LCD技術(shù)詳細(xì)介紹

LCD技術(shù)詳細(xì)介紹?

關(guān)于液晶
物質(zhì)有三種形態(tài)：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。
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1888年，澳大利亞植物學(xué)者萊尼茨爾（Reinitzer）研究膽甾醇在植物中的作用時，用膽甾基苯進(jìn)行試驗，無意間發(fā)現(xiàn)了液晶，但液晶的實際應(yīng)用直到二十世紀(jì)五十年代才開始。 顧名思義，液晶是固液態(tài)之間的一種中間類狀態(tài)。 液晶是一種有機(jī)化合物，在一定的溫度范圍內(nèi)，它既具有液體的流動性、粘度、形變等機(jī)械性質(zhì)，又具有晶體的熱（熱效應(yīng)）、光（光學(xué)各向異性）、電（電光效應(yīng)）、磁（磁光效應(yīng)）等物理性質(zhì)。 光線穿透液晶的路徑由構(gòu)成它的分子排列所決定。人們發(fā)現(xiàn)給液晶充電會改變它的分子排列，繼而造成光線的扭曲或折射。
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液晶按照分子結(jié)構(gòu)排列的不同，分為三種：晶體顆粒粘土狀的稱為近晶相（Smectic）液晶、類似細(xì)火柴棒的稱為向列相（Nematic）液晶、類似膽固醇狀的稱為膽甾相（Cholestic）液晶。這三種液晶的物理特性都不盡相同，用于液晶顯示器的是第二類的向列相（Nematic）液晶。

LCD的原理
只有先認(rèn)識了它的結(jié)構(gòu)和原理，了解了它的技術(shù)和工藝特點，才能在選購時有的放矢，在應(yīng)用和維護(hù)時更加科學(xué)合理。液晶是一種有機(jī)復(fù)合物，由長棒狀的分子構(gòu)成。在自然狀態(tài)下，這些棒狀分子的長軸大致平行。LCD第一個特點是必須將液晶灌入兩個列有細(xì)槽的平面之間才能正常工作。這兩個平面上的槽互相垂直(90度相交)，也就是說，若一個平面上的分子南北向排列，則另一平面上的分子?xùn)|西向排列，而位于兩個平面之間的分子被強(qiáng)迫進(jìn)入一種90度扭轉(zhuǎn)的狀態(tài)。由于光線順著分子的排列方向傳播，所以光線經(jīng)過液晶時也被扭轉(zhuǎn)90度。但當(dāng)液晶上加一個電壓時，分子便會重新垂直排列，使光線能直射出去，而不發(fā)生任何扭轉(zhuǎn)。LCD的第二個特點是它依賴極化濾光片和光線本身，自然光線是朝四面八方隨機(jī)發(fā)散的，極化濾光片實際是一系列越來越細(xì)的并行線。這些線形成一張網(wǎng)，阻斷不與這些線平行的所有光線，極化濾光片的線正好與第一個垂直，所以能完全阻斷那些已經(jīng)極化的光線。 只有兩個濾光片的線完全平行，或者光線本身已扭轉(zhuǎn)到與第二個極化濾光片相匹配，光線才得以穿透。LCD正是由這樣兩個相互垂直的極化濾光片構(gòu)成，所以在正常情況下應(yīng)該阻斷所有試圖穿透的光線。但是，由于兩個濾光片之間充滿了扭曲液晶，所以在光線穿出第一個濾光片后，會被液晶分子扭轉(zhuǎn)90度，最后從第二個濾光片中穿出。另一方面，若為液晶加一個電壓，分子又會重新排列并完全平行，使光線不再扭轉(zhuǎn)，所以正好被第二個濾光片擋住?？傊与妼⒐饩€阻斷，不加電則使光線射出。當(dāng)然，也可以改變LCD中的液晶排列，使光線在加電時射出，而不加電時被阻斷。但由于液晶屏幕幾乎總是亮著的，所以只有"加電將光線阻斷"的方案才能達(dá)到最省電的目的。

LCD的分類
可以將LCD分為被動技術(shù)和主動技術(shù)兩種，代表性的產(chǎn)品分別是DSTN（double-layer supertwist nematic雙層超扭曲向列相液晶）和TFT（thin film transistor薄膜晶體管）。 DSTN一直是被動式筆記本顯示器的標(biāo)準(zhǔn)，HPA和CSTN則是被動技術(shù)的最新改進(jìn)。HPA也被稱為高性能尋址或快速DSTN。HPA和CSTN皆比DSTN提供了更好的對比度和亮度。CSTN的反應(yīng)時間現(xiàn)在已下降到100ms，并提供140度視角。

DSTN是由超扭曲向列型顯示器（STN）發(fā)展而來的，由于DSTN采用雙掃描技術(shù)，因而顯示效果較STN有大幅度的提高。筆記本計算機(jī)剛出現(xiàn)時主要是使用STN。STN的反應(yīng)時間較慢，一般為300ms左右，用戶能感覺到拖尾（余輝）。由于DSTN 分上下兩屏同時掃描，所以在使用中有可能在顯示屏中央出現(xiàn)一條亮線。

主動矩陣顯示屏通過薄膜晶體管直接尋址，這也是該技術(shù)名稱的由來，即TFT（薄膜晶體管）。TFT屬于有源矩陣液晶顯示器中的一種，反應(yīng)時間大大提高，已達(dá)到25ms。其具有更高的對比度和更豐富的色彩。相對DSTN而言，TFT的主要特點是每個像素都配置一個半導(dǎo)體開關(guān)器件，其加工工藝類似于大規(guī)模集成電路。由于每個像素都可通過點脈沖直接控制，因而每個節(jié)點相對獨立，并可連續(xù)控制，這樣不僅提高了反應(yīng)時間，同時在灰度控制上可以非常精確，這就是TFT色彩較DSTN更為逼真的原因。目前絕大部分筆記本計算機(jī)廠商的主流產(chǎn)品都是采用TFT顯示屏。
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LCD和CRT（傳統(tǒng)顯示器）的比較以及購買時的注意事項
LCD的工作原理我們介紹過了，那么再介紹一下CRT，然后我們好比較。CRT的工作原理是由燈絲、陰極、控制柵組成電子槍，通電后燈絲發(fā)熱，陰極被激發(fā)，發(fā)射出電子流，電子流受到帶有高電壓的內(nèi)部金屬層的加速，經(jīng)過透鏡聚焦形成極細(xì)的電子束，打在熒光屏上，使熒光粉發(fā)光。電子束在偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的磁場作用下，可以控制其射向熒光屏的指定位置，電子束打在熒光屏上后會形成一個發(fā)光點，若干個發(fā)光點就可以組成圖像。RGB三色熒光點被不同強(qiáng)度的電子束擊中，就會產(chǎn)生各種色彩，通過控制電子束的強(qiáng)弱和通斷，則可以形成各種絢麗多彩的畫面。一般蔭罩式顯像管的內(nèi)部有一層類似篩子的網(wǎng)罩，電子束通過網(wǎng)眼打在呈三角形排列的熒光點上，三把電子槍分別對應(yīng)RGB三色，所以叫做"三槍三束"顯像管。蔭柵式顯像管(例如特麗瓏與鉆石瓏)的原理也是一樣，只不過此類顯像管的網(wǎng)罩是將許多光柵縱向固定在框里形成的。

接下來就是詳細(xì)介紹它們的不同之處了:
分辨率
分辨率是一個非常重要的性能指針。它指的是屏幕上水平和垂直方向所能夠顯示的點數(shù)（屏幕上顯示的線和面都是由點構(gòu)成的）的多少，分辨率越高，同一屏幕內(nèi)能夠容納的信息就越多。對于一臺能夠支持1280x1024分辨率的CRT來說，無論是320x240還是1280x1024分辨率，都能夠比較完美地表現(xiàn)出來（因為電子束可以做彈性調(diào)整）。但它的最大分辨率未必是最合適的分辨率，因為如果17寸顯示器上到1280x1024分辨率的話，WINDOWS的字體會很小，時間一長眼睛就容易疲勞，所以17寸顯示器的最佳分辨率應(yīng)為1024x768。

但對LCD來說則不然。LCD的最大分辨率就是它的真實分辨率，也就是最佳分辨率。一旦所設(shè)定的分辨率小于真實分辨率（比如說15寸LCD，其真實分辨率為1024x768，而WINDOWS中設(shè)定分辨率為800x600）的話，將有兩種顯示方式。一是居中顯示，只有LCD中間的800x600個點會顯示圖像，其它沒有用到的點不會發(fā)光，保持黑暗背景，看起來畫面是居中縮小的。另一種是擴(kuò)展顯示，這種方式會使用到屏幕上每一個像素，但由于像素很容易發(fā)生扭曲，所以會對顯示效果造成一定影響。所以說無論如何在選擇LCD時要注意分辨率不是越大越好而是適當(dāng)好用。

刷新率
對于CRT來講，屏幕上的圖形圖像是由一個個因電子束擊打而發(fā)光的熒光點組成，由于顯像管內(nèi)熒光粉受到電子束擊打后發(fā)光的時間很短，所以電子束必須不斷擊打熒光粉使其持續(xù)發(fā)光。電子槍從屏幕的左上角的第一行（行的多少根據(jù)顯示器當(dāng)時的分辨率所決定，比如800X600分辨率下，電子槍就要掃描600行）開始，從左至右逐行掃描，第一行掃描完后再從第二行的最左端開始至第二行的最右端，一直到掃描完整個屏幕后再從屏幕的左上角開始，這時就完成了一次對屏幕的刷新，周而復(fù)始。這樣我們就能夠理解，為什么顯示器的分辨率越高，其所能達(dá)到的刷新率最大值就越低。一般來講，屏幕的刷新率要達(dá)到75HZ以上，人眼才不易感覺出屏幕的閃爍，CRT顯示器的刷新率是由其行頻和當(dāng)時的分辨率決定的，行頻越高，同一分辨率下的刷新率就越高；而行頻一定的情況下，分辨率越高則它所能達(dá)到的刷新率越低。對于LCD來說則不存在刷新率的問題，它根本就不需要刷新。因為LCD中每個像素都在持續(xù)不斷地發(fā)光，直到不發(fā)光的電壓改變并被送到控制器中，所以LCD不會有"不斷充放電"而引起的閃爍現(xiàn)象。

視角
目前大多數(shù)純平顯示器的視角都能達(dá)到180度，也就是說，從屏幕前的任意一個方向都能清楚地看到所顯示的內(nèi)容。而LCD則不同，它的可視角度根據(jù)工藝先進(jìn)與否而有所不同，部分新型產(chǎn)品的可視角度已經(jīng)能夠達(dá)到160左右，跟CRT的180度已經(jīng)非常接近。也有一些LCD雖然標(biāo)稱視角為160度，但實際上卻達(dá)不到這個標(biāo)準(zhǔn)。用戶在使用過程中一旦視角超出其實際可視范圍，畫面的顏色就會減退、變暗，甚至出現(xiàn)正像變成負(fù)像的情況。很可能大家為飛利浦的廣告所迷惑其實LCD的視角并不是很大，反而比CRT的小許多，是一個明顯比CRT弱的地方，所以不用擔(dān)心被同事看見小笨熊的愛稱。當(dāng)然如果廠商將產(chǎn)品中加上增加視角的技術(shù)的話情況會好一點。下面介紹一下。

TN+Film（TN+視角擴(kuò)大膜）技術(shù)
從結(jié)構(gòu)上來講，液晶顯示器使用了"液晶"作為顯示材料。液晶是一種介于固態(tài)和液態(tài)之間的物質(zhì)，在一定的溫度下會呈現(xiàn)出透明的液體狀態(tài)，而冷卻以后又會變成帶結(jié)晶顆粒的混濁固體狀態(tài)。液晶按照分子結(jié)構(gòu)排列的不同分為三種：類似粘土狀的Smectic液晶、類似細(xì)火柴棒的Nematic液晶、類似膽固醇狀的Cholestic液晶，。這三種液晶的物理特性都不盡相同，通常用于液晶顯示器的是第二類的Nematic液晶，采用此類液晶制造的液晶顯示器也就稱為LCD（Liquid Crystal Display）。 普通液晶屏上層的液晶分子的排列是橫向的，下層的液晶分子排列是縱向的，而位于上下層之間的液晶分子接近上層的就呈橫向排列，接近下層的則呈縱向排列。整體看起來，液晶分子的排列方式就像是一個螺旋形的旋轉(zhuǎn)排列，但是基于TN+視角擴(kuò)大膜技術(shù)的液晶顯示器的液晶分子是垂直于顯示屏排列的，這樣在上層的表面加一層特殊的薄膜即可增加可視的角度。 從技術(shù)上來講，該技術(shù)是基于較成熟的標(biāo)準(zhǔn)TFT-Twisted Nematic（扭轉(zhuǎn)向列式）液晶技術(shù)發(fā)展起來的。只要在基板的上表面加上一層特殊的薄膜（轉(zhuǎn)向膜）就可以將水平視角從90度增加到140度。該技術(shù)的優(yōu)點不言而喻，那就是相對的廉價和發(fā)展較為成熟的技術(shù)，成品率高。但是該技術(shù)的缺點也同樣明顯，就是對對比度較低和響應(yīng)速度較慢的固有缺點仍沒有質(zhì)的改變。
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IPS （板內(nèi)切換 or Super-TFT）技術(shù)
IPS或"板內(nèi)切換"技術(shù)最先是由Hitachi（日立）開發(fā)的，現(xiàn)在NEC及Nokia（諾基亞）也采用這項技術(shù)生產(chǎn)TFT。

原理：
IPS與TN+Film（扭轉(zhuǎn)向列液晶+視角擴(kuò)大膜組合）技術(shù)的最大不同點在于液晶分子的方向是平行于基板而不是垂直于基板。這一點是通過施加電壓來實現(xiàn)的。
使用IPS或Super TFT技術(shù)可以使視角擴(kuò)大到170度，基本上可以達(dá)到CRT監(jiān)視器一樣的視角。但是這項技術(shù)也有缺點，因為液晶分子的排列方向，使得電極必須做成梳子狀，安放在下層玻璃基板上，而不能像TN模式一樣（成型的TN液晶顯示屏通常包括玻璃基板、ITO膜、配向膜、偏光板等制成的夾板，共有兩層，稱為上下夾層，每個夾層都包含電極和配向膜上形成的溝槽，上下夾層中的是液晶分子），安置在兩層玻璃基板上。這樣做會降低對比度，因此必須加大背光源來達(dá)到要求的的亮度。同TN+Film（TN+視角擴(kuò)大膜）技術(shù)相同 IPS模式下的對比度及響應(yīng)時間與傳統(tǒng)的TFT-TN 相比也并無多大改善。

3 MVA（Multi-Domain Vertical Alignment，多區(qū)域垂直排列）技術(shù)
MVA技術(shù)是由富士通公司開發(fā)的。從技術(shù)的上來看，MVA目前來看應(yīng)該是液晶顯示器廣視角及短響應(yīng)時間最好的解決方案。MVA技術(shù)使可視角度可達(dá)到160度，響應(yīng)時間可達(dá)到20ms。在MVA技術(shù)中，M代表 "multi-domain"，是指單個色彩單元里面用凸出的物體來形成多區(qū)域。 VA代表"Vertical Alignment"（垂直排列），由于凸出物的關(guān)系，液晶分子在靜態(tài)時并不完全是的垂直排列的。當(dāng)施加電壓產(chǎn)生電場之后，液晶分子變成水平排列，這樣背光源發(fā)出的光就能通過各個層。MVA技術(shù)能夠提供比TN+視角擴(kuò)大膜技術(shù)及IPS技術(shù)更短的響應(yīng)時間，這對視頻和游戲的表現(xiàn)來說很重要。對比度方面也有提高，但是會隨視角的變化而變化。

TN+Film（TN+視角擴(kuò)大膜）技術(shù)
成本低廉，成品率高，可視角度140度，對比度和響應(yīng)時間無太大提高。 IPS（內(nèi)切換 or Super-TFT）技術(shù)：可視角度170度，對比度和響應(yīng)時間無太大提高。MVA（Multi-Domain Vertical Alignment，多區(qū)域垂直排列）技術(shù)可視角度160度，對比度和響應(yīng)時間有較大的提高，適合對視頻和游戲的回放。
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可視面積
可視面積指的是在實際應(yīng)用中，可以用來顯示圖像的那部分屏幕的面積。因為CRT顯示器的尺寸實際上是其顯像管的尺寸，可以用來顯示圖像的部分根本達(dá)不到這個尺寸，因為顯像管的邊框占了一部分空間。一般來講，17寸CRT顯示器的可視面積約在15.8-16英寸左右，而15寸顯示器的可視面積則只有13.8英寸左右。但對于LCD來說，標(biāo)稱的尺寸大小基本上就是可視面積的大小，被邊框占用的空間非常小，15寸LCD的可視面積大約有14.5英寸左右，這也是為什么LCD看起來要比同樣尺寸CRT更大一些的原因。所以選購LCD的時候15村就基本上夠了.

亮度與對比度
液晶顯示器的顯示功能主要是有一個背光的光源，這個光源的亮度決定整臺LCD的畫面亮度及色彩的飽和度。理論上來說，液晶顯示器的亮度是越高越好，亮度的測量單位為cd/m2（每公尺平方燭光），也叫NIT流明。目前TFT屏幕的亮度大部分都是從150Nits開始起步，通常情況下200Nits才能表現(xiàn)出比較好的畫面。對比度也就是黑與白兩種色彩不同層次的對比測量度。對比度120:1時就可以顯示生動、豐富的色彩（因為人眼可分辨的對比度約在100:1左右），對比率高達(dá)300:1時便可以支持各階度的顏色。目前大多數(shù)LCD顯示器的對比度都在100:1～300:1左右。目前還沒有一套公正的標(biāo)準(zhǔn)值來衡量亮度與對比的反差值，所以購買LCD全靠一雙銳利的眼睛。所以在選購LCD時要注意這個指標(biāo)，它也是LCD產(chǎn)品上性能差異最大的一環(huán)估計選購上有些難度。

反應(yīng)速度
測量反應(yīng)速度的時間單位元是毫秒（ms），指的是象素由亮轉(zhuǎn)暗并由暗轉(zhuǎn)兩所需的時間。這個數(shù)值越小越好，數(shù)值越小，說明反應(yīng)速度越快。目前主流LCD的反應(yīng)速度都在25ms以上，在一般商業(yè)用途中（例如字處理或文本處理）沒有什么太大關(guān)系，因為此類用途不必太在意LCD的反應(yīng)時間。而如果是用來玩游戲、觀看VCD/DVD等全屏高速動態(tài)影像時，反應(yīng)時間就尤其重要了，如果反應(yīng)時間較長的話，畫面就會出現(xiàn)拖尾、殘影等現(xiàn)象。舉個簡單的例子，現(xiàn)在市場上絕大多數(shù)LCD顯示器在玩QUAKE3時都會有不同程度的拖尾現(xiàn)象，在畫面高速更新時尤其明顯。而CRT則完全沒有這個問題，因為CRT的反應(yīng)時間只有1ms，是絕對不會出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象的。

色彩
說到色彩，LCD也比不上CRT，從理論上講，CRT可顯示的色彩跟電視機(jī)一樣為無限。而LCD只能顯示大約26萬種顏色，絕大部分產(chǎn)品都宣稱能夠顯示1677萬色（16777216色，32位），但實際上都是通過抖動算法（dithering）來實現(xiàn)的，與真正的32位色相比還是有很大差距，所以在色彩的表現(xiàn)力和過渡方面仍然不及傳統(tǒng)CRT。同樣的道理，LCD在表現(xiàn)灰度方面的能力也不如CRT。大家有條件的話可以自己比較一下：找一臺17英寸特麗瓏顯像管的顯示器，再擺一臺15寸LCD，同時顯示一幅1677萬色的圖像。CRT顯示出來的畫面十分鮮艷，而LCD則顯得有些"假"，雖然說不上來哪里不對，但看著就是沒有那臺瓏管的CRT舒服。

顯示效果
先說CRT，目前絕大部分家用級CRT都不同程度地存在著聚焦、匯聚、呼吸效應(yīng)等方面的問題，這與廠家的技術(shù)工藝是分不開的。如果生產(chǎn)廠家設(shè)計的相關(guān)控制電路不夠先進(jìn)，就很容易出現(xiàn)前面所說的那些問題。這也是為什么同樣都是特麗瓏顯像管，SONY原廠生產(chǎn)的顯示器和其它一些廠家所生產(chǎn)的顯示器表現(xiàn)截然不同的原因。而LCD則完全沒有聚焦等問題，因為它根本就不需要聚焦。不過在線形與非線形失真等問題，LCD也有可能會出現(xiàn)，只不過CRT更容易出現(xiàn)罷了。

輻射
因為CRT顯示器的光線會通過陰極管發(fā)出，同時也發(fā)出了輻射，所以對人體是很不利，但是后來TCO9X的要求是CRT在這方面得到了極大的改善。但是LCD由于其工作原理的緣故，工作時更本不會發(fā)出一點輻射，比之CRT強(qiáng)了很多。所以在下認(rèn)為一般家庭還是使用CRT比較合適，多媒體效果會更好而且價格相對來說較便宜，LCD液晶顯示器更適合在商業(yè)上用途上，股票交易、媒體編輯更適合使用LCD。