液晶显示器.docx

1、液晶显示器液晶显示器液晶显示器，或称LCD（Liquid Crystal Display），为平面超薄的显示设备，它由一定数量的彩色或黑白像素组成，放置于光源或者反射面前方。液晶显示器功耗很低，因此倍受工程师青睐，适用于使用电池的电子设备。它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。LCD起源LCD（ Liquid Crystal Display），对于许多的用户而言可能是一个并不算新鲜的名词了，不过这种技术存在的历史可能远远超过了我们的想像 早在19世纪末，奥地利植物学家就发现了液晶，即液态的晶体，也就是说一种物质同时具备了液体的流动性和类似晶体的某种排列特性。在电场

2、的作用下，液晶分子的排列会产生变化。从而影响到它的光学性质，这种现象叫做电光效应。利用液晶的电光效应，英国科学家在上世纪制造了第一块液晶显示器即LCD。今天的液晶显示器中广泛采用的是定线状液晶，如果我们微观去看它，会发现它特象棉花棒。与传统的CRT相比，LCD不但体积小，厚度薄（目前14.1英寸的整机厚度可做到只有5厘米），重量轻、耗能少（1到10 微瓦/平方厘米）、工作电压低（1.5到6V）且无辐射，无闪烁并能直接与CMOS集成电路匹配。由于优点众多，LCD从1998年开始进入台式机应用领域。 第一台可操作的LCD基于动态散射模式(Dynamic Scattering Mode,DSM)，R

3、CA公司乔治海尔曼带领的小组开发了这种LCD。海尔曼创建了奥普泰公司，这个公司开发了一系列基于这种技术的的LCD。 1970年12月，液晶的旋转向列场效应在瑞士被仙特和赫尔弗里希霍夫曼-勒罗克中央实验室注册为专利。 1969年，詹姆士福格森在美国俄亥俄州肯特州立大学（Ohio University）发现了液晶的旋转向列场效应并于1971年2月在美国注册了相同的专利。1971年他的公司（ILIXCO）生产了第一台基于这种特性的LCD，很快的替代了性能较差的DSM型LCD。 在1985年之后，这一发现才产生了商业价值，1973年日本的声宝公司首次将它运用于制作电子计算器的数字显示。现在，LCD是笔

4、记本电脑和掌上计算机的主要显示设备，在投影机中，它也扮演着非常重要的角色，而且它开始逐渐渗入到桌面显示器市场中。 LCD早期发展一直以来，追求更完美的视觉享受都是我们桌面显示设备的目标，回顾近年的显示技术发展历程，我们不难发现它都是围绕着同样一个主题“追求更佳的人类肉眼视觉舒适性”！ 作为近几年才突然新兴起的新产品，液晶显示器已经全面取代笨重的CRT显示器成为现在主流的显示设备。可是，液晶显示器的发展之路并不是我们想象中的那样一帆风顺。下面，我们与新老玩家一起回顾一下近年LCD发展的艰辛曲折之路。 LCD早期发展(19862001)过高成本抑制其发展之路 技术不成熟的早期，LCD主要应用于电子

5、表、计算器等领域 我们平时所说的LCD，它的英文全称为Liquid Crystal Display，直译成中文就是液态晶体显示器，简称为液晶显示器。 液晶是一种几乎完全透明的物质。它的分子排列决定了光线穿透液晶的路径。到20世纪60年代，人们发现给液晶充电会改变它的分子排列，继而造成光线的扭曲或折射，由此引发了人们发明液晶显示设备的念头。 世界上第一台液晶显示设备出现在20世纪70年代初，被称之为TN-LCD（扭曲向列）液晶显示器。尽管是单色显示，它仍被推广到了电子表、计算器等领域。 LCD特点机身薄，节省空间与比较笨重的CRT显示器相比，液晶显示器只要前者三分之一的空间。 省电，不产生高温它

6、属于低耗电产品，可以做到完全不发热(主要耗电和发热部分存在于背光灯管或LED)，而CRT显示器，因显像技术不可避免产生高温。 低辐射，益健康液晶显示器的辐射远低于CRT显示器（仅仅是低，并不是完全没有辐射，电子产品多多少少都有辐射），这对于整天在电脑前工作的人来说是一个福音。 画面柔和不伤眼不同于CRT技术，液晶显示器画面不会闪烁，可以减少显示器对眼睛的伤害，眼睛不容易疲劳。 液晶显示器绿色环保，它的能源消耗相对于传统的CRT来说，简直是太小了（17功率大概在200W以内）；对于近来逐渐引起国人重视的噪音污染也与它无缘，因为它的自身的工作特点决定了它不会产生噪音（对于那种喜欢一边使用电脑，一边

7、有节奏的敲打显示器的用户发出的噪音，这里不予以考虑）；液晶显示器还有一个好处就是发热量比较低，长时间使用不会有烤热的感觉，这一点也是以前的显示器无可比拟的，以前的显示器可是宝贵，尤其是夏天，家里的空调、电扇都得为它服务给它降温。使用液晶显示器无形中为大气降了温，也为阻止日益升温的大气作贡献。同时减少辐射，降低环境污染。当然了，环保也不会少了辐射这个指数的，虽然我们不能说液晶显示器就完全没有辐射，但是相对于辐射大户CRT，以及日常家电的辐射来说，液晶显示器那一点点辐射简直可以忽略不计。 现在的时代其实还是模拟时代，而未来的时代从目前的发展趋势来看是数字时代。显示器智能化操作，数字控制、数码显示是

8、未来显示器的必要条件。随着数字时代的来临，数字技术必将全面取代模拟技术，LCD不久就会全面取代现在的模拟CRT显示器。 不过从另一个方面讲液晶显示器的数字接口现在并不普及，还远远没有到应用领域。从理论上说，液晶显示器是纯数字设备，与电脑主机的连接也应该是采用数字式接口，采用数字接口的优点是不言而喻的。首先可以减少在模数转换过程中的信号损失和干扰；减少相应的转化电路和元件；其次不需要进行时钟频率、向量的调整。 但目前市场上大部分液晶显示器的接口是模拟接口，存在着传输信号易受干扰、显示器内部需要加入模数转换电路、无法升级到数字接口等问题。并且，为了避免像素闪烁的出现，必须做到时钟频率、向量与模拟信

9、号的完全一致。 此外，液晶显示器的数字接口尚未形成统一标准，带有数字输出的显示卡在市面上并不多见。这样一来，液晶显示器的关键性的优势却很难充分发挥。 这个问题可能不是很好理解，我们举例子说明一下吧。使用过液晶显示器的人都知道液晶显示器很容易产生影像拖尾现象。 响应时间是液晶显示器的一个特殊指标。液晶显示器的响应时间指的是显示器各像素点对输入信号反应的速度，响应时间短，则显示运动画面时就不会产生影像拖尾的现象。这一点在玩游戏、看快速动作的影像时十分重要。足够快的响应时间才能保证画面的连贯。目前，市面上一般的液晶显示器，响应时间与以前相比已经有了很大的突破，一般为40ms左右。不过随着技术的日益发

10、展LCD和CRT的这个差距在逐渐的被弥补上，一款液晶显示器的响应时间就已经缩短到了5ms. 从外形上看液晶显示器的外观轻巧超薄，与传统球面显示器相比，其厚度、体积仅是CRT显示器的一半（比如华硕的MS系列产品，其厚度更是达到了让人惊讶的1.65cm），大大减少了占地空间。 香港和东京是世界上液晶显示器普及率最高的地区，去年香港液晶显示器的出货量占到了显示器总出货量的七成。我们观察一下液晶显示器普及率高的地区就不难发现，这些地方大多是比较繁华，比较拥挤，生活水平比较高，而且写字楼、金融大厦林立的地方。在这些地方可谓是寸土寸金。显示器节省下来的空间的地皮价格远远高于液晶显示器和CRT显示器的差价。

11、现在我国大陆的一些大城市的繁华区域也有向着这个方向发展的趋势。 这个问题其实是问您对显示器的用途。众所周知，由于液晶分子不能自己发光，所以，液晶显示器需要靠外界光源辅助发光。一般来讲140流明每平方米才够。有些厂商的参数标准和实际标准还存在差距。这里要说明一下，就是一些小尺寸的液晶显示器以往主要应用于笔记本电脑当中，采用两灯调节，因此它们的亮度和对比度都不是很好。不过现在主流的桌面版本的液晶显示器的亮度一般都可以达到250流明到400流明，已经开始逐渐接近CRT的水平了。 对于大多数人来说，如果把CRT和LCD摆放在一起的话，可以比较轻松的分辨出液晶显示器和普通的CRT显示器的亮度和对比度以及

12、色彩饱和度的不同，但是就一般使用来说，这一点点差距并不会影响您的工作。 但是对于专业的美工等要求准确色彩的工作来说，液晶显示器还不能完全达到其工作的要求。 分类液晶显示器是一种采用液晶为材料的显示器。液晶是介于固态和液态间的 有机化合物。将其加热会变成透明液态，冷却后会变成结晶的混浊固态。在电场作用下，液晶分子会发生排列上的变化，从而影响通过其的光线变化，这种光线的变化通过偏光片的作用可以表现为明暗的变化。就这样，人们通过对电场的控制最终控制了光线的明暗变化，从而达到显示图像的目的。 根据液晶分子的排布方式，常见的液晶显示器分为：窄视角的TN-LCD，STN-LCD，DSTN-LCD；宽视角的

13、IPS,VA,FFS等。 其中TN-LCD，STN-LCD和DSTN-LCD三种显示原理相同，只是液晶分子的扭曲角度不同而已。 TN： 扭曲向列型（Twisted Nematic）液晶分子扭曲角度为90度。 STN：超扭曲向列型（Super TN）其S即为Super之意，也就是液晶分子的扭转角度加大，呈180度或270度，如此而达到更优越的显示效果(因对比度加大)。 DSTN：双层超扭曲向列型（Double layer STN）。其D为double layer双层之意，因此又比STN更优异些。由于DSTN的显示面板结构已较TN与STN复杂，显示画质较之更为细腻。 宽视角模式，如IPS平面转换（

14、In-Plane Switching），VA 垂直取向（Vertical Alignment) 1. TN型是目前市场上最主流的液晶显示器采用的模式，广泛应用于入门级和中端的面板。目前常见的在性能指标上并不出彩可视角度 有天然痼疾。市场上看到的TN面板都是改良型的TN+film，film即补偿膜，用于弥补TN面板可视角度的不足，要说TN面板胜过前面两种面板的地方，就是由于他的输出灰阶级数较多，液晶分子偏转速度快，致使它的响应时间容易提高，目前市场上8ms以下液晶产品均采用的是TN面板。总的来说TN面板是优势和劣势都很明显的产品，价格便宜，响应时间能满足游戏要求使它的优势所在，可视角度不理想和色

15、彩表现不真实又是明显的劣势。 2. STN型的显示原理与TN相类似。不同的是，TN扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转90度，而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180270度。 3.DSTN是通过双扫描方式来扫描扭曲向列型液晶显示屏，从而达到完成显示目的。DSTN是由超扭曲向列型显示器(STN)发展而来的。由于DSTN采用双扫描技术，因此显示效果相对STN来说，有大幅度提高。 4.宽视角模式多用于液晶电视。以IPS为例，它是日立于2001推出的面板技术，它也被俗称为 “Super TFT”。从技术角度看，传统LCD显示器的液晶分子一般都在垂直-平行状态间切换，MVA和PVA将之改良为

16、垂直-双向倾斜的切换方式，而IPS 技术与上述技术最大的差异就在于，不管在何种状态下液晶分子始终都与屏幕平行，只是在加电/常规状态下分子的旋转方向有所不同注意，MVA、PVA液晶分子的旋转属于空间旋转（Z轴），而IPS液晶分子的旋转则属于平面内的旋转（X-Y轴）。为了配合这种结构，IPS要求对电极进行改良，电极做到了同侧，形成平面电场。这样的设计带来的问题是双重的，一方面可视角度问 题得到了解决，另一方面由于边际电场效应导致液晶光效低(光线透过率），所以IPS也有响应时间较慢的缺点。16.7M色、178度可视角度和16ms响应时间代表现在IPS液晶显示器的最高水平。 从液晶面板的驱动方式来分，

17、目前最常见的是TFT（Thin Film Transistor）型驱动。它通过有源开关的方式来实现对各个像素的独立精确控制，因此相比之前的无源驱动（俗称伪彩）可以实现更精细的显示效果。 因此，目前大多数的液晶显示器、液晶电视及部分手机均采用TFT驱动。液晶显示器多用窄视角的TN模式，液晶电视多用宽视角的IPS等模式。它们通称为TFT-LCD。 TFT-LCD的构成主要由萤光管(或者LED Light Bar）、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等构成。首先，液晶显示器必须先利用背光源投射出光源，这些光源会先经过一个偏光板然后再经过液晶。这时液晶分子的排列方式就会

18、改变穿透液晶中传播的光线的偏振角度，然后这些光线还必须经过前方的彩色的滤光膜与另一块偏光板。因此我们只要改变加在液晶上的电压值就可以控制最后出现的光线强度与色彩，这样就能在液晶面板上变化出有不同色调的颜色组合了。 分辨率与显示器大小LCD液晶显示器广泛应用于工业控制中，尤其是一些机器的人机，复杂控制设备的面板，医疗器械的显示等等。我常用于工业控制及仪器仪表中的的LCD液晶显示器的分辨率为：320x240，640x480，800x600，1024x768及以上的分辨率的屏，常用的大小有3.9，4.0，5.0，5.5，5.6，5.7，6.0，6.5，7.3，7.5，10.0，10.4，12.315

19、1720甚至现在的50YIS等。颜色有黑白，伪彩，512色，16位色，24位色等。 一些用户往往把分辨率和点距混为一谈，其实，这是两个截然不同的概念。分辨率通常用水平象素点与垂直像素点的乘积来表示，象素数越多，其分辨率就越高。因此，分辨率通常是以象素数来计量的，如：640480的分辨率，其象素数为307200。 注：640为水平象素数，480为垂直象素数。 由于在图形环境中，高分辨率能有效地收缩屏幕图像，因此，在屏幕尺寸不变的情况下，其分辨率不能越过它的最大合理限度，否则，就失去了意义。 CRT显示器的尺寸指显像管的对角线尺寸。最大可视面积就是显示器可以显示图形的最大范围。显像管的大小通常以对

20、角线的长度来衡量，以英寸单位(1英寸=2.54cm)，常见的有15英寸、17英寸、19英寸、20英寸等。显示面积都会小于显示管的大小。显示面积用长与高的乘积来表示，通常人们也用屏幕可见部分的对角线长度来表示。15英寸显示器的可视范围在13.8英寸左右，17英寸显示器的可视区域大多在1516英寸之间，19英寸显示器可视区域达到18寸英寸左右。 LCD显示器的尺寸是指液晶面板的对角线尺寸，以英寸单位(1英寸=2.54cm)，现在主流的有15英寸、17英寸、19英寸、21.5英寸、22.1英寸、23英寸、24英寸等。 显示器大小 最大分辨率 14英寸 1024768 15英寸 12801024 17

21、英寸 16001280 21英寸 16001280 原理液晶的物理特性液晶是这样一种有机化合物, 在常温条件下，呈现出既有液体的流动性，又有晶体的光学各向异性，因而称为“液晶”.在电场、磁场、温度、应力等外部条件的影响下，其分子容易发生再排列，使液晶的各种光学性质随之发生变化，液晶这种各向异性及其分子排列易受外加电场、磁场的控制.正是利用这一液晶的物理基础,即液晶的“电光效应”,实现光被电信号调制，从而制成液晶显示器件.在不同电流电场作用下，液晶分子会做规则旋转90度排列，产生透光度的差别，如此在电源ON/OFF下产生明暗的区别，依此原理控制每个像素，便可构成所需图像. 液晶的物理特性是：当通

22、电时导通，排列变的有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。从技术上简单地说，液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材，称为Substrates，中间夹著一层液晶。当光束通过这层液晶时，液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状，因而阻隔或使光束顺利通过。大多数液晶都属于有机复合物，由长棒状的分子构成。在自然状态下，这些棒状分子的长轴大致平行。将液晶倒入一个经精良加工的开槽平面，液晶分子会顺着槽排列，所以假如那些槽非常平行，则各分子也是完全平行的。 单色液晶显示器的原理LCD技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。这两个平面上的槽互相垂直(相交成90度)

23、。也就是说，若一个平面上的分子南北向排列，则另一平面上的分子东西向排列，而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90度。当液晶上加一个电压时，液晶分子便会转动，改变光透过率,从而实现多灰阶显示。 LCD是依赖极化滤光器(片)和光线本身。自然光线是朝四面八方随机发散的。极化滤光器实际是一系列越来越细的平行线。这些线形成一张网，阻断不与这些线平行的所有光线。极化滤光器的线正好与第一个垂直，所以能完全阻断那些已经极化的光线。只有两个滤光器的线完全平行，或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光器相匹配，光线才得以穿透。 LCD正是由

24、这样两个相互垂直的极化滤光器构成，所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是，由于两个滤光器之间充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个滤光器后，会被液晶分子扭转90度，最后从第二个滤光器中穿出。 从液晶显示器的结构来看，无论是笔记本电脑还是桌面系统，采用的LCD显示屏都是由不同部分组成的分层结构。LCD由两块玻璃板构成，厚度规格有0.7mm,0.63mm,0.5mm(也可以通过物理或者化学减薄的方式做到更薄),其间由包含有液晶(LC)材料的35m均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光，所以需要给显示屏配置额外的光源，在液晶显示屏背面有一块导光板（或称匀光板）和反光膜，导光板的主要作用是将线

25、光源或者点光源转化为垂直于显示平面的面光源。背光源发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。 彩色LCD显示器的工作原理对于笔记本电脑或者桌面型的LCD显示器需要采用的更加复杂的彩色显示器而

26、言，还要具备专门处理彩色显示的色彩过滤层。通常，在彩色LCD面板中，每一个像素都是由三个液晶单元格构成，其中每一个单元格前面都分别有红色，绿色，或蓝色的过滤器。这样，通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。 LCD克服了CRT体积庞大、耗电和闪烁的缺点，但也同时带来了造价过高、视角不广以及彩色显示不理想等问题。CRT显示可选择一系列分辨率，而且能按屏幕要求加以调整，但LCD屏只含有固定数量的液晶单元，只能在全屏幕使用一种分辨率显示(每个单元就是一个像素)。 液晶显示器电路图CRT通常有三个电子枪，射出的电子流必须精确聚集，否则就得不到清晰的图像显示。但LCD不存在聚焦问题，因为每个

27、液晶单元都是单独开关的。这正是同样一幅图在LCD屏幕上为什么如此清晰的原因。LCD也不必关心刷新频率和闪烁，液晶单元要么开，要么关，所以在4060Hz这样的低刷新频率下显示的图像不会比75Hz下显示的图像更闪烁。不过，LCD屏的液晶单元会很容易出现瑕疵。对1024768的屏幕来说，每个像素都由三个单元构成，分别负责红、绿和蓝色的显示一所以总共约需240万个单元(10247683=2359296)。很难保证所有这些单元都完好无损。最有可能的是，其中一部分已经短路(出现“亮点”)，或者断路(出现“黑点”)。所以说，并不是如此高昂的显示产品并不会出现瑕疵。 LCD显示屏包含了在CRT技术中未曾用到的

28、一些东西。为屏幕提供光源的是盘绕在其背后的荧光管。有些时候，会发现屏幕的某一部分出现异常亮的线条。也可能出现一些不雅的条纹，一幅特殊的浅色或深色图像会对相邻的显示区域造成影响。此外，一些相当精密的图案(比如经抖动处理的图像)可能在液晶显示屏上出现难看的波纹或者干扰纹。 现在，几乎所有的应用于笔记本或桌面系统的LCD都使用薄膜晶体管（TFT）激活液晶层中的单元格。TFT LCD技术能够显示更加清晰，明亮的图像。早期的LCD由于是非主动发光器件，速度低，效率差，对比度小，虽然能够显示清晰的文字，但是在快速显示图像时往往会产生阴影，影响视频的显示效果，因此，如今只被应用于需要黑白显示的掌上电脑，呼机

29、或手机中。 随着技术的日新月异，LCD技术也在不断发展进步。目前各大LCD显示器生产商纷纷加大对LCD的研发费用，力求突破LCD的技术瓶颈，进一步加快LCD显示器的产业化进程、降低生产成本，实现用户可以接受的价格水平。 而LED显示器也属于液晶显示器的一种，LED液晶技术是一种高级的液晶解决方案，它用LED代替了传统的液晶背光模组。高亮度，而且可以在寿命范围内实现稳定的亮度和色彩表现。更宽广的色域(超过NTSC和EBU色域)，实现更艳丽的色彩。实现LED功率控制很容易，不像CCFL的最低亮度存在一个门槛。因此，无论在明亮的户外还是全黑的室内，用户都很容易把显示设备的亮度调整到最悦目的状态。在以

30、CCLF冷阴极荧光灯作为背光源的LCD中，其中不能缺少的一个主要元素就是汞，这也就是大家所熟悉的水银，而这种元素无疑是对人体有害的。因此，众多液晶面板生产厂商都在无汞面板生产上投入了很多的精力，如台湾著名IT厂商华硕采用的不含汞LED背光技术便通过了ROHS认证，使MS系列产品的比传统CCFL显示器节能40%以上，无汞工艺不但使它无毒健康而且比其他产品更加环保、节能。 因为采用了固态发光器件，LED背光源没有娇气的部件，对环境的适应能力非常强，所以LED的使用温度范围广、低电压、耐冲击。而且LED光源没有任何射线产生，低电磁辐射、无汞可谓是绿色环保光源。 总结下来LED液晶的优点：LED液晶电

31、视有省电、环保、色彩更真实的优势。 应用与液晶显示器的新技术（1）采用TFT型Active素子进行驱动 为了创造更优质画面构造，新技术采用了用独有TFT型Active素子进行驱动。大家都知道，异常复杂的液晶显示屏幕中最重要的组成部分除了液晶之外，就要算直接关系到液晶显示亮度的背光屏以及负责产生颜色的色滤光镜。在每一个液晶像素上加装上了Active素子来进行点对点控制，使得显示屏幕与全统的CRT显示屏相比有天壤之别，这种控制模式在显示的精度上，会比以往的控制方式高得多，所以就在CRT显示屏会上出现图像的品质不良，色渗以及抖动非常厉害的现象，但在加入了新技术的LCD显示屏上观看时其画面品质却是相当

32、赏心悦目的。 （2）利用色滤光镜制作工艺创造色彩斑斓的画面 在色滤光镜本体还没被制作成型以前，就先把构成其主体的材料加以染色，之后再加以灌膜制造。这种工艺要求有非常高的制造水准。但与同其他普通的LCD显示屏相比，用这种类型的制造出来的LCD，无论在解析度，色彩特性还是使用的寿命来说，都有着非常优异的表现。从而使LCD能在高分辨率环境下创造色彩斑澜的画面。 （3）低反射液晶显示技术 众所周知，外界光线对液晶显示屏幕具有非常大的干扰，一些LCD显示屏，在外界光线比较强的时候，因为它表面的玻璃板产生反射，而干扰到它的正常显示。因此在室外一些明亮的公共场所使用时其性能和可观性会大大降低。目前很多LCD显示器即使分辨率再高，其反射技术没处理好，