重新认识 LCD 显示器

重新认识 LCD 显示器

编者按：很多朋友都有显示器选购的需求，少数派会员针对 2022 年的显示器市场制作了《显示器选购及使用指南》，帮助大家解读购买显示器时所需要了解的术语和知识，以及选购时需要留意的细节。

为了让报告中的技术细节更为准确，我们获得了来自德国莱茵的技术指导和支持。并且在德国莱茵的支持下，我们将向所有少数派读者免费解锁本栏目。方便大家都能买到心仪的显示器。

本消费者报告仅供读者参考，一些内容的参考性和准确性可能随时间推移而改变。

本报告最初于 2022 年 8 月首发于少数派会员计划，如果你对其他报告感兴趣，我们鼓励你了解并加入少数派会员。

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来了，第 100 次问买什么显示器，这次真的要买了，27 寸哪家强？

如今，无论是学习、工作还是娱乐，我们都能见到显示器的踪影。随着近些年来显示器的面板制造商不断发展，显示器市场也从早些年的 LCD 独步天下发展到了现在的 OLED、QLED 齐开花。对于大众消费者来说，显示器又和电脑一样属于使用时限较长的电子产品，等到想给显示器换代的时候，已经被各种「新面板」、「新技术」绕晕了。

作为一个还算了解大多数消费电子产品的消费者，我常常被各路好友问到如何选购一台显示器。尤其是疫情增加了大家在家办公的需求，需要选购显示器的朋友也越来越多了，但普通消费者又确实不知道应该如何下手。

事实上，显示器这种产品的构成非常好理解。如果消费者在选购之前了解显示器的基本的组成方式，那么在选购时虽然称不上游刃有余，但也可以算是心中有数了。这也是我们制作这份显示器报告的初衷。

显示器的基本构成

显示器的构成其实并不复杂，大体上分为 3 个主要部件：

• 额外的零件

面板，指的就是我们日常生活中的天天所见到的部分，也就是显示器主要呈现内容的那个部分。虽然不同的面板工作原理各不相同，但反应到使用者这边最后都是在做「呈现画面」这一件事。

驱动板，类似电脑的主板，所做的就是让面板知道显示什么。显示器的输入接口往往也连在驱动板上，由驱动板「翻译」以后交给面板来显示。刷新率、面板的背光或是面板像素发出的色彩等等和面板有关的数值也由驱动板控制。

Studio Display 背后一块巨大的驱动板，图片来自 ifixit

额外的零件，在显示器中实际上就是各种排线、按键板等通用的零件。对于更高级的显示器来说可能还有拓展坞、光线传感器、音响等等。

正因为显示器的内部结构简单，很多极客玩家才会有 DIY 显示器的玩法。

我们想在这份报告里说清楚这些事

虽然粗粗地看起来显示器组成方式很简单，但随着对显示器了解的程度越来越深，越会意识到成品显示器厂商所做的可能不只「把零件装起来」那么简单——同样是 LCD 面板的显示器，为什么 A 比 B 的色彩显示更浓艳？为什么看上去参数接近的产品，甲却比乙贵了 2000 块？——我们希望把涉及显示器的方方面面都说清楚。

但在这份报告中，我们在绝大多数的文章里都将不会使用拍摄屏幕的方式对比屏幕，因为人眼和相机 CMOS 感知到的光谱不一样（也没有任何 CMOS 光谱和眼睛是一样的），所以屏摄拍到的画面一定会和人眼的看到的有所不同。

可以看到人眼的光谱范围远比 CMOS 来得小，图源

为了保障本次消费者报告的准确性，我们还找到了我们的老朋友 TÜV 莱茵，并在他们的帮助下更深入地了解到了有关显示技术的细节，以及一些符合当下显示器使用环境的具体检测流程。希望借此机会，可以把显示器中正确且前沿的信息传递给大家。

所以在这份报告里，我们首先会从 LCD、OLED 以及近些年大火的类纸类显示器工作原理来聊起，一起来了解你在选购显示器时厂商所说的那些专业词汇到底是什么以及有什么优势；接下来的报告中，我们还将为大家带来两份非常详细的显示器选购指南，帮助你在接下来的购物季中可以游刃有余地挑选到适合自己的那台显示器；而在本次报告的结尾，我们还精心准备了三篇和显示器有关的内容，包含显示器和眼健康、认识显示显示器校色以及如何为显示器进行校色等内容，希望可以帮你科学正确地了解和显示器有关的方方面面。

接下来，我们就一起来看看我们日常生活中最常见的 LCD 技术显示器背后到底隐藏着哪些细节吧。

这是 LCD 的时代，但还没结束

在有着「大屁股」一样标志性设计阴极射线管显示器（也被称为 CRT 显示器）逐渐被时代淘汰之前，各种各样的液晶显示器（LCD 显示器）就已经开始霸占我们的桌面很久了。但时至今日，LCD 显示器还远不称不上落伍，目前依然占据着消费级显示器的半壁江山。

而 LCD 显示器至今坚挺的道理其实很简单：它的制作成本低，生产良率高，所以相对其他面板 LCD 能做得更便宜。

想要认识这个显示器届的常青树，我们得从它的工作原理谈起——

LCD 的工作原理

LCD 的工作原理其实可以简单分成 3 部分依次来看：

• 彩色滤光片

无论是哪种类型的 LCD，它的发光基础就是背光光源，我们可以简单地把背光理解成手电筒。背光决定了一个显示器能有多亮，以及能显示多少色彩，所以背光的种类也一直随着科技技术的发展在不断地变化。

背光已经从很早以前的冷阴极荧光灯管（CCFL）逐渐变为了更常用的发光二极管（LED）了，用 LED 的原因其实很简单，不仅更亮、使用时间更长，而且耗电量更少、发热更低。

LED 背光当然也是有颜色的，不过随着各种技术的发展，白光 LED 也变得很普遍了，白光 LED 可以很好的兼顾显示器的亮度以及显示器可以显示的颜色，也是目前绝大多数 LCD 所采用的方案。

但想要让显示器显示更广泛的色域，那么背光就不得不使用蓝色的 LED。因为蓝光照射到位于前方的荧光材料后，一部分被荧光材料吸收后激发产生出黄光，另一部分则穿透过荧光材料，与荧光粉激发的光混合在一起形成白光。这样混合而成的白光更加纯净，所以能显示更大面积的颜色。

当然，除了像这样 LED 直接置于最底部的背光层（也被称为直下式背光），还有很多的显示器会采用侧入式背光，这类显示器的背光层本质上就是一排安装在屏幕顶部或者底部的一排 LED，光线透过导光板照亮整块背光。相比于直下式，侧入式显示器可以做的更薄、功耗更低，但亮度相比于直下式的也会低上不少。

液晶层也是所有 LED 面板中必须要有的一个关键型部件，液晶层的液晶分子在 TFT 层施加的电压下会发生转动。所有的液晶可以想象成排列成一层层排列的小棍子，通过不停改变躺着或者立起来的角度来改变每一个像素的亮度，完全躺下就是所有的光都不能通过，完全立起来也就是所有的光就都能通过了，所以每一个液晶分子可以简单理解成随时改变透明度的薄膜。

目前有 3 种不同的液晶种类，分别为：

TN 是最早用于 LCD 屏幕的液晶种类，如果你用手去戳一下的话还有「水波纹」，TN 的液晶分子在需要亮起时会以螺旋状排列，而不需要亮起的时候则会回到竖直的排列，整体的切换速度非常快，所以 TN 屏幕的优势就是响应速度够快，显示器厂商也利用这一点做出了最早的高刷新率显示器。但由于螺旋排列会有顺时针和逆时针的区别，所以不同的角度的亮度是不一样的，所以 TN 屏幕的劣势就是面板可视角度比较小，对比度低，颜色失真比较多。

VA 面板液晶分子则是需要亮起时保持往四面八方倒下的状态，不需要亮起的时候则竖起来。完全躺平的工作原理可让所有的角度的亮度保持一致，所以 VA 面板可以保持非常好的对比度。此外，VA 面板的显示器可以在大部分的角度下保持一致的可视性，颜色和对比度也不发生过大的偏差。但 VA 面板需要液晶完全躺倒，所以响应时间相对差很多，后续的技术升级中的 MVA/PVA 也改善了响应时间和可视角度，但又牺牲了亮度。

IPS 面板的液晶分子完全处于在一个平面上，开启和关闭只需要让液晶分子旋转 90 度即可，作为目前应用最广泛的 LCD 面板，它的优点是从所有角度看都能保持一致性、和很高的色彩准度，触摸时也不会变形，也能覆盖更多的颜色。但是 IPS 响应时间上是 3 种面板里面最长的，而且会有漏光的问题。而最新的 IPS 技术是 IPS Black 主要是改善了 IPS 面板的对比度，就是看起来会更黑一点。

总的来说，这 3 种面板各有利弊，但主流显示器还是以 IPS 居多。液晶特性决定了它不可能完全遮挡背光，这也是 LCD 在显示黑色时看起来依然不是全黑，且对比度相对比较低的主要原因。

彩色滤光片

LCD 的最后一层也是最靠近我们的这一层就是滤色片了，滤色片通常由红、绿、蓝三色组成，白色的背光透过液晶分子，再照射经过滤光片就能得到我们想要呈现的颜色。

新的背光技术：分区背光、mini-LED 和 microLED

随着 Dolby Vison、HDR 片源逐渐在消费者侧流行起来，显示器能否显示 HDR 内容也成为了一部分爱好者的选购标准。HDR 内容最大的特点就是更亮的亮度、更高的对比度以及更宽广的色域。色域和亮度本质上都是要改进背光层和彩色滤光片，但对比度就没那么好搞定了，以对比度见长的 VA 屏幕最良好的情况下也只能达到 4000:1 的对比度。相比之下，人眼可感知的亮度范围为 10^-2 到 10^6 之间（这里的单位是 cd/m^2，大家更常见到的说法是 nit），可感受范围达 10^8。所以屏幕的对比度在显示 HDR 内容时，远称不上够用。

常见光源的亮度，图片来自知乎用户 @如云般飘过

对比度不够问题本质在于——液晶其实没办法完全阻挡背光。解决这个问题的方法其实也很简单，我们只需要让背光根据不同区域动态调整各自的亮度就好了，这就是分区背光（Local Dimming）的原理。

一张分区背光工作时背光的工作情况

分区背光工作时并不是单独调节每一个 LED 灯，而且将所有 LED 灯泡分为若干组，然后动态调节每个组里的灯泡亮度，每个组即被称作一个分区。理论上来说，单独调节每一个 LED 灯也是可行的，只不过当前显示器的驱动板没有算力去做如此细致的调节工作，因此只能分区调节。

每个背光区域负责屏幕的某个显示区域的亮度，这样就可以做到该亮的地方足够量，该暗的地方足够暗，这样屏幕的对比度就能从普通 IPS 的 1000:1 变成夸张的 1000000:1，足以满足 HDR 的要求。

当然，分区背光也是有自己的极限的，如果遇到比分区区域小的物体——例如夜空中的星星——分区背光就没办法继续拉开对比度。而且如果一个区域点亮，但是相邻的区域不亮，由于液晶并不能完全阻挡光线，所以会看到光晕。

分区背光不可避免的问题，适当夸张了效果

目前市场上还多了很多 mini-LED 面板的显示器，例如 Apple 的 iPad Pro。mini-LED 仍然以背光源发光作为基础，但大幅缩小了单个灯泡的体积，从而提高了分区控光的精细度，也减少了漏光产生的影响。

目前，显示器厂商已经开始在着手于可以单独控制灯泡的 mini-LED 面板了，这类面板被称为主动式 mini-LED ，预计能有很好的光晕控制以及更高的对比度。

在 mini-LED 的基础上，micro-LED 更进一步，不仅灯泡的尺寸缩小到像素级别，而且每个颜色的子像素都能独立控制，长时间使用以后不会像 OLED 一样出现有机物衰减的情况，不过目前 micro-LED 造价非常昂贵，所以还没有进入消费者市场。

量子点的应用

除了上述这些 LCD 的实现方式，还有一种采用了量子点技术的 LCD，有时也被三星会把这类屏幕统称为 QLED 屏幕。

量子点（quantum dot）的发色原理并不复杂。所谓量子点，就一种极其微小的无机纳米半导体晶体，不同体积的量子点在受到电或光的刺激后就会发出不同的颜色。由于量子点发出的光是高度纯正的单色光，人们就将之用在了电视和显示器上。

不同直径的量子点受到光线刺激后会发出不同颜色的光，利用这个原理就能产生 RGB 颜色

量子点 LCD 有两种实现方式，一种是直接用量子点做背光，另一种则是将量子点作为彩色滤光片。无论哪种方式，人们都会用蓝色刺激量子点发光的光源，因为蓝色的能量相对较高，而且可以作为 RGB 三个字像素中的蓝色子像素使用。

有一个专门的名词去表示把量子点作为背光的做法：量子点薄膜（QDEF），首先它需要整块蓝色的背光，接下来蓝光照射到位于前方的量子点薄膜层，有一部分的被转换为红光、绿光，还有一部分蓝光则直接穿过了这一层量子点薄膜，三者最终一起混合为「最纯净」、「最理想」的白光，这些白光在透过液晶分子照亮位于最前面的彩色滤光片，组成屏幕上的色彩。这种红光、绿光和蓝光混合而成的白光光谱会更为纯净，所以色域可以做的更加宽广，显示器亮度也能做的更高。

而把量子点作为彩色滤光片的做法则被叫做量子点彩色滤光片（QDCF / QDCC），这种量子点是位于面板内的，整块的蓝色背光透过液晶层照亮位于最前面的量子点彩色滤光片，彩色滤光片中根据红色像素和绿色像素的具体情况加入不同尺寸的量子点，而至于蓝色像素则直接留空，这样蓝色就直接能透出来。所以在蓝背光的激发下，红、绿、蓝都能激发出一个高纯度的颜色，能将显示器的色域、亮度和可视角度提升到一个非常夸张的层次。

不过这种的量子点彩色滤光片可能会遇到一个问题，就是量子点会被来自显示器正面的环境光激发，导致正常使用环境下黑色发紫。而且这种显示器造价非常高，对于消费者来说值不值得买也是另一个问题。

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以上就是本篇显示器消费者的所有内容了，希望可以帮助到理解 LCD 显示器的绝大部分的技术术语，让你在挑选时不会被厂家的术语搞的晕头转向。而在下一篇文章中，我们将认识显示器领域的「新兴」技术 OLED。

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