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笔记本屏幕2007大变脸 笔记本屏幕新技术剖析

  方成亮 落常明

  与台式LCD显示器相比,笔记本电脑的屏幕比较特殊,由于其不可升级性,决定了消费者选购时对屏幕的表现力期望较高;而另一方面,由于体积及功耗限制,并非所有的屏幕先进技术都能应用到笔记本电脑屏幕当中去。笔记本屏幕的技术演进就在这样的原生矛盾中前行。

  Part1:主流笔记本屏幕表现  

  防眩光和防反射技术的效果对比

  普通屏幕采用防眩光技术,将偏光膜表面加工做成凹凸状,将光线均匀分散,达到防眩光(AG)的效果。AG技术同时也造成从液晶面板射出的光线被分散,造成显示画面不够锐利。

  镜面屏幕采用的主要是防反射技术。光线经过偏光膜表面时,会有5%左右的反射损失,由于光度损失及反射光将造成LCD辨识度降低。改善方法是在偏光膜的表面蒸镀上一层金属膜,利用光干涉原理来降低反射值,将反射降至1%以下,这就是防反射技术(AR)。

由于没有使用AG技术,并且增加了降低反射的金属膜使得显示效果更加锐利,防反射技术还可以提高屏幕的可视角度。

  宽屏、高亮、大视角,如此种种。与台式LCD相类似的主题词同样适用于笔记本电脑的屏幕,而当前市场上处于主流地位的笔记本电脑,其屏幕实现了怎样的视觉表现呢?

  亮度与对比度:

  差强人意的提升

  亮度标示就是背光光源所能产生的最大亮度,人眼舒适的亮度大约介于200~250流明之间。桌面式液晶显示器多采用两根灯管,亮度在250流明左右;从《中国计算机报》2006年实测笔记本电脑的数据资料来看,目前多数笔记本电脑的显示亮度一般为120~150流明,小部分笔记本电脑实现了200流明甚至300流明的亮度。相比2005年的产品情况,亮度上有了一定程度的提高。

  从多数笔记本电脑的表现来看,这种亮度在日常使用时能够满足需求,但在外界光线较强的地方显示商业文档,播放清晰度较高的演示视频文件时,屏幕亮度就难以胜任了。

  当前笔记本液晶屏的对比度已经全面突破了200:1,但要适用到更广的场合,对比度最好能达到300:1或以上,目前大部分产品已经能够接近这个水平。亮度与对比度上与台式LCD有着明显差距的原因在于笔记本电脑更注重移动性,要求更轻薄节能。绝大部分笔记本液晶屏都只采用一根灯管置于屏幕后方,很难如台式LCD显示器采用两根、四根甚至六根灯管配置。

  色彩表现:

  6bit屏幕占据主流

  色彩是有些抽象也很主观的概念,甚至与显示器亮度以及对比度有很大关系。而色彩表现力则的确是一个独立概念,理论上可以理解为色彩显示的数目,直观感受便是画面色彩层次的实际表现。现在,很多桌面式LCD显示器通过MVA或是IPS面板达到8bit输出,也就是16.7M色显示。

  近期有关于笔记本电脑液晶面板技术可实现类似MVA或是IPS面板效果的宣传,这类改进技术实际上是驱动IC部分的操作,并非实际液晶面板的性能提高。对于笔记本屏幕而言,由于其切割尺寸实在太小,所以面板厂商很难将拥有最先进技术的大面板流水线用于笔记本屏幕,再加上厚度和驱动IC方面的限制,普遍只能实现基于TN面板的6bit色彩输出,实现的是16.2M色显示。

  可视角度与响应时间:有望快速补齐短板

  可视角度与响应时间主要由液晶面板的性能来决定。由于这两项技术指标基本摆脱对驱动IC以及周边电路的依赖,所以目前表现还算不错。就2006年的新款笔记本而言,采用的液晶面板已经远离了30ms的掣肘,实现了25ms或16ms,个别产品的响应时间会更短,基本不存在拖影现象。

  可视角度则依然有很大的提升空间。大多数第一代TN面板技术的笔记本屏幕只有140度左右的可视角度,有些甚至更小,现在第二代甚至第三代TN面板已经在可视角度方面大幅度改善,实现160度可视角度的笔记本电脑屏幕开始出现,并呈普及之势。

  Part2:如何实现亮度更高  

  东芝Clear Super View超显亮技术 

  半透半反技术原理

  如同前几年在显示器市场上席卷而来的“高亮”风潮一样,如今在笔记本市场上也出现了这股潮流,厂商已经非常注重将先进屏幕技术,如增强增亮技术应用在笔记本电脑上。

  图层改进技术

  这项技术应该被归结为屏幕增益技术,主要是依靠在液晶面板上的多个图层来改善亮度表现的。以HP超显亮技术BrightView技术为例,由于采用特殊工艺抛弃了遮光图层,取而代之的是抗划痕图层,液晶屏的亮度和清晰度都相当高,无论是文字还是图像,都可以获得清晰的显示效果。

  明基笔记本的“偏振光分离”技术也是一个典型代表。利用“偏振光分离”功能的PCF技术,大幅提高LCD面板的亮度。其效果正如聚光片那样提高了正面的亮度,而且也有效地提高了斜面的亮度。所以明基笔记本的LCD面板可借由光的再利用提高亮度,使其亮度大幅提升到200流明。

  图层类改进技术中的另一种则是利用更薄的涂层,而不是实际添加一层基板。例如东芝Clear Super View屏幕拥有硬涂层和低反射涂层两个层面,而“低反射双涂层”技术有效地解决了内光散射与外光反射的问题。当屏幕背光穿过液晶板的时候会先经过硬涂层,涂层此时起到了抑制光线散射的作用,从而使图像更鲜亮。NEC的广角炫丽屏效果也比较类似,其表层玻璃相比其他的LCD更薄、更透明,它具有Glare和AR低反射涂层,Glare涂层是一种聚光膜技术,在不增加灯管和耗能的同时提升屏幕亮度。富士通在其最新发布的平板电脑上应用的是半透半反技术,主要是为户外使用的情况考虑的,通过合理利用外界光线,实现了更高亮度,也减少了屏幕功耗。

  黑晶α涂层也很值得关注,其原理是通过涂层对光线的过滤作用,滤去光线中的杂波,达到增加透光率、对比度和色彩浓度的效果。然而,特殊涂层技术目前还是很少应用在LCD上,最根本的原因在于液晶面板表面贴膜的工艺难度很大,而且类似涂层的技术因为需要在完全无尘、无静电、无抖动的严格环境里制作,丝毫的微粒和静电或抖动都会使得涂层掺入杂质或夹杂气泡等。目前,黑晶α层涂层已经发展得比较成熟,海尔已经在笔记本电脑上普及化地进行应用,在亮度和对比度上有了进一步提升。

  灯管改进技术

  客观而言,采用中间位置的单灯管技术难以在屏幕亮度方面实现突破,但不同灯管在效果方面还是有所差异。通过与聚光板和反光板的配合,笔记本电脑屏幕的灯管的安装位置以及亮度均匀性控制非常关键;此外,也有一些笔记本电脑屏幕采用了两根灯管,这对于提高亮度表现大有帮助。

  灯管是不是越多越好呢?理论上是,但目前有两个问题令笔记本厂商“头疼”:首先是技术难度,要实现多灯管必须具备极高的制造工艺水平;其次是功耗,显示屏耗电越多,意味着笔记本电脑的移动性受到的影响就越大;而且高对比度和高亮度的显示器发出的光线过强,也会影响到人眼疲劳。所以,灯管亮度以及灯管根数与耗电量之间有一个平衡关系,并非要一味追求高亮度。

  Part3:如何实现色彩更好

  色彩一直都是困扰LCD的难题,尽管专业产品能实现8bit、10bit色彩通道设计,但消费级LCD显示器大多只能实现6bit色彩通道,也就是我们过去所说的18位色。18位色可表现出262144种真实色彩,而真彩则要求24位色,也就是对应16777216色,前者的色彩总数只有后者的2%。但在实际使用中,二者在色彩方面的主观差异远没有数字比例上那么悬殊,18位色已包含各种常用色彩,而一幅图像或一段视频中用到的色彩数目不会太多,18位色基本能够应付,即使图像中有某些色彩无法表现,也可以用其他色彩来代替。因此在用户看来,很多18位色显示的图片并不比24位色差太多。

  像素抖动与色彩增强技术

  尽管6bit面板无法和8bit面板相比,但一下子全部转为8bit面板显然还并不现实。面对用户不断提高的要求,各大LCD生产厂面向6bit面板推出了独家的色彩增强技术。这一类LCD色彩增强技术,主要目的是缩小6bit面板和8bit面板的差距,延长6bit面板的应用寿命。从实现技术上来看,Pixel Dithering像素抖动算法是目前的主流。

  像素抖动通过快速切换两种颜色,人眼的视觉就会“看到”两种颜色之间的第三种色彩,例如快速切换黄色和红色,我们看到的就是橙色效果。抖动技术在一定程度上解决了LCD屏幕颜色不足的问题,但它并不完美。首先,抖动产生的颜色实际上是利用人眼的错觉,无论对抖动算法作何改进,显示出的颜色始终难与真实色彩媲美,这也是LCD屏幕的色彩效果一直比不上CRT的一大原因。其次,抖动技术无法得到253、254和255三种灰度,实际显示的颜色数比24位真彩少50万种,尽管这个数量谈不上庞大,但255为全白色,缺乏全白显然对实际显示效果有一定影响。为此,许多笔记本电脑厂商都在色彩增强技术方面做文章,即通过对数字显示信号进行一系列加工处理,使得每一像素的色彩、亮度、对比度等指标都达到最有利于显示的程度,然后将加工过的显示信号在屏幕上显示。

  关于笔记本屏幕的色彩增强技术,目前还没有统一标准。一般来说,这类色彩增强技术完全依靠IC芯片来实现,有时也整合在驱动IC上。如三星笔记本电脑提出的“高丽屏”,就是将显示效果利用DNIe芯片优化并经过合适的亮度、对比度投影出的技术。

  色彩增强技术的本质还仅仅是提高输出锐度,或是进行一些像素抖动算法的补偿。但是,其效果仅仅只能算是一种辅助手段,并非提高色彩表现力的源动力。

  帧速率控制技术

  帧速率控制技术主要是利用了视觉惰性的人体生理特性,简单来说,就是指人眼的亮度感觉并不会随着物体亮度的消失而立即消失。适当控制帧速率,同时对相邻帧之间的颜色进行一定控制,我们在使用LCD屏幕观看动态画面时,同样可以看到其本不能显示的颜色。

  客观地讲,帧速率控制技术的确是一种非常有效的技术,也为多数厂商所推崇,仅仅是因为各大厂商在具体实现方式和细节上还是略有差别,因而各自有着一些体现专有技术的不同命名。我们也看到,部分液晶面板因为本身品质不佳,因此无法很好地利用这项技术,这也就直接体现在色彩表现力明显逊色一些。当然,我们不能认为有了优秀的帧速率控制技术就可以使得6bit TN面板的笔记本电脑屏幕等效于8bit面板,这仅仅是一种补充。事实上,真正值得我们期待的还是新一代B-TNIII液晶面板。这类改进型TN面板可以很好地应用在笔记本电脑屏幕上,而且同样实现了8bit色彩输出。

  Part4:未来屏幕向何处去  

  3D显示原理图 

  white LED实现的超薄屏幕原理图

  就笔记本电脑最为关注的移动性而言,LCD屏幕的确是一个不小的负担。一方面,LCD屏幕的耗电量相对比较大,因此为了延长使用时间,很多用户在使用电池续航时,都把笔记本屏幕的亮度调到很暗;另一方面,其体积也成为影响整个笔记本电脑便携性的一项因素。未来,笔记本屏幕要实现的目标无疑是更轻更薄,同时更省电,通过那些即将成熟的技术可以实现这一目标呢?

  低温多晶硅技术

  低温多晶硅技术是一种制造工艺,是多晶硅技术的一个分支。对LCD屏幕而言,采用多晶硅液晶材料具有更薄、更小、功耗更低等突出特点。与传统的高温多晶硅相比,低温多晶硅虽然也需要激光照射工序,但它采用的是准分子激光作为热源,激光经过透射系统后,会产生能量均匀分布的激光束,并投射于非晶硅结构的玻璃基板上。当非晶硅结构的玻璃基板吸收准分子激光的能量后,就会转变成为多晶硅结构。处理温度让普通玻璃基板也可以承受,这就大大降低了制造成本。

  在参数上,低温多晶硅的水平和垂直可视角度达到了170度,显示亮度达到500尼特,对比度为500:1。部分东芝笔记本电脑已经开始应用这项技术,华硕、明基、NEC以及SONY等品牌,也有部分产品应用了这项技术。除了制造成本降低外,采用低温多晶硅的LCD反应速度极快,体现在LCD屏幕当中,便是响应时间可以做到更短。

  此外,低温多晶硅制造的LCD面板,薄膜电路也能做得更小、更薄,电路本身的功耗也较低,很适合在笔记本上应用。更为重要的是,较小的薄膜电路让多晶硅LCD拥有更高的开口率,在背光模块不变的情况下拥有更出色的亮度及色彩输出。换个角度考虑,采用多晶硅材料也可以在确保亮度不变的前提下,有效降低背光源的功率,整机功耗也将因此大大降低。

  OLED与white LED技术

  有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)并不是最新的产品,但将其应用到显示技术上的确称得上是一种创新。OLED被认为将成为未来便携设备显示屏的技术热点,目前市场上已经出现了极少数笔记本电脑应用了这种技术。

  使用OLED技术的显示器可以做到体积非常小,甚至小到可以放在指甲上。OLED通过电流驱动有机薄膜发光,可为红、绿、蓝等单色,甚至可以达到全彩的效果。它的优点在于制造成本低、可自发光、视角达165°以上、反应速度快、耗电量低等等,而这些都是LCD所不具备的。

  如果您看过笔记本电脑厂商的露天产品展示的话,那么一定会有印象:在强烈阳光的照射下,几乎所有笔记本电脑屏幕都会黯然失色,显示内容非常模糊。采用OLED技术的屏幕则完全可以避免这种状况,OLED是通电后自发光,显示效果自然比液晶显示器更清晰、柔和,在日光照射下画面仍然清晰,因此很适合笔记本电脑进行户外使用的情况。同样,由于视角很宽,因而也不会有LCD从侧面看就看不清楚的问题,LCD影像残留及画面跳动的情况也得到了有效避免。

  省去了背光模组装置之后,OLED在功耗和外型厚重方面也有着极为出色的表现。要知道,在目前电池技术没有实现突飞猛进的情况之下,移动产品的功耗控制至关重要。如果采用OLED显示屏,其超低的电力消耗可以让大多数笔记本续航时间延长为现有水平的一倍以上,具有相当大的诱惑力。

  目前,OLED的应用还局限于小尺寸液晶屏,但SONY已经实现了一定程度上的技术突破。以新款VAIO TX为例,11.1英寸的屏幕采用了white LED技术,可以称得上OLED的改进型。

  如今的技术进步,克服了white LED的发光效率要比荧光管低得多的缺陷,保证了现在使用的white LED有着极佳的发光效率,丝毫不逊于荧光管。由于white LED要比OLED荧光管小得多,因此厂商不必再为了容纳荧光管而保留常规的空间,于是一种更轻巧、也更纤薄的构型也就得以实现了,应用在VAIO TX上的white LED只有0.6毫米厚,相比之下,一根荧光管的厚度要达到2毫米。仅此一点,white LED就要比荧光管装置薄1毫米以上,同时很好地控制了功耗。

  更薄的玻璃面也增强了液晶的强度,常见的一种误解认为,较薄的玻璃更容易打碎。但事实是,玻璃越薄,越具有延展性,意味着它具有更大的灵活扭曲性,因此,更薄的玻璃实际上具有更强的抗破碎性。

  3D液晶显示技术

  对于注重影音效果的笔记本来说,夏普的3D液晶显示技术也值得关注。这项技术使用了很早就被熟知的光学视差障碍原理,由原来的TFT液晶显示器和夏普自行研发的“开关液晶”组合构成,通过该开关液晶,可以控制来自显示器的光的进行方向,设置光学视差障碍,使左右眼睛能看见不同的图像,从而形成了立体图像的显示效果。

  值得关注的表面声波技术

  在UMPC和某些平板电脑上普及应用的触摸屏技术也是一项很值得关注的技术。在各项触摸屏技术中,表面声波技术可谓是最先进的,它巧妙了利用了机械波的反射原理。虽说表面声波技术于红外线技术有些类似,都是依靠用户阻碍反射来定位坐标,但是表面声波的精度、防尘能力、寿命都是红外线技术所不能比拟的。未来,UMPC的液晶屏幕显示效果将很大程度上依赖于触摸屏技术,而成熟的表面声波无疑是最佳的解决方案。

  小贴士

  避免屏幕工作超负荷

  使用笔记本LCD屏幕要尤其注意工作时间。当连续满负荷工作96小时以上,它就会迅速老化,严重时甚至会烧坏。这是因为LCD屏幕的像素点是由液晶体构成,长时间工作很容易使某些像素点过热,一旦超过极限会导致永久性损坏。这就形成了常说的“坏点”。所以,如果用户不得不长时间工作时,也一定要让屏幕得到间歇性的休息,不能长时间地处于显示同一内容的工作状态。而当屏幕处于等待工作状态时,就要降低亮度。

  正确清洁显示屏表面

  所有曾经因为将饮料洒到笔记本键盘上而造成键盘损坏的用户都知道这个常识:不要让任何具有湿气性质的东西进入LCD屏幕。一旦发现有雾气,要用软布将其轻轻地擦去,然后才能开机。如果湿气已经进入LCD屏幕,就必须将本本放置到较温暖的地方,以便让其中的水分和有机物蒸发掉。如果发现显示屏表面有污迹,可用沾有少许玻璃清洁剂的软布轻轻地将其擦去,不要将清洁剂直接洒到显示屏表面上,清洁剂进入LCD将导致屏幕短路。此外,擦拭LCD表面的清洁布应该足够柔软,推荐使用3M的思高拭亮魔布。

  从屏幕挑选谈笔记本电脑选购

  选购笔记本电脑时仔细检验其屏幕表现是很有必要的。大家可以着重考察其色彩表现力,最好的方法便是直接与不同的产品进行对比。假如条件不允许,可以用Monitors Matter CheckScreen这款测试软件。它可以很好地检测LCD屏幕的色彩表现力、响应时间、文字显示效果以及有无坏点。Monitors Matter CheckScreen以三原色和1670千万种的色阶画面考察色彩表现力、色彩均匀性和色阶表现力,如果发现过渡部分有明显的模糊现象,那么其色彩表现力可能存在严重缺陷。当然,最简单的方法还是直接用一些场景昏暗的游戏或者DVD影片来测试,真正高亮度与高对比度的LCD屏幕应当至少不会是灰蒙蒙一片。

  

(责任编辑:buyi)


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