LCD显示器基本特性浅谈

LCD显示器基本特性浅谈

江苏省电子产品监督检验所谢惠萍

1. 引言

LCD显示器发展前景十分广阔，是当前及未来彩色电视接收机的主要显示设备之一。由于液晶(LCD)电视显示器与传统阴极射线管(CRT)电视显示器的发光原理存在差异，致使以CRT彩电发展建立的显示器件性能评价体系遇到了极大挑战。有必要认真研究如何评测LCD电视显示器才能更好地反映人们在观看效果上的需求。

2. LCD电视显示器的发展优势

近20年来，随着人们对未来彩色电视机显示屏需求目标的不断修正，导致21世纪初彩色电视机新产品、新型号层出不穷，目不暇接。究其原因，不难看出这样一个规律——消费者的需求是电视技术发展的动力。以这样的观点进行分析，主要有以下5个因素促使LCD电视显示器迅速发展：

1)“大”。消费者对大屏幕的不断追求，导致电视机从9英寸(23 cm)黑白机和12英寸(30cm)彩色电视机开始迅速发展，到目前为止，34英寸(86 cm)以上的大屏幕彩色电视机已进人家庭，甚至超大屏幕背投影电视也一度成为市场热点。

2)“平”。由于消费者对图像显示屏“弧度”的不满，经过球面、柱面直角和平面直角彩色电视机的技术发展过程，使得“纯平”彩色电视机成熟。

3)“薄”。消费者要求改进彩色电视机越来越大的体积的愿望，导致了等离子彩色电视机及液晶彩色电视机的相继问世。

4)“宽”。消费者对电视图像宽视野的热望导致16：9彩色电视机日趋成熟。

5)“清晰”。这是对彩色电视机永恒的追求使“HDTV”一路走红。

经过数年以来市场的激烈竞争，逼近这些需求的产品日渐清晰起来。几年以来，CRT彩色电视机、等离子彩色电视机(PDP)以及LCD彩色电视机初步形成了三足鼎立的态势，各有优势和缺憾。到目前为止，液晶彩色电视机的发展更为接近人们对彩色电视机的需求，液晶电视显示器同时具有相对“大”、“平”、“薄”、“宽”、“清晰”的优势，并且具有易于克服闪烁、适合数字电视信号处理以及低能耗等优点。

3．成像原理

1) 液晶显示的基本工作原理

液晶是介于固态和液态之间具有特殊形态的物质，取向有序的流体。用于显示技术的液晶属于热致液晶，在一定温度范围内存在液晶的显示特性。一旦对液晶层施加电压，分子排列状态就发生变化。液晶显示器成像的基本原理是利用施加电压改变液晶分子取向，从而控制光经过不同的反射和透射屏造成光调制而成像。

目前的LCD电视显示器均采用TFY(Thin Film Transistor)显示屏，即薄膜场效应晶体管显示屏。TFI'型液晶显示器主要包括背光板(冷阴极荧光灯管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜)、液晶材料和薄膜式晶体管等，每个像素都设有一个半导体管通过点脉冲直接控制，因而每个节点都相对独立，并可以连续控制，不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控制显示色阶。

2) LCD电视显示器的主要特点

图1中垂直坐标表示LCD的透光率，水平坐标表示外加电压。VI是阈值电压，V2是饱和电压

图1 LCD光电特性示意图

(1) 当外加电压小于VI时透光率几乎没有变化，当施加电压大于V2时，透光率也几乎没有变化，

只有在VI与V2之间的电压值是用于图像显示的；

(2) 激励信号与透光率存在非线性关系；

(3) LCD显示器调暗难度较大；

(4) 调整LCD亮度将导致图像重现灰度的变化；

(5) 观看视角不同，将会引起再现图像对比度的变化；

(6) LCD重现图像的彩色，与LCD光源以及滤色材料有着十分密切的关系。

另外，LCD显示器具有如下主要特点：

(1) 低压微功耗；

(2) 平板结构，几何失真小；

(3) 被动显示；

(4) 易彩色化；

(5) 长寿命；

(6) 无辐射、无污染；

(7) 显示视角小、响应速度慢。

4 .主要评价要素

LCD电视显示屏与CRT电视显示屏的成像原理完全不同，造成其基本特性明显相异，主要差别如表1所示。

表1 LCD与CRT显示特性的主要差异

特性CRT LCD

图像形成由电子枪进行从左到右

从上到下的连续扫描由场效应晶体管对每个像素进行单独控制

视角好较差，最大160度亮度均匀性好较差

对比度很好较差，最大400：1

灰度级再现好较差

色彩很好好

几何失真较大无

响应时间很快，一般为2ms 较慢，最快为8ms

闪烁较大很小

瑕疪无可能有CRT电视显示器的客观性能评价要素由其所需的信号处理、偏转会聚以及发光成像特性决定，对于传统CRT彩色电视机的显示单元的质

量水平行之有效。根据LCD电视显示器实现的技术原理， LCD电视显示器性能评价主要考虑适应LCD电视显示器要求的信号处理、发光成像两个主要因素。

1) 信号处理

信号处理部分的评价主要集中在对将连续的模拟电视信号转换成与逐点像素相对应的数字信号的技术水平的评价。基于扫描技术获取或者基于图像像素采样但最终以扫描技术传输的电视节目信号，在液晶电视显示器“同步”重现时需要把连续的电压量转换成离散的像素进行处理。传统的清晰度测量方法采用静止的清晰度测试图度量显示器的图像细节的重现能力，但是这种相对静止的传统测试方法不能真实地反映实际图像频谱在图像上分布的随机特性，因此简单地采用传统的CRT测试方法并不能真实反映液晶电视显示器重现图像细节的能力。

2) 物理格式

显示器件的物理格式是决定电视显示器能否达到清晰度技术要求的主要因素，信号处理的技术水平是辅助因素，两者构成清晰度要求的充分必要条件。我国数字高清晰度电视传输主要采用1920×

1080，16：9信号处理方式，因此采用1920×1080物理格式的显示器件是最经济最能体现高清晰度电视特点的技术手段。采用其它物理格式的显示器件，均有不同程度的损失，且损失程度与信号处理技术密切相关。基于数字电视传输的电视信号，在信号处理时不进行格式变换，因此信号格式与显示器物理格式匹配与否就是清晰度损失的主要因素。 LCD 电视显示屏常见的几何尺寸、物理格式见表2

表2 LCD显示屏部分规格

序号屏幕尺寸物理格式屏幕宽高比

1 8

2 1280×768 16：9

2 76 1280×768 16：9

3 81 1366×768 16：9

4 43 1024×768 16：9

5 43 1280×768 16：9

6 51 640×480 16：9

7 48 1024×768 16：9

8 50 640×480 4：3

9 39 1024×768 4：3

10 43 1280×1024 4：3

11 51 640×480 4：3

12 45 1280×1024 4：3

13 48 1280×1024 4：3

14 43 640×480 4：3

LCD电视显示器的物理格式由像素点间的距离决定。与CRT显示器不同，LCD显示器像素点间的距离属于等间距排列方式。如果物理分辨率为1280×768,说明该显示器水平方向上有1280个像素，垂直方向上有768个像素点。由于技术原因，CRT显示器的中心点距离四周点稀，通常CRT制造商提供的点距为显示器最小（也就是中心）点距，虽然进行了会聚和电磁偏转的调整，还是会有一些几何失真。而LCD显示器全屏幕像素点间距处相等，从而不产生CRT显示器那种在扫描重现画面时出现的非线性失真。

3）清晰度（最佳分辨率）

LCD显示器属于数字显示方式，直接把模拟电视信号处理为带具体地址信息的显示信号，每一个像素的色彩和亮度信息与屏幕上的像素点一一直接对应。因此，LCD显示器仅在图像源的像素数与LCD显示器物理分辨率相同时，画面质量才能达到最佳效果。当图像源的像素数高于显示器的物理分辨率时，图像源必需经处理后才能显示出来，像素不能一一对应，重现图像比较模糊。当图像源的像素数低于显示器的物理分辨率时，同样需要对信号进行处理。由于LCD显示器每一个像素都采用独立控制，信号处理电路必须决定每一像素的放大量，因此一定会造成图像画面严重失真，导致视觉上模糊和残缺的感觉。

4）亮度和对比度