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 一、新型显示设备和数字电视制式激励出巨大市场
电视是上个世纪二十年代发明的,二次大战后逐步替代广播成为人们心眼中最有影响力的传媒和娱乐工具。三十年后,欧美国家开始彩电广播,五十年后彩色电视制式开始在全世界普及。
我国是从1958年开始电视广播的。但开始普及是从七十年代中期的九英寸晶体管电视机起步,接着是全国联合设计的12英寸晶体管电视机。八十年代中后期,18英寸彩电大规模进入家庭,至上世纪末我国市场上的新型电视机及显示设备己与发达国家同步。
在上个世纪漫长的七八十年间,电视的广播方式和电视机的种类始终没有革命性的变化。尽管电视一步步深入到社会的每个角度,但从技术角度看,虽然发展一直进行中,如图像从黑白到彩色;器件从电子管到半导体,再到集成电路;屏幕尺寸从12英寸至34英寸,可并没有根本的变革,显示器是CRT,传输方式是模拟的,各国采用的制式也一成不变。
这期间,只有家庭影院影音源——DVD和电脑显示,才对显示设备提出了大画面化和数字化的要求。
新世纪电视正在迎来重大变革。变革发生在二个方面。其一,显示器种类层出不穷。见图1。以前的显示系统只是以用在直视式CRT上播放为前提。而现在新型的显示设备——LCD、PDP、DLP、FED、SED等形形式式的显示技术不断上场,电视接收机的功能也在不断增加,对应播放的信源有地面电视广播、有线电视广播、卫星广播、影碟、电脑输出、存储器输出等等。
其二,广播方式全面更新。由于显示器的图像显示能力已经高于现行模拟电视的标准格式,促进了电视制式提升的进程。90年代开始电视已从模拟方式向数字方式移进,数字电视将逐渐成为唯一的传输播放方式。而高清晰度数字电视广播的开播又进一步推动了显示设备的晋级。
从提高视听享受的角度看,人们会主动地更新换代显示设备,而广播制式的更改又会迫使用户不得不更新电视机。两者的相互促进会把所有的用户推进到一个巨大的新市场里。在此转换过程中,一大批新词汇和新概念会进入消费者的视野,每个人不得不再次学习,以便了解数字电视的特色和各种新型显示设备的魅力。
目前给消费者印象最深的莫过于形形式式电视机种类的出现,背投、液晶平板电视、PDP电视、光显电视、LED投影机、DLP投影机等等。多样化的显示技术扩大了图像的表现能力,而最主要表现在分辨率(即清晰度)和图像尺寸两大方面。图2是各种新型显示器在这两方面能力的扩大范围。

图1 电视机发展历程

图2 各种民用显示设备的实用领域

下面对各种显示设备的主要特性和数字电视基本概念分别给以介绍。


二、大画面液晶显示技术要点
关键概念:透射型,有源矩阵方式,背光灯,IPS,VA,OCB
基本结构:液晶的像素点是因液晶分子排列不同,对偏振光的偏振轴有不同的取向特性来显示黑白的。显示器用能透过/阻断光线像快门那样动作的液晶板和背光灯组成。液晶板在两层玻璃基板间夹一层液晶薄层构成,液晶板的下基板玻璃上有薄膜晶体管TFT矩阵和控制各点通断的驱动电路,上基板上有彩色滤色膜和防反光层。背光灯由光源和能使光线均匀扩散开来的反光折光机构构成。见图3。

图3 液晶板和液晶像素点发光原理

电脑显示器和彩电等显示彩色图像的直视式液晶显示器使用了能分别透过R、G、B三种光线的滤色镜。每一个像素分别由带有R、G、B滤色镜的三个子像素构成。
主要优缺点:液晶显示器的用途很宽。因此开发出了不同用途的各式各样液晶显示器技术。这里的优缺点主要指大画面视频显示用的液晶显示器技术,并在与PDP显示器比较的角度上加以说明的。
液晶电视耗电低、分辨率高     使用彩色液晶显示器的大画面显示设备比使用PDP的大画面显示设备的耗电要低。例如,37英寸的彩色液晶显示设备耗电约200W,而37英寸的PDP显示设备耗电在250~300W之间。而且液晶显示设备的分辨率高,即像素点多。
民用市场上最大的液晶显示设备已超过46英寸级。像素数已达全HDTV格式的1920(水平)×1080(垂直)。此像素点数的显示器能不降格地对应全部高视频信号,播放最高清晰度的电视节目。
透射型液晶显示器    大画面电视用的液晶显示器以透射型液晶显示器为主流。透射型的光线从液晶板的背面射入,在前面按光线能否透出而形成图像。在自然室光内下很容易看到显示的图像,并具有彩色鲜艳和对比度高的特征。
正下型和角灯型背光灯  透过型液晶显示器的背光灯有两种:正下型和角灯型。在液晶板背面并列排列的背光灯为正下型背光灯,在液晶板边上横向放置光源再由导光板把光线引到入液晶板背面的称为角灯型,这种灯也称边光灯。
大画面液晶电视都使用正下型背光灯,灯管以冷阴极荧光灯CCFL为主流。采用CCFL的理由是灯管细、寿命长。液晶电视的寿命主要不在液晶寿命,而是决定于光源,现已达6万小时。采用角灯型背光灯的液晶显示板可以做得更薄些,但光均匀度不及正下型,另有光路长、效率差、结构复杂等缺点,只用于特殊需要。
LED背光灯   更新型的背光灯采用白色发光二极管(LED)或R、G、B三原色发光二极管。这种背光灯的液晶电视色彩范围更宽,响应速度快。但目前其发光效率还不及CCFL,并有色噪声。
TFT有源驱动      这是大画面液晶板采用的驱动方式。图像的每个像素都对应设计有一个薄膜晶体管TFT,整幅画面的TFT排列成一个矩阵。所谓矩阵方式是指在驱动时选出按行列配置的电极的交点上的那个像素控制其通断的方式。
矩阵方式的电极交点上有配置晶体管开关元件和不配置晶体管元件的无源矩阵方式之分。有源矩阵方式里,被选中的像素对应的TFT晶体管变为ON状态,使液晶单元上加上驱动电压。有源矩阵方式与无源方式相比,其互调失真小、对比度高,故面向像素数多、线条细的电视图像显示都用这种方式。
而无源矩阵方式则比有源矩阵方式制造工艺单纯,制造价格低廉。
液晶显示器也有一些缺点,如画面难以做大,视角有依存性,响应时间长等。大画面液晶显示设备就是随着这些问题的解决才登堂入室,并不断提高品质的。
大板化  因为液晶板采用了TFT有源矩阵方式,所以大画面电视用的液晶板的制造工艺比PDP板要复杂,工程量大,单位画面价格高于PDP电视。在价格竞争激烈的家用电视显示器方面不及PDP有利。
为了降低制造价格,大画面液晶电视用的液晶显示器生产厂不断扩大生产线上能处理的玻璃基板的尺寸。这样,从一块玻璃基板上就可以裁下更多的同样画面尺寸的液晶板,分摊到每块显示板上的工程费用就能下降。2004年开始使用的第六代生产线,板材尺寸为1.5×1.8m。主要用于生产30英寸~40 英寸级别的宽幅液晶电视,最佳裁剪为8块32英寸16:9屏。2005年第7代玻璃底板生产线投入使用,生产的玻璃板尺寸为1.87m×2.2m。1枚玻璃底板可以生产32英寸液晶板12张,或46英寸机型板6张。
展宽视角    液晶显示器的视角宽度依赖性是指从侧面看显示的图像画面品质下降在一定指标内的角度。最早的TN 模式液晶,水平方向视角只有130度,垂直方向125度左右。用作多数人观看的大画面电视就不合适。现在大画面液晶电视都采用了宽视角宽技术,使水平和垂直方向的视角超过160度,实用上已不成问题。
在扩宽视角的技术中,有在平面开关IPS模式和垂直校准VA两种。IPS模式是在与玻璃基板平行的方向(即水平方向)上配置的液晶分子,并使用水平方向的横向电场使液晶分子回转到与玻璃基板平行的位置上。而VA模式是与玻璃基板垂直的方向上配置液晶分子,使用垂直方向的纵向电场使液晶动作。这时不加电压的状态显示黑,加电压时液晶分子向水平方向倒转,显示白色,与图3所示相反。
缩短响应时间   电视广播的画面每1秒钟换50次,即50 Hz,每幅间隔20ms。为此电视机用的显示器响应时间应在16ms以下。而TFT液晶板当初的响应时间长达50ms。因此必须在液晶材料、整板结构和驱动方式等方面下工夫,缩短响应时间。其中光学补偿双折射模式OCB能使响应时间缩短到5~6ms。
OCB模式把原来只在挟持液晶分子层的上下方向加电压的方式,改变为左右方向上也加电压。用横向的电场来加速分子定向。这种像素电极的形状在横向呈凹凸型,在凸型和凹型电极上依次加上不同的电压参与对液晶分子的控制。从而加快液晶分子响应速度,而且视角也能增宽。
现状和发展趋势:液晶显示器是目前市场上最为主力的平板显示器,从六十几英寸的大画面显示器,到一二英寸的MP4和数码相机的显示屏,几乎无处不在。
32英寸左右的液晶电视机是平板显示器中的中流砥柱,具有HDTV级别像素点,不会在近年内落伍。画质的各方面性能都能满足一般用户要求,加之开发厂商众多,产品降价速度快,因而性价比高。其它平板电视都不是其对手。
20英寸以下的品种已有全面取代CRT电脑显示屏的趋势。但因价格高和画质差的两大因素,暂时还不可能淘汰掉CRT电视机。
将来的发展主要在提高暗电平层次表现力和缩短响应时间。在47英寸以上的领域里将会与PDP出现血拼的场景,因为无论清晰度、画质还是价格等方面,以目前的技术都不具有优势。