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1、液晶显示器的专业技术知识液晶显示器的专业技术知识彩色迷魂阵： 16.7/16.2百万色的差异无可否认，目前LCD显示器成为 CRT 的继任者已经是大势所趋，虽然目前 CRT 和 LCD显示器还会在较长的一段时间内并存，但是两者市场销量的对比已经很明显的说明了未来的趋势。但是在越来越多的朋友在考虑选择液晶显示器的时候，一些新的问题暴露出来了，液晶相比有着几十年历史的CRT，它的很多技术实现细节并不像 CRT 那样耳熟能详，在购买液晶的时候要看重哪些方面，对于厂商给出的参数怎么理性看待，这足够让一些朋友们头疼了。即使是一些“老鸟”，也难免在厂商普天盖地的宣传攻势下迷失。本篇就是针对上面的种种问题，
2、让大家对于液晶和一些重要技术参数做一个深入了解。所有显示器都希望能完全反映显卡输出的24bit/16.7M种颜色，但是对于目前的液晶显示器来说，我们要知道表示颜色数量16.7M和16.7M 的真正差异。从纸面来看，24bit 色彩是由256种红色，256种绿色256种蓝色相互迭加获得，最大发色数为1670万色，我们说到的 VA（MVA 或者 PVA）和各种 IPS 面板均属于此类。而我们市场上看到的最多的 TN 经济型面板则不同，它只能产生 R/G/B 各64色，最大的实际发色数也仅有262144。但是为了获得超过1600万种色彩的表现能力，TN 面板都会使用到我们常说到的“抖动”技术，该技术
3、的基本原理局势快速切换相近颜色利用人眼的残留效应获得缺失色彩。和8bit 面板所能提供的0,1,2,3,4 直到255的三原色色阶相比,TN 面板所能提供的色阶是不连续的0,4 ,8 ,12 ,16 ,20 直到252。我们下面就来看看厂商们实现“抖动”技术的两种不同方法：第一种方法是在同一像素上使用：在 T0时刻像素显示白色,在 T1时刻像素显示4级灰度,然后在 T2时刻又恢复 T0时刻的白色，在 T3时刻又显示4级灰度，如此周而复始，利用人眼的视觉残留混合两种像素灰阶信息，于是就近似得到了2级灰度。.虽然第一种算法只涉及处理一个像素，但是对于液晶这种本身“刷新”率不高的显示技术来说，这样的
4、实现会发生不可避免的像素抖动现象。于是就出现了第二种实现“抖动”的方法：利用四个像素组成的像素方块阵，对角线方向的两个像素分别显示相同的白色或者4级灰度，使用在在观察距离上就会得到2级灰度的颜色信息。第一种算法我们再看看看1级灰度是怎样实现的， 如果采用第一种方法T0, T1, T2 三个时刻像素都要显示白色， 而到了 T3时刻显示4级灰度（因为TN 面板像素无法直接显示1、2、3级的灰度） ，于是观察者就得到(0+0+0+4) /4=1一级灰度，可以我们也看到了，要得到一个颜色要经过4个周期，这样的时间明显有些长了。如果采用第二种算法，由四个像素组成的方块阵中有三个像素显示白色，一个像素显示
5、4级灰度，这样也能近似得到一级灰度色彩。第二种算法我们不得不承认抖动技术的发明从一定程度上解决了 TN 面板颜色先天不足的问题，但是这并不是一个完美的解决方法，直接暴露出来的问题就是可见的像素抖动和不法得到253, 254 和255这三种灰度，即使应用了色彩抖动，能够显示出来的色彩也只有0到252灰阶的三原色,所以最后得到的色彩显示数信息是253253253=16194277，约合16.2M色。响应时间：相信很多消费者都没有正确理解响应时间？没错，这是液晶显示器时代给我们带来的新名词，也是近一年来液晶厂商们着重炒作的一个指标，但是当你继续往下看这个部分的时候时，你会明白现在的厂商要在这个指标上
6、做文章简直是太容易的一件事情了。响应时间这个专业的液晶指标最早由国际标准化组织即（ISO）推出，规范代码是 ISO13406-2，该规范制定的初衷就是要反映液晶显示器表现动态图像的平滑度和清晰度。该规范把响应时间定义如下：当一个像素电从白色转为黑色，电极电压从0变为最大值，即最大电压激励状态下，液晶分子迅速转换到新的位置，这一过程所用的时间被称为上升时间段。当一个像素由黑转白，像素所加电压切断，液晶分子迅速回到加电前位置，这一过程称为下降时间。整个响应时间过程就是由上升时间加上下降时间获得的数值。实际上，ISO 规范对于响应时间的定义的着眼点还是太过于简单的，只考虑了用时最短的像素黑白黑极端切
7、换的时间，在衡量实际使用时出现最多的灰阶切换时没有太多指导价值。我们可以想想一年多以前厂商们在推广12ms 液晶时的宣传把戏：“如果像素变换一次的时间是12ms，则一秒钟内可以切换的画面数值为1000/12=83，这一数值远大于人类所能感知的60fps 的最高识别率，所以12ms 是终极的游戏液晶方案。”当然12ms 在游戏方面的表现相信读者们比笔者更清楚，在FPS游戏中依旧存在明显可见的拖影，直到今天出现的6ms、4ms 疾速液晶，其在典型画面激烈切换游戏 CS 中的表现才达到可以接受的程度。那么 ISO 对于响应时间的定义问题出在哪里呢？为何和实际偏差如此之大呢？首先在 ISO 规范中，像
8、素整个响应定义只占到了整个像素上升或是下降过程的80%的时间，按照 ISO 的定义所谓白色即指10%灰度，黑色指90%灰度，其余20%的时间被忽略了。ISO 这样定义的初衷不难理解，因为对于液晶分子来说，加电起动和最后稳定这两个阶段是费时的，两头20%的灰度转化的过程有可能超过 ISO响应时间定义本身所占时间，那如果省去这20%就可以大大的美化指标，但这显然对于消费者是不公正的。响应时间测试数据如上图所示的某液晶显示器响应时间测试数据，按照ISO 定义上升沿时间为28.5-12 = 16.5 ms。但我们观察整个像素从0%灰度到100%灰度转化的全部过程，实际用时超过了40 ms，达到 ISO
9、 定义所用时间的两倍多。当然 ISO 定义的缺陷还不止如此，其中最为严重的是忽略了色彩变化时即不同灰度切换的时间，这也是我们日常使用显示器是最多的显示状况。从液晶的显示原理来说，当一像素从较浅灰度转变为较深灰度时，其加在像素两端电极电压也响应加强。但是和 ISO 规范中定义的黑白黑切换的最大激励电压相比，在灰度切换时相应的施加电压要低得多，因此在这种情况下液晶分子反转响应的速度也会变慢。同理，当色阶从较深灰阶到浅灰阶转变时，过程相反，不过此时浅色灰阶对应的电极电压也不为零，相应的电压差激励效果也会变差，下降沿时间也会变长。显示原理也正是因为 ISO 的规范并没有强行要求厂商在提供用户响应时间参
10、数的时候考虑中间灰阶的响应时间，所以厂商在自己标注的可操作空间就大得多了。有较早液晶使用经验的用户不难发现，在一年前的主流液晶中，使用友达 AU 16 ms TN 面板的显示其回比 LG-Philips 同样规格的16ms 甚至三星的12 ms 更快，而这三中面板又都快过16 ms IPS 面板的速度表现，而令人不解的是它们又都慢于 Hydis 的20 msTN 面板，这正是由于 ISO 响应时间规范的不严格造成的，实际厂家给出的响应时间指针反而造成了用户的困惑。灰阶响应才是具有参考价值的指针正如我们上面所说，以往厂商在 ISO 大规范给出的白黑白响应时间指标下有太多的可操作空间，以致使得单纯
11、的响应时间指标已经不具备太多可信价值，那么从何种角度出发去得到更有实用价值的响应时间指针呢，答案就是在去年下半年有些厂商开始推广的“灰阶响应时间”。灰阶响应时间分布图上图是由 NEC 提供的灰阶响应时间分布图，如图所示，平面 X、Y 轴分别是起始灰阶和终止灰阶，而 Z 轴则表示在该灰阶转换过程中所用的响应时间。我们依次看一看到 ISO 定义、白到灰阶、黑色到某灰阶三种不同状况下的响应时间差异。ISO 响应时间= (0-255) 18 + (255-0) 7 = 25 ms白到某灰阶的最大响应时间= 01920 = (0 -192) 38 + (192-0) 5 = 43 ms（这比 ISO 定
12、义下获得的指标慢78%）黑色到某灰阶最大响应时间= 255160255 = (255-160) 55 + (160-255) 36 = 91（这比 ISO 定义下获得的指标慢264%）飞利浦190S5 显示器的响应时间空间分布图我们在可以看看上图，这是我们自己测试得出的飞利浦190S5 显示器的响应时间空间分布图，和上图不同的是，这部图表的柱状数值直接包括了上升沿和下降沿两部分的时间。我们可以看到最长的时间发生在两个较深灰阶的转换过程中，而从纯白到纯黑过程在最快的速度之列。通过上述分析，我相信读者对于响应时间这一概念已经有了一定的认识，同时也会认同这样一个结论，要想使得响应时间真的具有实际参考
13、价值，那么提供必要的灰阶响应时间参数才是有意义的，同时要让响应时间这个因素真的对于消费者实际应用有性能提升，那么加速灰阶和灰阶之间转换的速度，即颜色切换的速度才是真正有意义的。今年最时髦的液晶技术 “overdrive“很明显，对于我们上面的讨论的液晶响应时间问题厂商也自知不能在“黑白黑响应时间”上继续宣传，所以如何提高液晶在灰阶切换速度的提高也在去年下半年各家厂商发力的重点，“GTG”灰阶响应速度和“overdrive”疾速响应技术也开始大量的出现在近半年来推出的中高端液晶新品上，那么有关“overdrive”的方方面面，我们也的确有必要了解一下。要说起“overdrive”就不能不提一提2
14、001下半年由 NEC 为液晶电视开发出来的 FFD 技术，它可以看作是“overdrive”技术的前身。实际上该技术的原理相当简单，当我们从 TN 屏幕的白色（即最初液晶分子状态）转为黑色（液晶分子在电压垂直光线方向） ，此时液晶象素点后部的薄模晶体管受到的激励电压是最大的，打个比方来说：在1V 电压激励下液晶分子从白到黑的转换的过程用时20ms。NEC 的 FFD 技术是如下考虑的：为什么我们不把激励电压加倍获得更快的响应时间呢：比如加2V 来获得 10 ms 的响应时间。而且从当时 NEC 发布的研究报告来看，这一技术是可行的，通过增加灰阶转换时的激励电压，可以减少灰阶转换过程的用时。N
15、EC 发布的研究报告中的图表我们可以看看当时 NEC 发布的研究报告中的图表，该表左边是没有采用 FFD 技术时测得的响应时间空间分布图，而右侧则是采用FFD 技术后的测试成绩，我们看到， 尤其是在灰阶转换的过程中，最大的改善成绩从55ms左右缩小到6 ms。而我们要注意的是，左右两图在单纯的白-黑-白响应时间并没有变化，我们可以这样理解，因为在纯白到纯黑的过程中电极施加的激励电压已经是最大值了，所以没有改善是在情理之中的。虽然 NEC并没有把这一技术应用在显示器领域（因为该技术的出发点就是为了改善液晶电视的响应速度问题） ，但是从去年下半年和 FFD 技术有着相同技术原理的 Overdriv
16、e 技术开始在中高端液晶显示器上流行开来。实际上，FFD 和 overdrive 基本上就是换了名号，这在不同厂商之间很常见，就比如明基使用了“overdrive”这样的叫法，而 ViewSonic 又会把同样的东西称为“ClearMotiv”，实际上它们都是一样的东西，我们来看看“overdrive”到底能给我们带来什么实质性的性能提升。“overdrive”到底能带来什么实质性的性能提升如上图所示，在上方的蓝色曲线表示正常情况液晶分子加电压后的反应过程，相应的电压情况由下面的黑色直线表示。我们看到从施加电压开始到液晶分子稳定并不是一个一成不变的过程，而淡蓝色的点线则表示液晶追求的理想响应。Overdrive 以及 ClearMotiv 和一般液晶触发的过程就在于输入电压阶段，我们可以看到，为了让液晶分子达到更快的反应速度，在初始阶段会比以一般状态下施加更高的激励电压，待到液晶分子方向趋于目标方向时，激励电压恢复目标灰阶水平。通过上面的这些分析，我们大家应该清除 Overdrive 和与其类似的技术主要是为了改善颜色的灰阶变化。另一方面也表示该技术实际上不会对传统
