全面认识显示器

前言前言 显示器 是家用电脑中 消费者每天看得最多的东西 是体验视觉效果必不可少的 硬件 作为最直观的 DIY 配件 它的外观和性能一直是关注的重点 作为普通用户 网友 我们并不需要理解液晶显示器是怎么制造 生产过程和成本是 怎样的 但 了解液晶显示器 LCD liquid crystal display device 基本术语 对自己购买显 示器或者帮 MM 解决疑难的时候有一定帮助 下面笔者为大家介绍一下液晶显示器的基础 知识 亮度亮度 亮度的学术单位是 cd m2 坎德拉 candle 平方米 如250cd m2是表示在1平方米的面 积里点燃250支蜡烛的亮度相等 人的眼睛接受的最佳亮度为150cd m2 由于显示器的亮 度会受外界光线影响 因此需要制造亮度比较高的显示器 最大亮度通常由冷阴极射线管 背光源 来决定 TFT LCD 的亮度值一般都在200 350cd m2范围 虽然技术上可以达到 更高亮度 但是这并不代表亮度值越高越好 因为太高亮度的显示器有可能使观看者眼睛 受伤 图 亮度表示它在显示全白画面时所能到达的最大亮度 目前基本所有的22英寸宽屏液晶显示器的亮度参数都达到300cd m2的数值 在实际应 用时候能够达到250cd m2左右的水平 技术进入了一个比较成熟稳定的时期 对比度对比度 对比度的定义为最大亮度值 全白 除以最小亮度值 全黑 的比值 对比值越大则此 显示器越好 液晶显示器的对比度可以反应出显示器是否能表现丰富的色阶和画面层次 对比度越高 图像的锐利程度就越高 图像也就越清晰 显示器所表现出来的色彩也就越 鲜明 层次感越丰富 图 低对比度和高对比度产品演示效果对比图 低对比度和高对比度产品演示效果对比 不同的测试方法会有不同的结果不同的测试方法会有不同的结果 由于测试显示器全白和全黑画面时候的情况不一样 得出的对比度结果会有可能不同 因此这里就牵扯到一个测试标准问题 目前我们日常生活中所见到的测试对比度的方法主 要有两种 第一种 先让显示设备全屏显示白色 测量亮度值 再全屏显示黑色 测量亮度值 得出对比度值 也叫全开全关 Full ON Full OFF 对比度 动态对比度是基于动态背光调整 根据画面明暗来调整背光亮度 实际上只有在这种测试方法下才能得出所谓动态对比度 第二种 来自美国国家标准委员会 ANSI 的测试方法 显示16棋盘格黑白相间图案 分别在屏幕上各个方块处测定黑色亮度和白色亮度 以平均值得出的对比度值可称为 ANSI 对比度 按照 ANSI 方法测试的对比度成绩最低 因为白色区域的光线将会影响黑色 区域的亮度 从而成为考验最为严格的测试方法 尤其对等离子显示器件而言 同样的显 示器 此种方法下测试的对比度就只有大约270 1 动态对比度释疑动态对比度释疑 最初动态对比度主要是应用在投影机 动态光圈控制 和液晶电视上 用以降低昏暗 场景中黑色亮度或者提高场景中的最大亮度 从而提高视觉享受 从 动态对比度 技术发 展的雏形以及它实际带来的效果来看 它的最佳应用范围应为应用于视频播放应用上面 前面我们说过动态对比度只在 FOFO 对比度测试时有效 下面我们演示5倍背光亮度 调节功能是如何将500 1的液晶面板提升到2500 1的 全白亮度画面保持不变 全黑画面 最大亮度降低为原来的1 5 就可以实现动态2500 1的对比度了 要是全黑画面最大亮度 降低为原来的1 10 那么一台5000 1的显示器便出炉了 由于相同尺寸的液晶面板全白最大亮度亮度几乎是相差无几的 所以 动态对比度 的 水平反映的其实就是各大显示器厂商对全黑画面时背光的控制水平 从目前的水平来看 三星的全黑画面背光控制水平是最高的 其次到 LG 然后到 AOC 飞利浦 优派以及明 基这四家厂商 目前所有的 动态对比度 技术实现时都需要面对一个重要的商榷的问题 背光变化速 度 简单地说 就是 动态对比度 功能必须面对全黑画面下背光由正常变化转成最低亮度 的时候所需要的时间长短问题 忽明忽暗 是动态背光调节带来的一个重要问题 同时 亮度调节速度的快慢也是这 个技术发展的一个需要思考的问题 最新的影院投影机已经能做到以1 60秒作为步进来调 节 动态光圈控制 跟场景变化速度一样快或许是解决这一问题的方法 由于动态场景分析背光调节的应用面比较窄 基本上只针对欣赏电影类节目有帮助 要是在看照片的时候亮度时而变化 使用者恐怕会崩溃 因此各家显示器都把动态背光设 立独立选项或者只有在影视模式中才可以开启 动态对比度 关 动态对比度 开 开启动态对比度后我们发现画面的亮部更亮 暗部更暗 但客观来说表现影片时开启 动态对比度画面的细节反而有一定的损失 例如画面左下角变得更暗 一些场景细节便看 不清了 总的来说动态对比度被厂商炒作得有些言过其辞 事实上对整机性能的指导意义不大 色域显示范围色域显示范围 大多数消费者在挑选液晶显示器的时候 为选择色彩表现好的 总是刻意挑选16 7M 色的产品 其实一台显示器的色彩是否丰富最根本的决定因素是色域范围 其次是伽马曲 线对还原准确性的影响 所谓16 2M 色和16 7M 色并非决定因素 色彩的基本组成色彩的基本组成 原因非常简单 首先我们了解一下颜色的基本组成原理 如下面图中的这两个红球 它们有什么不同的地方呢 乍一看 它们都是一样的红色 但仔细观察一下你就会发现它 们在好几方面都是不一样的 两球都是红色 但上球的颜色较为明亮 下球则较暗 还有 上球的颜色显得鲜艳 可见 即使两球看起来都是红的 但它们的颜色却是不一样的 当将颜色分类时 它们可以以构成颜色的三个属性来表示 即 色调 亮度和色饱和 度 鲜艳度 色调色调 红 黄 绿 蓝等色调构成了色环红 黄 绿 蓝等色调构成了色环 苹果是红的 柠檬是黄的 天是蓝的 这就是我们大家以日常用语对颜色的判断 我 们用色调这一术语在色彩世界里把颜色区分为红 黄 蓝等类别 还有 虽然黄和红是两 种截然不同的色调 但是把黄和红混合在一起就产生了橙色 有时称之为黄 红 混合黄 和绿产生黄 绿 混合蓝和绿则产生蓝 绿 等等 把这些色调衔接排列 就形成如下图所 示的色环 亮度亮度 颜色有阴暗之分 颜色的亮度沿垂直方向变化颜色有阴暗之分 颜色的亮度沿垂直方向变化 当比较各种颜色的亮度 颜色的明亮程度如何 时 颜色就有明亮和深暗之分 例如 将柠檬的黄色和葡萄柚的黄色来说 毫无疑问 柠檬的黄色就比较明亮 把柠檬的黄色和 欧洲甜樱桃的红色相比 显然 也是柠檬黄比较明亮 可见 颜色亮度的测量与色调无关 现在 让我们来看一看图2 图2是图1沿 A 绿 B 紫红 直线切开的剖面图 可以看出 亮度沿垂直方向变化 越往上去 色彩越明亮 越往下去 则越深暗 色饱和度色饱和度 色有鲜艳和阴晦之别 色饱和度由中心向两侧变化色有鲜艳和阴晦之别 色饱和度由中心向两侧变化 再来说说黄色 柠檬的黄色和梨的黄色相比较又如何 你可能会说柠檬的黄色更明亮 一些 但除此以外还有一个大的差别就是柠檬的黄色显得鲜艳 而梨的颜色则显得阴晦 这种差别称之为色饱和度或鲜艳度 从图2可以看出 紫红和绿两色的饱和度分别由中心向 两侧随水平距离的增加而变化 离中心越近 色彩越阴晦 离中心越远 则越鲜艳 图3标 出了一些常用的描述色彩亮度和色饱和度的形容词 至于这些形容词表达了什么 请再看 一下图2 色调 亮度和色饱和度构成一个色立体色调 亮度和色饱和度构成一个色立体 如果我们用亮度的变化作为色环的主轴 用色饱和度的变化作为色环的副轴 则会发 现 色调 亮度 和色饱和度为颜色的三个属性 将此三属性放在一起 可以组成一个三 维立体 如图4 色调形成该立体的外缘 亮度作为中央主轴 而色饱和度作为水平横辐 世界上一切的颜色均分布于如图4所示的主体周围 于是形成了如图5所示的色立体 由于 色饱和度各梯级的大小对每一种颜色色调和亮度来说都是不等的 因此色立体的形状为复 杂 但却能把色调 亮度 色饱和度的关系以直观的方式来表达得清清楚楚 综合图一 图二 图三 图四 色彩的立体表达形式很好理解 我们如在色立体上寻 找苹果的颜色的话 刻意发现该颜色的色调 亮度和饱和度相交在红色区域内 通过刚才的表达之后也许一些读者略微明白色彩分析仪的工作原理了 没错 为色调 亮度和色饱和度建立标度之后 我们就能用数字来表示颜色了 这也是色彩分析仪能够准 确表达颜色的一个核心基础思想 结论 色饱和度成决定色彩好坏关键结论 色饱和度成决定色彩好坏关键 由于色调 亮度这两项参数对于大部分液晶显示器来说基本都是一样的 所以色饱和 度 也就是我们平时所看到的色域范围成为决定 LCD 色彩好坏的关键 从下面实际对比应用图片我们可以看到 在更深一层次的色彩表现上 比如下面第一 张图片中美女的红润肤色 第二张图片中美女偏冷肤色的深度上 广色域的 LCD 产品 可以比普通色域的 LCD 产品表现出更好的色彩 左 广色域 右 普通 人脸通红 是体现人像还原能力的基本条件 显然 IPS 脸色和肤色更加真实 而 TN 屏色彩表现得有点淡 左 广色域 右 普通 响应时间响应时间 响应时间通常是以毫秒 ms 为单位 指的是液晶显示器对输入信号的反应速度 即液 晶颗粒由暗转亮或由亮转暗的时间 为 上升时间 和 下降时间 两部份 而通常谈到的响 应时间是指两者之和 目前市场上的主流 LCD 响应时间都已经达到8ms 以下 某些高端 产品响应时间甚至为5ms 4ms 2ms 等等 数字越小代表速度越快 对于一般的用户来说 只要购买8ms 的产品已经可以基本满足日常应用的要求 对于游戏玩家而言 5ms 或更快 的产品为较佳的选择 响应速度也并非越短越好 较短的响应速度需要通过降低液晶粘稠度或增大驱动电压两 种方法来实现 但是降低液晶粘稠度会导致显示的色彩变淡 不够鲜艳 而增大驱动电压 则会降低真实色彩的还原能力 同时 LCD 画面拖影现象也并非单纯由响应时间这个因素 决定 加上大部分的厂商的22英寸以上宽屏液晶显示器产品在响应时间上都达到了5ms 以 上的水准 对于响应时间这个炒作已渐渐沉静 图 左为更快速的响应时间的产品 右为普通响应时间的产品 显示器厂商标识的响应时间大多数为典型最高值 全程平均响应时间更考验显示器厂商的显示器厂商标识的响应时间大多数为典型最高值 全程平均响应时间更考验显示器厂商的 技术技术 响应时间为 上升时间 和 下降时间 两部份 而通常谈到的响应时间是指两者之和 而所谓的灰阶响应时间 就是相对早期的黑白响应时间而定义的 因为显示器显示的图像 极少出现全黑全白转换 显然不够合理 灰阶响应时间显然更能反映动态效果 由于灰阶 响应时间的数值更高 所以一般显示器厂商在性能参数上标识的响应时间一般都为灰阶响 应时间 图 显示器上面标识的响应时间通常指灰阶响应时间 我们先来看一组理论情况下不同响应时间每秒钟能显示的画面帧数的数值 16毫秒 1 0 016 每秒钟显示62 5帧画面 8毫秒 1 0 008 每秒钟显示125帧画面 5毫秒 1 0 005 每秒钟显示 200帧画面 4毫秒 1 0 004 每秒钟显示250帧画面 2毫秒 1 0 004 每秒钟显示500帧画面 我们可以发现 在理论的数值下 传统16ms 的响应时间能够满足大部分电影或者游戏 时的帧数表现了 但是为什么一些8ms 或者5ms 的液晶显示器在进行游戏或者电影的时候 还会感觉到画面延时现象呢 前面我们提到灰阶响应时间是相对早期的黑白响应时间而定义的 因为显示器显示的 图像极少出现全黑全白转换现象 这样转换显然不够合理 灰阶响应时间显然更能反映动 态效果 因为灰阶加速技术的作用下 某些灰阶转换的速度可以提升的比较快 于是 一 些显示器厂商就标识他们在这些典型灰阶最快的响应时间速度 比如5ms 8ms 这也造就 了一些8ms 或者5ms 的 LCD 在进行游戏或者电影的时候依然会感觉到画面延时的现象 例如戴尔的22英寸宽屏 E228WFP 由于其不支持相关的响应时间加速 RTA 技术 它 的全程平均响应时间实际为16ms 左右 数据来源 X bit labs 但是由于它在某一级灰阶 的响应时间表现达到了5ms 于是戴尔就把这款产品的响应时间标识为5ms 其实灰阶响应 时间应该不是一个数字 而是各个灰阶之间相互转换的一组数字 挑最有诱惑力的数字来 标识 向来是厂商们喜欢做的事情 图 戴尔 E228WFP 在各级灰阶过程中响应时间示意图 数据来源 X bit labs 所以我们说 仅仅靠液晶面板上面的默认响应时间表现是很难达到真正的极速 不过 目前来说 大部分显示器厂商已经研发了自己的响应时间加速 Response Time Accelebrate 技术 所以现在主流的显示器已经极少出现延时现象 可视角度可视角度 液晶显示器的可视角度是指用户可以清楚看到液晶显示器画面的角度范围 与 CRT 显 示器接近180 的可视角度不同 多数液晶显示器的可视角度小得多 因为背光源发出的光 线经过偏极片 液晶和取向层后 发得极具方向性绝大部分光线都集中显示器正面 因此 通常液晶显示器得最佳视角均不大 超过最佳视角后 画面得亮度 对比度以及色彩效果 就急剧下降 导致无法观看 可视角度分为水平和垂直两方面 水平可视角度是以液晶得垂直中轴线为中心 向左 向右移动 可以清楚看到影像得范围 垂直角度是以显示屏得平行中轴线为中心 向上向 下移动 可以清楚看到影像得范围 但随着 TN 液晶面板技术不断提高 它的可视角度也 不断提升 现在主流 TN 屏产品可视较角度可以达到170 160 水平 垂直 左右 而采用 广视角面板 IPS PVA 的 LCD 可视角度一般都在178度以上 各种认证的介绍各种认证的介绍 TCO 认证认证 目前常见的液晶显示器认证整体而言可以大致分为两大部分 安全规范认证和兼容性 认证 其中安全规范认证主要是针对显示器产品自身的质量和色彩 灰阶表现能力以及对 用户的健康等方面进行严格的要求和检测 而兼容性认证则更多的是和显示器与操作系统 或者是与硬件的兼容性有关 而在安规认证中 TCO 认证是我们最为常见的一种认证 TCO 的中文全称为 瑞典专业职员联盟 在刚刚成立的时候 TCO 是一个第三方的 为各种不同工作环境下的白领瑞典工会成立的一个保护组织 经过数年的发展之后逐渐得 到了人们的认可 在1992年 在当时的 TCO 组织的领导人 Per Erik Boivie 的带领下 面向 计算机设备的 TCO 安全及环保标准认证诞生 此后 TCO 认证继续发扬光大 成为了目前 显示器行业中公认最为通行的认证之一 TCO 06认证比上一代03认证更改了多项内容 和 TCO 03和06认证的标签不同的是 新版的 TCO 认证标签为绿色 不过相对于 TCO 06 新版的 TCO 更改相对不大 其定义了耳机标准保证产品符合某人体工程 辐射 环境和能量利用要求 可以看到新的 TCO 标准延伸到了音频部分 这些与液晶显示器产品 完全无关 不过却更加注重环保节能方面 如对辐射的控制 以及能源的利用率等等 其 余部分和 TCO 06的要求完全相同 由于 TCO 06对之前有了较大的改动 因此我们在此进行简单的回顾 相对于 TCO 03 认证 TCO 06认证开始允许显示器采用钢琴漆或抛光工艺 并且不再对机身的升降和可仰 角度提出要求 而是对显示器产品的亮度 色彩偏差和色彩灰阶的线性度的要求更加严格 而这些严格的要求同样会运用在新版的 TCO 认证中 因此选择 TCO 认证的液晶显示器依 然会有更好的品质和健康方面的保证 能源之星认证再度更新能源之星认证再度更新 除了 TCO 认证之外 能源之星也是被业内和广大消费者认可的一项重要的认证标准 它是美国环境保护署发起的一项能源节约计划 能源之星认证自1992年起发展至今 目的 是在通过节能产品降低能耗帮助人们节省开支并保护地球大气环境 从2006年推出4 0标准之后 该认证就没有进行过更新 直到09年夏天5 0版本的最终推 出 从今年7月份开始 能源之星5 0标准也开始正式执行 该标准主要针对个人电脑 显 示设备及游戏机等产品进行能效评定 显示器能源之星5 0标准综合了显示面积 像素数 工作功率 待机功率 关机功率等多项因素 并且针对具有自动亮度调节功能的产品做了 补充规定 总而言之 符合能源之星5 0标准的液晶显示器会更加节能 环保 能源之星5 0认证 接下来我们介绍的这个则是刚刚出现的 Windows 7兼容性认证 在2007年年初 配合 Windows Vista 操作系统的上市 很多在那个时候上市的液晶显示器机身上都贴上了 Windows Vista 的兼容性认证标识 事实上 Windows Vista 认证并不会对液晶显示器的辐射 色彩表现做任何要求 而且 事实上能否兼容 Windows Vista 系统更多的是与电脑主机的硬件有关 与显示器产品的关 系并不大 不过这项认证中最为关键的是提供对 HDCP 高清保护协议的支持 HDCP 协议 是一种防止数字内容盗版的加密技术 如果软件和硬件其中之一不支持 HDCP 那么我们 就无法正常的读取内容 目的是增强对数字内容的版权保护 不过从这两年的发展中来看 HDCP 协议并没有在国内取得理想的效果 成为了一种可有可无的摆设 Windows 7认证 同样 在 Windows 7发布后 市面上就出现了 Windows 7兼容性认证 不过与 Windows Vista 分为 Basic 和 Premium 两种的认证不同的是 Windows 7目前暂时只有一种 认证 但实际上其并没有在协议方面增加任何新的内容 因此基本上可以认为 Windows 7 认证也是之前 Vista 认证的一种延伸 不过从之前市场中的实际表现来看 HDCP 协议在国内也没有造成大的影响 因此我 们认为接下来的 Windows 7认证也不会对其进行太多的改进 即使是没有通过这项认证的 液晶显示器 同样能够很好的支持 Windows 7操作系统 附一 附一 DDC CI 协议协议是 Display Data Channel Command Interface 的简称 基于 DDC CI 协议 用户可以通过鼠标和人性化的软件界面来完成显示器的各项设置和色彩调节 而不 必使用传统的 OSD 菜单 研发人员将重新设计整个 OSD 的软件系统 比如 AOC 随心调 三星魔调就是这样的应用实例 通过 DDC CI 协议 可以使用软件对色彩进行调控 附二 附二 HDCP 是 High bandwidth Digital Content Protection 的缩写 也就是高带宽数字 内容保护 说的简单些 HDCP 应该就是一个防止数字内容盗版的加密技术 如果软件和 硬件其中之一不支持 HDCP 那么我们就无法读取数字内容 下一代的蓝光和 HD DVD 都 将执行 HDCP 标准 也就是说 如果你希望在1980 1080的分辨率下观看电影 那么系统 必须支持 HDCP 反之 如果不支持的话 那么你只能获得1 4的分辨率 HDCP 宽带数据保护协议的重点在于编码功能 起功能集成在 LCD 内部的核心运算 Scale IC 上 目的是增强对数字内容的版权保护 后期如果 HDCP 技术市场应用成熟 那 么没有通过 Vista 认证的 LCD 可能无法正常播放受保护的加密内容 这样对版权就能进行 有效保护 钢琴烤漆设计钢琴烤漆设计 钢琴烤漆外观设计在国外称作 glossy 其实是外观表面经过高光镜面漆面处理 是近 年液晶显示器外观设计的一个新发展趋势 和真正的钢琴烤漆相比 从外表上看 没有经 验的人很难分辨出它们的差外观别 我们平时所见到的液晶显示器钢琴烤漆实际上使用的是 聚氨酯漆喷漆 工艺 这种漆 和钢琴漆的面漆成分 钢琴漆使用的喷漆为 不饱和聚酯漆 是很接近的 但与钢琴漆工 艺相比 这种工艺没有喷涂底漆 也不是烤漆工艺 没有经过高温固化过程 而聚氨酯漆 本身的稳定性也不如不饱和聚酯漆 经过1 2年时间之后 聚氨酯喷漆就会失去原来的光彩 变得灰头土脸 而钢琴漆则不会有太大的变化 图 显示器上的 Glossy 外观设计 不过笔者个人不太喜欢钢琴烤漆设计 因为留下指纹这东西太麻烦了 个人认为 磨 砂设计更有质感更时尚 CCFL 和和 LED 背光背光 早在2004年 SONY 便率先将 LED 背光技术成品化 推出了一款采用 LED 背光的23 英寸 LCD 和一款46英寸的液晶电视 尽管这两款产品都存在功耗高 发热量大和价格高昂 的缺陷 但 LED 在显示质量方面的优势得