程度,則就最好要達到每秒60幀的速度。
可視角度
LCD的可視角度是一個讓人頭疼的問題,當背光源通過偏極片、液晶和取向層之後,輸出的光線便具有了方向性。也就是說大多數光都是從屏幕中垂直射出來的,所以從某一個較大的角度觀看液晶顯示器時,便不能看到原本的顔色,甚至隻能看到全白或全黑。為了解決這個問題,制造廠商們也着手開發廣角技術,到目前為止有三種比較流行的技術,分别是:TN FILM、IPS(IN-PLANE -SWITCHING)和MVA(MULTI-DOMAIN VERTICAL alignMENT)。
TN+FILM這項技術就是在原有的基礎上,增加一層廣視角補償膜。這層補償膜可以将可視角度增加到150度左右,是一種簡單易行的方法,在液晶顯示器中大量的應用。不過這種技術并不能改善對比度和響應時間等性能,也許對廠商而言,TN FILM并不是最佳的解決方案,但它的确是最廉價的解決方法,所以大多數台灣廠商都用這種方法打造15寸液晶顯示器。
IPS(IN-PLANE -SWITCHING,闆内切換)技術,号稱可以讓上下左右可視角度達到更大的170度。IPS技術雖然增大了可視角度,但采用兩個電極驅動液晶分子,需要消耗更大的電量,這會讓液晶顯示器的功耗增大。此外緻命的是,這種方式驅動液32液晶顯示器晶分子的響應時間會比較慢。
MVA(MULTI-DOMAIN VERTICAL alignMENT,多區域垂直排列)技術,原理是增加突出物來形成多個可視區域。液晶分子在靜态的時候并不是完全垂直排列,在施加電壓後液晶分子成水平排列,這樣光便可以通過各層。MVA技術将可視角度提高到160度以上,并且提供比IPS和TN FILM更短的響應時間。這項技術是富士通公司開發的,目前台灣奇美(在大陸奇麗是奇美的子公司)和台灣友達獲得授權使用此技術。
優派的VX2025WM即是此類面闆的代表作,水平,垂直可視角度均為175度,基本無視覺死角,并且還承諾無亮點;可視角度分為平行和垂直可視角度,水平角度是以液晶的垂直中軸線為中心,向左和向右移動,可以清楚看到影像的角度範圍。垂直角度是以顯示屏的平行中軸線為中心,向上和向下移動,可以清楚看到影像的角度範圍。可視角度以“度”為單位,目前比較常用的标注形式是直接标出總水平、垂直範圍,如:150/120度,目前最低的可視角度為120/100度(水平/垂直),低于這個值則不能接受,最好能達到150/120度以上。
國内電腦市場各種品牌的純平顯示器之間強烈的競争,各個商家都想在純平這塊大蛋糕上分得最大的份額。而當人們像當初搬15英寸顯示器一樣把純平買回家後。我們不僅要問:下一代顯示器的熱點是什麼呢?矛頭直指液晶顯示器。液晶顯示器具有圖像清晰精确、平面顯示、厚度薄、重量輕、無輻射、低能耗、工作電壓低等優點。
分類
液晶顯示器按照控制方式不同可分為被動矩陣式LCD及主動矩陣式LCD兩種。
1. 被動矩陣式LCD在亮度及可視角方面受到較大的限制,反應速度也較慢。由于畫面質量方面的問題,使得這種顯示設備不利于發展為桌面型顯示器,但由于成本低廉的因素,市場上仍有部分的顯示器采用被動矩陣式LCD。被動矩陣式LCD又可分為TN-LCD(Twisted Nematic-LCD,扭曲向列LCD)、STN-LCD(Super TN-LCD,超扭曲向列LCD)和DSTN-LCD(Double layer STN-LCD,雙層超扭曲向列LCD)。
2. 目前應用比較廣泛的主動矩陣式LCD,也稱TFT-LCD(Thin Film Transistor-LCD,薄膜晶體管LCD)。TFT液晶顯示器是在畫面中的每個像素内建晶體管,可使亮度更明亮、色彩更豐富及更寬廣的可視面積。與CRT顯示器相比,LCD顯示器的平面顯示技術體現為較少的零件、占據較少的桌面及耗電量較小,但CRT技術較為穩定成熟。
工作原理
我們很早就知道物質有固态、液态、氣态三種型态。液體分子質心的排列雖然不具有任何規律性,但是如果這些分子是長形的(或扁形的),它們的分子指向就可能有規律性。于是我們就可将液态又細分為許多型态。分子方向沒有規律性的液體我們直接稱為液體,而分子具有方向性的液體則稱之為“液态晶體”,又簡稱“液晶”。
液晶産品其實對我們來說并不陌生,我們常見到的手機、計算器都是屬于液晶産品。液晶是在1888年,由奧地利植物學家Reinitzer發現的,是一種介于固體與液體之間,具有規則性分子排列的有機化合物。一般最常用的液晶型态為向列型液晶,分子形狀為細長棒形,長寬約1nm~10nm,在不同電流電場作用下,液晶分子會做規則旋轉90度排列,産生透光度的差别,如此在電源ON/OFF下産生明暗的區别,依此原理控制每個像素,便可構成所需圖像。
被動矩陣式
TN-LCD、STN-LCD和DSTN-LCD之間的顯示原理基本相同,不同之處是液晶分子的扭曲角度有些差别。下面以典型的TN-LCD為例,向大家介紹其結構及工作原理。
在厚度不到1厘米的TN-LCD液晶顯示屏面闆中,通常是由兩片大玻璃基闆,内夾着彩色濾光片、配向膜等制成的夾闆? 外面再包裹着兩片偏光闆,它們可決定光通量的最大值與顔色的産生。彩色濾光片是由紅、綠、藍三種顔色構成的濾片,有規律地制作在一塊大玻璃基闆上。每一個像素是由三種顔色的單元(或稱為子像素)所組成。
假如有一塊面闆的分辨率為1280×1024,則它實際擁有3840×1024個晶體管及子像素。 每個子像素的左上角(灰色矩形)為不透光的薄膜晶體管,彩色濾光片能産生RGB三原色。每個夾層都包含電極和配向膜上形成的溝槽,上下夾層中填充了多層液晶分子(液晶空間不到5×10-6m)。在同一層内,液晶分子的位置雖不規則,但長軸取向都是平行于偏光闆的。另一方面,在不同層之間,液晶分子的長軸沿偏光闆平行平面連續扭轉90度。
其中,鄰接偏光闆的兩層液晶分子長軸的取向,與所鄰接的偏光闆的偏振光方向一緻。在接近上部夾層的液晶分子按照上部溝槽的方向來排列,而下部夾層的液晶分子按照下部溝槽的方向排列。最後再封裝成一個液晶盒,并與驅動IC、控制IC與印刷電路闆相連接。
在正常情況下光線從上向下照射時,通常隻有一個角度的光線能夠穿透下來,通過上偏光闆導入上部夾層的溝槽中,再通過液晶分子扭轉排列的通路從下偏光闆穿出,形成一個完整的光線穿透途徑。而液晶顯示器的夾層貼附了兩塊偏光闆,這兩塊偏光闆的排列和透光角度與上下夾層的溝槽排列相同。當液晶層施加某一電壓時,由于受到外界電壓的影響,液晶會改變它的初始狀态,不再按照正常的方式排列,而變成豎立的狀态。
因此經過液晶的光會被第二層偏光闆吸收而整個結構呈現不透光的狀态,結果在顯示屏上出現黑色。當液晶層不施任何電壓時,液晶是在它的初始狀态,會把入射光的方向扭轉90度,因此讓背光源的入射光能夠通過整個結構,結果在顯示屏上出現白色。為了達到在面闆上的每一個獨立像素都能産生你想要的色彩,多個冷陰極燈管必須被使用來當作顯示器的背光源。
主動矩陣式
TFT-LCD液晶顯示器的結構與TN-LCD液晶顯示器基本相同,隻不過将TN-LCD上夾層的電極改為FET晶體管,而下夾層改為共通電極。
TFT-LCD液晶顯示器的工作原理與TN-LCD卻有許多不同之處。TFT-LCD液晶顯示器的顯像原理是采用“背透式”照射方式。當光源照射時,先通過下偏光闆向上透出,借助液晶分子來傳導光線。由于上下夾層的電極改成FET電極和共通電極,在FET電極導通時,液晶分子的排列狀态同樣會發生改變,也通過遮光和透光來達到顯示的目的。但不同的是,由于FET晶體管具有電容效應,能夠保持電位狀态,先前透光的液晶分子會一直保持這種狀态,直到FET電極下一次再加電改變其排列方式為止。
最大顔色數
雖然LCD的産品說明中都寫有“最大顔色數”,但似乎留意到該項的人并不是很多。因為現如今幾乎所有産品都能夠擁有1600萬色的顯示能力,所以應該沒人會對此有所不滿。但是,一個“最大顔色數”中卻存在着意想不到的陷阱。
PC用LCD的理想目标,是能夠完全顯示PC輸出的RGB每通道8bit(共計3*8bit=24bit)、既Full Color數據。RGB每通道8bit就意味着需要具備顯示1677萬色的能力。
真正意義上實現1677萬色顯示的LCD,隻有使用8bit驅動、顯示RGB每通道8bit數據的産品,既表格中的第1類産品。與原生8bit顯示相對,表中的第2和第3類産品則是所謂的“僞Full Color”顯示,在降低生産成本的同時,理論上顔色的表現力要劣于8bit驅動的面闆。
在産品性能标識上,第3類産品因其顔色數為約1619萬色/約1620萬色比較易于辨别。但第1、2類産品因為顔色數都是約1677萬色,比較難以區分。因為前者在畫質表現上具有優勢,所以如果需要用于圖像處理等領域,選擇時就要特别留意。
在這裡插一句,液晶電視和商用領域所使用的LCD中有些産品是使用10bit驅動的液晶面闆生産的。理論上可以顯示1,073,741,824色(約10億7300萬色)。因為需要配合10bit輸出的圖形設備和專業的軟件使用,所以在PC領域還遠遠說不上普及。
下面簡單說說FRC這個東西。所謂FRC(Frame Rate Control)是指利用人眼的視覺暫留特性,通過操控畫面刷新頻率(Frame Rate),在視覺上增加顔色數量的技術。打個簡單的比方,如果用很高的頻率交叉顯示“白色”和“紅色”,那麼在人眼看來就成了“粉色”。
具體到“6bit驅動面闆+FRC”的LCD,液晶面闆能夠顯示的顔色數隻有可憐的6bit(2^6=64)^3=262,144色。此時讓FRC作用于每個RGB通道,通過改變液晶顯示每個顔色的間隔,在每兩種顔色中間再生成3種僞色(4bit驅動FRC)。以此,可以為RGB每通道都增加189種僞顔色((6bit-1)×3=189色)。把這189種顔色加上,就能實現(2^6+189)^3=16,194,277色(≒約1619萬色/約1620萬色)的顯示。
采用新一代FRC技術的産品在逐漸增多。通過比傳統FRC技術更多的bit數來生成更多的僞色,再從中選出“Full Color”範圍内的其他顔色,來實現1677萬色顯示。



















