液晶电视工作原理

2022年9月16日
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1:模拟电视机:指能对模拟电视调制信号进行接收处 理,最终能输出图形,声音供用户直接使用的视听产 品。 2:数码电视:采用了一些数字处理技术的模拟电视, 数码电视的范围比较宽,从早期的遥控电视,到倍频, 逐行电视,甚至现在我们高清电视也应该属于此范畴。

 3:数字电视:  能接收电视数字调制信号(通过卫星,地面或有线传输的数字电 视调制信号)通过数字解调和数字视音频解码处理还原出原来的 图像及伴音,供用户直接接收的视听产品。  按清晰度分类:  可以分为低清晰度数字电视(图像水平清晰度大于250线)、标准清 晰度数字电视(图像水平清晰度大于500线)、高清晰度数字电视 (图像水平清晰度大于800线,即HDTV)。VCD的图像格式属于低清 晰度数字电视(LDTV)水平,DVD的图像格式属于标准清晰度数字电 视(SDTV)水平。

 4.1 数字电视不一定高清电视,模拟电视也可以做成高 清电视  4.2 液晶电视不一定是数字电视  4.3 HDTV ready:是指能接收模拟射频电视信号,并能 和数字电视机顶盒配合使用接收数字机顶盒输出的高清 电视信号的电视接收机。

 ① VIDEO:彩色信号调制在彩色副载波上再和Y信号进行 叠加(只能用来传输模拟电视信号)  ② Y/C:Y信号和C信号通过两条传输线来传输(也只能传 输模拟电视信号)  ③ YUV:将Y(亮度)信号、U(R-Y)信号和V(B-Y)信号通过 三根传输线进行传输的接口,早期的DVD输出隔行的标准 清晰度图像信号的三传输线的传输接口 , 和后来 PB 及 PR 没有本质的区别.

 ④ YPBPR: 将 Y( 亮度 ) 信号、 PR(R-Y) 信号和 PB(B-Y) 信号 通过三根传输线进行传输的接口,出现逐行电视后,商家为 了和隔行电视区别,将其命名为PBPR,再后来就没有严格的 区别了,因为它们的本质是一样的都是Y、R-Y、B-Y信号的 传输接口,它一般用来传输所有数字电视图像格式的信号.  ⑤ VGA(RGB):将RGB信号和行场同步信号用5根传输线来传 输的信号接口,一般用来传输电脑格式的信号。  ⑥ DVI:图像信号的数字传输接口,一般用来传输电脑格 式的图像信号  ⑦ HDMI:图像及声音信号的数字传输接口,一般用来传输 数字格式的电视图像信号及声音信号.

 说明:  1:信号传输接口只是信号传输的一种方式 , 一种接口不一 定只能传输一种类型的信号 , 每一种接口都有它的接口协 议及传输信号的极限参数要求 ,只要满足要求都可以进行 传输.  2:以上7种接口的前5种接口所能传送的信号格式向下是兼 容的 , 即后面的接口都可以不损失的传送前面接口的信号 格式. 但前面的接口就不一定能不损失的传送后面接口的 信号格式.

 分析:  图1为传统CRT彩电组成框图,图2为LCD彩电组成框图。 从图中可以看出,LCD 彩电没有行场偏转电路,但多了 一个LCD显示控制电路,它把传统彩电的RGB信号转换成 适合 LCD 显示的格式,同时它可以接收外部的模拟或数 字电视信号(如:复合视频、RGB、DVI等)转换成适合 LCD显示的格式。这里需要解释的是,LCD显示控制器所 完成的功能并不是图1中LCD显示屏中镶嵌处理板完成的 功能,而是在这之前需要完成的功能。

• 把输入的信号转换为数字信号。 • 把隔行信号存入存储器转换成逐行信 号。 • 编辑屏幕显示字符文字。 • 控制输出的帧率。 • 编辑输出接口的参数。

 1:伽玛校正原理  在LCD中,驱动IC/LSI的DAC图像数据信号线性变化,而 液晶的电光特性是非线性,所以要调节对液晶所加的外 加电压,使其满足液晶显示亮度的线性,即伽玛(γ ) 校正。γ 校正是一个实现图像能够尽可能真实地反映原 物体或原图像视觉信息的重要过程。利用查找表来补偿 液晶电光特性的γ 校正方法能使液晶显示系统具有理想 的传输函数。未校正时液晶显示系统的输入输出曲线呈 S 形。伽玛表的作用就是通过对 ADC 进来的信号进行反 S 形的非线性变换,最终使液晶显示系统的输入输出曲线 满足实际要求。  LCD 的 γ 校正图形如图 3 所示,左图是 LCD 的电光特性曲 线图,右图是LCD亮度特性曲线和电压的模数转换图。

 本文采用较科学的γ 校正处理技术,对数字三基 信号分别进行数字γ 校正(也可以对模拟三基信 号分别进行γ 校正)。在完成γ 校正的同时,并不损失 灰度层次,使全彩色显示屏图像更鲜艳,更逼真,更清 晰。

 某单色光 γ 调整过程如图 4 所示,其他二色与此相同。 以单色光 γ 调整为例: ADSP-21160 首先根据外部提供 的一组控制信号,进行第一次查表,得到 γ 调整系数 (γ 值)。然后根据该γ 值和输入的显示数据进行第二 次查表,得到经校正后的显示数据。第一次查表的γ 值 是通过外部的控制信号输入到控制模块进行第一次查表 得到的。 8 位显示数据信号可查表数字 0 ~ 255 种灰度级 显示数据(γ 校正后)。

为了提高图像质量, ADSP-21160 内部还设 计了图像效果优化及特技模块,许多在模拟处 理中无法进行的工作可以在数字处理中进行, 例如,二维数字滤波、轮廓校正、细节补偿频 率微调、准确的彩色矩阵(线性矩阵电路)、 黑斑校正、g校正、孔阑校正、增益调整、黑电 平控制及杂散光补偿、对比度调节等,这些处 理都提高了图像质量。

 数字特技是对视频信号本身进行尺寸、位置变化和亮、 色信号变化的数字化处理,它能使图像变成各种形状, 在屏幕上任意放缩、旋转等,这些是模拟特技无法实现 的。还可以设计滤波器来滤除一些干扰信号和噪声信号 等,使图像的清晰度更高,更好地再现原始图像。所有 的信号和数据都是存储在 DSP 内部,由它内部产生的时 钟模块和控制模块实现的。

 3:时基校正及系统控制 由于ADSP-21160内部各个模块的功能和处理时间不 同,各模块之间存在一定延时,故需要进行数字时基校 正,使存储器最终输出的数据能严格对齐,而不会出现 信息的重叠或不连续。

数字时基校正主要用于校正视频信号中的行、场同 步信号的时基误差。首先,将被校正的信号以它的时基 信号为基准写入存储器,然后,以TFT-LCD的时基信号为 基准读出,即可得到时基误差较小的视频信号。同时它 还附加了其他功能,可以对视频信号的色度、亮度、饱 和度进行调节,同时对行、场相位、负载波相位进行调 节,并具有时钟台标的功能。

 控制模块主要负责控制时序驱动逻辑电路以管理 和操作各功能模块,如显示数据存储器的管理和操作, 负责将显示数据和指令参数传输到位,负责将参数寄 存器的内容转换成相应的显示功能逻辑。内部的信号 发生器产生控制信号及地址,根据水平和垂直显示及 消隐计数器的值产生控制信号。此外,它还可以接收 外部控制信号,以实现人机交互,从而使该电路的功 能更加强大,更加灵活。

答:现在市面上强点的液晶能直接 显示大 约16.7万种颜色 (注意不是每款都能显示这么多),而CRT能显示的颜色数 为无限多。这是液晶的先天不足,不过两者原理不一样。 CRT由相邻的几个色点显示某种颜色,色点只有红绿蓝三 种,混合后给你“错觉”;而液晶是每一个色点都能显示 16.7万种,给你直接的颜色。所以我们可以说这方面其实 液晶强,CRT只有三种颜色。

问 1.2:对于标注16.7万色的液晶,能否显示超出这个 范围的颜色? 答:对于无法直接显示的颜色,液晶也有处理方法,比 如交替显示两种颜色造成一种新颜色的“错觉”。在这 方面,各厂商的技术都是不尽相同的,也有不作处理的, 所以会有色彩艳丽和丰富程度的差异。

 问 1.3:16位色、24位色、32位色有多大差别? 答:在颜色数方面,当然很明显,是2的16次方、24次方 和32次方的差别。从人眼的感觉来说,16位色能基本满 足显示需要,粗看起来和24位色、32位色差不多,仔细 点研究的话,会发现在大面积的渐变色中16位色显示会 出现隐约的分隔线。实际应用中,最常用的是24位色, 比如网页和其他地方表示颜色的“#80FF2E”之类的字 符串,用答CDSee看图片也可以看到大部分图片的色深 是24位。至于32位色,那是在24位基础上加出来的,据 说是加了8位透明色,实际和24位色没多大差别,至少 我们的眼睛是分辨不出来的。

 问 1.4:亮度和对比度参数是越高越好吗? 答:答案是否定的。亮度和对比度参数表示的是一种很 极端情况下的数值,对日常应用意义不大。400、500的 数值太抽象,我们还是应以眼睛的感觉为准,就是“明 亮而不刺眼,清晰而不虚浮”。笔者见到过一台奇丽液 晶,标称亮度400对比度500,但图像怎么看都觉得苍白 惨淡;另外,许多名牌的标称参数比较保守,比如NEC 的某款亮度标称280,实际使用中调到50%就足够了。

 问 1.5:两个品牌型号的液晶用的是同一款面板,显示效果 是否就一样?

答:不一样,甚至会有明显差别。虽然面板是主要的,但 控制电路和优化技术的好坏也直接影响显示质量,从而表 现为色彩的差异。举个例子, 明基 和优派的某型号都采 用 友达 面板,但显示效果看得出差别,明基的比较清淡, 有点剔透的感觉,而优派的色彩更艳丽些。

 问 2.1:响应时间是恒定的吗? 答:并非如此。我们通常指的是典型响应时间,上文已 有解释。而液晶单元在各种色彩间相互变换的时候,过 程是不一样的,所以在各种情况下的响应时间不尽相同, 具体时间我们无法得知,不过必定有长有短。也不排除 有这种情况——由某颜色变换到另一种颜色的时间比从 白变黑或从黑变白更长。典型响应时间只是取了特殊情 况下的一个参考数值,甚至无法断定说它是最大数值。

问 2.2:CRT的响应时间是多少? 答:对于CRT来说不需要响应时间这个概念。 CRT通过电子束轰击荧光粉发光,基本上是立即发光, 也会立即熄灭。一定要算响应时间的线ms,有人说还要短,不过这没有意义,反正我们的 眼睛感觉不到。

 问 2.3:什么因素影响了响应时间? 答:前段时间网上流传了一个响应时间的计算公式,大致 结论就是提高什么电压可以缩短响应时间,不过这肯定 会有负作用的。里面还有粘滞系数等,是液晶固有的特 性,其实这才是真正决定响应时间的。一般而言,同一 代生产线出来的液晶,响应时间和色彩视角始终是对矛 盾,形象点我们可以这么理解(非科学说法):液晶粘稠了, 色彩就鲜艳,视角大,但响应时间慢;液晶稀薄了,响应 时间就快,但色彩会淡,视角小。现在视角方面有多种 技术能把它增大,但色彩和响应时间的矛盾就很难调和, 只能靠产品线的更新。最近台湾和韩国的新一代面板已 经量产,所以用台系和韩系面板的液晶涌现出了12ms甚 至更快的产品;而日系还没有跟上,因此没有这些新品 .

 问 2.4:25ms?16ms?8ms?我需要什么样的响应时间? 答:需要怎样的响应时间取决于你经常要干怎样的事情。 一般来讲办公、普通桌面应用以及没有频繁快速切换画 面的游戏对响应时间没要求,30ms以内都可以接 受;FPS和快速格斗类游戏最为苛刻,16ms能满足大部 分玩家,实在挑剔的玩家则会要求更快。而竞速类游戏 如NFS对响应时间的要求其实没那么高,25ms就够了, 因为虽然速度快,但画面切换基本上是个渐变过程,而 且为了效果逼真,游戏中会把快速移动的景物模糊化, 这就把响应时间带来的拖尾掩盖了。笔者选液晶的宗旨 是——色彩始终优先,响应时间可以接受就行了。

问 2.5:为什么液晶的刷新率普遍比较低? 答:液晶和CRT原理不同,CRT的荧光粉发光是瞬时的, 亮一次就马上会灭,需要频繁点亮,所以刷新率要设置 在85Hz以上,眼睛才不觉得闪烁。而液晶是持续发光, 亮着就一直亮着,直到你给它改变的信号,所以眼睛始 终不会觉得闪烁。基于这个原因,液晶的带宽刷新率不 必设计得很高。

问 2.6:什么样的刷新率对人的眼睛最好? 答:一般来说,每秒30幅左右或更高的运动图像会被人 眼认为是连续的,所以人眼其实只需要30Hz以上的刷 新率,很多电影都是每秒24帧的。更高的帧速会使图像 更显连续和稳定,达到每秒50帧以上的话,人眼就感觉 不到明显的差别了。显卡默认的刷新率是60Hz,这样 对于运动图像来说已经足够了(挑剔的FPS玩家可能还不 够)。但由于CRT显示器的瞬时发光原理,在60Hz下还 是会觉得闪烁,对眼睛有伤害,因此为了保护眼睛,刷 新率还是设得越高越好。

 问 2.7:暗点对显示效果有影响吗? 答:暗点的影响远远比亮点要小,周围单元的光芒 会把暗点掩盖,所以一般不会怎么显眼,看不出来就不 必太在意。

 问 2.8:不在最佳分辨率下面,液晶怎么显示? 答:在非最佳分辨率(如800×600)下面,液晶会根据 像素应该在的位置,让附近的单元显示某些颜色,最终 造成所要的效果,这步工作一般由控制电路完成,称为 插值运算。受限于点距和发光原理,非最佳分辨率下的 显示会比较粗糙,图像质量还是不错的,文字就会略有 模糊感。具体情况因品牌型号而不同,而控制电路的优 劣决定了插值运算的质量。这就引出了判别控制电路的 简单方法——把分辨率设低,看显示效果如何。

问 2.9:液晶的点距是越小越好吗? 答:当然不是。和CRT不同,液晶的点距直接体现 在字体大小上,除非你不让它工作在最佳分辨率下。所 以液晶的点距不能太大也不能太小,一般认为每个像素 在0.25-0.30mm之间人眼觉得比较舒服(不太粗糙不太细 密),所以液晶的标准点距都在这一范围。这里也因人 而异,有的人觉得15寸的0.297粗糙,有的人觉得17寸 的0.264太细,一般年纪稍大一点的都喜欢大些的点距。

问 3.0:液晶需要什么样的工作环境? 答:适当的温度、适当的湿度、不要阳光直射、防 水防尘,基本上都和常见电子产品差不多。这里特别说 下温度,液晶一般能在0-40度正常工作,合格的液晶工 作温度至少应包含这个范围。笔者曾在某IT刊物上见到 用户反映,冬天液晶点不亮,开了空调就点亮了,看了 说明书发现工作温度是5-40度。大家购买时也不要在这 点上吃亏了。

问 3.1:哪些清洗方式应该避免? 答:不能使用湿漉漉的布,千万不能使用普通抹布! 如有实在顽固的污渍,也不要用指甲直接刮,应当隔着 布或纸巾刮,而且不能用力。不要用酒精或洗洁精来洗。

 问 3.2:平常维护要注意避免沾染什么? 答:避免用手触摸屏幕;绝对不要进水,无论屏幕还 是背板。如果有液体之类的溅到屏幕上,应立即擦净, 否则很容易干结,干结了很难擦。

 问3.3:用屏幕保护程序对液晶有害吗? 答:应该说屏幕保护对液晶没多大害处,不过不推 荐用屏保,因为使用屏保时液晶的灯管还是常亮的,灯 管寿命有限,能节约的话还是节约点好。

 问3.4 :液晶长时间显示同一幅画面,会有问题吗? 答:应该说一般而言的“长时间”是没有问题的, 比如几个小时。如果是超长时间,则可能会有问题了, 甚至造成永久坏点。

答:关闭时灯管不工作,没有光源;而显示黑色时灯 管是亮的,只是光全部被遮挡在显示器内部了。应用中 我们应该尽量避免让液晶长时间工作在大面积的黑色下 面。

答:灯管有寿命,灯管开关同样有寿命,所以不适 宜频繁开关。一般来说,如果是不用十几分钟之类的, 就不要关了。

 问3.7为什么LCD会发黄发红? 答:LCD在使用一定期限后,特别是亮度总调节到最大, 屏本身和灯管老化就会发黄。冷开机时屏发红主要是灯 管老化,更换灯管即可。

 电视机的反应时间  所谓反应时间是液晶电视各像素点对输入信号反应的速 度,即像素由暗转亮或由亮转暗所需要的时间(其原理是在 液晶分子内施加电压,使液晶分子扭转与回复)。常说的 25ms、16ms就是指的这个反应时间,反应时间越短则使用 者在看动态画面时越不会有尾影拖曳的感觉。一般将反应 时间分为两个部分:上升时间(Rise time)和下降时间(Fall time),而表示时以两者之和为准。 CRT电视中,只要 电子束击打荧光粉立刻就能发光,而辉光残留时间极短, 因此传统CRT电视反应时间仅为1~3ms。所以,反应时间 在CRT电视中一般不会被人们提及。而由于液晶电视是利 用液晶分子扭转控制光的通断,而液晶分子的扭转需要一 个过程,所以LCD电视的反应时间要明显长于CRT。

 从早期的25ms到大家熟知的16ms再到最近刚刚出现的12ms, 反应时间被不断缩短,液晶电视不适合娱乐的陈旧观念正在 受到巨大挑战。可以先做一个简单的换算:30毫秒=1/0.030= 每秒钟显示33帧画面;25毫秒=1/0.025=每秒钟显示40帧画面; 16毫秒=1/0.016=每秒钟显示63帧画面;12毫秒=1/0.012=每秒 钟显示83帧画面。可以看出12ms的诞生意味着液晶制造的一 个巨大进步。 实际上,我们上面所说的12ms反应时间是 针对全黑和全白画面之间切换所需要的时间,这种全白全黑 画面的切换所需的驱动电压是比较高的,所以切换速度比较 快,可以达到12ms;而实际应用中大多数都是灰阶画面的切 换(其实质是液晶不完全扭转,不完全透光),所需的驱动电 压比较低,故切换速度相对较慢。所以综合起来,在灰阶画 面下75Hz的刷新率已经可以满足12ms液晶面板的需求了。

亮度是指画面的明亮程度,单位是堪德拉每平米(cd/m2) 或称nits,也就是每平方公尺分之烛光。目前提高亮度的 方法有两种,一种是提高LCD面板的光通过率;另一种就 是增加背景灯光的亮度,即增加灯管数量。 需要注 意的是,较亮的产品不见得就是较好的产品,电视画面过 亮常常会令人感觉不适,一方面容易引起视觉疲劳,同时 也使纯黑与纯白的对比降低,影响色阶和灰阶的表现。其 实亮度的均匀性也非常重要,但在液晶电视产品规格说明 书里通常不做标注。亮度均匀与否,和背光源与反光镜的 数量与配置方式息息相关,品质较佳的电视,画面亮度均 匀,无明显的暗区。 现在在LCD亮度的技术研究方面, NEC已经研发出500cd/m2的彩色TFT液晶显示屏模块;松下 也开发出称为AI(Adaptive Brightness Intonsifier) 技术,做成专用IC,可以有效地将亮度提高达350~ 400cd/m2,已经接近CRT电视水准.

 液晶电视对比度  对比度则是屏幕上同一点最亮时(白色)与最暗时 (黑色)的亮度的比值,高的对比度意味着相对较高的 亮度和呈现颜色的艳丽程度。 品质优异的液晶电 视面板和优秀的背光源亮度,两者合理配合就能获得色 彩饱满明亮清晰的画面。目前大多数桌上型LCD电视的 亮度介于150至300cd/m2之间,再高的可达到350cd/m2 或者500cd/m2 ;而对比度多为200:1~500:1。

 电视机视角  也叫可视角度,所谓可视角度是指站在位于屏幕边某 个角度时仍可清晰看见屏幕影像所构成的最大角度。可 视角度都是左右水平对称的,但在上下垂直方向上可就 不一定了,而且常常是上下可视角度要小于左右可视角 度。等离子可视角度大多都为左右160度,视野开阔, 能提供格外亮丽、均匀平滑的画面和前所未有更大观赏 角度。普通电视机在大于160度的地方观看时画面已严 重失真,液晶更是望尘莫及。

电视机的可视角度  可视角度是指用户可以从不同的方向清晰地观察屏幕 上所有内容的角度。液晶电视的可视角度包括水平可视角 度和垂直可视角度两个指标,水平可视角度表示以显示器 的垂直法线(即显示器正中间的垂直假想线)为准,在垂直 于法线左方或右方一定角度的位置上仍然能够正常的看见 显示图像,这个角度范围就是液晶显示器的水平可视角度; 同样如果以水平法线为准,上下的可视角度就称为垂直可 视角度。一般而言,可视角度是以对比度变化为参照标准 的。当观察角度加大时,该位置看到的显示图像的对比度 会下降,而当角度加大到一定程度,对比度下降到10∶1 时,这个角度就是该液晶显示器的最大可视角。

 电视机的可视角度  目前市场上出售的液晶电视的可视角度都是左右 对称的,但上下就不一定对称了,常常是上下角 度小于左右角度。当我们说可视角是左右80度时, 表示站在始于屏幕法线(就是显示器正中间的假 想线度的位置时仍可清晰看见屏幕图像。视 角越大,观看的角度越好,LCD显示器也就更具有 适用性。目前市场上大多数产品的可视角度在120 度以上,部分产品达到了140度以上。

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