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https://www.computerdiy.com.tw/ups/?fbclid=IwAR1WYPWh675Ijrph5U5I78Gnr2hUN9AWvlDrMLoo2ldazL0czSOlQ-a9wqs

 

 

電腦屬於高精密性電子產品,但是大多數人在選購電腦時,通常只會把重點擺在電源供應器的選擇,卻忽略了UPS(Uninterruptible Power System,不間斷電源)的重要性。這一次電腦DIY授課基本電學,帶讀者認識電流品質

 

、電氣特性,再帶讀者了解UPS原理、構造,以及介紹它的重要性。希望讀者在認識電腦零件的同時,也能多了解這總是被忽略的重要設備。

 

 

■ 為什麼需要UPS?

為什麼要使用UPS可能是絕大多數使用者的疑惑?畢竟除了伺服器、精密儀器、工業環境等需要長時間開機,而且不能中斷的設備以外,一般消費者意識到自己需要UPS的機會似乎不多?加上UPS沒有什麼特別吸引人的話題技術,數十年前一如今日,少了行銷話題也少了宣傳廣告,明明電力品質很差卻不知道可以改善,或著認為只有停電時才能發揮作用,所以鮮少使用者會去主動選購UPS。所以開頭我們就先聊聊,為什麼家用電腦其實也需要一台UPS?

圖 / 低價家用型UPS也有基礎的防雷擊突波的功能

 

 

 

● 為了電力品質

一個城市、或著一個行政區域當中,由區域當中的變電所、供電設備以及所有負載(包括家庭、工業用電),共同組成了一個非常廣大的電力網路,而這個電網的供電品質其實並不是處於非常穩定的狀態,很容易發生以下幾種電流異常的狀況,這些影響電源品質的因素都可以稱之為「電力污染」,就讓我們一一談起。另外,為了凸顯電波的變化,以下電波示意圖均以誇張方式呈現,不等於實際電波跳動之比例。

 

▲ 電壓驟升(Swell)

雖然台電所供給的電壓額定值為110V(伏特),但電壓並不會穩穩的落在110V這條線上,而是呈現上下起伏的波動。根據國際電工協會標準-IEEE 1159的定義上,若輸出電壓高出額定值10%(以台灣為例,110V的10%就是121V),而且持續時間在0.5個週期(Cycle)到1分鐘之間,稱之為電壓驟升。

台灣最常見的電壓驟升原因莫過來自於雷擊,雷擊造成電器損壞便是因為瞬間過大的電壓,直接衝擊設備電路、晶片導致故障。另外若電網內有高吃電的設備,瞬間切斷電源也會導致電壓驟升的情形。譬如在家用冷氣、電冰箱的壓縮機運轉時切斷電力,同一迴路下的日光燈就會閃動,若把這個迴路放大到整座電網,影響的就是每一戶家電了。

圖 / 電壓驟升示意圖

 

 

 

▲ 電壓驟降(Voltage dips)

有驟升自然也有驟降,若電壓下降至額定值的10%~90%的範圍之內(為何是一個範圍,而不是90%以下就稱之為驟降等等會解釋),持續時間從0.5個週期到1分鐘之間,稱之為電壓驟降。現代電路設備多半對電壓相當敏感,只要16ms的驟降便可能造成短路當機,損害程度不亞於停電之下,而且驟降發生頻率比停電來說要來得多多了。

許多原因都有可能造成電壓驟降,譬如瞬間大電流啟動、氣候、人為事故、誤觸高壓電纜或電力設備劣化均有可能。正由於影響的因素太多是人難以預料的,造成的損害又巨大,驟升還可以透過設計保護迴路,但是驟降卻容易直接造成電路失效造成當機,因此是台電以及各大工廠亟欲尋求解決的難題之一。

圖 / 電壓驟降示意圖

 

 

 

▲ 持續過電壓(Over Voltage)與持續欠電壓(Under Voltage)

當電壓驟升或是驟降超過1分鐘,便稱之為持續過電壓以及持續欠電壓。長時間電壓不足或是過多的情形,我們可以用CPU作為舉例,若持續電壓過高,不但造成無謂的廢熱以及能源消耗,更過度耗損CPU壽命,甚至整顆燒掉;若電壓過低時,不穩定、當機、無法開機,發生什麼情形都不奇怪。

在台灣,由於白天的家庭、工業用電量均較高,由於整體用電量較高,因此電壓通常都會低於額定值之內,大約會落在100~105V上下。到了晚上,整體用電量下降,電壓就會回升至110~115V不等,當然實際狀況還是依個人住家環境有所不同。

電壓有周期性小幅度波動這點無法避免,在世界各國其實都有類似情形,因此各國的電器設備在電路設計以及電子元件的選用上,都會有一定量上下的電壓容許值,以免因為元件過度敏感造成故障。也因為如此,所以為什麼美規(120V)以及日規(100V)的電器拿到台灣幾乎都可以使用的原因了(雖然這邊並不建議,因為並不是原始設計的目標電壓)。

 

 

圖 / 持續過電壓與欠電壓示意圖

 

 

 

▲ 電力中斷(Interruption)

並不是電壓完全消失,導致沒有電力輸出才稱之為電力中斷(俗稱停電啦!),根據定義,只要電壓在額定值的10%以下,便稱之為電力中斷(所以驟降不是90%以下,因為還有10%這個分野)。原因以及影響大家都很清楚,這邊就不多說了。

圖 / 電力中斷示意圖

 

 

 

▲ 線路雜訊(Noise)

從發電廠一路送電送到你家,是一段多麼漫長的距離,中間經過了變電所、經過了電線桿、經過了變電箱,以及一堆大大小小的電氣設備,最後才成為家用電力。因此中間難免受到許多的干擾,有氣候的干擾、電磁波的干擾、人為的干擾、設備老舊的干擾等等,任何因素都可能會影響到最終的電力輸出品質。因此雖然發電所所送出的正弦波波形相當完美無暇,但是電力配送過程中存在著諸多干擾源,終端便會夾雜許多雜訊。

雜訊最容易影響的就是電器的效率與壽命問題,有問題的電源波形雖然能夠依賴電器線路設計進行修正,避免損害設備,但這一來一往就是無謂的作工與能源浪費;反之若沒有經過處理,直接衝擊的便是電子元件壽命。

圖 / 電波雜訊示意圖

 

 

 

▲ 頻率偏移

台電輸出的電源頻率額定值60Hz,外部原因會干擾到頻率偏移,超出正常操作範圍的情形並不多,受干擾的原因通常在源頭(台電)的設備出問題,而不在電網之上。電源頻率這點在台灣其實做得還算不錯,都能維持在穩定的輸出頻率,送出漂亮的正弦波。為人所詬病的正弦波之波形受到改變,問題通常出在電力配送的階段,這點我們繼續看下去。

 

 

▲ 諧波(Harmonics)

諧波來自於電力配送階段或是家用電路上的非線性負載,凡是具有交直流變換電路或是具有變頻電路的設備(一言以蔽之幾乎涵蓋所有家用電器),都會產生使電流產生畸變的諧波,成為污染源進而影響整個電氣迴路。你不可能不使用現代電器,所以完全無法避免諧波產生,因此可以說,家用電路也無法避免的一定受到污染,我們所能做的,只能依靠後端電路進行修正。

諧波所影響的就跟上述其它電力污染相當,不外乎運作效率降低、干擾電子元件運作、異音與燒毀之流。但有幾點與線路雜訊不同,諧波通常為週期性的,因此設計良好的電器多半會預先考量諧波存在,合理範圍之內的諧波尚不致於影響設備正常運作;而雜訊通常是難以預料的,波動範圍也較大。當然,能不能負荷諧波還是要看終端電器的電路設計,這也多少解釋了為什麼某些電器產品就是比較貴,雖然肉眼難辨,但真正有在電路設計下過苦心,而且變異數小(可以想成公差較小),以長遠眼光來說,壽命會是比較理想的。

圖 / 這個諧波示意圖屬於周期性的諧波

 

 

 

■ 電源這麼髒為什麼沒感覺?

那麼以一個電腦玩家的角度來說,既然周遭有這麼多電力污染,為什麼我們玩電腦都感覺不到?其實是因為在電腦系統當中,電源途徑的第一道關卡──電源供應器,已經預先幫使用者處理掉了大部分污染。電源供應器透過各式校正電路與元件,修正不正常波形並且同步進行處理,化為廢熱釋放,最後才轉換成乾淨的直流電源給電腦。

之所以不推薦便宜或是名不見經傳的小牌電源,除了效率不佳、供電不穩等主動原因之外,對抗外部電力污染的被動防護、保護措施也不甚完善,遇到大幅電力波動一旦承受不了就整組升天,偏偏台灣電力品質、整體電氣環境的確還有待加強。所以為什麼會說任何零組件都可以省,電源供應器絕對不可以省的原因就在這裡。

圖 / 簡單圖解表示電壓狀況

 

 

 

■ 那到底為什麼需要UPS?

等一下?前面講了這麼多電力污染,買一台好的電源供應器難道就萬事解決嗎?需要UPS的原因到底在哪裡?當然不是這麼說,好的電源供應器雖然能夠淨化電源,但畢竟效果有限,電源也不是專門為了解決電力污染而設計。而且這些突如其來的衝擊對電源壽命來說都是不利因素,唯有良好設計的UPS,才能夠完整保護後端電源的壽命。

再者,電源供應器有個完全無法應付、也是最重要的問題,就是「電力中斷」。你一定碰過做作業或是下副本的時候忽然跳電的情況,遊戲等級大不了還可以重練,重要資料要是沒有備份那就真的欲哭無淚(譬如編輯們的稿件),就算花大錢想買回進度你都甘願,這時才想到UPS卻為時已晚。UPS最明顯、卻也總是外人誤認只有單一用途的一點,就是當做一顆超大型備援電池(Battery Mode)使用,提供電力中斷時充裕的作業緩衝時間。

圖 / 雖然許多UPS都有外接電池設計,但對於電腦使用者僅要求斷電時的緩衝時間來說,

外接電池的意義不大。

 

 

 

除非貴戶家大業大,裝了個獨立發電機,否則UPS就算容量再大都不夠給你斷電時,電腦還能打它個三天三夜。UPS是在無預警的瞬間跳電時,還能有足夠的應變時間以幫助使用者立即將手上工作告一段落(下副本至少還能交代隊友你跳電了……)。總而言之買UPS就像買保險一樣,差別在保險只有出事了才會賠你錢,損害還救不回來;UPS雖然先花一筆錢,卻可以保你電腦零件與重要資料的絕對安全,孰好孰壞?聰明如你一定分得出來。

 

 

■ 過去與現在

從UPS的歷史來看,依架構不同大致可以區分為兩種,動態式UPS以及靜態式UPS,讓我們先來認識一下。

 

▲ 動態式UPS

動態式UPS(或稱旋轉式)主要由電動機、飛輪、發電機以及內燃機(柴油或汽油)所組成。當供電正常時,市電透過整流器轉換為直流電提供給電動機,電動機再帶動飛輪以及發電機產生電力為負載供電(電動機與發電機不同唷!電動機是有電它會轉,發電機是轉了才有電)。

若碰到電力中斷時,飛輪依賴慣性作用,短時間內依然可以帶動發電機旋轉,持續輸出電力給負載使用,使得負載不會因為市電中斷而完全斷電,起到緩衝的作用。同時,開關電路感應到市電不正常之後,啟動吃油的內燃機,接手飛輪帶動發電機的作用,完成從市電到內燃機的轉換。

如何?很簡單的構造吧?雖然動態式UPS構造簡單、維護容易,而且有油吃就可以供電,但是體積龐大、聲音吵雜、電力品質不佳、供電效率也較低落,因此鉛蓄電池出現以後,另一款靜態式UPS也隨之出現了。

 

 

▲ 靜態式UPS

靜態式UPS構造就更簡單了,雖然數十年來技術持續改進,但基本原理並沒有太大的變化。首先,市電進入UPS之後,一邊為自己(蓄電池)充電,一邊提供電力給負載。若碰到電力中斷,電池便接手供電的工作,透過逆變器轉換交流電,提供給負載使用。

當然,顯而易見的缺點,就是靜態式UPS的供電能力,完全受到蓄電池容量所牽制,不像動態式UPS只要持續吃油,就會不停地提供電力。因此動態式UPS並沒有因為靜態式UPS的出現受到淘汰,而是各自一路改進與發展,因應不同的用途,同時並存著發光發熱。

 

 

■ 三種不同的UPS種類

靜態式UPS主要又可以區分為三種類型,在線式(On-Line UPS)、在線互動式(Line-Interactive UPS)以及離線式(Off-Line UPS)。價錢與供電品質分別是在線式高於在線互動式,再高於離線式。

 

 

▲ 在線式(On-Line UPS)

先從在線式UPS工作原理說起。在線式UPS的市電並沒有直接供應給負載,而是做為一個提供穩定電源品質的中繼。當市電輸入在線式UPS之後,首先透過整流器將交流電轉換為直流電,之後兵分二路,一路為蓄電池充電,而另外一路則經過逆變器,將直流電轉換為交流電之後輸出給電腦主機。如果碰到輸入電力異常(跳電或是電力中段),則切換開關馬上下指令,由蓄電池接手輸出直流電給逆變器的工作,保持負載持續運作不中斷。那如果內部線路或是逆變器故障了怎麼辦?這時切換開關便會切換至旁路模式(ByPass Mode),讓市電不經過內部電路直接供給負載,並且亮起指示燈,要使用者快點送修囉。

由於正常狀況UPS送電至負載的過程當中,都得透過常時工作的逆變器轉換,因此從市電到備援模式的切換時間為零,而且輸出波型和市電一樣是正弦波(比起市電的正弦波更為乾淨),所以供電品質與穩定度是三種UPS架構當中最為良好且無雜訊的,不受市電不穩以及其它污染的影響,也不用擔心某些電源供應器對於非正弦波的排斥問題。由於在用電的整個過程當中UPS是全程介入的,因此稱作在線式UPS。

圖 / 在線式UPS工作原理,無論市電或是蓄電池,都必須經過逆變器轉換為乾淨的正弦波交流電輸出。

 

 

 

▲ 離線式(Off-Line UPS)

離線式UPS工作目的通常不是為了電源的輸出品質,而是做為一個備援的大電池。當市電輸入UPS時,經由旁路直接供給電流給負載,再一路為蓄電池進行充電。由於市電直接供應給負載,因此即使市電的電壓不穩、充滿污染,UPS也不會介入處理,最後還是原封不動的的輸出給負載。只有當市電出現跳電或是電力中斷時,才由蓄電池接手供電,先輸出直流電給逆變器,再轉換為交流電給負載。
 

而且由於價錢以及定位關係,逆變器所輸出之交流電多半為模擬正弦波,無論是供電品質或是電器的適應度(譬如部分電源碰到模擬正弦波會有高頻音產生),自然也沒有正弦波來得好,試想只有電力中斷時才用得到,用好的逆變器不是浪費嗎?轉換時間也比在線式要來得稍長一點,約在5~10ms之間,當碰到極少數敏感或設計不良的電源時,可能同樣會造成電力中斷。由於只有當市電不穩時UPS才會介入供電,因此稱為離線式UPS。

圖 / 離線式UPS只有當市電出問題的時候才會介入供電

 

 

 

▲ 在線互動式(Line-Interactive UPS)

在線互動式UPS工作原理則近似於離線式UPS,市電直接供電給負載,出現停電時,蓄電池才會介入供電。但與離線式不同的是,供給設備端的電源迴路中間多了一組穩壓器(AVR),穩壓器會介入監測輸入端的電壓狀況,適時升壓或是降壓,提供穩定電壓給負載。因此在線互動式提供之電源品質也較離線式要來得為佳。

定位夾在上述兩者之間,雖然輸出波形多半是模擬正弦波,但也有少部分為正弦波,挑選上還得多注意注意。

 

圖 / 在線互動式雖然有一個「在線」,但實際工作原理還是離線式,只是多了一個穩壓的功能。

 

 

■ 怎麼挑選UPS?

首先我們從種類來看,等等再來討論要買多大的。就一般家庭用戶來說,如果你覺得電力品質對你影響不大,以前也沒發生過什麼問題,對電源供應器也有十足信心,或甚至乾乾瘦瘦的荷包跟你揮揮手說不可以,那麼最便宜的離線式UPS足夠了。至少它能保你在跳電或電力中斷的時候,有足夠的緩衝時間趕快記錄存檔,悠閒的泡杯咖啡再關機。

如果住家附近有工廠(通常代表有高耗電機具,容易有電壓驟升以及驟降)、住在電力配送末端,或是你想稍微改善電力品質卻又覺得在線式UPS實在太昂貴。那麼具有備援功能,又有穩壓效果與突波保護的在線互動式UPS會是不二選擇,如果稍微挑一下,能夠輸出正弦波的機種更為首選。

如果你覺得說什麼都不能跟電力品質妥協,最好的電腦要最好的UPS保護,荷包也負擔得起;或是音響玩家追求最乾淨的正弦波電力輸出品質,那麼你絕對需要在線式UPS的保護,輸出純淨的正弦波,確保電腦不會因為外在的電力問題受到損害。

圖 / 家用UPS還得再考量風扇帶來的噪音問題

 

 

 

■ APFC電源請特別注意

還有!最後卻也是最重要一件需要注意的事,現在電源供應器幾乎全線具備了Active PFC(主動功率因素校正)的設計,因此向UPS的要電效率較好,較為不浪費電。相較於Non PFC設計大約只有0.6、0.7的功率校正值,Active PFC的功率校正值最高可以達到0.99。

圖 / 為了節能環保考量,現在電源供應器幾乎都具有Active PFC設計,因此UPS也得買足夠功率才行。

 

 

 

雖然APFC設計有助地球環保,但是部分Active PFC設計的電源,與某些輸出模擬正弦波的UPS可能會有意外的相容性問題。問題出在市電中斷,備援模式啟動時,Active PFC電源會向UPS索取大電流,而這道瞬時大電流會使某些UPS出現電壓驟降的情形,為了保護線路,這時UPS便會啟動對應的過載或是低電壓保護機制,馬上切斷對於負載的供電,導致備援功能失效。

而正弦波輸出UPS,具有SPWM(正弦脈寬調變)技術,則可以改善此現象。因此為了避免這種互相衝突的狀況發生,Active PFC設計之電源供應器,必須選購正弦波輸出UPS為佳,否則UPS功率就得買大一點,能應付瞬間輸出功率才保險囉!

 

 

■ 容量要多大才夠用?

那麼UPS到底需要多大的功率才夠用?在討論需要多大以前,我們先看懂廠商標示的UPS負載功率。一般UPS外盒所標示的單位為「VA」(伏安),這是電器視在功率的單位,之所以不以W作為表示,是因為就跟所有電器一樣,最後輸出的實際功率還會受到功率因素(P.F: Power Factor)的影響,因此實際輸出電流大約還要再打個幾折。有些不肖商家有意或無意的會把這兩項混淆,挑選上還要注意一下。

譬如說APC BR1000TW這款在線互動式UPS,外盒標示功率值雖然為1000VA,但實際輸出功率只有600W,經過簡單的換算,我們可以知道其功率因素P.F.值為0.6。概略來說,600~1000VA的產品,P.F.值會落在0.6~0.8之間,1000VA以上機種的P.F.值會在0.8~0.9,甚至更高。畢竟設計高P.F.值機種需要更多成本,在一般小型家用式UPS要求這點的意義並不大。

圖 / 外盒或規格表通常會標示VA值以及實際輸出功率,眼睛可得看仔細。

 

 

 

 

 

再來,到底買多大的UPS?簡單的方法是以電源供應器的最大瓦數做判斷,除以約略0.8的轉換效率(現在購買80Plus電源應該是基本了吧?),再加上其它周邊設備作為購買基準。譬如一顆500瓦的電源供應器,除以0.8為625瓦(代表系統滿載時,最少會向UPS抽取625瓦的電量);接著,最少還要加上一台螢幕的耗電量,否則碰到電力中斷,電腦主機雖然可以使用,但是沒有螢幕可以操作的狀況似乎有點蠢……。以24吋CCFL背光的LCD螢幕來說,最高大概要7、80瓦的耗電(LED背光會更低)。

相加之下,若沒有其他設備,買個實際輸出功率在700瓦左右的UPS便足夠了。當然電腦滿載的情況不多,實際耗電量也不會這麼高,但容量買大一點總是保險,而且同時避免Active PFC設計之電源發生瞬時要電過高的情形,意外啟動UPS過載保護機制造成斷電,買了等於沒買,白搭。

電池備援時間通常在包裝外盒都有標註,以常見的1000VA,約略600瓦的UPS來說,可以負荷半載運作10~15分鐘,滿載運作5~8分鐘,這點時間應該相當充裕夠使用者將手上工作告一段落了。

圖 / 在說明書上大部分也會標示備援時間

 

 

 

■ 注重保養延年益壽

由於構造單純,一台UPS其實並不容易壞掉,容易故障(或說是壽命到了)的是裡面的鉛蓄電池。所有UPS幾乎都使用免維護而且沒有記憶效應的鉛蓄電池,壽命約略在3~5年之間,實際壽命依照使用環境有所增減。如果電瓶失去了蓄電能力,有些機種可以使用市售電瓶自行更換,而有些機種雖然可以自行更換電源,但電瓶為特殊規格必須向原廠購買。如果以後想自行DIY更換電瓶的,在下手以前最好先探聽好電瓶是否方便更換。

雖然使用密封式免維護的鉛蓄電池,但不代表買回家就可以擺在角落完全不在乎它,為了適度保持或是延長UPS使用壽命,有幾點是你必須知道的。

 

▲ 保持通風與乾燥

電瓶最適宜的環境溫度在15~25度之間,溫度越高蓄電池壽命也跟著下降。由於高溫會導致電池內部的化學活性增強,進而產生不必要的熱能,熱能又直接促使環境溫度升高,惡性循環之下,電池很快就掛了。而潮溼是電器大敵,這大家都知道就不多談了。因此必須注意UPS的擺放位置,千萬不可置於不通風之櫥櫃、角落,阻礙散熱,並且定時清理灰塵。

 

 

▲ 不可使用電感性電器

凡是電感性負載,像電風扇、冷氣機,或是任何有馬達的電器均不適用UPS,因為電感性負載會有反電動勢的產生,對於輸出模擬正弦波的UPS會造成傷害。此外像影印機、雷射印表機等啟動電流較大的設備亦不適用於UPS,因其瞬間啟動電流大,若UPS容量不足時,會造成瞬間超載。一旦適逢電力中斷時,UPS輸出亦跟著中斷。

 

 

▲ 定期放電、充電

UPS因長期與市電相連,在供電品質較高或是很少發生電力中斷的使用環境中,蓄電池會長期處於浮充電狀態,久而久之導致蓄電池內部轉換活性降低,加速老化而縮短使用壽命。因此,每隔2~3個月應完全放電一次。當蓄電池內電力全數放空之後,必須馬上充電8小時以上。

 

 

▲ 切忌深度放電

雖然說完全放電可以延長蓄電池的壽命,但如果接在輕量負載(譬如1000VA的UPS只接了100VA不到的負載),放電時會造成小電流深度放電,這對於鉛蓄電池來說會造成內部阻抗升高,並且使得電壓降到標準值以下,因此適當挑選UPS功率是很重要的。

圖 / 一般來說UPS使用12V的電源,若電壓掉到10V以下,就代表壽命差不多了。

 

 

 

■ 通訊介面真方便

如果純粹想把UPS當做一個電腦備用的大電池,或是高品質延長線也不是不可以,但透過UPS的通訊介面,可以更加發揮UPS的方便功能。幾乎每一台UPS都可以透過不同的通訊介面(RS232、USB、RJ45),讓UPS與電腦(使用者)進行溝通,除了可以監控UPS電力狀態、蓄電池狀態、續航力以外,還可以設定安全關機、自我檢測、遠端喚醒等功能。

因為跳電的時候使用者不一定會在電腦前面,如果純粹當做備援電力使用,卻沒有人可以幫助關機、存檔的話,也不過是延後了電力中斷的時間而已,UPS形同虛設。透過軟體便可以在碰到類似狀況時能夠自動存檔之後安全關機,保證重要資料的完整。

圖 / 透過監控軟體,隨時注意UPS的健康狀況。

 

 

 

■ 未雨稠繆才玩得長久

一台UPS的確不便宜,但以長久眼光考量來說,一天花一點小錢卻可以換來大大的安心,零組件的壽命才有保障。不要等到颱風天、雷雨天或是頻頻跳電的時候,才會想到這個主機背後的守護神。

最後,感謝OPTI蓄源科技以及ENERMAX保銳科技(電源、UPS本一家嘛)提供的詳細技術奧援以及指導,增加了可看性以及背景知識。在後面幾頁介紹了幾台1000VA以內,較適合一般電腦使用者購買的UPS,有離線式、在線式,也有互動式,希望大家在電腦玩得愉快之際,或是購買新電腦的時候,別再忽略了UPS的重要性。

 

圖 / 壁插亦攸關電力品質,下一期就來教教大家怎麼DIY換壁插!

 

 

 

UPS簡略比較表

 

電力汙染          架構                  

離線式

在線互動式

在線式

電壓驟升

×

×/

電壓驟降

×

×/

持續過電壓

×

×/

持續欠電壓

×

×/

雜訊

×

×/

頻率偏移

×

×/

諧波

×

×/

電力中斷

 

×:無保護效果
△:視情況或效果有限
○:較好的保護效果

 

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挑選主機板的第一步,就是了解主機板晶片組,這也是組機新手最陌生頭痛的一個課題,令人眼花繚亂的代號,高低起伏不均的價格,每個晶片組到底差在哪,請見以下文章。

Intel 在 2013年8月推出第四代 Haswell 系列處理器和第代主機板晶片組,組裝機市場流通的晶片組有 H81、B85、H87、Z87 四種。2014年5月推出微更新的 Haswell Refresh 系列處理器,一同發售第代晶片組 H97 和 Z97,可同時支援 Haswell 和 Haswell Refresh 兩個系列的處理器,六種板晶片組皆採用 LGA1150 腳位。


晶片組
Z97
H97
Z87
H87
B85
H81
USB3.0 數量
6
6
6
6
4
2
SATA3 數量
6
6
6
6
4
2
記憶體插槽
4
4
4
4
4
2
IRST
僅AHCI
ISRT
PCIE3.0
支援超頻
  • 最入門的 H81
    • 最高支援 2個 記憶體插槽
    • 最高支援 2個 USB3.0,通常在後方面板,沒有前置 USB3.0
    • 最高支援 2個 SATA3 和 2個 SATA2,僅能安裝 4個SATA裝置
    • 適合文書機 或 預算不高的使用者
  • 最經濟的 B85
    • 最高支援 4個 記憶體插槽
    • 最高支援 4個 USB3.0
    • 最高支援 4個 SATA3 和 2個 SATA2 插槽
    • 支援 AHCI
    • 擴充性充足,性價比最高的晶片組
  • 最方便的 H87
    • 最高支援 4個 記憶體插槽
    • 最高支援 6個 USB3.0
    • 最高支援 6個 SATA3 插槽
    • 支援 IRST、ISRT,有 RAID 需求的使用者請選 H87 
  • 超頻用的 Z87
    • 插槽數量和支援性同 H87 晶片組
    • 超頻用晶片組,通常搭配特殊網路晶片、音效晶片,實體開關、或電壓檢測等功能,作為各家主機板的特色
  • 微升級的 H97 / Z97
    • 晶片組 H97 定為同 H87
    • 晶片組 Z97 定為同 Z87
    • 第九代晶片組最大的進步在全面支援 PCI-E M.2,頻寬可達 10Gb/s,遠高於 SATA3 的 6Gb/s,可望成為未來 SSD 的主流介面

*IRST: Intel 的快速儲存技術,支援 AHCI、RAID、e-SATA
*ISRT: Intel 利用 SSD 為傳統硬碟加速的技術
*SATA3:頻寬達 6Gb/s,最高傳輸速度 600MB/s。傳統硬碟 HDD 接在SATA2 即可,固態硬碟 SSD 才需要 SATA3 插槽。


AMD 目前有兩條產品線在同時存在,A-Series APU 系列,主打內建高效能顯示晶片,搭配 FM2/FM2+ 主機板,FM2 的晶片組有 A55、A75 和 A85X 三種。FM2+的主機板在 2013年10月份上市,將 A75 和 A85X 由 A78 和 A88X 取代。

晶片組
A55
A78
A88X
760
970
990X
990FX
腳位
FM2+
FM2+
FM2+
AM3+
AM3+
AM3+
AM3+
USB3.0 數量
0
4
4
0
0
0
0
SATA3 數量
0
6
8
0
6
6
6
記憶體插槽
2
4
4
4
4
4
4
RAID
0,1,10
0,1,10
0,1,5,10
南橋決定
南橋決定
南橋決定
南橋決定
PCIE3.0
支援超頻

 
  • 入門的 A55
    • 最高支援 2個 記憶體插槽
    • 沒有原生的 USB3.0 和 SATA3
    • 預算不足才考慮的平台
  • 主流的 A78
    • 最高支援 4個 記憶體插槽
    • 最高支援 4個 USB3.0  
    • 最高支援 6個 SATA3
    • 擴充性充足,性價比最高的晶片組
  • 旗艦的 A88X
    • 最高支援 4個 記憶體插槽
    • 最高支援 4個 USB3.0  
    • 最高支援 8個 SATA3
    • 相較於 A78 多了 RAID5,若沒有該項需求,選擇 A78 晶片組即可


AMD 的另一條產品線是 FX 系列,主打多核心高階處理器,使用 AM3+ 插座,常見的主機板晶片組有 900 系列的 970、990X 和 990FX 和 古老的 700系列 760G。AM3+ 系列主機板未整合南北橋,USB3.0、SATA3 和 RAID 的支援程度由南橋晶片決定。

  • 入門的 760G
    • 內建顯示核心
    • 沒有原生的 USB3.0
    • 通常搭配 SB710 南橋,沒有原生的 SATA3
    • 預算不足才考慮的平台
  • 主流的 970
    • 沒有内建顯示核心
    • 沒有原生的 USB3.0
    • 最高支援 6個 SATA3 插槽
    • 支援單條 PCI-E 2.0 x16 全速插槽,不可拆分,也就是不可組建 CrossFire
  • 旗艦的 990X、990FX
    • 支援性和 970 晶片組大致相同,區別主要在 PCI-E 插槽數量
    • 990X 支援單條 PCI-E 2.0 x16 全速插槽並可拆分為兩條 PCI-E 2.0 x8 半速插槽,可組建雙路 CrossFire
    • 990FX 支援兩條 PCI-E 2.0 x16 全速插槽並可拆分為四條 PCI-E 2.0 x8 半速插槽,可組建雙路到四路 CrossFireX

簡單來說,沒有多顯卡交火的打算,晶片組選 970 就夠了

常見的南橋晶片有

  • SB710:提供 12個 USB 2.0,6個 SATA2,支持 RAID 0/1/5/10,主要搭配 760G
  • SB920:提供 14個 USB 2.0,6個 SATA3,支持 RAID 0/1/10,主要搭配 970
  • SB950:提供 14個 USB 2.0,6個 SATA3,支持 RAID 0/1/5/10,可搭配 990FX、990X、970


晶片組的定位有高低之分,但不代表採用高階晶片組的主機板用料一定比採用低階晶片組的主機板來得,特別今年各大廠在 B85 這個商用晶片組推出了許多高階款式,強打特殊用料和五年保固,此外,晶片組對效能的影響微乎其微,建議每個買新電腦的朋友,先思考自己的需求對應哪個晶片組,再從該晶片組選出預算內用料最好的型號

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解決net framework 4.0更新後開機時網路連線慢

 

net framework 4.0更新後,會發生開機時網路連線慢。(這裡所說的慢是開機時已看到桌面,要再等1分多鐘或約2分鐘,網路才能正常連上,不是網路速度慢,等待時間跟電腦快慢有關)。
請將以下內容存成net4fix.cmd並執行,就可以解決。(Win7/XP 32及64都適用)。以後如net framework 4或2有更新時,發生開機時網路連線慢,再執行net4fix.cmd解決。

if not exist "C:\Program Files (x86)"  (
c:
cd\windows\microsoft.net\framework\v4.0.30319
start /wait ngen update
cd\WINDOWS\Microsoft.NET\Framework\v2.0.50727
start /wait ngen update
) else (
c:
cd\windows\microsoft.net\framework\v4.0.30319
start /wait ngen update
cd\WINDOWS\Microsoft.NET\Framework\v2.0.50727
start /wait ngen update
cd\windows\microsoft.net\framework64\v4.0.30319
start /wait  ngen update
cd\WINDOWS\Microsoft.NET\Framework64\v2.0.50727
start /wait ngen update
)
exit






資料來源:http://taiwin.blogspot.tw/2012/02/net-framework-40.html

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LCD的面板技術

 

 

關於ASV技術

 

Sharp液晶最為人所知的ASV技術(Advanced Super View),是一種加強LCD螢幕顯示效果的技術,並不是前面所介紹的面板類型,除了Sharp自家CPA面板採用,受限於本身CPA面板產能不足,Sharp自行向其他面板廠購買的面板,包含TN+film與MVA,也都可以加入ASV技術,予以加強畫面呈現更好的效果。

在規格之外,影響液晶顯示器優劣的最大因素,就是其所採用的面板,因為面板的好壞和畫面的觀看效果有直接的關係,加上液晶面板佔了顯示器整體成本的一半以上,是影響液晶顯示器價格的最主要因素;而液晶面板基本上也直接決定了液晶顯示器亮度、對比度、色彩與可視角度等規格參數。

 

目前世界生產液晶面板前三大的廠商分別為Samsung三星、LG-Philips樂金飛利浦及AUO友達,其他還包括一般消費者熟知的Sharp夏普、奇美及華映等,由於各家技術水準的差異,生產的液晶面板也分不同類型,基本上可分為TN、VA、IPS及CPA等種類。

 

TN類面板

 

 

亮點與暗點

 

液晶顯示器的每一個像素其實是由紅、綠、藍三個點合起來組成,都有獨立的電晶體來控制其電流的強弱,如果其中的電晶體壞掉,就會造成該像素永遠點亮(亮點)或不亮(暗點),若只有某色的點故障,則會顯示異常的顏色。而亮點和暗點的出現除了與面板製造技術有關,並非購買時沒有,以後就不會出現,因為電晶體老化等因素也可能會造成,如果需要維修,則必須整片面板更換。

TN型面板是TFT-LCD最早採用的技術之一,也是目前LCD顯示器的面板類型大宗,早期受限於技術問題,多被應用在20吋以下的產品中,目前新技術已可製作22~24吋的大尺寸螢幕產品。

 

‧TN

 

TN面板全名為Twisted Nematic(扭曲向列型),較低廉的生產成本使TN成為應用最廣泛的入門級液晶面板。現在的TN面板技術多採用改良型的TN+film,film是指一層補償膜,用於彌補TN面板天生可視角度不足的情況,改良後的TN面板可視角度能達到160度,但對比度不足,在對比度於100:1時,圖像已經出現失真甚至色偏的狀況。

 

TN為6bit的面板,只能顯示RGB紅/綠/藍各64色,最大實際色彩僅有26萬色,不過透過「抖動」技術可以使其獲得超過1600萬種色彩的表現能力,不過只能顯示0到252灰階的三原色,所以最後得到的色彩顯示數為1620萬色,而不是前文所說的全彩1670萬色;加上TN面板提高對比度的難度較大,因此最直接的缺點就是色彩較單薄,自然度不足。

 

‧B-TN

 

B-TN面板(Best-TN)是TN面板的一種改良型,是由三星電子所開發,開發的目的是要平衡TN面板高速反應所犧牲畫質的問題,對比度最高可達700:1。因為TN面板屬於「軟螢幕」型態,用手輕輕劃會出現類似水波紋路。

 

VA類面板

 

VA類面板是主流液晶應用較多的面板類型,和TN面板相比,屬於8bit的VA面板可以提供1670萬色彩和更廣的可視角度,所以價格相對於TN面板也更較貴,不過VA類面板和TN面板仍同屬軟螢幕型態。

 

 

面板等級

 

在選購液晶顯示器時,常會聽到A級、B級等分類,其實這樣的分類是由面板廠商自行判定,並沒有一個準確的標準,通常是用來做為面板時交易時判別價格好壞的依據,不過原則上液晶面板照品質可以簡單分為A、B、C三個等級,區分的依據是以壞點數量的多少來判別。通常情況下,液晶面板的壞點數量在5個以內便屬於A級,壞點數量多於5個而少於10個則屬於B級,壞點數量在10個以上則被稱做C級面板。當然除了A、B、C,還有A+或A++等訴求無塤耗的面板等級,不過也因為沒有標準衡量,各個廠商的規範也不盡相同。

 

A級面板通常被直接用來生產製造液晶顯示器,不過面板廠在製造過程中並不能保證不會生產出具有瑕疵的B級與C級,因為無法避免,所以B級面板也大多會被撿便宜的廠商消化,用以製造低價的產品;而C級面板因為體質不佳,大多被切割成更小面積的液晶面板,以應用於其他領域。

‧MVA

 

MVA技術(Multi-domain VerticalAlignment,多象限垂直配向技術)是由富士通Fujistu所開發,是最早出現的廣視角液晶面板技術,可視角度可達到170度,具有較佳的色彩表現,尤其是黑色,且成本相對較低,反應時間可達到8 ms。

 

‧P-MVA

 

P-MVA是以MVA為基礎改進的面板技術,通過富士通的技術授權,為奇美電子與友達光電面板廠所採用的面板技術。改良後的P-MVA類面板可視角度可達接近水準的178度,且灰階反應時間可以達到8 ms以內。

 

‧PVA

 

三星電子Samsung所研發的的PVA(Patterned Vertical Alignment)技術同樣屬於VA技術的範疇,主要是承襲MVA技術,且比MVA有更佳的表現。PVA面板是採用透明的ITO電極代替MVA中的液晶層凸起物,透明電極可以減少背光源的浪費,並有效降低液晶面板可能出現的亮點。

 

 

WCG廣色域技術

 

廣色域WCG是Wide Color Gamut的意思,是最新被運用在面板中的技術之一,之所以被稱做廣色域,是因為原先NTSC規範的色彩等級,以CRT映像管的顏色飽和度為基準,會因為一些先天限制而影響顏色色域的表現,通常只能達到72%的水準,而以這72%做為百分比來看,超越此色域顯示的顏色,就代表能比原先顯示出更多更飽和的色域表現。

 

而WCG的原理,則是加強面板的背光模組,塑造出比原先RGB色階更寬廣的顏色表現,基本上是以「磷」增加三原色的色彩表現,不過因為各個廠商調教技術的差異,會有不同的著重色調。而具有廣色域顯示效果的顯示器,通常亮度會比一般LCD顯示器來的高,而色彩顯示也會更為自然,表現更好。

‧S-PVA

 

與P-MVA面板類似,S-PVA同樣屬於PVA面板的改良型態,由三星電子持續研發而來,可視角度比PVA更為寬廣,反應時間也越來越快。目前由Sony與Samsung合資的S-LCD面板廠就是採用S-PVA技術。

 

‧CPA

 

CPA(Continuous Pinwheel Alignment,連續焰火狀排列)模式廣視角技術是由Sharp夏普所開發,同樣屬於VA類面板的一員,不過其液晶分子朝著中心電極呈放射的焰火狀排列,由於電極上的電場是連續變化的,所以這種廣視角模式被稱為「連續焰火狀排列」模式。

 

CPA的產品與MVA和PVA相當,不過夏普的CPA面板色彩還原真實度高、可視角度可接近180度,圖像表現更為細膩,同時價格也更貴。

 

IPS面板

 

IPS(In-Plane Switching,平面轉換)是日立Hitachi在2001年推出的液晶面板技術,俗稱「Super TFT」。IPS面板最大的特點就是它的兩極都在同一個面上,而不像其他液晶模式的電極是在上下兩面或立體排列。由於電極在同一平面上,不管在何種狀態下液晶分子始終都與螢幕平行,使透光率大幅降低。

 

IPS面板的優勢是可視角度高、反應速度快,色彩還原準確,價格便宜。不過缺點是漏光問題較為嚴重,且黑色彩度不夠,因此需要依靠光學膜的補償來實現更好的黑色。和其他類型的面板相比,IPS面板的螢幕較「硬」,用手輕輕劃一下不容易出現水紋樣變形。

 

顯示器的各種連接端子

 

連接埠可說是LCD顯示器在字面規格外,唯一與使用者電腦有直接相關的地方,它決定了能不能支援電腦端的訊號傳送,並順利將資訊顯示在螢幕上。不過目前電腦螢幕訊號傳送還可再分為傳統類比訊號與數位訊號,而這兩種訊號源所能對應的連接端子也不盡相同。

 

類比訊號

 

類比訊號源是最基本的傳送方式,原則上最能完整呈現訊號波長並予以傳送,不過會因為電壓或電磁波的關係產生顏色誤差,也較容易受到干擾。目前常見採用類比訊號的端子包含了D-sub、RCA、S-Video及色差。

 

‧D-sub

 

VGA(Video Graphics Array)是在1987年由美國IBM公司發表的電腦顯示器連接端子,是目前最常見的顯示器連接埠,由於接頭採用類似於英文D的形狀,共有三排15個針角,因此稱為D-sub。不過因為採用類比訊號, 現在已逐漸被數位訊號的DVI取代;但仍可透過轉接方式使用。

 

‧RCA

 

俗稱蓮花頭。常運用於AV影音,又稱複合端子(Composite Video Connector),是家用影音設備最常見的端子。AV端子通常是黃色的RCA接頭,另外配合兩條紅色與白色的RCA接頭傳送音訊,在液晶顯示器中較為少見,通常被運用在LCDTV中。

 

‧S-Video

 

S端子也稱做獨立視訊端子, S 是表示「Separate單獨」的意思。它是一種將視頻訊號分成光亮度和色度兩個單獨的訊號傳送的模擬視頻接頭,不像RCA使用將所有訊號整合成一個綜合訊號傳送。

 

‧色差

 

色差端子(Component Video Connector)是把類比視訊中的明亮度、彩度和同步訊號分開傳送的端子,通常紅、綠與藍三個接孔也分別對應訊號中的RGB三原色, 或轉換為明度(Y)與色差(Cb/Cr或Pb/Pr)的方式。

 

數位訊號

 

相較於類比訊號,因為電腦本身計算就是以數位訊號在傳遞,所以傳送的過程也較為穩定,不易受到干擾。而支援數位訊號的接頭,因為不需經過訊號轉換,更能真實的呈現完整畫面,也開始取代類比訊號接頭的存在。

 

‧DVI

 

DVI的「Digital Visual Interface」,中文翻為「數位視訊介面」。是透過數位的訊號傳送,強化顯示器的畫面品質。目前已被廣泛應用於液晶顯示器、投影機等設備上,可以傳送未壓縮的視頻資料到顯示裝置。DVI連接埠共有三種,DVI-A負責傳送類比訊號、DVI-D負責傳送數位訊號、DVI-I則可相容傳送類比及數位訊號。

 

‧HDMI

 

HDMI的英文全稱是「High Definition Multimedia Interface」,中文為「高清晰度多媒體介面」,是一種全數位化的多媒體傳輸介面,是以DVI為基礎所開發的高頻寬傳輸規格(相容於DVI),可以傳送無壓縮的「音頻」以及「視訊」信號。目前HDMI最新規格為1.3,增加了超高資料量的無壓縮音頻串流如Dolby TrueHD與DTS-HD格式的支援。

 

 

HDCP保護機制

 

目前內建HDMI的液晶顯示器,同時也會特別註明具備HDCP加密保護機制(High-Bandwidth DigitalContent Protection),來表示其支援高畫質影像。HDCP是由英特爾開發,用以確保數位化的影像與聲音資料在通過DVI或HDMI介面傳送時不至於遭到非法拷貝。訊號來源(播放機或電腦的顯示卡)和顯示器雙方都必須內建HDCP晶片才能正常播放。

 

舉例來說,想要將PlayStation 3遊戲機直接以HDMI端子連接至液晶顯示器時,如果顯示器不支援HDCP授權,那麼主機的遊戲影像將無法正確顯示在螢幕上;相反的,如果顯示器支援HDCP,就能在螢幕中看到PS3所傳輸的影像。

 

新興的HD高解析格式

 

隨著LCD顯示器的尺吋和解析度不斷提高,能否完整對應HD高解析格式訊號,也成為選購LCD顯示器的指標之一。不過隱藏在HD高解析口號的背後,其實還有相當多的名目,包括Full HD、HD Ready和HD Compatible,如何正確判別這些名詞,也是近來LCD顯示裝置的最新課題。

 

HD

 

HD,High Definition,指的是高畫質訊號源的意思,相對於目前電視訊號主流號的SD(Standard Definition)標準畫質,具有更高的解晰度。SD畫質的解析度最高只能達到704×480像素(480i/480p);而HD訊號的解晰度則進入了1280×720像素(720p)與1920×1080像素(1080i/1080p)等級。而1080i和1080p的差別在於「i」是交錯掃描(interlace),畫面以奇偶數掃描線交錯方式呈現,「p」則表示循序掃描(Progressive),畫面會依序掃描完整顯示,所以1080p的畫面顯示會比1080i更穩定和流暢。

 

Full HD

 

不同於HD所指的訊號,Full HD的意含指的則是裝置本身,包含液晶顯示器、液晶電視或攝影機,能真實顯示或錄製1920×1080(1080p)解晰度的影像,就能符合Full HD標準。

 

HD Ready

 

HD Ready是歐洲資訊通訊技術協會(EICTA)在2004年1月宣布的標準。是為了區別出顯示設備的品質,能夠處理和顯示高清晰度電視的訊號。

 

HD Reday指的是顯示設備能夠從HD訊號中顯示完整的影像解像度,進而展現像素較高的影像,不過實際上大部分標示有HD Ready的產品,都沒有達到HD必備的解晰度 (1920×1080或1280×720),來完整顯示HD訊號的影像。

 

HD Compatible

 

HD Compatible指的是相容於高解晰度訊號,通常只是一個帶有HDMI介面的標準解晰度的顯示器,但顯示器的解析度只有HD Ready的水準。目前22吋以上的寬螢幕LCD顯示器,都能達到HD 1280×720解晰度的水準,能完整顯示HD影片。

 

 

HD高畫質影像來源

 

目前符合於HD規格的訊號源主要為Blu-ray藍光與HD DVD影片,能完整輸出1920×1080(1080p)Full HD的影像畫面,而兩者同樣都是以405nm波長的藍色雷射光來讀取的光碟片。

 

Blu-ray藍光光碟

 

藍光光碟(Blu-ray Disc,簡稱為BD),是DVD光碟的次世代光碟格式之一,用以儲存高品質的影音訊號及大容量的檔案資料。藍光光碟是由新力及松下電器產業等企業組成的「藍光光碟聯盟」(Blu-rayDisc Association)推動的次世代光碟規格,並於2006年開始全面推動藍光光碟的相關產品。

 

HD DVD

 

HD DVD的全名為High Definition DVD,是由東芝、NEC、三洋電機等企業組成的HD DVD推廣協會(HD DVD Promotion Group)負責制定及開發。由於經過DVD論壇的認證,所以可相容播放現有DVD光碟,而且一部HD DVD影片中同時也能並存傳統DVD版本的影片。

 

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【文/黃冠儒】

 

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。

 

 

 

新世代顯示技術

 

採用LCD技術顯像的顯示器已是當前主流,而當LCD液晶技術已發展至成熟階段,市面上也有一些以LCD為基礎改進、或是同質性的產品,我們一併在此介紹給各位讀者。

 

PDP(Plasma Display Panel):電漿

 

電漿的發光原理是在真空玻璃管中注入惰性氣體或水銀氣體,利用加電壓方式,使氣體產生電漿效應並放出紫外線,激發紅藍綠RGB三原色,發出的光線不經電子槍掃描或背光產生,而是每個個體在同一時間獨立發光,利用激發時間的長短來產生不同的亮度,所以顏色也特別鮮明。使用壽命約為5到6萬個小時,其亮度會隨著使用的時間衰退。

 

以往PDP曾被視為是大尺吋螢幕的最佳顯像技術,不具顯示視角問題,在任何環境光源和位置都可觀賞到最佳畫質。不過隨著LCD液晶技術的不斷發展,受限於解析度及電漿壽命問題,目前較活躍於42吋以上的家用電視市場。

 

OLED(Organic Light-EmittingDiode):有機發光二極體

 

OLED具有自發光性、廣視角、高對比、低耗電、高反應速率、全彩化等優點,是近來廣泛被報導將取代目前TFT-LCD的顯示技術,OLED顯示器的種類可分單色、多彩及全彩等種類,而其中以全彩製作技術最為困難。OLED目前仍處於面板價格高、良率低的情況,目前少部分被應用於手機、相機等手持式等小型設備中,Sony也於去年發表11吋的OLED TV,具有更加輕薄與清晰的畫質, 目前開出最大的OLED面板為Samsung的21吋,預計至2010年才會開始普及。

 

SED(Surface-conduction ElectronemitterDisplay):表面傳導電子發射顯示器

 

SED的技術顯像原理與CRT映像管類似,都是利用電子撞擊螢光物質來呈現畫面,所以具有高對比、廣視角、反應快、不需濾光片與背光的特性,不同之處在於CRT是利用單一的電子槍來回掃描螢幕,所以需要一定的深度讓電子束折射;但是SED是一個發光點對應一個微型的電子槍,且不需偏折設計,有效減少以往映像管造成的體積問題,同時也比液晶顯示器來得薄。雖然到目前為止還沒有正式的商品出現,但SED仍是被看好的顯示技術之一。

 

 

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

 

 

簡易判別螢幕的優劣

 

規格的標示僅能代表顯示器的基本要項,我們在實際觀看時,還是得要眼見為憑,以符合自己觀看的感受為準,才不會造成眼睛的不適。

 


對比越高,色階顯示更為明顯:灰色色階能顯示螢幕對比度的優劣,對比度越高,各個色塊的層次感會更加清晰。

 


反應速度越快,影像更為流暢:因為人體視覺有暫留作用,所以反應速度的數值越小,越不容易發生影像殘影的情況。

 


善用螢幕測試軟體:要讓LCD顯示器以最合適的方式觀看,建議可使用NOKIA Monitor Test或EZIO Test螢幕測試軟體來幫忙將螢幕調教至最佳狀態。

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。



全文網址: LCD技術完全解剖 液晶顯示器技術釋疑 (上) | 資訊硬體 | 3C產品 | udn數位資訊 http://mag.udn.com/mag/digital/storypage.jsp?f_ART_ID=116460#ixzz21jQoK4En 
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