Matt 隨筆

一般人對LCD往往只知道挑尺寸、亮度、對比、反應時間、連接埠等幾項重要指標，但事實上，LCD牽涉到的技術面相當廣泛，例如採用什麼面板？動態對比到底是什麼？灰階反應時間為何？TFT、LED背光、OLED等新名詞又是什麼？在這裡我們將一次為您完整解說！

液晶的基本顯示原理

液晶顯示器已經成為現今電腦螢幕的主流，並朝向「大尺寸」與「寬螢幕」方向持續發展，而LCD（Liquid Crystal Display）液晶顯示器具有的體積小、質量輕、厚度薄、耗電低、不閃爍與無輻射優點，也讓過去體積及重量均大的映像管顯示器逐漸被淘汰。

做為目前使用者每天都要看的設備，同時也是電腦最重要且必備的週邊之一，其實「液晶」這個東西在19世紀就已經被發現，而在21世紀的現在才成熟起飛，並在短短的幾年內就完全取代傳統的映像管顯示器。

液晶的起源

所謂的「液晶」是一種兼具液體流動性與晶體排列性的材料，它在常溫下就處於液態及固態之間，可說是同時具有液態及固態特性的物質，所以稱為液態晶體。液晶是在1888年時由奧地利植物學家萊尼茲（Reintzer）所發現，不過到了1963年，才由美國電視製造公司RCA發現「液晶會受到電的影響產生偏轉現象」與「光線射入液晶中會產生折射效果」，有了此一重要的發現，RCA公司才在1968年導入並發表全球首台利用「液晶」來顯示畫面的螢幕，「液晶顯示器」這個名詞也才正式為世人所知。

液晶顯示原理

液晶運用在顯示器上，主要靠液晶的「電光」效應和「偏光」的特性。「偏光」是指光波只會在一個平面上震動，依靠偏光濾光器（是由兩塊互相成為90度的單一濾光鏡片構成）；而LCD是以兩塊玻璃片中填滿液晶材料所構成，由於液晶擁有黏性、彈性和極化的性質，因此當電極通過就會改變偏光的特性。為了使LCD能顯示影像，在LCD的兩塊玻璃片中間的頂部和底部排列互相成為90度的導體，每一個交叉點就是一個單元，透過訊號輸入至每一單位，因此就能顯示影像。

主流的TFT-LCD技術

TFT-LCD為Thin-Film Transistor LiquidCrystal Display的縮寫，意思為薄膜電晶體液晶顯示器，也是液晶顯示器目前最主流的應用。TFT-LCD面板的構成是由兩片玻璃基板中間夾著一層液晶，上層的玻璃基板與彩色濾光片(ColorFilter)設置在一起，下層的玻璃則有電晶體鑲嵌在基板上，而下層這塊電晶體因為採用薄膜式設計，可以減少各個畫素間的互相干擾並增加影像穩定度。

液晶「發光」元件

液晶雖然會因為電極關係產生顏色，但是本身並不會發光，所以通常都會在液晶面板後再加裝冷陰極管，而依燈管不同的排列方式，液晶顯示器的光亮度也會有所不同。而近來火熱的「LED背光」，就是用LED來取代傳統冷陰極管，具有發熱量低、光源集中、衰退速度慢和耗電量低等特性，加上不用傳統燈管需控制器來安定發光，所以相對厚度也更薄。不過由於LED目前仍處於發展初期，所以成本較高，採用LED背光的產品，相對售價也會較高。

認識LCD各種名詞及規格

要了解LCD顯示器的優劣，就要先認識LCD顯示器規格中會出現的名詞，包含解析度、亮度、對比、反應時間等，都是各家廠商宣稱中最常聽到的，不過到底其中的數值和單位有何差異，又各代表什麼意義，且讓我們娓娓道來。

螢幕尺寸與面板解析度

顯示器的螢幕大小與顯示方式，直接影響使用者對LCD顯示器的好壞觀感，其中面板尺吋和解析度，不但息息相關，也是最為重要的部份。

‧顯示單位：像素（圖元）

液晶顯示器既然是用來觀看，當然就要先了解與觀看感受習習相關的解析度。螢幕所使用的單位是Pixels像素，與數位照片的單位相同，圖片的像素越多，代表更接近原始的影像；不過在顯示器的單位上，最常被看到的則是以對數方式呈現。舉例來說，30萬像素的影像，通常也被寫為640×480解析度，可以解釋為橫向640像素與縱向480像素的顯示面積。

‧真實解析度

無論是LCD或過去的CRT映像管顯示器，解析度都是顯示器的主要衡量標準，因為顯示器必須支援軟硬體所需要的解析度。傳統CRT映像管顯示器支援的解析度比較有彈性，不管是較高的解析度或是較低的解析度，都能夠正確顯示，且不會漏失顯示品質。這是因為CRT顯示器的影像主要是由「像素Pixels」的點和線組合而成，因此像素的多寡是影響解析度的重要因素。

而LCD螢幕影像顯示的清晰與否，「面板」的真實解晰度佔了很大的因素，只有面板原始支援的解析度，也就是一般所稱的「真實解析度」，才能顯示出最精確的影像畫面，由於LCD液晶顯示器的解析度屬於「定點形式」，所以LCD的解析度是可以通過電腦的作業系統來調節的。簡單來說，如果螢幕顯示不是真實解析度的畫面，則必須讓影像在液晶螢幕上重新計算來顯現，而一旦影像經過了演算，螢幕所顯示的畫面就會帶有破碎或模糊的情形。因此建議使用液晶顯示器時，最好將解析度調整為最高，畫面所呈現的影像才清晰。

‧寬螢幕比例

傳統映像管的電視及電腦顯示器，都採用為4:3的顯示比例，不過在邁入訊號數位化後，寬螢幕比例的畫面設計也成為主流，由於寬螢幕的設計貼近一般使用者兩眼的觀看比例，所以也逐漸取代4:3螢幕成為主流。

不過要注意的是，數位訊號採用的寬螢幕比例為16:9，而市售液晶電視同樣也是採用同樣的16:9比例顯示，但是電腦使用的液晶顯示器，則因為受限於面板廠經濟切割尺寸的原故，所以多採用接近16:9的16:10比例，也因為如此，才會造成市面上同樣尺寸的液晶顯示器和液晶電視，卻有不同顯示解晰度的情況。

面板經濟切割   LCD顯示器的尺寸大小，是由LCD面板廠切割時所決定，不過因為面板供應商本身可能同時具有不同代製程的面板工廠，原則上，面板廠代數（例如報章雜誌常見的第五代、第六代等等）越高，同一尺寸切割出來的面板數量也就越多（玻璃基板尺寸也越大），相對每片分到的折舊就越低，不過越高代的廠，投資的成本也越重，所以如何將面板廠製造的面板做最有效用的切割，以避免浪費，就是俗稱的經濟切割。   經濟切割沒有一定的基準，會因為材料成本的不同而隨之變化，但是一開始設定的玻璃基板尺寸就會直接影響到經濟切割尺寸。舉例來說，如果一個七代廠具有切割32吋、37吋和40吋面板的能力，而32吋切割出來的利用度比37吋和40吋來的高，那麼利用度較好的32吋對廠商來說則是最經濟的切割尺吋。   大致來說，目前台灣的面板廠，在五代以上多被用於切割液晶電視面板，五代以下的則較適合切割液晶顯示器用面板，不過這會依照各個廠商的定位而有所不同。   解晰度規格差異                                                                             標準顯示   顯示名稱 畫面解晰度 顯示比例 SVGA 800×600 4:3 XGA 1024×768 4:3 SXGA 1280×1024 5:4 UXGA 1600×1200 4:3 QXGA 2048×1536 4:3     寬螢幕顯示                                                                                   寬螢幕顯示   顯示名稱 畫面解晰度 顯示比例 WXGA 1280×768 15:9 1280×800 16:10 1360×768 16:9 WXGA+ 1440×900 16:10 WSXGA+ 1680×1050 16:10 WUXGA 1920×1200 16:10

亮度與對比

亮度和對比度對於LCD顯示器影像的呈現，比傳統CRT映像管顯示器有更大的影響。高亮度的LCD顯示器會有較好的畫質表現，但是也要提供相對夠高的對比度才能對應，以確保色彩的真實度和色階準確度。

‧亮度

LCD顯示器的亮度單位為「cd/m2（米平方燭光）」，規格上也會以nits顯示，這兩者所顯示的意義是相同的。亮度的解釋其實相當簡單，亮度過低就會感覺螢幕比較暗，亮度高相對顯示也會較為清晰，不過如果螢幕亮度過高，眼睛觀看過久同樣會有疲倦感產生。所以高亮度在平均光源與顯示器相當的情況下，會使螢幕顯像較清楚，特別是在觀看動態影片的時候。

目前LCD顯示器主流亮度大約介於300~500cd/m2間，液晶電視的亮度則可達到1000 cd/m2以上，不過消費者在選購時對亮度數值的感覺較為直覺，無法直接判別，但對廠商來說，高亮度規格的宣傳會更加吸引消費者注目。

‧對比度

對比度指的是螢幕畫面中最亮的白色和最暗的黑色間不同亮度層次的亮度比例值（面板本身的亮度），而對比度的數值會與影像畫質相關，當黑暗對比明顯時，會使藍天白雲或晚上暗處的畫面比一般色彩更加明顯。一般來說，對比度在120:1時，就可以顯示較為生動、豐富的色彩；而對比度達到300:1，就可支援各色階的顏色。

對比的換算方式，是以螢幕亮度全白最亮的亮度度除以畫面全黑時最暗的亮度，舉例來說，如果液晶顯示器全白的亮度為1000 cd/m2，全黑則為2 cd/m2，那麼計算出來的對比就是1000/2=500:1。也因為這樣的計算公式，所以消費者在選購時可以簡易以亮度換算驗證，看看欲購買的LCD顯示器規格是否真如廠商所述。

‧動態對比

前面所說的對比度值指的是標準的對比，最大值通常只能達到1000:1，不過目前市售的LCD顯示器或LCD液晶電視，對比度動不動就達到3000、5000甚至10000:1，如此高的對比值，則不是只靠液晶面板本身的明暗亮度，而是所謂的動態對比。

動態對比DCR（Dynamic Contrast Ratio）是液晶顯示器廠商為了加以提升動態畫面的對比度而研發的技術，原理是利用影像處理晶片來偵測輸入畫面訊號的明暗度，動態調整LCD背光源來提升顯示對比及灰階層次，可以有效改善液晶面板黑暗畫面漏光問題。

動態對比畫面因為是另外以晶片處理，所以具有即時運算的功能，不過也因為是即時運算，所以在某些反差較大的畫面切換時，例如從昏暗場景切換到明亮的白天畫面，顯示器會明顯的變暗，這是因為畫面運算會有些許的時間差所造成，一般來說看不太出來，但這種動態對比好壞見人見智，也有些廠商設計可在操作選單中開啟或關閉，但通常在較高階的產品才會出現。

動態對比的計算方式與面板對比相同，如果亮度最高是1000 cd/m2，開啟DCR晶片後可將暗度調至0.5 cd/m2，那麼顯示器的動態對比就可達到2000:1，不過由於畫面本身明暗度的差異，廠商計算標準只取相對較高的，所以動態對比的比值指的是最高可達的程度，而不是指所有畫面都適用。

可視角度

可視角度就是偏離多少角度依然可以看到畫面，一般會分為水平可視角度和垂直可視角度。水平可視角度是指左右兩邊可視角度的和，而垂直可視角度就是上下可視角度的和，因為可視角度為左右對稱，也就是由左邊或是右邊可以看見螢幕上圖像的角度是一樣的。例如左邊為160度可視角度，右邊也一定是160度可視角度。

規格中之所以會特別列出可視角，是因為LCD液晶不比傳統CRT映像管，可視角度幾乎接近180度，不過隨著液晶顯示技術的成熟，目前大部分的LCD水平可視角度都在160度以上，而垂直可視角度則在150度以上，但不同的面板技術會有些許的差異。理論上，越大的可視角度看起來會比較舒服，想要分享給其他人看螢幕也會比較容易。

色彩數

色彩數直接影響的，就是顏色飽和度的表現，理論上色彩數越高，越能表現畫面的層次，近來某家液晶電視廠商的廣告也以彩虹色階的呈現來突顯其畫面的表現。

早期的彩色液晶顯示器在受限於技術成熟度，顏色表現最多只能顯示高彩（6.5萬色），因此許多廠商使用加強色彩表現的FRC（Frame RateControl）技術，以模擬的方式來表現出全彩的畫面。不過這兩年到近期推出的液晶顯示器，因為面板廠製程的進步，多已經可達到真實全彩24位元（1670萬色）甚至是32位元（42億色）的水準。不過在超過全彩等級的色階，人的眼睛已經看不出其中的差異。

反應時間

LCD因為是以電壓驅動使液晶顯示畫面，所以多少會產生時間上的誤差，而這時間的差別就是俗稱的「反應時間」，而反應時間除了傳統的反應時間外，近來也有廠商特別強調灰階反應時間，藉此突顯LCD顯示器的畫面反應速度。

‧一般反應時間

反應時間（Response Time）指的是一個液晶晶元（Liquid Crystal Cell）從發光到不發光，再回到發光狀態所花費的時間。簡單來說，也就是一個像素由黑轉白，再由白轉黑所需的時間，以一般LCD螢幕而言，最亮到最暗共有256個層級（0為最暗，255為最亮），經過這256×2色階的過程，就是反應時間。反應時間的單位為毫秒ms（milliseconds，1 ms=1/1000秒），反應時間越長（數字越大），螢幕的反應的時間就越慢，當然反應時間的數值越小，使用者在觀看螢幕中移動的畫面時，就較不會出現類似殘影或者是慢格的感覺。

而在規格上，反應時間的數值有些會註明Tr與Tf，分別指的是「Time Rising」和「TimeFalling」，Tr為像素由暗至亮的上昇時間，代表的是液晶光亮度從10％變化到90％時液晶所需的扭轉時間；相對的Tf為像素由亮轉暗的下降時間，液晶光亮度從90％降至10％時液晶所需的回覆時間。而這兩者的一個輪迴，也就是相加（Tr+Tf）的時間，才是真正的反應時間。不過也因為由「暗轉亮」再由「亮轉暗」所需的電壓差值較大，所以也有廠商會加以更強的電壓製造出更快的反應時間。

‧灰階反應時間

在各家廠商積極加快反應時間的情況下，還洐生而出GTG這個灰階反應時間的名詞。GTG其實就是Gray-To-Gray灰階到灰階的意思，不同於基本的「最暗到最亮」與「最亮轉最暗」，GTG指的是各個灰階之間的變化，也是一般螢幕顯示時最常用的，發生機率遠多於前述「暗轉亮」及「亮轉暗」，不過也這同時也是液晶面板反應較慢的地方，理論上是以32灰階調差為單位，在不同灰階調間轉換一次所需的時間，這部分因為有些灰階色差小，液晶所受電壓也較小，相對反應時間就慢，所以如果目前規格以GTG做為反應時間的基準，會比一般反應時間（Tr+Tf）有更佳的代表性。

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