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LCD视角及反应速度发布于,(2)超扭曲向列型(新匍京娱乐场app下载STN-Super TN)

发布时间:2020-02-11 06:43    浏览次数 :

LCD视角及反应速度发布于:2013-08-07 14:41发布人:亿商网来源: CRT 显示器或电视机中,图像的显示是通过发光物体 -- 磷来实现的,光线从这一层向各个方向发射,只是强弱稍有不同而已。因此,你可以从一个很大的可视角范围来观看屏幕,无论从哪个角度去观察,显示的亮度、色彩都和正视效果相近。LCD和其它大多数显示技术,都需要强的背景光线穿过液晶层或者其它显示层来形成图像,从而完成图像的传递过程。 LCD 的特性决定了它所需的背景光是定向的。举一个形象的例子来说,就好比你手中握有一把吸管,它们的一端对准光源。如果你通过另一端直视吸管,你将会看到光源射出的光线。但是如果你稍微移开眼睛,从其它的方向去看的话,你就无法观察到光线了。 LCD 技术正是如此。虽然液晶分子并不像吸管一样是中空的,但是它们的有序排列阻止了光线向其它方向发射。反应速度LCD单元在控制信号到达与变化完成之间存在滞后现象,这使得 LCD 在显示快速移动图像时与 CRT 相比具有一种先天的缺陷。CRT 的电子枪发射电子束到被激发的荧光粉发光之间几乎是瞬间的。供应信息网 

等离子电视

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等离子的内部结构图,三个「像素单元」组成一个像素,来源:How Plasma Displays Work - How Stuff Works

虽然在民用消费市场,等离子电视两只脚都跨进了棺材,但我们还是得聊一下。
老规矩,我们先放大来看:

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等离子电视的屏幕同样分布着密密麻麻的像素,来源:Plasma TV - Discovery Channel

等离子的像素同样由三个小单元组成,有时被叫做「等离子管」,里面封装「惰性气体」,上下都有电极。

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等离子的像素同样由三个小单元组成,有时被叫做「等离子管」,来源:Plasma TV - Discovery Channel

「等离子管」通电,电极射出电子,内部气体放电发出「紫外线」。

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「等离子管」通过「气体放电」发出紫外线,来源:Plasma TV - Discovery Channel

有没有感觉有点像荧光灯?没错,等离子管的发光原理和荧光灯类似,可视为微型的荧光灯。

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「等离子管」通过「气体放电」发出紫外线,来源:Plasma TV - Discovery Channel

两者都是利用气体放电发出紫外线,然后经荧光粉转换为可见光。

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「等离子管」的内部结构,蓝色部分为荧光粉,来源:How Plasma Displays Work -How Stuff Works

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「等离子管」发光示意图,来源:How Plasma Displays Work -How Stuff Works

每个「等离子管」发出一种颜色的光线,三种颜色的「等离子管」组成一个像素,最后用电极控制像素的亮度和组合,以此实现多种色彩。

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「等离子管」颜色和亮度的组合,让「像素」整体呈现出多种色彩,来源:Plasma TV - Discovery Channel

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成千上万个像素,组成等离子电视的屏幕,来源:Plasma TV - Discovery Channel

(1)扭曲向列型(TN-Twisted Nematic);

1 引言 数字电视是数字信号处理、大规模集成电路制造、数字压缩编码技术、音视频技术以及计算机技术等领域的多项高科技成果的结晶,它代表了未来电视的发展方向,它最突出、最直接的优点是可以给人们带来高清晰的图像和高保真的伴音,但要观众充分享受到高清晰的图像,传统的显示器件是不行的。HDTV对显示器件的要求是:能够显示多屏幕图像,无几何畸变,全平面聚焦;显示屏幕不小于100 cm;纯平面屏幕,薄型显示器,宽高比为16∶9,分辨率高于1 000线。 为什么HDTV需要大屏幕显示呢?研究表明,当观众离屏幕远于3倍图像高度时,分辨不出图像的有用细节,人们将看到无噪声和干扰、彩色重现更鲜艳的图像,所以,HDTV需要大屏幕的显示器,而目前直视型的显像管屏幕最大只能做到106 cm;此外,直视型的显示器件一般难以满足HDTV的纯平面和薄型的显示要求,因此投影机便登上了HDTV显示的舞台。2 应用于HDTV的典型投影技术 目前,比较成熟的投影技术主要有以下4种:CRT投影技术、LCD投影技术、光阀投影技术和DLP投影技术。2.1 CRT投影技术 CRT投影机具有CRT技术中成像的所有优点和缺点。CRT投影机分辨率高、对比度好、色彩饱和度佳、对信号的兼容性强,CRT投影机扫描式的成像特点和在分辨率、亮度、对比度、饱和度、线性、枕形、梯形等方面具有调节功能,技术已比较成熟,特别是CRT投影机在采用当前技术先进的CRT新型荫罩后,亮度有了较大提高。但是,CRT投影机毕竟是由成像面上荧光粉发光后再投影到屏幕上的,当有效扫描电子数增加到饱和状态时,再增加有效电子数,荧光粉的发光量也增不了多少。因此,与其他类型的投影机相比,CRT投影机的亮度低得多,这一直是困扰CRT投影机的主要因素。CRT投影技术成熟,性价比高,应用于早期的HDTV领域。日立公司开发的基于CRT的154 cm的高清晰度投影电视,分辨率达900线,峰值亮度550 cd/m2。 最近,俄罗斯、美国和日本正在研究激光CRT(阳级射线管)投影机,传统的CRT采用直径为17.8~22.9 cm投影管,其亮度一般低于1 000 lm,而最近在莫斯科的列别捷夫物理研究所演示的5.1 cm激光CRT能达到2 000 lm的亮度,其CRT采用了外延法将荧光粉沉积于单晶体上,这种激光CRT的发光效能高达10~50 lm/W,而且光在发射中途不扩散,用一般的光学系统就可收集80%的光通量,而传统的CRT只能收集大约10%的光通量。这种激光CRT在室温下即可工作,不需要冷却系统,可要使这种激光CRT投影机商品化,还需要进行大量的研究和开发工作。2.2 LCD投影技术 LCD液晶投影机是液晶显示技术和投影技术相结合的产物。液晶是介于液体和固体之间的物质,本身不发光,工作性质受温度影响很大,其工作温度为-55~+77℃。投影机利用液晶的光电效应,即液晶分子的排列在电场作用下发生变化,影响其液晶单元的透光率或反射率,从而影响它的光学性质,产生具有不同灰度层次及颜色的靓丽图像。LCD投影机的主要成像器件是液晶板,LCD投影机的体积取决于液晶板的大小,液晶板越小,投影机的体积也就越小。根据电光效应,液晶材料可分为活性液晶和非活性液晶两类,其中活性液晶具有较高的透光性和可控制性。液晶板使用的是活性液晶,人们可通过相关控制系统来控制液晶板的亮度和颜色。与液晶显示器相同,LCD投影机采用的是扭曲向列型液晶。LCD投影机的光源是专用大功率灯泡,发光能量远远高于利用荧光发光的CRT投影机,所以LCD投影机的亮度和色彩饱和度都高于CRT投影机。LCD投影机的像元是液晶板上的液晶单元,液晶板一旦选定,分辨率就基本确定了,所以LCD投影机调节分辨率的功能要比CRT投影机差。 LCD投影机分为单片板LCD投影机和三片板LCD投影机两类。LCD单片板投影机体积小,重量轻,操作、携带极其方便,价格比较低廉,但其光源寿命短,色彩不够均匀,分辨率较低,目前单片板投影机的机型已经很少。三片板LCD投影机的原理是利用光学系统把强光通过分光镜形成RGB三束光,分别透射过RGB三色液晶板;信号源经过A/D转换、调制加到液晶板上,通过控制液晶单元的开启、闭合来控制光路的通断,RGB光最后在棱镜中汇聚,由投影镜头投射在屏幕上形成彩色图像。从图像品质上,单片机的表现要比三片机逊色不少。目前,三片板投影机是液晶板投影机的主要机种。现在LCD投影机占有的市场份额约占总体市场份额的70%以上,是目前市场上占有率最高、应用最广泛的投影机。2.3 DLV投影技术 DLV是一种将CRT透射式投影技术与DLP反射式投影技术结合在一起的新技术。该技术的核心是将小管径CRT作为投影机的成像面,并采用氙灯作为光源,将成像面上的图像射向投影面,因此,DLV投影机在充分利用CRT投影机的高分辨率和可调性特点的同时,还利用氙灯光源高亮度和色彩还原好的特点,通过CRT输出的光信号照射到光电转换器上,将光信号转换为持续变化的电信号;外光源产生一束强光,投射到光阀上,由内部的镜子反射,能通过光调制器改变其光学特性,紧随光阀的偏振滤光片,将滤去其他方向的光,而只允许与其光学缝隙方向一致的光通过,这个光与CRT信号相复合,投射到屏幕上。所以,DLV投影机不仅是一款分辨率、对比度、色彩饱和度很高的投影机,而且是一款亮度很高的投影机,其分辨率普遍达到1 250×1 024,最高可达到2 500×2 000,对比度一般都在250∶1以上,色彩数目普遍为24位的1 670万种。DLV投影技术适用于环境光较强、观众较多的场合,如超大规模的指挥中心、会议中心及大型娱乐场所,但其价格高,体积大,光阀不易维修。对追求高分辨率、高亮度、大画面的用户,光阀投影机是他们的首选。美国通用电气公司开发的Talalia MLV-HDTV系统就是一种比较高效地应用于HDTV的投影系统。应用于HDTV的光阀技术的进展取决于光控制材料和技术以及寻址像素用的集成电子驱动电路的技术开发。2.4 DLP投影技术 DLP,中文含义为数码光输处理器。DLP投影机问世于1996年,是由美国德州仪器公司研制推出的一种全数字的反射式投影技术,它是一种新兴的投影技术,它可以被称为是投影和显示信息领域中的一个新思路,这一技术的诞生,打破了传统投影机市场上多媒体液晶投影机的垄断局面。这种投影技术的突出优点为:画面均匀、明亮、清晰,色彩锐利,超低噪音,体积更小、重量更轻。DLP投影技术的核心是数字微镜装置DMD,以此为光学成像器件来调制投影机中的视频信号,驱动DMD光学系统,通过投影透镜来完成数字投影显示,该技术使普通投影用户在拥有捕捉、接收、存储数字信息能力的同时,进一步实现了数字化信息显示。DLP投影机使用了反射式数字微镜后,它内部的光学成像部分的总光效率高达60%左右,这使得DLP投影机无论工作在光线充足的环境还是光线暗淡的环境,都能将更多的光线投射到投影屏幕上,因此DLP投影机比传统的模拟投影机具有更高的亮度、对比度。 根据DLP投影机中包含的DMD数字微镜的片数,可以将投影机分为单片DLP投影机、两片DLP投影机和三片DLP投影机。目前市场上出现的DLP投影机,有许多都属于单片机,这种单片DLP投影机主要适用于各种便携式投影产品中,投影机的整个机身一般小于A4纸张的面积,专为流动行政人员而设计,外壳一般是典雅优美的镁合金外壳。这种单片DLP投影机的体积小巧,但清晰度高、画面均匀,色彩锐利。有了这种投影机,大家要工作时,可以随时把它塞进公文包里,马上出发,直接给客户展示色彩绚丽、画面清晰的效果。两片DLP投影机与单片DLP投影机相比,多使用了一片DMD芯片,其中一片单独控制红色光,另一片控制蓝、绿色光的反射,使用高速旋转的色轮来产生全彩色的投影图像,它主要应用于大型的显示墙,适用于一些大型的娱乐场所和需要大面积显示屏幕的用户。三片DLP投影机的3片DMD芯片分别反射三原色中的一种颜色,已经不需要再使用色轮来滤光了。使用3片DMD芯片制造的投影机亮度很高,它抛弃了传统意义上的会聚,可随意变焦,调整十分便利,只是分辨率不高,不经压缩分辨率只能达到1 280×1 024,它常常用于对亮度要求非常高的特殊场合下。 目前,DLP投影系统已在多种分辨率和宽高比的系统,包括19∶9宽高比的高清晰度HDTV系统中通过了评测,世界上已有近30个品牌的投影机选用基于DLP技术的投影产品,机型数量超过60种。DLP投影机以其更清晰、更细致、更明亮、更逼真的图像显示效果,在市场中得到越来越广泛的认可,尤其是近两年便携机市场的快速增长,更为DLP投影机的发展提供了良好的契机。 投影技术发展到现在,CRT投影技术逐渐淡出,LCD投影技术是当前市场的主流,DLP投影技术有后来居上的趋势。HDTV进一步推动了显示技术的发展,随着等离子显示器件PDP、有机EL显示器件OLED等新材料的出现和新技术的开发,未来应用于HDTV的显示技术将会有更大的突破。(end)

一个848×600数字微镜器件

「拼图」游戏

从最初的机械式电视,到现在的电子式电视,各式各样显示图像的技术,都像是在玩「拼图」游戏。

像素便是「拼图」上的「方块」,与之不同的是,这个方块会产生「明暗」和「色彩」的变化。

「游戏」通常从屏幕的一角开始,比如左上,从左到右,从上到下。

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一种 CRT 电视从从左到右,依次显示像素的方式,来源:见文末

黑白电视的像素点只有「明暗」或「亮度高低」的变化。

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黑白电视上明暗不同的像素组成图像,来源:见文末

彩色电视的像素点则有「亮度」和「色彩」的变化。

一个像素点通常由三种颜色的「子像素」(或称像素单元)组成,改变每种颜色的亮度,就可以像混合颜料一样,让像素整体呈现出不同的颜色。

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CRT 彩色电视上色彩不同的「子像素」组成「像素」,像素再组成图像,来源:How a CRT TV works - 13slam

(一)液晶的物理特性

LCD投影机示意图

咱们就按这个顺序聊聊它们究竟用了什么「魔法」,把图像从静止变为动态。(注:OLED 不在本文中介绍)

2.STN型的显示原理与TN相类似。不同的是,TN扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转90度,而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180~270度。

三片LCD板投影机原理是光学系统把强光通过分光镜形成RGB三束光,分别透射过RGB三色液晶板;信号源经过AD转换,调制加到液晶板上,通过控制液晶单元的开启、闭合,从而控制光路的通断,RGB光最后在棱镜中汇聚,由投影镜头投射在屏幕上形成彩色图像。目前,三片板投影机是液晶板投影机的主要机种。LCD单板投影机机体积小,重量轻,操作、携带极其方便,价格比较低廉。但其光源寿命短,色彩不够均匀,分辨率较低。目前单板投影机的机型已经很少。液晶光阀投影机采用CRT管和液晶光阀作为成像器件,是CRT投影机与液晶与光阀相结合的产物。为了解决图像分辨率与亮度间的矛盾,它采用外光源,也叫被动式投影方式。一般的光阀主要由三部分组成:光电转换器、镜子、光调制器,它是一种可控开关。通过CRT输出的光信号照射到光电转换器上,将光信号转换为持续变化的电信号;外光源产生一束强光,投射到光光阀上,由内部的镜子反射,能过光调制器,改变其光学特性,紧随光阀的偏振滤光片,将滤去其它方向的光,而只允许与其光学缝隙方向一致的光通过,这个光与CRT信号相复合,投射到屏幕上。它是目前为止亮度、分辨率最高的投影机,亮度可达6000ANSI流明,分辨率为2500×2000,适用于环境光较强,观众较多的场合,如超大规模的指挥中心、会议中心及大型娱乐场所,但其价格高,体积大,光阀不易维修。对追求高分辨率、高亮度、大画面的用户,液晶光阀投影机是他们的首选。CRT是阴极射线管。是应用较为广泛的一种显示技术。CRT投影机把输入的信号源分解到R、GB三个CRT管的荧光屏上,在高压作用下发光信号放大、会聚、在大屏幕上显示出彩色图像。光学系统与CRT管组成投影管,通常所说的三枪投影机就是由三个投影管组成的投影机。CRT投影机显示的图像色彩丰富,还原性好,具有丰富的几何失真调整能力;缺点是亮度较低,操作复杂,体积庞大,对安装环境要求较高。有两个CRT投影机的特有性能指标值得注意:会聚性能会聚是指红绿蓝三种颜色在屏幕上的重合。对CRT投影机来说,会聚控制性显得格外重要,因为它有RGB三种CRT管,平行安装地支架上,要想做到图像完全会聚,必须对图像各种失真均能校正。机器位置的变化,会聚也要重新调整,因此对会聚的要求,一是全功能,二是方便快捷。会聚有静态会聚和动态会聚,其中动态会聚有倾斜,弓形,幅度,线性,梯形,枕形等功能,每一种功能均可在水平和垂直两个方向上进行调整。除此之外,还可进行非线性平衡,梯形平衡,枕形平衡的调整。CRT管的聚焦性能我们知道,图形的最小单元是像素。像素越小,图形分辨率越高。在CRT管中,最小像素是由聚焦性能决定的,所谓可寻址分辨率,即是指最小像素的数目。CRT管的聚焦机制有静电聚焦、磁聚焦和电磁复合聚焦三种,其中以电磁复合聚焦较为先进,其优点是聚焦性能好,尤其是高亮度条件下会散焦,且聚焦精度高,可以进行分区域聚焦,边缘聚焦,四角聚焦,从而可以做到画面上每一点都很清晰。CRT投影机亮度指标CRT投影机的光输出用峰值流明来表示,即在一个白窗口的测试图像上,以扫描线尚清晰可见的情况下,测量白窗口的最大照度乘以白窗面积来确定投影机光通量,峰值流明具有很好的实际意义,由于您看到的任何一帧视频图像不可能全部都是白场,白色所占的比例一般占图像面积的20%左右。同时CRT投影机是依靠投影管内电子束在荧光屏上扫描获取图像,束电流大小取决于阴极的发射能力,正常状态下阴极发射的电子被阴栅之间的负电位差控制,在阴栅之间形成电子云,随电位减少,电子流很快被拉到阳极----荧光屏,CRT管能提供较高的脉冲电流,所以窗口信号的屏上亮度可较高,而如果画面是全白场,由于阴极发射能力的限制,只能提供平均束电流,屏上亮度会大大降低,只有峰值流时的1/5左右。由于阴极各CRT投影和所采用窗口信号的大小不同,所以各厂家产品的亮度指标,没有绝对的可比性。(end)

主要来源

How LCDs Work - How Stuff Works

How Plasma Displays Work - How Stuff Works

How Television Works - How Stuff Works

Tele-Visionaries The People Behind the Invention of Television - R. C. Webb

图解电气大百科 - 曾根悟

发光材料与显示技术 - 徐叙瑢

平板显示技术 - 应根裕、胡文波、邱勇等

动图来源视频

Television History - Largest Dams

TFT / LCD Monitor - How it works! (3D Animation) - Thomas Schwenke

Nipkow Disk Arduino Project - David Henderson

Presentation Program for CRT, LCD/TFT, Plasma Displays - Lumpiluk

How did the first television work? / Mechanical Television - 1shnitsel

The Origins of Television - Discover Magazine

CRT How to work - underdog

How a CRT TV works - 13slam

Physics - Electromagnetism: How a Television Works - EducationCommonsRW's channel

LCD Technology: How You're Seeing this Video - In One Lesson

How LCD works - David Rodriguez

Sharp LCD Technology - MrAquosled

Plasma TV - Discovery Channel

题图来源:PEXELS

然而,可以改变LCD中的液晶排列,使光线在加电时射出,而不加电时被阻断。但由于计算机屏幕几乎总是亮着的,所以只有“加电将光线阻断”的方案才能达到最省电的目的。

上图所示的是:入射光射到三个镜片象素上,两个外面的镜片设置为开,反射光线通过投影镜头然后投射在屏幕上。这两个“开”状态的镜片产生方形白色象素图形。中央镜片倾斜到“关”的位置。这一镜片将入射光反射偏离开投影镜头而射入光吸收器,以致在那个特别的象素上没有光反射上去,形成一个方形、黑色象素图像。同理,剩下的508797个镜片象素将光线反射到屏幕上或反射离开镜片,通过使用一个彩色滤光系统以及改变适量的508,800DMD镜片的每个镜片为开态,一个全彩色数字图像被投影到屏幕上。LCD(Liquid Crystal Display)投影机分为液晶板投影机和液晶光阀投影机两类。液晶是介于液体和固体之间的物质,本身不发光,工作性质受温度影响很大,其工作温度为-55C~+77C。投影机利用液晶的光电效应,即液晶分子的排列在电场作用下发生变化,影响其液晶单元的透光率或反射率,从而影响它的光学性质,产生具有不同灰度层次及颜色的图像。LCD投影机有两种:成像器件为液晶板,是被动式的投影方式。利用外光源金属卤素灯或UHP。

最后

绝大部分电视和显示器,都像是在玩「拼图」游戏,先用三个基色(红绿蓝)的「子像素」拼出各色「像素」,再用不同颜色的「像素」拼出完整的图。

  • CRT 电视的「子像素」依靠「电子束」撞击荧光粉发出红绿蓝光。

  • 等离子电视的「子像素」依靠「气体放电」发出紫外线,经荧光粉转换为红绿蓝光。

所以 CRT 和等离子电视有时被称为「发光型」或「主动发光型」。

  • 液晶电视的光源独立于其他组件,「子像素」的光线来自「背光系统」,经液晶调节亮度,再由「滤光片」转换为红绿蓝光。

所以液晶电视有时被称为「非发光型」或「非主动发光型」。

LCD是依赖极化滤光器(片)和光线本身。自然光线是朝四面八方随机发散的。极化滤光器实际是一系列越来越细的平行线。这些线形成一张网,阻断不与这些线平行的所有光线。极化滤光器的线正好与第一个垂直,所以能完全阻断那些已经极化的光线。只有两个滤光器的线完全平行,或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光器相匹配,光线才得以穿透。

3LCD投影技术原理图

注:动图较多,建议 Wi-Fi 下观看。

(4)薄膜晶体管型(TFT-Thin Film Transistor)。

按照液晶板的片数,LCD投影机分为三片机和单片机。