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液晶电视新技术

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发表于 2006-4-6 14:38:52 | 显示全部楼层 |阅读模式
液晶电视新技术

《视听前线》(2006/01)  文/钱志远

    当今的电视市场平板电视占据了绝大的地盘,而平板电视中液晶平板电视的势头又大大地压过PDP电视。是不是液晶电视已成为日后电视机的主角可以稳坐钓鱼台了呢?非也,且不说SED和碳纳米管等新型的FED板已经在摩拳擦掌,就是40″以上级别的电视机仍然是光驱电视等像素型背投和PDP电视的天下。电视的革命尚未成功,液晶电视机仍需努力。

液晶大板化在所必需
    据统计资料表明,2004年30″以下的液晶电视机约800万台,30″级别的液晶电视约160万台,40″级别的只有象征性的一点点。而PDP电视以40″级别为主,约200万台,50″以上的70万台,30″级别的不到50万台。
    30″成为液晶电视和PDP电视占领市场的分界线,而30″对大一点的居室而言,实在算不得大。因机身薄了,视距拉开了,画面会显得小。特别是看4:3画面的现行电视和老电影,32″宽屏电视机上的4:3画面本来就比29″电视机的画面还小,更何况大多数追逐32″宽屏电视机的时尚一族,本来看的已是34″的电视机。
    为了不使这种印象在消费者心中扎根,37″及更大尺寸的民用液晶电视机必需很快上市。去年的国际平板显示器展会“FPD 2005”上,日本、韩国和台湾的液晶面板厂商展出了各种大型板,韩国三星电子有32″、40″、46″、57″和82″纯数字高清面板;韩国LG、飞利浦LCD展出37″、42″、47″纯数字高清面板;夏普则展出65″纯数字高清液晶等产品。因为PDP阵营号称“全球最小”的纯数字高清面板就是50″,液晶电视不得不向大尺寸走。
    民用产品必须要有足够高的性价比,否则就不会有市场。液晶板的低成本技术不可忽视,其中玻璃基板大型化是降低成本的常用方法。
  液晶屏的第一代玻璃基板尺寸约300×400mm,正好一块20″ 4:3屏的大小。做小尺寸液晶屏,裁下的部份浪费了,性价比不高。制作大尺寸屏要拼板,费工费时,价格的昂贵不是民用品可接纳的。
  大约在10年时间里,这种以电脑显示屏为主要用途的液晶基板发展到第4代板,约730×920mm。相当于四块22″ 4:3屏的大小。这几代板材,整板的长宽比例在1.3左右,只宜裁4:3屏,用来剪裁16:9的液晶屏边料浪费太多,性价比差。也因为主要用于电脑,亮度、对比度都较低,响应时间较长。故现在买4:3液晶电视机要当心,便宜的可能就是这票货。
  第5代玻璃底板尺寸约1100×1250mm,长宽比约1.1,设计用于裁剪16:9画幅的液晶屏了。因为两片16:9板上下叠起为18:16,长宽比也在1.1上下。因此,主要生产30″以下电视屏用。其中又以裁15块17″ 16:9或6块29″屏最省料。这代玻璃基板在日、韩已进入淘汰期,国内引进的生产线又纷纷开始投产。因此,目前用此代板生产的液晶电视机价格较低。因16:9本来就是HDTV视频的画幅,这类液晶屏又是为电视用屏要求设计的,亮度、对比度和响应时间指标都明显优于前几代板。
      第6代玻璃底板尺寸约1500×1800mm,主要用于生产30″~40″级别的宽幅液晶电视,最佳裁剪为8块32″16:9屏,生产37″16:9屏效率也较高。第6代液晶板生产厂家主要是夏普和韩国LG与飞利浦合资厂两家,而2004年1月投产的夏普龟山第一工厂生产的这种板直至去年夏天还是品质最好的液晶板。
  2005年4月索尼和韩国三星合资的S-LCD公司兴建的第7代玻璃底板生产线投入使用,生产的玻璃板尺寸为1870×2200mm。这一尺寸面板可降低40″以上液晶面板的生产成本,主要用于生产32″、40″和46″型大小的液晶屏。1枚玻璃底板可以高效生产32″液晶板12张,46″机型6枚。索尼刚上市的新品牌“BRAVIA”液晶电视机就用这种液晶屏。台湾友达光电公司也将兴建一条第7代1950×2250mm底板生产线,计划2006年第4季度开工投产。
  玻璃底板大型化的步伐越来越快。玻璃底板尺寸由第4代发展到第5代用了2年,第5代扩大至第7代也只用2、3年。
  目前市场上的32″级别液晶电视都由第5代至第7代这三代玻璃板制成,尽管新生代板的成本低,但技术进步了,品质更好,故电视机的售价相对较高。而且更大屏幕的液晶板也可由第6代、第7代板完成,如42″与47″能够利用第7代板生产线高效生产;37″则能够利用第6代的板生产线高效地生产。
  但至今玻璃板的大型化并没有停止,夏普已开始着手建设用于第8代液晶面板的龟山第二工厂。底板尺寸为2160×2400(mm),计划2006年10月开工,2007年还将引进二期生产线。工厂将通过大幅度调整滤色镜、偏光板、背照灯和驱动IC等部件及生产工艺来降低生产成本。
  而日本推出的第9代玻璃板为尺寸为2450×3050(mm),厚度只有0.7mm,具有压倒性优势。
  会不会有第10代板就难说了,不过第5代生产线开工后曾有人认为“不会再有更大的尺寸了”,可现在不是已经发展到第9代了?

Full HDTV化和超10亿色
    液晶平板电视机阵营创造了一个”Full HDTV”的新词,Full HDTV是指开发像素点为1920×1080的液晶板材。
    液晶板的每个像素点要做得大比较困难,因为单个像素点面积大了,像素点内的均匀性难控制,画面细腻感会变差。但液晶像素点容易制作得更加精细,不论在哪种尺寸上实现1920×1080都具有有利的条件。而PDP恰好相反,必须在大尺寸上才能实现Full HDTV。这样,液晶电视就可以率先把HDTV图像的信息完全还原出来,清晰度方面就可以胜过PDP。
    其二是色彩,它有表示数目和色还原范围两个方面的特征,前者为色彩的细腻程度,后者是色彩的种类。现行液晶电视的彩色显示数目为1677万,色再现范围只有NTSC制规格的70%左右。与10bit量化,有10亿色显示的PDP相比有明显劣势。而且PDP色还原范围已达到NTSC制规格色彩的90%。
    因此,液晶板厂商就从两方面努力:一是将R、G、B三原色的8bit量化改进为10bit量化;二是改进背光灯和强化滤色镜技术,把色再现范围拉宽。
    美国国家半导体公司、韩国LG和飞利浦LCD公司等都在进行灰度控制10bit化的研制。这一技术的关键在接口配线方面,要使液晶电视的灰度层次10bit化,要能实用,削减配线的价格很关键。当进行10bit化时,驱动IC和定时控制IC芯片都要实现10bit化,这在技术上并不难,但芯片的配线要增加25%。另外,液晶电视还将率先进入全HDTV化,那么当像素数量上升为目前WXGA(1280×720)格式的约两倍时,配线数将极度上升,成本还要大幅上升。为此,压制配线数目的上升是10bit化能否走向市场的关键技术。研究表明,配线数减少在10bit和全HDTV化中有明显抑制价格上升的技术。各公司都在这方面有所进展。
    美国国家半导体公司开发出了PPDS接口技术。PPDS是点对点差分信号化的词头缩写,用于第七代液晶板材厂。采用这种技术能生产低价格市场的大画面液晶电视。此技术以几个公用的驱动IC使总线通用化,定时控制IC和公用驱动IC一对一地连接。伽玛特性调整从原来在各公用驱动IC中进行,变为在定时控制IC中进行。
    由于这二项改进,Full HDTV液晶板10bit控制时的配线数可减少到原来技术需要数的一半。安装配线的印刷配线基板从原来的4层减少到2层。
    关于10亿色的实际意义,大型液晶电视厂技术人员也有不同看法,认为实现10bit控制主要是液晶电视的发展目标。液晶板在60帧/秒显示动画的场合,由于像素中的液晶单元上加的输入电压和实际定向需要的电压差距较大,很高的比特率并无实际意义。液晶实际定向需要的电压换算成外加电压相当于50mV,此数值比8bit控制时的1bit层次电压差还大,因而,希望动态时达到10bit的层次表现是不可能的。实际上,连目前的1677万色都不能正确表现。要真正实现动态时10亿色的表现能力,还必须开发能精确控制液晶单元定向的驱动方法。
    不过,对于静止画面用10亿色是能相当正确地表现出来,比特率更高还可以超过10亿色。也许你稍稍留意就会发现,商场中不少高档的液晶电视显示着精美的数码相片,而不是视频信号。

扩展色再现范围
    改进显示色彩数目的多少只是一个方面,还有扩大色再现范围的要求。目标是能表现NTSC制色彩标准的100%。为了达到这一点,R、G、B各单色的色纯度要提高,还可利用R、G、B以外色彩,即多色化。
    现已有广色域冷阴极荧光管WCG-CCFL,LED背光灯和多色滤色膜三种方案。
    广色域冷阴极背光源方法最方便,只要在背光冷阴极荧光管的发光材料上做文章,使白光色域更宽就可以了。索尼的“BRAVIA”系列液晶电视用的液晶屏就用这一技术来扩展色再现范围。
    研发LED背光板则更进一步。因为冷阴极荧光灯的色纯度不高,若用色纯度高的白色LED或色纯度高的红色LED、绿色LED和蓝色LED三色混合出的白光作为液晶板的背光灯,色域就能更宽。
    现在20″级别采用LED背光灯的液晶板已有日本的三菱电机、NEC液晶技术,德国的OSRAM Opto半导体公司开发出来。30″以上的大型液晶电视机用的LED背光灯有美国Lumileds Lighting,LLC公开的32″产品,此背光灯的亮度为1万cd/m2 ,耗电200W。
    从技术上讲,画面尺寸大的液晶板,使用10mm左右的小LED模块照明时,彩色的均匀性会有问题。故要加扩散光线的光分散反射板,使R、G、B三色在此面内均匀混合成白色。目前用这种LED背光灯的液晶电视的厚度可以做到50mm以下。
    LED模块还可以横向设置,光线在液晶板的背面平行方向前进。在光的前进方向上使用导光板,在所需要的位置处改变方向射向液晶板表面。这种LED背光灯的厚度可以薄到15mm。用此方法采用100个模块试制的17″液晶显示器,正面亮度220cd/m2 ,光通量620lm,耗电30.5W。
    对于大型液晶板,可将LED模块和导光板组成一个单元,再按照画面尺寸的要求用多个单元并列敷设,有点像铺瓷砖的样子。
    索尼也成功开发出使用LED背光灯的46″和40″液晶电视,配备R、G、B三种LED模块。与使用冷阴极荧光管背光灯的普通液晶电视相比,绿色和红色的表现特性明显提高,色彩表现范围达NTSC规格的105%。
    但目前采用LED背光灯,耗电量会增加,约同尺寸CCFL背光灯的液晶电视耗电量的1.5倍左右。故无论在成本和耗电方面暂时还没法用于民用市场。
    韩国三星公司则跳出传统的用R、G、B三原色复合出全部色彩的方案,用多色化来扩展色再现能力。把原3色的滤色膜升级为6色滤色膜,使色还原能力达到NTSC规格的100%。
      图2是比较显色范围的色矢量图,舌形围线内是人类所有能看出的色彩。三原色能调出的颜色为图中各三角形包围的区域,其中的六边形即六色液晶板的色再现范围。
    多色化的优点不只是色域宽,还能以小细点表现出原来难以表现的色彩。三星的试制品仍是用一般的冷阴板荧光灯作背光,而色再现范围达NTSC的98%。三星认为若再使用LED背光板的话,色再现范围还能展宽。
    使用六色滤色膜也有难题。一是价格。曝光工艺要比原来的三色滤色膜增加三道,利用现在的制造设备,生产率必然下降。而要维持生产效率则必须导入新的设备。因滤色膜约占液晶板成本的20%,也为高价元件,因而板材价格的大幅上升将不可避免。
   二是信号处理问题。现在的信号色彩只有R、G、B三种,先要变换成6色种信号,如何能分解得恰到好处并不容易。但不管怎样还是与原始信号不同,即有失真。严格说电视制式的色彩标准要改变,摄像时就要摄出六基色来,才能充分表现出多色化的真正威力。
    三星前年曾在R、G、B基础上加上过白(W) 色,成四色滤色膜,以提高亮度。
    最后还有一个问题,在用六色滤色膜后,同一象素点要用2倍的TFT来控制色彩的表现。这样就必须采用高精细的TFT基板,价格必然上升。
  液晶板的响应速度仍要进一步提高。对于CRT图像来说20ms以下的余辉时间就看不出拖尾现像了,但液晶画面还不行。因为两者的扫描方式不同。CRT是一点一点扫描过去的,每一个点的激发时间很短。而液晶是一幅一幅被选通的,所以余辉要更短,动态效果才好。
    现在市面上优质的液晶电视响应速度已可用过驱动+α响应技术提高到8ms,但仍在向更高的方向发展。所谓过驱动就是一开始加上比需要的电压更高些的电压,从而加速响应速度。这种方式从黑向白的显示转换时间能大幅缩短,但中间层次转换和动画显示时,效果要小些。
    第二种方案是光学补偿双折射(OCB)快响应液晶技术,响应速度高达几ms。东芝松下显示技术公司的22″试制板,响应速度才5ms,像素点1280×720,亮度500 cd/m2,对比度500:1。
    液晶电视是高端电视中的高端,细腻鲜艳有目共睹。但细细观察在黑白两极的层次,动作的干脆利落等方面仍有不足。前一阵还爆出液晶屏后期寿命衰减比PDP高得多的评论。因此,首先实现全HDTV化,提高色彩表现和改进动态图像表现能力等有所作为的地方都在加速前进。
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发表于 2006-4-21 11:44:58 | 显示全部楼层
嗨,时下的液晶技术层出不穷,真是让看得心惊胆跳,不知所云,更不知从何下手啊?
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发表于 2006-5-18 22:23:17 | 显示全部楼层
引用第1楼sya2006-04-21 11:44发表的“”:
嗨,时下的液晶技术层出不穷,真是让看得心惊胆跳,不知所云,更不知从何下手啊?

哪就不下手,静观其变。 [s:1]
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发表于 2006-5-19 17:10:10 | 显示全部楼层
也有消息言,现在市面上的高清电视全部都是假高清,怪虾人的吧
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发表于 2006-5-20 16:32:16 | 显示全部楼层
引用第3楼sya2006-05-19 17:10发表的“”:
也有消息言,现在市面上的高清电视全部都是假高清,怪虾人的吧

市场好混乱啊,到底谁说了算,现在的数字电视恐怕也是假的吧?
HiFi无尽头

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发表于 2006-5-25 23:59:54 | 显示全部楼层
平民百姓没必要去赶这个潮流,再说现在几乎没有开放的高清节目源,就是有钱买了,也是得物无所用! [s:5]  [s:5]
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发表于 2006-5-26 09:23:38 | 显示全部楼层
液晶=贵价+显示效果不好
喜欢DIY。。。

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 楼主| 发表于 2006-5-28 21:12:50 | 显示全部楼层
引用第6楼tianjian2006-05-26 09:23发表的“”:
液晶=贵价+显示效果不好

你对液晶的理解太偏激,建议多读读这方面的文章。
手执一把大关刀!
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