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标题: 大尺寸LCD TV迈向高画质之技术探析 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-13 09:37
标题: 大尺寸LCD TV迈向高画质之技术探析
前言：国内TFT LCD产业从最小的口袋电视、手持式摄影机、数位相机等小吋数开始，之后进展至笔记型电脑、桌上型电脑用显示器等中型尺寸，如今则是往大尺寸的客厅级、家庭剧院级的LCD TV市场迈进。

      关于此，TFT LCD所要面临与挑战的，不单单是已发展数十年的CRT映像管（也称为“阴极射线管”）电视，也包括PDP电浆（也称为“等离子”）电视，甚至是内外投影型显示。虽然TFT LCD有著轻薄省电的优势，但纯就显示品质的特性表现而言，TFT LCD反而是最居劣势的，不仅不如过往的CRT，同样的也不如PDP，且PDP与LCD一样都诉求轻薄、平面等特性。

      也因为如此，力主LCD TV的业者正积极用各种技术来强化其表现，而到底有哪些画质与显示特性必须要增强？才能拉近LCD与CRT、PDP间的差距，以下我们将对此进行逐一探讨。

亮度（Luminance）

      亮度（辉度）是LCD TV第一个要克服的难题，以往TFT LCD作为笔记型电脑的显示器（8英吋&sim;15英吋）时约只要100nits&sim;150nits（也称为「cd/m2」，即每平方公尺的面积内有几烛光）的亮度，而作为桌上型电脑的显示器（15英吋&sim;19英吋）时则要提高至200nits&sim;350nits，至於更大吋数（30英吋以上）的LCD TV，就必须要达500nits以上才行，且以更高标看待的话应要至1,000nits。

      LCD亮度不如CRT、PDP的原因来自天生性的原理结构，这点难以改变，因为LCD属於被动性显示，画素本身无发光能力，是透过背部光源来显像，而CRT、PDP本身即具有发光显像性，且LCD背光经过层层的光折损，能传达至前方面板已所剩无几，言下之意的即是透光率极低，即便以现行较先进的工艺技术，都难以突破10％的透光，多数都在百分之个位数的光透量，也因此背光需要极高亮度，过去有业者曾尝试使用OLED作为背光，也因亮度不足也未採行，使OLED转往电子照明发展，由此可知，背光的亮度需求高于一般的电子照明。

对比（Contrast）

      亮度与对比是显示的两大特性，很不幸的LCD的对比也不如CRT，甚至也低于PDP，然而对比值越高显示的画面才能越生动。

      附注：事实上，“对比”还可区分成“明室对比”与“暗室对比”，其中PDP的暗室对比表现优于LCD，反之LCD则在明室对比下较佳，明室如展示会、卖场等亮处，暗室如家庭剧院、简报室等暗处。

关于此各家业者都积极努力中，并为此研发各种新技术，举例而言，国内的奇美电子已经能将LCD TV的对比提升至1,500：1，若再搭配其开发的动态对比（Dynamic Contrast）技术，则可将比值增至5,0000：1。

产制良率

      就CRT、LCD、PDP三者而言，LCD的生产制造良率也是最困难的，CRT由於製造技术相当成熟，所以没有良率问题，PDP由於是运用许多微小的三原色霓虹灯所组构成，所以产制过程中有任一像素的坏损都仍有替换机会，而LCD则是在2片平行板注入液晶，再自外部进行液晶扭转控制，此种作法在面板尺寸愈大时，愈难保持2板间的平行度，这正是愈大尺寸的LCD面板，其良率愈低的原因所在。

      此外，大尺寸面板真的在制造过程中损坏，也无法转变成小面板来产制，而必须全然废弃，废弃的成本必须转嫁到其他良品上，因此LCD的良率控制最困难，而良率不佳也将影响LCD的产制成本。

反应速度

      反应速度（也称“应答时间”）也是LCD的一大弱项，一般而言反应速度最佳的是CRT，其次是PDP，LCD为最末。反应时间以「毫秒，mS」为单位，毫秒数愈小则反应愈快，显示表现也越佳。

      不过，今日一般型录上所写的反应时间，多是由黑（最暗）转白（最亮）与由白转黑两项表现的平均值，例如由黑转白为3.6mS，由白转黑为2.3mS，平均的结果约3.0mS，型录上就会写：3mS。所谓的「最暗」与「最亮」，其实是指每个像素（Pixel）的每个原色（红绿蓝其中一个），以一个红原色像素来说，「最红」即是「最亮」，「最不红」即是「最暗」。

      除了「最暗转最亮」与「最亮转最暗」外，其实还有阶层性的变化，以8-bit色阶而言，最亮到最暗共有256个刻度，0为最暗，255为最亮（最红、最绿、或最蓝），倘若今日是从「5蓝」转成「120蓝」，此可称为「灰阶对灰阶，Gray-To-Gray，简称：GTG」的转变，所谓「灰阶」即是并非「最暗」也并非「最亮」，即是色阶中1&sim;254的范畴。

      事实上GTG才是LCD的至弱困扰，「最暗转最亮」与「最亮转最暗」的反应速度都还算快，真正反应缓慢的就在GTG上，但GTG又是真正显示时最常用的，机率远多於「最暗转最亮」及「最亮转最暗」，倘若最暗亮互转（也称为on/off，即是最大液晶扭转与不扭转）的平均反应时间为25mS，则GTG多半会超过80mS，而on/off为16mS时GTG也会超过60mS。

      此外，8-bit色阶（或称：色深）只是基本，更高品质的显示已增至10-bit、12-bit，如此灰阶的细腻刻度更多，这也就更加考验液晶扭转的反应时间。

可视角度（Viewing Angle）

      与「反应时间」相同的，「可视角度」也是LCD低落於CRT、PDP的一项，如前所述，LCD属於被动性显示，光自背部透至前端，而不是CRT、PDP的主动性自发光（OLED也是主动性发光），使得LCD的可视角度受到限制。

      可视角度在个人电脑（包括Desktop、Laptop）显示器时的问题并不大，毕竟个人电脑仅供个人之用，观赏银幕者仅一人，可居於最中间的角度位置，获得最佳的视角效果，然而用在LCD TV便有问题，LCD TV放置于客厅，有多位观赏者，窄义来看至少是位在沙发上的人都能观看，广义来论则是客厅任一处都要能观看。

      关于此，业者也积极强化LCD的可视角度，并且以水平可视角度为首要重点，其次再去增强垂直可视角度，这是从应用需求角度来设定，客厅中每个人观赏银幕的高度相去不远，但观赏的左右角度就会差很多，这正是优先提升水平可视角度的缘故。
      另外，业者为了改善视角问题提出了各项技术，常见的包括有TN+film、MVA、IPS等，其中MVA是Fujitsu所提出，国内的奇美、友达则有获得技术授权使用，IPS则是由Hitachi所提出，之后IBM Japan、NEC、Toshiba也都有此项技术，国内亦有瀚宇彩晶获得授权。另外也有较独研独用的视角改善技术（也称：广视角技术），如Sharp的ASV、Samsung的PVA等。

色饱和度（Color Gamut）

      色饱和度（也称：色域范畴）也是CRT最佳、PDP次之、LCD居尾的情形，不过此方面已有大幅改善的可能，过去LCD TV多使用CCFL背光技术，碍於CCFL的发光特性使LCD的色饱和度无法更佳，然而在LED背光技术提出后，色饱和度不仅超越CCFL，甚至可以超越NTSC（National Television System Committee）的色域范畴，即是超过100％的色饱和度，而CRT的色饱和度一般约在71％。

      当然，LED背光目前仍有许多因素有待克服，如散热、用电、亮度特性整齐度等，然在此不多作讨论。

残影（Ghost Shadow）

      残影（也称「鬼影」）是LCD独有的问题，CRT、PDP等并无此问题，对此业者必须用技术方式来抑制残影问题。

      以CCFL背光型LCD来说，其抑制残影的方式是从显示控制中著手，即是在每一个视框（Frame）画面转换前加插一张全黑的画面，然后再替换成新一张的视框画面，以此来抑制残影。

      至於更先进尝试的LED背光型LCD，由於背光的亮度控制多採行脉宽调变法（Pulse Width Modulation；PWM）来调节，如此要实现相同的「加插一张全黑画面」就变的比较容易，可直接在背光亮度的PWM调变中进行，不需要像CCFL般从显示控制中处理。

寿命

      在许多印表机测试是将「列印速度」也归列在「列印品质」的范畴内，倘若列印出来的画质结果相当细腻优美，但每列印一张都要等上5分钟，那么也是会在「列印品质」上打折扣。

      同理，LCD的使用寿命也当以显示品质的角度来权衡，这也是今日许多人仍对PDP电浆电视抱持犹豫的原因之一，就使用寿命而言，CRT最长、LCD次之、PDP最末。

      关於CRT的长寿耐用特性已不需赘述，在此仅就LCD与PDP进行讨论，就一般而论，LCD的寿命为6万小时，PDP则为3万小时，不过两者都还有些细节要考虑，LCD随著使用时间增长，体质较弱的液晶（或製程、长期驱控特性等因素）会开始难以精确扭转，甚至不再受控，此时就会產生所谓的坏点（dot defect），影响显示观赏时的美观度。同样的，PDP随著使用时间的增长，其亮度也会逐渐减弱，一样使显示品质打折扣。

      除此之外，LCD的部分还必须考虑背光问题，一般来说CCFL光管的寿命约在10,000小时，而LED背光若能搭配感应调整技术则多能用上25,000小时，然而两者都低於PDP的30,000小时，换句话说，LCD的显示寿命也受限於背光寿命。

      所幸的是，背光部分可以再行更换，以此来延续LCD TV的使用寿命，然而目前有推出LCD TV的家电业者是否有配套提供中期换替服务，则有待更进一步确认。

      当然！也有人认为数位平面电视的发展尚未至全面成熟，包括数位视讯节目的格式标準、数位视讯端子等都还在持续演进中，如此无论LCD TV或PDP TV都有可能尚未使用到寿限，就得面临新规范标準时的汰换。

      附注：坏点还可区分成「暗点」与「亮点」，即是「最暗」或「最亮」状态的像素坏损，然而「暗点」在显示上的碍眼、突兀程度低于「亮点」，亦即亮点对显示品质的损伤较大，一般业者在销售时只标榜「亮点」数的控制，如完全无亮点，或仅有3处亮点（A级），而少去提「暗点」问题。

结论

      以上我们所谈论的LCD显示品质要项，大体是针对指标性的主项来论，除此之外还有更多的细项要求，例如色温（Color Temperature）、Mura（来自日本语，而今已惯用成俗）、Gamma Curve（伽玛曲线）、Crosstalk等，这些细项有些并不在產品型录上揭露，只有在研发验证与生產测试时，透过量测仪器才能够得知，或肉眼虽可细辨其箇中差异，但也无法具体量化表述。

      此外，许多人重视电视的健康指数，因此对於电视辐射相当重视，此点反而是LCD的一大优势，LCD没有辐射，而PDP虽有辐射，但辐射量低於CRT，此外就电磁波强度而论也是LCD最佳，然这已非显示品质的范畴。

▲NEC於2006年4月发表的21.3英吋彩色LCD显示器，型款编号为NL160120BC27-14，解析度方面可支援到UXGA。（图片来源：www.nec.co.jp）

▲Philips的23英吋液晶电视：LC04 Modea，该款液晶电视曾荣获2005年iF Design设计奖。（图片来源：www.design.philips.com）

▲富士通西门子（Fujitsu Siemens）公司的MYRICA V17-1液晶电视（LCD TV），画面尺寸为17英吋，重量6.5公斤，属於桌上型个人电脑用显示器与小型电视的双用组合。（图片来源：www.fujitsu-siemens.com）

▲2006年的21 iF產品设计奖中，Philips的23英吋液晶电视：ME5P也在其列。（图片来源：www.design.philips.com）

▲宏碁（Acer）於2005年7月发表三款液晶电视，尺寸分别为20英吋、26英吋、32英吋，正式以资讯业者身份跨入消费性电子领域，在此之前消费性电子的主要电视业者为LG、Philips、Samsung、Sharp、Panasonic、NEC等，图为Acer的32英吋型款LCD TV。（图片来源：www.acer.co.nz）

▲LCD TV让资讯业者跨足消费性电子领域已是事实，然国际资讯大厂戴尔（Dell）不仅以LCD TV跨入，甚至也推出PDP电浆电视產品，图为Dell的PDP TV，目前有42英吋、50英吋两款。（图片来源：www.dell.com）

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