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显示器技术篇
作者:阿刚

引言
显示器在电脑中的重要性不言而喻,最常见的显示设备是阴极射线(CRT)显示器,也就是我们平常所说的显示器。
除此之外,还有种类繁多的平板显示器(FPD)。它分为发光型和受光型两大类。受光型FPD按工作原理的不同可以分为:液晶显示器(LCD)、电致变色显示器(ECD)、电泳显示器(EPID)、铁电陶瓷显示器(PLZT)等;发光型FPD按工作原理的不同可以分为:等离子体显示器(PDP)、电致发光显示器(包括ELD和LED)、场发射显示器(FED)、真空荧光显示器(VFD)等。在发光型FPD中,PDP无疑是最近几年人们十分看好的FPD产品。FPD分为交流型和直流型两种类型。目前,各大公司基本上是采用表面放电式的AC PDP。等离子显示技术有易于制作大面积显示设备和便于数字化驱动两个显著的特点,另外还具有真彩显示、视角大、对比度高以及制作工艺易于批量生产等特点。
场致发射显示(FED)技术也将在显示技术舞台上占据主角地位。场致显示器(FED)的原理是使用电场自发射阴极材料的尖端放出电子,而非使用热能,使得场发射电子束的能量分布范围较传统热电子束窄而且具有较高亮度。FED非常薄、轻,并且省能源,与LCD阻挡光线的受光型工作方式不同,FED采用了类似传统CRT的方法即CRT显像管用电子束轰击屏幕上的荧光粉,激活荧光粉而发光。这使得FED显示技术能把CRT阴极射线管的明亮清晰与液晶显示器的轻、薄结合起来,结果是具有液晶显示器的厚度、CRT显示器般快速的响应速度和比液晶显示器大得多的亮度。
另外,有机ELD也是一种发展较快、前景较为看好的平板显示技术。
在这里,笔者将主要向读者重点介绍CRT显示器及目前发展已经比较成熟的显示器技术。

CRT显示器技术
显像管的品质是决定显示器性能是否优越的关键因素。CRT显像管按照其外观构造可以大致分为球面、平面直角、柱面、完全平面四种类型。
早期显示器的显像管断面就是一个球面。这种球面显像管的显示器,在水平和垂直方向都是弯曲的,图像也随着屏幕的形态而弯曲。以现在的观点看球面显示器,会发现这种初期的显示器有太多弊端,有些方面甚至让人难以忍受:球面的弯曲造成图像严重失真,也使实际的显示面积比较小,弯曲的屏幕还很容易造成反光现象。图形图像失真对于当初比较简单的DOS及Windows 32操作系统应用软件来说,影响还不算太大,忍一忍,也就习惯了。但反光问题却让人头痛,为了尽量减少外部环境特别是阳光的影响,在相当长的一段时间里,机房一般是封闭的。除了防尘和防静电的需求之外,在这种封闭式机房的窗户上使用深色的窗帘,就是为了阻挡太阳光的照射。但即使是室内任何“不起眼”的光源,都会形成新的干扰。为了减小球面屏幕特别是屏幕四角的图象失真和显示器的反光等现像,各个显像管厂商纷纷在其显像管的制造工艺上进行了不少改进。“平面直角”,这个以往只出现在电视机产品上的宣传用语,成为了这种新一代显像管及其显示器的代名词。平面直角显像管其实并不是真正意义上的平面,只不过其显像管的曲率相对球面显像管比较小而已,其屏幕表面接近平面,四个角都是直角。平面直角显像管的制造技术采用扩张技术,将传统球面管在水平和垂直方向向外扩张,向平面发展。除了能够比传统球面管获得一个更平坦的画面外,还可获得比较低的眩光和反射,再配合屏幕涂层等新技术的采用,显示器的显示质量有了明显的提高。现在人们所使用的大部分显示器,包括最近几年生产的14英寸显示器和大多数的15、17英寸及以上的显示器,都属于这种平面直角显示器。
另外,索尼和三菱还开发了柱面显像管,这是一种基于荫栅式的显像管,索尼的是特丽珑,三菱的是钻石珑。柱面显像管的屏幕在垂直方向已经实现了完全的笔直,在水平方向仍然有一点点弧度。由于采用了栅状设计等多种革新技术,使得显示器的显示质量更上一层楼,画面更细腻、鲜艳,失真也不明显了。就SONY公司的Trinitron(特丽珑)显像管而言,其水平方向是曲线形状,垂直方向则为平面。采用条形荫罩板和带状荧屏技术,透光性好,因此亮度高,色彩鲜明,适合对色彩表现要求高的场合,如平面设计等专业领域。许多采用这种显像管的显示器,通常都是显示器产品中的高端型号。
尽管显示器厂商已经将显像管的制造技术提升到了一个新的高度,然而“上帝”仍然是苛刻的“上帝”,追求显示效果传神逼真的人们对显示器厂商提出了更高的要求。
完全平面显示器的出现,使得显示器的制造工艺水平达到了一个崭新的境地。完全平面显示器的屏幕在水平和垂直方向都是笔直的,就像一面镜子那样平,而显示器的失真和反光,则被减小到了最低限度。完全平面技术能使画面保持高清晰度。显示器的清晰度(即点间距)决定于荫罩板上“孔”的大小及间距。完全平面显示器的荫罩板精度能够做得更小,因而使清晰度达到最高。尽管普通的显示器都在表面进行了防反射处理,但反射光不能百分之百消除,特别是在比较强烈的光线下使用电脑,更会感到反射光的眩目,时间一长,使用者会头昏眼花。而完全平面显示器平整的表面(不但是外表面,也包括内表面)使光发生定向反射,反射光很难射入人眼中,从而降低了眩目感,长时间工作,眼睛也不会感到疲劳。完全平面显示器从中心到边缘平整如镜,内部也是全平面,故视觉效果非常舒展,从任何角度看画面均无扭曲现象发生,非常适合专业用途。
如今,推出完全平面显示器的厂家不少,其产品又各具特色。下面,让我们来分别看看各品牌显示器厂家在完全平面领域使如何尽情写意的。
LG凭借其独特的完全平面技术在中国显示器市场上出尽了风头,其所倡导的CRT显示器完全平面化已深入人心,甚至成为了一种购买潮流。“未来窗”的显像管采用多步4倍动态电子枪技术,弥补了非动态电子枪及普通动态电子枪的不足。首先它能够减少光点的垂直长度,从而防止摩尔纹产生,其次、提高了光点的水平长度,从而防止屏幕四个边角处的水平分辩率降低,另外它的单枪三束的发光模式,使其发光速率比普通显示器提高了三倍。LG强调显示器的内外表面都要达到完全平面,因为这样可以使画面的可视角度达到最大,无论从哪个角度看均不失真。而接近露光技术(Near Contact Exposure)的采用使得荫罩板与面板之间的距离缩小到最小,只有0.3mm。这样使得未来窗显示器电子束错位可能性极小,从而保证了显示画面色彩鲜明、锐利和高度清晰。由于LG采用了创新的拉伸式沟状荫罩,杜绝了荫罩板热变形的发生,有效防止了电子束错位的现象。“未来窗”的荫罩板比一般显示器的荫罩板要薄,减少了错位电子束的数量,此外,“未来窗”在设计中充分考虑到使用者的感受。它的表面由六层特效防反射涂层构成,可以有效阻挡电磁辐射,再加上全平的表面,减少了进入眼睛的反射光,从而能够舒缓使用者的视觉疲劳,达到保护使用者眼睛的作用。
三星电子也不失时机地推出了两款完全平面显示器700IFT和900IFT。这两款分别为17和19英寸的显示器体现出了三星公司的实力,它们采用的显像管是三星研发出来的IFT丹娜(DYNAFLAT)显像管。丹娜(DYNAFLAT)显像管所采用的新技术使显示器的屏幕表面达到完全的平坦,有效改善了传统屏幕失真及反光的现象。它还能提高45%以上的对比度,增加了30%以上的亮度,以致于表现出来的图像也更细腻,色彩也更锐利逼真而且层次分明,显示面大大减弱了反光,自然不失真的色彩使使用者的眼睛更轻松,即使长时间使用,也不容易感到疲劳。两款显示器除了显示面积不一样外,在性能参数上完全一致:点距0.24mm,分辨率为1600X1200(76Hz),在1280X1024的分辨率下能支持85Hz的刷新频率,水平刷新频率30~96KHz,垂直刷新频率50~160Hz,带宽205MHz,而且支持静态、动态聚焦,提供了USB接口,还提供了15-pinD-Sub接口和专业的BNC接口。同时该两款显示器还通过了当前世界最高标准的TCO99认证,更大限度地降低了辐射,辅以优美的外型加上三星独有的弹出式数控子面板,具备多种控制功能,更让你感觉到拥有极品的感受。简洁流畅的外观加上出众的性能和效果,这就是三星完全平面的丹娜700IFT和900IFT显示器。
在NEC的设计概念中,完全平面显示器应该是视觉上的“平面”。NEC根据视像学、光学折射原理设计出的“折射补偿”显像技术,科学地计算曲率补偿,并按照此曲率把显示器的玻璃内表面不同程度地加厚,尤其是四个边角,以抵消因折射而产生的视觉内凹现象。NEC将最新研制的S-NX电子枪技术应用于其“真视屏”系列,三枪三束精确动态聚焦设计,电子束夹角更小,汇聚更精良,画面影像细腻、富层次感。此外,S-NX电子枪技术还具以下特点:一是使用新三极管技术,能有效减低散射达11%,并节省12%的能源消耗;二是电子枪的主镜部分有新突破,传统主镜过小,导致镜边缘汇聚不良,而S-NX电子枪采用的主镜较传统主镜长,消除汇聚不良现象;三是采用S-NX电子枪技术后,能有效地消减水波纹现象。“真视屏”独特的DSP数码信号运算系统为显示器达到最佳显示效果提供了强有力的支持。DSP技术是NEC公司的专利控制系统电路,各项性能指标与传统的电路相比有了显著提高,保证NEC公司产品独有的优秀品质。该电路抗干扰性能极强,有效减低系统产生的杂讯,消除因干扰造成的影像失真,并能做到自动优化。DSP技术能够提供逐格微调功能,包括色纯、光亮度、反差度等,有效地减少了失真现象。它允许用户对屏幕四角进行调节,图像整体效果好,避免失真现象发生。
CTX的SONY FD-Trinitron显像管技术的极平系列纯平面显示器,紧紧围绕“技术、环保、人性化设计”这一宗旨,提供给使用者完美、舒适的视觉平面显示效果。CTX在消除传统平面显示器视觉内凹失真的同时,克服了因屏幕平、容易造成结构性画面扭曲失真的难题。由于采用了先进的高密度电子枪及椭圆聚焦修正技术,其聚焦准确度提高了20%;与传统电子枪相比光束点精细了30%,配合多膜表面超黑晶屏幕,可以有效地降低背景光亮度,使对比度提高50%,无论哪一角落的影像都十分清晰。CTX独创的功能设计包括:智慧型管理员功能,随时显示当前频率,且接收不正常输入信号时,会及时告知使用者不正常状态;独具美感的按钮设计,功能齐备、操作简便;具备少数机种才有的高级视窗控制功能,如色纯度、色收敛、摩尔纹调整等。CTX纯平系列显示器从15寸到21寸,均通过了TC099安全标准,降低了电磁辐射和热辐射,为使用者提供了更好的画质,并有效地降低对其眼睛的伤害。
采用了Sony最新的(FD-Trinitron)特丽珑2代显像管的ADI“平幕王”系列全平面显示器,不但有平整的屏幕表面,而且集成了最新型的电子枪及表面涂层,有更细小的点距(0.24mm),在亮度、对比度、聚焦和图像饱和度方面都有惊人的表现。针对新型显示管的技术特点,ADI在原有特丽珑一代的基础上,重新优化设计了扫描线路,使各项优秀性能得以充分展现。新一代ADI“平幕王”全平面显示器,对比度提高了50%,会聚的精度提高了35%。由于屏幕表面是真正意义上的平面,所以在屏幕边缘也与中心一样透亮清澈。同时,ADI专门针对图像凹陷问题也作了补偿。“平幕王”系列包括15英寸、17英寸、19英寸三种尺寸4个型号。
除了显像管技术日新月异的飞速向前发展外,今天的显示器一个发展趋势是向时尚化、个性化的方向靠拢。
时尚外型设计之风始于苹果电脑的iMAC系列,苹果电脑引领风潮的透明亮彩外壳设计吸引了无数消费者的目光。色彩变革的诱人前景使显示器厂商如醍醐灌顶,恍然大悟,显示器市场立刻被形形色色的色彩和个性化的外型设计所充斥。飞利浦107Sx、105B显示器以其新颖独特的个性化设计和突破传统的水蓝色和金属银灰色颜色选择显示出与众不同的个性,引起了消费者的兴趣。考虑到传统的色彩仍有其存在空间,飞利浦107Sx、105B保留了灰色选择。三星也于近期推出充分体现时尚与个性的半透明彩壳显示器,为其显示器家族增添了几许亮丽的色彩。
此外,显示器厂商在显示器的制造过程中越来越注重其使用的舒适性。相比于多数显示器产品采用短管技术减少显示器的桌面空间,飞利浦的节省空间设计别具一格。飞利浦采用短管技术的同时,在显示器的内部结构上也采取了独特的超空间设计。现在,飞利浦几乎所有的显示器产品都采用XSD设计,成为当今市场上占用桌面空间最少、最节省空间的显示器产品。

液晶显示器技术
人们普遍认为,液晶显示器(LCD)是取代CRT显示器的未来市场主流,其市场成为各个商家竞相争夺的热点。LCD是在一定电压下,使液晶的特定分子改变另一种分子的排列方式。由于分子的再排列使液晶盒的双折射性、旋光性、光散射性等光学性质发生变化,进而又由这些光学性质的变化转换成视觉的变化,也就是说LCD是一种液晶利用光调制的受光型显示器件。LCD分扭曲向列型(TN-LCD)、超扭曲向列型(STN-LCD)和薄膜晶体管(TFT-LCD)等几种。其中,TFT-LCD已成为LCD发展的主要方向,它使LCD进入高画质真彩图像显示的新阶段。液晶显示器的原理是利用液晶的物理特性,通电时导通,排列变得有秩序,使光线容易通过;不通电时排列混乱,阻止光线通过。
由于LCD本身的工作原理,也就决定了液晶显示具有低工作电压、功耗小、重量轻、厚度薄、适于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的优良特色。目前被广泛地应用在便携式电脑、数码摄(录)像机、PDA移动通信工具等众多领域,被人们誉为第二半导体工业。就使用范围分,液晶显示器可分为笔记本电脑(Notebook)液晶显示器以及桌面电脑(Desktop)液晶显示器。Notebook LCD是我们在国内目前所最常见到的大众化液晶显示器产品,它与笔记本电脑的其它部分连为一体,以其轻便、小巧给笔记本电脑的使用者带来方便。Desktop LCD则是传统CRT显示器的替代产品。虽然这两者都是LCD,但比较起来差别也挺大的。
亮度可以说是最大的差别,使用者可以很容易觉察。DesktopLCD的可接受亮度标准是150cd/m2,当前国内见诸广告的几款Desktop LCD,其亮度均在200cd/m2左右,已经与CRT显示器不相上下。而Notebook LCD的亮度通常在100cd/m2左右,相比之下CRT显示器的显示效果自然就暗淡了许多,这也就是为什么在环境光线过于强烈的时侯,这时我们在看Notebook LCD的图像会有吃力的感觉的原因了。另外,这两种LCD的可视角度也有所区别。LCD的可视角度是指显示器对比度大于等于10的可视范围角度;在同样可视角度下,对比度越大则视觉效果就越好。一般情况下,Desktop LCD要求比Notebook LCD有更大的可视角度。此外,有相当多的Notebook LCD在分辨率变化时不能自动调整图像的面积至满屏,所以在某一分辨率下运行笔记本电脑,我们会看到只有在显示屏幕中央一块才有图像。Desktop LCD则不存在这一问题。
按照物理结构,LCD可分为无源矩阵显示器中的双扫描无源阵列显示器(DSTN-LCD)和有源矩阵显示器中的薄膜晶体管有源阵列显示器(TFT-LCD)。DSTN双扫描扭曲阵列,是液晶显示器的一种。这种液晶体所构成的液晶显示器对比度和亮度较差、可视角度小、色彩欠丰富,但是它结构简单价格低廉。TFT薄膜晶体管,是指液晶显示器上的每一液晶像素点都由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。相比DSTN-LCD,TFT-LCD具有屏幕反应速度快、对比度和亮度高、可视角度大、色彩丰富等特点,是当前Desktop LCD和Notebook LCD的主流显示设备。
飞利浦将发展液晶显示器列入其新世纪的规划,并且在此领域相继推出了181AX、晰利150P和150BTFT-LCD显示器。飞利浦TFT-LCD显示器图像质量出色,亮度高、对比度高、可视范围较宽。比如晰利150PDE双输入接口能够同时接收数字/模拟信号,避免主机、显卡、显示器之间的重复信号转换和信号丢失。飞利浦TFT-LCD显示器集成了飞利浦多种先进技术和设计理念,是目前国内TFT-LCD显示器领域最新尖端科技产品的代表。
EIZO所有型号的液晶显示器都利用了EIZO原创的D3ASIC技术,大大提高了对光亮度和色彩再现的控制,从而保证了图像质量。
D3技术包括三种先进的数码科技:数码讯号处理、数码图像控制和数码跟踪扫描。其中,数码图像控制系统能因四周环境及背景光温作出自动调节,用户亦可自动调校理想的设定。EIZO液晶显示器的光亮度系统能支持高达200cd/cm2,减少图像扭曲。EIZO液晶显示器为人们选择CRT以外的显示器提供了充分的理由:质量轻、省电、体积小、低辐射。同时它强调人体工程学的设计也为用户创造了舒适的工作环境。

场致显示器技术
有专家预测,场致发射显示(FED)技术将在显示技术舞台上成为主角。FED的原理是使用电场自发射阴极材料的尖端放出电子,而非使用热能,使得场发射电子束的能量分布范围较传统热电子束窄而且具有较高亮度。FED非常薄、轻,并且省能源,与LCD阻挡光线的受光型工作方式不同,FED采用了类似传统CRT的方法即CRT显像管用电子束轰击屏幕上的荧光粉,激活荧光粉而发光。CRT在显像管内部有三个电子枪,为了使电子束获得足够的偏离还不得不把显像管做得必须有一段距离长;FED在每一个荧光点后面不到3mm处都放置了成千上万个极小的小突起似的电子发射器,这使得FED显示技术能把CRT阴极射线管的明亮清晰与液晶显示器的轻、薄结合起来,结果是具有液晶显示器的厚度、CRT显示器般快速的响应速度和比液晶显示器大得多的亮度。FED显示器更高的亮度可以在阳光下轻松地阅读;高速的响应速度使得它能适应诸如游戏、电影等快速更新画面的场合;内置的千万冗余电子发射器让其表面比液晶显示器更凹凸不平,视角更宽广。
从显示器大小、响应时间、亮度等方面看,场致显示器都更具优势。尽管该显示器技术还处于开发初期,不太完善,但最近从英国一些大学和公司的实验室传来的消息表明,几种新技术的推出例如薄膜型墨水沉积技术、环氧树脂发射体、非光刻微带发射技术等将加大场致显示器大规模生产的可行性。

等离子显示器技术
在发光型FPD中,等离子显示器PDP无疑是最近几年来人们最为看好的一种FPD产品。它是继CRT、LCD后的新一代显示器,其特点是厚度小、分辨率佳,可以当家中的壁挂电视使用,代表了未来显示器的发展趋势。等离子显示器PDP的技术原理是利用惰性气体(Ne、He、Xe等)放电时所产生的紫外线来激发彩色荧光粉发光,然后将这种光转换成人眼可见的光。
等离子显示器PDP采用等离子管作为发光元件,大量的等离子管排列在一起构成屏幕,每个等离子对应的小室内都充有氖氙气体。在等离子管电极间加上高压后,封在两层玻璃之间的等离子管小室中的气体会产生紫外光激励平板显示屏上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光。每个等离子管作为一个像素,由这些像素的明暗和颜色变化组合使之产生各种灰度和色彩的图像,与显像管发光很相似。从工作原理上讲,等离子体技术同其他显示方式相比存在明显的差别,在结构和组成方面领先一步。等离子显示器最突出的特点是可做到超薄,并轻易做到40英寸以上的完全平面大屏幕,而厚度不到100毫米。依据其电流工作方式的不同,可以分为直流型(DC)和交流型(AC)两种,而目前研究的多以交流型为主,并可依照电极的安排区分为二电极对向放电和三电极表面放电两种结构。等离子显示器具有体积小、重量轻、无X射线辐射的特点,由于各个发光单元的结构完全相同,因此不会出现普通CRT显像管的图像几何畸变。
此外,等离子显示器还具有以下特点:屏幕亮度非常均匀而且没有亮区和暗区;不会受磁场的影响,具有更好的环境适应能力;屏幕不存在聚焦的问题,因此,完全消除了CRT显像管某些区域聚焦不良或年月已久开始散焦的顽症;不会产生CRT显像管的色彩漂移现像,表面平直也使大屏幕边角处的失真和色纯度变化得到彻底改善。同时,其高亮度、大视角、全彩色和高对比度,意味着PDP图像更加清晰,色彩更加鲜艳,感受更加舒适,效果更加理想,令传统显示设备叹为观止。
与LCD液晶显示器相比,PDP具有亮度高、色彩还原性好、灰度丰富、对迅速变化的画面响应速度快等优点。PDP视野开阔,视角宽广(高达160度),能提供给使用者格外亮丽、均匀平滑的画面和前所未有更大观赏角度。当然,等离子显示器的结构特殊也带来一些弱点。比如由于等离子显示器是平面设计,面且显示屏上的玻璃极薄,因此它的表面不能承受太大或太小的大气压力,更不能承受意外的重压;等离子显示器的每一颗像素都是独立地自行发光,相比于CRT显示器使用的电子枪而言,耗电量自然大增。一般等离子显示器的耗电量高于300瓦,是不折不扣的耗电大户。由于发热量大,所以PDP显示器背板上装有多组风扇用于散热。另外,价格较高也是一个不足之处,随着大规模生产和市场的成熟必将使其价格有大幅度下降。

总结
液晶显示器等其它显示器由于各种各样的原因,在一段时间里还无法进入普通消费者的家庭。这就给传统的CRT显示器留下了相当大的发展空间,两到三年之内,CRT显示器仍是主流的显示器产品。而各大显示器厂商不会坐视这片市场的流失,在开发新型显示器产品种类的同时,让CRT显示器变得更好,更完善。

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