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王海燕、桂 平
国家广播电视产品质量监督检验中心
国家数字电视用户端产品测试实验室
北京 100015
【摘要】介绍了LCD和CRT显示器的特性，对目前LCD和CRT电视显示器测试方法进行了比较。
【关键词】LCD电视显示器;CRT电视显示器; TFT;
Compare of measurement methods for liquid crystal display （LCD）& cathode ray tube（CRT）TV displays
National test and inspection center for radio and TV products
National Digital TV Testing Lab for Consumer Products
【Abstract】In this paper, introduced characteristic of LCD & CRT , Compare of measurement methods for liquid crystal display & cathode ray tube TV displays
【Key words】liquid crystal TV displays ; cathode ray tube TV displays; thin film transistor;
目前的电视显示器可分为阴极射线管显示器和平板显示器两种。阴极射线管装置较大，且占居空间；平板显示器是平面的且节省空间。平板显示器又可分为液晶显示器、等离子显示器、发光二极管显示器和其他设备等等。CRT和LCD显示器的显示原理和特性各不相同，测试项目和测试方法也存在一定的差异。
CRT显示器是利用电子枪发射的三个电子束通过荫罩的选色机构分别打到红绿蓝三基色的粉点或粉条上而发光，其寻址是利用电子束在偏转线圈中的交变磁场中的运动而扫描，亮度调制是依靠电子枪的第一栅极和阴极间的信号变化来实现。CRT显示器的结构如图1所示。
图1 CRT显示器的结构
液晶显示器（LCD）的结构是在相距几个微米的两个玻璃基板之间封入液晶，在透明玻璃基板的内侧有许多水平和垂直的电极，这些电极加上电压后，每对上下电极重合部分的液晶分子方向发生相应的变化，使得该部分的透光率发生变化。TFT-LCD（TFT-薄膜晶体管）技术是液晶显示技术与微电子技术相结合的新技术。LCD显示器是由施加电场来控制向列液晶分子取向排列的变化，通过调制入射偏振光的光强度来实现图像显示。TFT-LCD显示器的结构如图2所示。
图2 TFT- LCD显示器的结构
（a） 几何失真
造成几何失真的主要原因是电子束扫描速度的变化。在理想情况下，电子束沿水平方向和垂直方向通过屏幕的速度应该不变，这样重显图像的失真最小。实际上由于显像管的曲面效应，即使锯齿波电流线性良好，仍会出现光栅延伸失真，使光栅中心部分图像压缩，边缘部分图像伸长。仅CRT电视显示器存在几何失真，LCD电视显示器没有几何失真。
（b） 可视角、亮度/色度与视角的关系
与CRT 屏幕相比，视角仍是平面显示器一个相当不一样的地方。当背光光源的入射光通过偏极片、液晶及所谓的取向膜后，输出光便具备了特定的方向特性，亮度、对比度下降，色彩也会发生偏离，如右3图所示。假如从一个非常斜的角度观看画面，我们可能会看到黑色或是色彩失真。为了解决视角问题， LCD的液晶面板采用：IPS(IN-PLANE -SWITCHING、MVA(MULTI-DOMAIN VERTICAL ALIGNMENT)、TN+FILM。这些技术都能把液晶显示器的视角增加到160度，甚至更多。
在GB/T17309中LCD可视角的定义为：屏幕中心亮度降低50%时的角度(即L0/2视角)； LCD的视角特性明显不如CRT、等离子显示器和OLED（有机电致发光）等发射型的显示器件。为了考核LCD在可视角范围亮度和色度的变化，规定了这些相关测试项目。测量点示意图如图4所示。
（c） 亮度、亮度/色度均匀性
LCD显示器的最大亮度通常由冷阴极射线管(背光源)来决定，在较强的环境光照下，如果显示器亮度不够，画面就会晦暗而缺乏层次，甚至细节难以看清。如果要在较强的环境光线下达到较好的显示效果，至少要300尼特（cd/m2），最好能达到400-500尼特。为了达到这种显示能力，LCD显示器需要采用更大功率的光源和改进的背光设计。CRT显示器的最大亮度取决于显像管枪的加速电压，而这样做的结果会造成较高的辐射量及降低激发磷光的生命周期。LCD和CRT亮度、亮度/色度均匀性测量点示意图如图4所示。
（注：在IEC 61747-6标准中，LCD模块的（b）、（c）条测试采用25点法。）
（d） 对比度
在CRT显示器的测试中，对比度定义为中心白窗口亮度除以四个黑窗口的平均亮度的比值。在LCD模块测试中，对比度定义为最大亮度值(全白)除以最小亮度值(全黑)的比值，对比度越大则此显示器越好。CRT显示器的对比度高，画面品质可以与冲洗照片比美。在CRT显示器上呈现真正全黑的画面是很容易的，但对TFT-LCD来说是相当不容易的。由冷阴极射线管所构成的背光源是很难做快速开关动作，背光源始终处于点亮的状态，为得到全黑画面，液晶模块必须完全阻挡背光源的光，但在物理特性上，无法完全达到这样的要求，总会有一些漏光。
图4 CRT显示器亮度、亮度/色度均匀性测量点示意图
（e） 响应时间
所谓响应时间是液晶显示器各像素点对输入信号反应的速度，即像素由暗转亮或由亮转暗所需要的时间。早期常说的25ms 、16ms和最近12 ms就是指的这个响应时间，响应时间越短观看动态画面时的拖尾现象越小。一般将响应时间分为两个部分：上升时间(Rise time)和下降时间(Fall time)，而表示时以两者之和为准。
CRT显示器中，只要电子束击打荧光粉立刻就能发光，而辉光残留时间极短，因此传统CRT显示器响应时间仅为1~3ms。所以，响应时间在CRT显示器中一般不会被人们提及。而由于液晶显示器是利用液晶分子扭转控制光的通断，而液晶分子的扭转需要一个过程，所以LCD显示器的响应时间要明显长于CRT。
LCD像素由暗转亮时存在响应时间问题，亮度会随时间而改变。显示器开机后，亮度随时间变化的快慢，体现在建立图像的显示效果。
CRT显示器中，电子束击打荧光粉立刻就能发光，亮度随时间变化不明显。
（g） 依据标准
CRT和LCD显示器的测试依据GB/T 17309-1998（即IEC107-1）。
LCD模块的测试依据IEC 61747-6。
4 CRT和LCD显示器测试比较表
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项 目
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LCD
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CRT
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测试距离
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6倍屏幕高度（SDTV）
3倍屏幕高度（HDTV）
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4~6倍屏幕高度（SDTV）
3倍屏幕高度（HDTV）
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测试环境
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测试暗室
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测试暗室
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激励端口
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液晶显示板激励器的输入端
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CRT的电极
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依据标准
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GB/T 17309-1998
（即IEC107-1）
IEC 61747-6
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GB/T 17309-1998
（即IEC107-1）
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可视角
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L0/2
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—
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结 构
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两维
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三维
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寻址方式
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数字
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模拟
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X射线
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无
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有
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功 耗
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大
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小
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电磁干扰
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大
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小
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亮度与视角的关系
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L0/2处
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—
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色度与视角的关系
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L0/2处
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—
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响应时间
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有
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—
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亮度随时间的变化
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有
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—
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几何失真
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—
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有
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亮 度
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有
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有
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对比度
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有
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有
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亮度均匀性
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有
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有
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色 域
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劣于CRT
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宽
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5 结束语
CRT和LCD显示器的工作原理不同，显示特性各异。为使整机性能参数具有可比性，相同项目的测试方法应一致，如可视角、亮度与视角的关系、色度与视角的关系等项目应与其他显示器（如CRT背投和PDP）的测量项目一致，也应该在L0/3处进行测量；特殊参数应单独考核。
参考文献
[1] GB/T 17309.1-1998 电视广播接收机测量方法 第1部分：射频和视频电性能测量及显示性能的测量
[2] IEC 61747-6-2004 Liquid crystal and solid-state display devices-part 6:Measuring methods for liquid crystal modules_ Transmissive type
[3]李维 郭强 液晶显示器件应用技术. 1993
作者介绍：
王海燕：国家数字电视用户端产品测试实验室高级工程师，信息产业部数字电视测量方法标准工作组成员。长期从事显示技术及测量方法的研究，曾多次参加国家标准的制订工作，是《数字电视阴极射线管显示器测量方法》和《数字电视背投影电视阴极射线管显示器测量方法》国家标准的主要起草者。
桂 平：国家数字电视用户端产品测试实验室高级工程师，信息产业部数字电视测量方法标准工作组成员，长期从事数字电视信源、信道技术的研究。
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