LCD分類及原理

LCD液晶顯示器是一種采用液晶為材料的顯示器。液晶是介于固態(tài)和液態(tài)間的

寬屏液晶顯示器有機(jī)化合物。將其加熱會(huì)變成透明液態(tài)，冷卻后會(huì)變成結(jié)晶的混濁固態(tài)。在電場作用下，液晶分子會(huì)發(fā)生排列上的變化，從而影響通過其的光線變化，這種光線的變化通過偏光片的作用可以表現(xiàn)為明暗的變化。就這樣，人們通過對(duì)電場的控制最終控制了光線的明暗變化，從而達(dá)到顯示圖像的目的。

根據(jù)液晶分子的排布方式，常見的液晶顯示器分為：窄視角的TN-LCD，STN-LCD，DSTN-LCD;寬視角的IPS,VA,FFS等。

其中TN-LCD，STN-LCD和DSTN-LCD三種顯示原理相同，只是液晶分子的扭曲角度不同而已。

TN： 扭曲向列型(Twisted Nematic)液晶分子扭曲角度為90度。

STN：超扭曲向列型(Super TN)其S即為Super之意，也就是液晶分子的扭轉(zhuǎn)角度加大，呈180度或270度，如此而達(dá)到更優(yōu)越的顯示效果(因?qū)Ρ榷燃哟?。

DSTN：雙層超扭曲向列型(Double layer STN)。其D為double layer雙層之意，因此又比STN更優(yōu)異些。由于DSTN的顯示面板結(jié)構(gòu)已較TN與STN復(fù)雜，顯示畫質(zhì)較之更為細(xì)膩。

寬視角模式，如IPS平面轉(zhuǎn)換(In-Plane Switching)，VA 垂直取向(Vertical Alignment)

1. TN型是目前市場上最主流的液晶顯示器采用的模式，廣泛應(yīng)用于入門級(jí)和中端的面板。常見的在性能指標(biāo)上并不出彩可視角度有天然痼疾。市場上看到的TN面板都是改良型的TN+film，film即補(bǔ)償膜，用于彌補(bǔ)TN面板可視角度的不足，要說TN面板勝過前面兩種面板的地方，就是由于他的輸出灰階級(jí)數(shù)較多，液晶分子偏轉(zhuǎn)速度快，致使它的響應(yīng)時(shí)間容易提高，市場上8ms以下液晶產(chǎn)品均采用的是TN面板?？偟膩碚fTN面板是優(yōu)勢和劣勢都很明顯的產(chǎn)品，價(jià)格便宜，響應(yīng)時(shí)間能滿足游戲要求使它的優(yōu)勢所在，可視角度不理想和色彩表現(xiàn)不真實(shí)又是明顯的劣勢。

2. STN型的顯示原理與TN相類似。不同的是，TN扭轉(zhuǎn)式向列場效應(yīng)的液晶分子是將入射光旋轉(zhuǎn)90度，而STN超扭轉(zhuǎn)式向列場效應(yīng)是將入射光旋轉(zhuǎn)180～270度。

3.DSTN是通過雙掃描方式來掃描扭曲向列型液晶顯示屏，從而達(dá)到完成顯示目的。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)，因此顯示效果相對(duì)STN來說，有大幅度提高。

4.寬視角模式多用于液晶電視。以IPS為例，它是日立于2001推出的面板技術(shù)，它也被俗稱為 “Super TFT”。從技術(shù)角度看，傳統(tǒng)LCD顯示器的液晶分子一般都在垂直-平行狀態(tài)間切換，MVA和PVA將之改良為垂直-雙向傾斜的切換方式，而IPS 技術(shù)與上述技術(shù)最大的差異就在于，不管在何種狀態(tài)下液晶分子始終都與屏幕平行，只是在加電/常規(guī)狀態(tài)下分子的旋轉(zhuǎn)方向有所不同——注意，MVA、PVA液晶分子的旋轉(zhuǎn)屬于空間旋轉(zhuǎn)(Z軸)，而IPS液晶分子的旋轉(zhuǎn)則屬于平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)(X-Y軸)。為了配合這種結(jié)構(gòu)，IPS要求對(duì)電極進(jìn)行改良，電極做到了同側(cè)，形成平面電場。這樣的設(shè)計(jì)帶來的問題是雙重的，一方面可視角度問 題得到了解決，另一方面由于邊際電場效應(yīng)導(dǎo)致液晶光效低(光線透過率)，所以IPS也有響應(yīng)時(shí)間較慢的缺點(diǎn)。16.7M色、178度可視角度和16ms響應(yīng)時(shí)間代表現(xiàn)在IPS液晶顯示器的最高水平。

從液晶面板的驅(qū)動(dòng)方式來分，目前最常見的是TFT(Thin Film Transistor)型驅(qū)動(dòng)。它通過有源開關(guān)的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)像素的獨(dú)立精確控制，因此相比之前的無源驅(qū)動(dòng)(俗稱偽彩)可以實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的顯示效果。

因此，大多數(shù)的液晶顯示器、液晶電視及部分手機(jī)均采用TFT驅(qū)動(dòng)。液晶顯示器多用窄視角的TN模式，液晶電視多用寬視角的IPS等模式。它們通稱為TFT-LCD。

TFT-LCD的構(gòu)成主要由螢光管(或者LED Light Bar)、導(dǎo)光板、偏光板、濾光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶體管等等構(gòu)成。首先，液晶顯示器必須先利用背光源投射出光源，這些光源會(huì)先經(jīng)過一個(gè)偏光板然后再經(jīng)過液晶。這時(shí)液晶分子的排列方式就會(huì)改變穿透液晶中傳播的光線的偏振角度，然后這些光線還必須經(jīng)過前方的彩色的濾光膜與另一塊偏光板。因此我們只要改變加在液晶上的電壓值就可以控制最后出現(xiàn)的光線強(qiáng)度與色彩，這樣就能在液晶面板上變化出有不同色調(diào)的顏色組合了。

分辨率

LCD液晶顯示器廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中，尤其是一些機(jī)器的人機(jī)，復(fù)雜控制設(shè)備的面板，醫(yī)療器械的顯示等等。我常用于工業(yè)控制及儀器儀表中的的LCD液晶顯示器的分辨率為：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"，12.3"15"17"20"甚至現(xiàn)在的50"YIS等。顏色有黑白，偽彩，512色，16位色，24位色等。

聯(lián)想L1940p 19英寸,1440×900分辨率顯示器一些用戶往往把分辨率和點(diǎn)距混為一談，其實(shí)，這是兩個(gè)截然不同的概念。分辨率通常用水平象素點(diǎn)與垂直像素點(diǎn)的乘積來表示，象素?cái)?shù)越多，其分辨率就越高。因此，分辨率通常是以象素?cái)?shù)來計(jì)量的，如：640×480的分辨率，其象素?cái)?shù)為307200。

注：640為水平象素?cái)?shù)，480為垂直象素?cái)?shù)。

由于在圖形環(huán)境中，高分辨率能有效地收縮屏幕圖像，因此，在屏幕尺寸不變的情況下，其分辨率不能越過它的最大合理限度，否則，就失去了意義。

CRT顯示器的尺寸指顯像管的對(duì)角線尺寸。最大可視面積就是顯示器可以顯示圖形的最大范圍。顯像管的大小通常以對(duì)角線的長度來衡量，以英寸單位(1英寸=2.54cm)，常見的有15英寸、17英寸、19英寸、20英寸等。顯示面積都會(huì)小于顯示管的大小。顯示面積用長與高的乘積來表示，通常人們也用屏幕可見部分的對(duì)角線長度來表示。15英寸顯示器的可視范圍在13.8英寸左右，17英寸顯示器的可視區(qū)域大多在15~16英寸之間，19英寸顯示器可視區(qū)域達(dá)到18寸英寸左右。

LCD顯示器的尺寸是指液晶面板的對(duì)角線尺寸，以英寸單位(1英寸=2.54cm)，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。

顯示器大小 最大分辨率

14英寸 1024×768

15英寸 1280×1024

17英寸 1600×1280

21英寸 1600×1280

24英寸 1920×1080(全高清)

原理

物理特性

液晶是這樣一種有機(jī)化合物, 在常溫條件下，呈現(xiàn)出既有液體的流動(dòng)性，又有晶體的光學(xué)各向異性，因而稱為“液晶”.在電場、磁場、溫度、應(yīng)力等外部條件的影響下，其分子容易發(fā)生再排列，使液晶的各種光學(xué)性質(zhì)隨之發(fā)生變化，液晶這種各向異性及其分子排列易受外加電場、磁場的控制.正是利用這一液晶的物理基礎(chǔ),即液晶的“電-光效應(yīng)”,實(shí)現(xiàn)光被電信號(hào)調(diào)制，從而制成液晶顯示器件.在不同電流電場作用下，液晶分子會(huì)做規(guī)則旋轉(zhuǎn)90度排列，產(chǎn)生透光度的差別，如此在電源ON/OFF下產(chǎn)生明暗的區(qū)別，依此原理控制每個(gè)像素，便可構(gòu)成所需圖像.

液晶的物理特性是：當(dāng)通電時(shí)導(dǎo)通，排列變的有秩序，使光線容易通過;不通電時(shí)排列混亂，阻止光線通過。讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透。從技術(shù)上簡單地說，液晶面板包含了兩片相當(dāng)精致的無鈉玻璃素材，稱為Substrates，中間夾著一層液晶。當(dāng)光束通過這層液晶時(shí)，液晶本身會(huì)排排站立或扭轉(zhuǎn)呈不規(guī)則狀，因而阻隔或使光束順利通過。大多數(shù)液晶都屬于有機(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。將液晶倒入一個(gè)經(jīng)精良加工的開槽平面，液晶分子會(huì)順著槽排列，所以假如那些槽非常平行，則各分子也是完全平行的。

單色原理

LCD技術(shù)是把液晶灌入兩個(gè)列有細(xì)槽的平面之間。這兩個(gè)平面上的槽互相垂直(相交成90度)。也就是說，若一個(gè)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(gè)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(shí)也被扭轉(zhuǎn)90度。當(dāng)液晶上加一個(gè)電壓時(shí)，液晶分子便會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，改變光透過率,從而實(shí)現(xiàn)多灰階顯示。

LCD是依賴極化濾光器(片)和光線本身。自然光線是朝四面八方隨機(jī)發(fā)散的。極化濾光器實(shí)際是一系列越來越細(xì)的平行線。這些線形成一張網(wǎng)，阻斷不與這些線平行的所有光線。極化濾光器的線正好與第一個(gè)垂直，所以能完全阻斷那些已經(jīng)極化的光線。只有兩個(gè)濾光器的線完全平行，或者光線本身已扭轉(zhuǎn)到與第二個(gè)極化濾光器相匹配，光線才得以穿透。

LCD正是由這樣兩個(gè)相互垂直的極化濾光器構(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(gè)濾光器之間充滿了扭曲液晶，所以在光線穿出第一個(gè)濾光器后，會(huì)被液晶分子扭轉(zhuǎn)90度，最后從第二個(gè)濾光器中穿出。

從液晶顯示器的結(jié)構(gòu)來看，無論是筆記本電腦還是桌面系統(tǒng)，采用的LCD顯示屏都是由不同部分組成的分層結(jié)構(gòu)。LCD由兩塊玻璃板構(gòu)成，厚度規(guī)格有0.7mm,0.63mm,0.5mm(也可以通過物理或者化學(xué)減薄的方式做到更薄),其間由包含有液晶(LC)材料的3~5μm均勻間隔隔開。因?yàn)橐壕Р牧媳旧聿⒉话l(fā)光，所以需要給顯示屏配置額外的光源，在液晶顯示屏背面有一塊導(dǎo)光板(或稱勻光板)和反光膜，導(dǎo)光板的主要作用是將線光源或者點(diǎn)光源轉(zhuǎn)化為垂直于顯示平面的面光源。背光源發(fā)出的光線在穿過第一層偏振過濾層之后進(jìn)入液晶層。液晶層中的水晶液滴都被包含在細(xì)小的單元格結(jié)構(gòu)中，一個(gè)或多個(gè)單元格構(gòu)成屏幕上的一個(gè)像素。在玻璃板與液晶材料之間是透明的電極，電極分為行和列，在行與列的交叉點(diǎn)上，通過改變電壓而改變液晶的旋光狀態(tài)，液晶材料的作用類似于一個(gè)個(gè)小的光閥。在液晶材料周邊是控制電路部分和驅(qū)動(dòng)電路部分。當(dāng)LCD中的電極產(chǎn)生電場時(shí)，液晶分子就會(huì)產(chǎn)生扭曲，從而將穿越其中的光線進(jìn)行有規(guī)則的折射，然后經(jīng)過第二層過濾層的過濾在屏幕上顯示出來。

彩色原理

對(duì)于筆記本電腦或者桌面型的LCD顯示器需要采用的更加復(fù)雜的彩色顯示器而言，還要具備專門處理彩色顯示的色彩過濾層。通常，在彩色LCD面板中，每一個(gè)像素都是由三個(gè)液晶單元格構(gòu)成，其中每一個(gè)單元格前面都分別有紅色，綠色，或藍(lán)色的過濾器。這樣，通過不同單元格的光線就可以在屏幕上顯示出不同的顏色。

LCD克服了CRT體積龐大、耗電和閃爍的缺點(diǎn)，但也同時(shí)帶來了造價(jià)過高、視角不廣以及彩色顯示不理想等問題。CRT顯示可選擇一系列分辨率，而且能按屏幕要求加以調(diào)整，但LCD屏只含有固定數(shù)量的液晶單元，只能在全屏幕使用一種分辨率顯示(每個(gè)單元就是一個(gè)像素)。

液晶顯示器電路圖CRT通常有三個(gè)電子槍，射出的電子束必須精確聚焦，否則就得不到清晰的圖像顯示。但LCD不存在聚焦問題，因?yàn)槊總€(gè)液晶單元都是單獨(dú)開關(guān)的。這正是同樣一幅圖在LCD屏幕上為什么如此清晰的原因。LCD也不必關(guān)心刷新頻率和閃爍，液晶單元要么開，要么關(guān)，所以在40～60Hz這樣的低刷新頻率下顯示的圖像不會(huì)比75Hz下顯示的圖像更閃爍。不過，LCD屏的液晶單元會(huì)很容易出現(xiàn)瑕疵。對(duì)1024×768的屏幕來說，每個(gè)像素都由三個(gè)單元構(gòu)成，分別負(fù)責(zé)紅、綠和藍(lán)色的顯示一所以總共約需240萬個(gè)單元(1024×768×3=2359296)。很難保證所有這些單元都完好無損。最有可能的是，其中一部分已經(jīng)短路(出現(xiàn)“亮點(diǎn)”)，或者斷路(出現(xiàn)“黑點(diǎn)”)。所以說，并不是如此高昂的顯示產(chǎn)品并不會(huì)出現(xiàn)瑕疵。

LCD顯示屏包含了在CRT技術(shù)中未曾用到的一些東西。為屏幕提供光源的是盤繞在其背后的熒光管。有些時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)屏幕的某一部分出現(xiàn)異常亮的線條。也可能出現(xiàn)一些不雅的條紋，一幅特殊的淺色或深色圖像會(huì)對(duì)相鄰的顯示區(qū)域造成影響。此外，一些相當(dāng)精密的圖案(比如經(jīng)抖動(dòng)處理的圖像)可能在液晶顯示屏上出現(xiàn)難看的波紋或者干擾紋。

幾乎所有的應(yīng)用于筆記本或桌面系統(tǒng)的LCD都使用薄膜晶體管(TFT)激活液晶層中的單元格。TFT LCD技術(shù)能夠顯示更加清晰，明亮的圖像。早期的LCD由于是非主動(dòng)發(fā)光器件，速度低，效率差，對(duì)比度小，雖然能夠顯示清晰的文字，但是在快速顯示圖像時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生陰影，影響視頻的顯示效果，因此，如今只被應(yīng)用于需要黑白顯示的掌上電腦，呼機(jī)或手機(jī)中。

隨著技術(shù)的日新月異，LCD技術(shù)也在不斷發(fā)展進(jìn)步。各大LCD顯示器生產(chǎn)商紛紛加大對(duì)LCD的研發(fā)費(fèi)用，力求突破LCD的技術(shù)瓶頸，進(jìn)一步加快LCD顯示器的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程、降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)用戶可以接受的價(jià)格水平。

而LED顯示器也屬于液晶顯示器的一種，LED液晶技術(shù)是一種高級(jí)的液晶解決方案，它用LED代替了傳統(tǒng)的液晶背光模組。高亮度，而且可以在壽命范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的亮度和色彩表現(xiàn)。更寬廣的色域(超過NTSC和EBU色域)，實(shí)現(xiàn)更艷麗的色彩。實(shí)現(xiàn)LED功率控制很容易，不像CCFL的最低亮度存在一個(gè)門檻。因此，無論在明亮的戶外還是全黑的室內(nèi)，用戶都很容易把顯示設(shè)備的亮度調(diào)整到最悅目的狀態(tài)。在以CCLF冷陰極熒光燈作為背光源的LCD中，其中不能缺少的一個(gè)主要元素就是汞，這也就是大家所熟悉的水銀，而這種元素?zé)o疑是對(duì)人體有害的。因此，眾多液晶面板生產(chǎn)廠商都在無汞面板生產(chǎn)上投入了很多的精力，如臺(tái)灣著名IT廠商華碩采用的不含汞LED背光技術(shù)便通過了ROHS認(rèn)證，使MS系列產(chǎn)品的比傳統(tǒng)CCFL顯示器節(jié)能40%以上，無汞工藝不但使它無毒健康而且比其他產(chǎn)品更加環(huán)保、節(jié)能。

因?yàn)椴捎昧斯虘B(tài)發(fā)光器件，LED背光源沒有嬌氣的部件，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力非常強(qiáng)，所以LED的使用溫度范圍廣、低電壓、耐沖擊。而且LED光源沒有任何射線產(chǎn)生，低電磁輻射、無汞可謂是綠色環(huán)保光源。

總結(jié)下來LED液晶的優(yōu)點(diǎn)：LED液晶電視有省電、環(huán)保、色彩更真實(shí)的優(yōu)勢。

新技術(shù)

(1)采用TFT型Active素子進(jìn)行驅(qū)動(dòng)

為了創(chuàng)造更優(yōu)質(zhì)畫面構(gòu)造，新技術(shù)采用了用獨(dú)有TFT型Active素子進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。大家都知道，異常復(fù)雜的液晶顯示屏幕中最重要的組成部分除了液晶之外，就要算直接關(guān)系到液晶顯示亮度的背光屏以及負(fù)責(zé)產(chǎn)生顏色的色濾光鏡。在每一個(gè)液晶像素上加裝上了Active素子來進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制，使得顯示屏幕與全統(tǒng)的CRT顯示屏相比有天壤之別，這種控制模式在顯示的精度上，會(huì)比以往的控制方式高得多，所以就在CRT顯示屏?xí)铣霈F(xiàn)圖像的品質(zhì)不良，色滲以及抖動(dòng)非常厲害的現(xiàn)象，但在加入了新技術(shù)的LCD顯示屏上觀看時(shí)其畫面品質(zhì)卻是相當(dāng)賞心悅目的。

(2)利用色濾光鏡制作工藝創(chuàng)造色彩斑斕的畫面

在色濾光鏡本體還沒被制作成型以前，就先把構(gòu)成其主體的材料加以染色，之后再加以灌膜制造。這種工藝要求有非常高的制造水準(zhǔn)。但與同其他普通的LCD顯示屏相比，用這種類型的制造出來的LCD，無論在解析度，色彩特性還是使用的壽命來說，都有著非常優(yōu)異的表現(xiàn)。從而使LCD能在高分辨率環(huán)境下創(chuàng)造色彩斑斕的畫面。

(3)低反射液晶顯示技術(shù)

眾所周知，外界光線對(duì)液晶顯示屏幕具有非常大的干擾，一些LCD顯示屏，在外界光線比較強(qiáng)的時(shí)候，因?yàn)樗砻娴牟ＡО瀹a(chǎn)生反射，而干擾到它的正常顯示。因此在室外一些明亮的公共場所使用時(shí)其性能和可觀性會(huì)大大降低。很多LCD顯示器即使分辨率再高，其反射技術(shù)沒處理好，由此對(duì)實(shí)際工作中的應(yīng)用都是不實(shí)用的。單憑一些純粹的數(shù)據(jù)，其實(shí)是一種有偏差的去引導(dǎo)用戶的行為。而新款的LCD顯示器就采用的“低反射液晶顯示屏幕”技術(shù)就是在液晶顯示屏的最外層施以反射防止涂裝技術(shù)(AR coat)，有了這一層涂料，液晶顯示屏幕所發(fā)出的光澤感、液晶顯示屏幕本身的透光率、液晶顯示屏幕的分辨率、防止反射等這四個(gè)方面都但到了更好的改善。

(4)先進(jìn)的“連續(xù)料界結(jié)晶矽”液晶顯示方式

在一些LCD產(chǎn)品中，在觀看動(dòng)態(tài)影片的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)畫面的延遲現(xiàn)象，這是由于整個(gè)液晶顯示屏幕的像素反應(yīng)速度顯得不足所造成的。為了提高像素反應(yīng)速度，新技術(shù)的LCD采用目前最先進(jìn)的Si TFT液晶顯示方式，具有比舊式LCD屏快600倍的像素反應(yīng)速度，效果真是不可同日而語。先進(jìn)的“連續(xù)料界結(jié)晶矽”技術(shù)是利用特殊的制造方式，把原有的非結(jié)晶型透明矽電極，在以平常速率600倍的速度下進(jìn)行移動(dòng)，從而大大加快了液晶屏幕的像素反應(yīng)速度，減少畫面出現(xiàn)的延緩現(xiàn)象。

低溫多晶硅技術(shù)、反射式液晶材料的研究已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用階段，也會(huì)使LCD的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代。而在液晶顯示器不斷發(fā)展的同時(shí)，其它平面顯示器也在進(jìn)步中，等離子體顯示器(PDP)、場致發(fā)光陣列顯示器(FED)和發(fā)光聚合體顯示器(LEP)的技術(shù)將在未來掀起平板顯示器的新浪潮。其中，最值得關(guān)注和看好的就是場致顯示器，它具有許多比液晶顯示器更出色的性能……不過可以斷定，LCD顯示技術(shù)進(jìn)入新紀(jì)元，作為另一支顯示產(chǎn)品的生力軍，它們將可能取代CRT顯示器。