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新型面板大不同显示器的追新之选

2020-12-22 07:44:53 电脑爱好者 2020年24期

青岚

背光改进Mini LED和Micro LED

液晶显示技术的屏幕面板主要由两部分组成,即光源和液晶面板,其中光源部分目前已经从CCFL(ColdCathodeFluorescentLamp,冷阴极荧光灯)全面转向了LED(LightEmittingDiode,发光二极管)。其中CCFL的形态其实就是一根根的荧光灯管(图1),在目前的显示设备中已经非常少见,不过在一些较老的广告栏中还能看到这种背光结构。

这种背光肯定会造成前方的光线有明显的条状明暗区域,因此只能尽量增加灯光的密度,并使用匀光板。而前者肯定会造成功耗、发热量增大,后者则类似于灯罩,能让光线亮度更均匀,但肯定会降低亮度,其实也在一定程度上浪费了功率。

LED则不同,它没有固定的形状,如果愿意的话,甚至可以组成一片面积较大的均匀发光板(图2)。当然,考虑到成本和实际需求,目前的显示器背光还是采用一颗一颗的发光粒,大家叫它们“点光源”,可以在平面上尽量进行均匀的排布(图3),这样通过简单的匀光板就可以实现各个角度上的光线均匀,而不用像CCFL那样考虑方向问题。

当然,从技术上看,所谓的LED“面板”与IPS、VA这样的液晶面板技术其实并不一样,应该被叫做LED“背板”或LED“背光”更准确,不过因为已经约定俗成,大家仍将其称为“面板”。至于Mini LED和Micro LED面板,从名称就可以看出,它们是LED背光技术的某种改进。

随着技术的进步,LED背光点可以做得越来越密集(图4),这样密集的发光点让人不禁想起了一些直接用LED灯来显示画面的大显示屏。如果灯光精细到本身就足够显示画面,配合液晶单元来调节色彩,会不会效果更好呢?答案是肯定的,这就是Mini LED面板。

从物理构造上看,MiniLED似乎和一般的LED没有太大区别,但更密集的发光点和灵活的亮度控制却带来了显示能力的大幅进化。一般的Mini LED显示器至少有数十到数百个可独立控制亮度的区域,而华硕ROG SwiftPG32UQX(图5)这样较新的高端产品可控亮度区域达到1152个,戴尔UP3221Q甚至拥有2000个可控亮度区域。很显然,这么多的明暗区域,本身就已经可以显示出粗略的黑白图像了,前端的像素更像是在这幅图像的基础上进行精雕和上色。

区域亮度独立控制的技术,实际上在一些游戏显示器中早已出现,被冠以智能亮度、暗部平衡等名称,但它们的效果常常并非是加强明暗对比,而是相反的,让游戏设计中原本过于黑暗的地方略微加亮,以便玩家更清晰地分辨场景,甚至看清埋伏的敌人(图6)。但这种设计通常只是将屏幕粗略地划分了几个区域,而且效果与一般用户的需求是不同的。

一般用户更希翼看到的当然是HDR(High-DynamicRange,高动态范围图像)效果,也就是让画面中阴暗的区域黑不见底,同时明亮的地方又璀璨无比,更好地还原甚至提升画面原本的韵味,让画面更具震撼感(图7)。这对于纯粹靠液晶分子阻挡光线的普通显示来说很难做到,常常是黑的地方不够黑(因为靠扭曲液晶分子很难完全阻挡背光光线)、亮的地方不够亮(除了匀光板和液晶分子造成的光线损失,还要考虑到显示器常常会为了更好地表现画面中的黑暗部分而调低背光)。

而借助独立控制背光,就可很容易地增强这方面的表现了,需要黑的区域可以独立调暗甚至关闭背光,需要更亮的區域则可以独立调高背光,显示同一副画面时就有可以有明显的明暗背光差别(图8)。这实际上也就是在同一副画面中达到类似于目前动态对比度显示的效果。

不过,对于玩家,特别是电竞玩家来说,Mini LED带来的画面效果在快速移动中几乎是可以无视的,自己更希翼拥有的是更高速的画面刷新率,甚至更喜欢提升成绩的画面增亮技术而非让人眼晕的、可能隐藏敌踪的HDR画面。

其实从Mini LED产品的实际效果和定位来看,电竞显示器同样是它非常擅长的领域,代表产品有宏碁的Predator X32(图9)等。因为准确、快速的画面变化要依赖响应时间,也就是色彩的变化速度,之前它只能靠液晶分子的排列变化来改变透光率,进而改变每个点的色彩亮度。如果背光本身就能变化,那么背光层与液晶层的共同动作,能够让画面的变化比纯粹靠液晶分子快得多,也准确得多,因此刷新率和响应速度都可以更出色,色彩也会变得更准确鲜艳。至于画面增亮技术,只要厂商在控制单元中加入相应的功能,限制过亮、过暗的显示区域,那么更多的独立亮度单元可以实现的增亮、限亮效果应该远远超过之前简单的智能亮度功能,更精细的明暗区域甚至可以做出给场景中的移动图像区域(敌人)专门突出显示的效果。当然这样可能涉及作弊,应该不会出现在电竞游戏或专业电竞显示器上。

至于辅助液晶层加快像素级别的画面变化,恐怕就要考虑MiniLED的终极形态——MicroLED了。这里大家必须提一下液晶显示器自身的显示方法,在获得背部光源提供的光线后,每个像素内的红绿蓝三个(也有一些其他的色彩选择)色彩点会通过液晶的排列方式来调节其投光量,形成不同的红绿蓝光亮度,实际上就赋予了每个像素点红绿蓝三色的不同比例,组合成大量的色彩(图10)。

MicroLED实际上就是在每个像素的RGB色彩点下放都安装一个可独立控制亮度的光源(图11),让背光的亮度控制也达到像素级别,如果说MiniLED提供的是粗略黑白图像,那么MicroLED自身就能提供超过彩色分辨率的精细黑白图像,这种显示能力也接近了每个像素(色彩点)都自发光的OLED屏幕。因为每个色彩点有了独立的光源,那么不仅大范围的图像刷新可以借助背光的区域变化,即使是几个像素甚至是一个像素的色彩、亮度变化,都可以借助独立的背光辅助来快速调节,让画面的亮度与色彩精准度、刷新速度等都大幅提升。

至于MiniLED和MicroLED的缺陷,那就是贵,因为它不光需要更多更小的LED灯粒,成本大幅上升,而且成百上千个亮度变化的控制区对显示器处理能力的要求肯定更高,需要采用高性能处理器。好在随着制造技术的提升,其成本肯定也会逐渐下降,毕竟这两种需求其实都是基于半导体设计和制造的,这方面的技术进步速度之快有目共睹。相信其价格很快就能从动辄万元以上降至如今高端电竞、半专业显示器的数千元价位。

初试锋芒QLED

在最近的顯示器中,很多用户会会发现一个新的技术——QLED(量子点LED),相应的显示器既可能和没有这一技术的类似显示器价格差不多,但也可能卖出天价;此外有些人总拿它和OLED比,但也有人说它就是普通的液晶,这又是怎么回事呢?

QLED的全称是“QuantumdotLightEmittingDiode”量子点发光二极管,从基本原理上说,确实和OLED(OrganicLight-EmittingDiode,有机发光二极管)差不多。其终极形态是利用电流刺激一些无机物涂层,激发它们产生不同颜色的光,也就可以构成自发光像素点显示器,因此可以做得超薄甚至可以弯折。它和OLED的主要差别只是使用了无机涂料而非有机涂料(图12),据称其无极涂料的发光寿命更长,长时间使用也不容易因为涂料损耗而产生“烧穿”问题。

不过,大家要注意,前面说的是QLED的“终极形态”,因为这种技术的成熟度还远不如OLED,仍在一步步地探索中,并没有消费级的“真正”QLED产品出现。不过因为无机物涂层也可以被一般的LED光源激发,产生一定的发光和色彩,所以很多次厂商会在面板上增加这些涂层,靠LED光源激发,同样可以提升显示器的色彩表现能力(图13)。

正因为QLED有这样的终极和发展型的不同“形态”,所以不管拿它和OLED相比还是和普通液晶相比,其实都没错。价格当然也是和形态有关的,目前来看,QLED至少有三个形态阶段,即图像增强(PhotoEnhanced)阶段,使用量子点强化膜;图像激发(PhotoEmissive)阶段,使用量子点彩色滤光片;电子激发(ElectroEmissive)阶段,采用主动矩阵发光二极管、细分更有6个甚至更多的技术发展阶段(图14),它们不仅成本有差异,实际显示效果也有明显的不同,所以不同技术的QLED产品价格也就有了巨大的差别。

由于目前第二种形态的量子点彩色滤光片面板生产线刚刚投产,所以相关产品的价格当然也就极为高昂。而量子点强化膜只是改良普通液晶显示器的技术,它曾经也因为出色的显示效果而成为高端电视、显示器的专属技术,价格不菲,但目前已经不算是成本很高的技术,加上与各种新的显示技术相比,效果已经没有那么惊艳了,所以价格也就不应该再高高在上了。

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