LCD技術詳細介紹?

關于液晶
物質有三種形態：固態、液態和氣態。
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1888年，澳大利亞植物學者萊尼茨爾（Reinitzer）研究膽甾醇在植物中的作用時，用膽甾基苯進行試驗，無意間發現了液晶，但液晶的實際應用直到二十世紀五十年代才開始。 顧名思義，液晶是固液態之間的一種中間類狀態。 液晶是一種有機化合物，在一定的溫度范圍內，它既具有液體的流動性、粘度、形變等機械性質，又具有晶體的熱（熱效應）、光（光學各向異性）、電（電光效應）、磁（磁光效應）等物理性質。 光線穿透液晶的路徑由構成它的分子排列所決定。人們發現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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液晶按照分子結構排列的不同，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
只有先認識了它的結構和原理，了解了它的技術和工藝特點，才能在選購時有的放矢，在應用和維護時更加科學合理。液晶是一種有機復合物，由長棒狀的分子構成。在自然狀態下，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東西向排列，而位于兩個平面之間的分子被強迫進入一種90度扭轉的狀態。由于光線順著分子的排列方向傳播，所以光線經過液晶時也被扭轉90度。但當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，而不發生任何扭轉。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發散的，極化濾光片實際是一系列越來越細的并行線。這些線形成一張網，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成，所以在正常情況下應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，所以正好被第二個濾光片擋住。總之，加電將光線阻斷，不加電則使光線射出。當然，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"的方案才能達到最省電的目的。

LCD的分類
可以將LCD分為被動技術和主動技術兩種，代表性的產品分別是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準，HPA和CSTN則是被動技術的最新改進。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的反應時間現在已下降到100ms，并提供140度視角。

DSTN是由超扭曲向列型顯示器（STN）發展而來的，由于DSTN采用雙掃描技術，因而顯示效果較STN有大幅度的提高。筆記本計算機剛出現時主要是使用STN。STN的反應時間較慢，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，反應時間大大提高，已達到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體開關器件，其加工工藝類似于大規模集成電路。由于每個像素都可通過點脈沖直接控制，因而每個節點相對獨立，并可連續控制，這樣不僅提高了反應時間，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廠商的主流產品都是采用TFT顯示屏。
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LCD和CRT（傳統顯示器）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，通電后燈絲發熱，陰極被激發，發射出電子流，電子流受到帶有高電壓的內部金屬層的加速，經過透鏡聚焦形成極細的電子束，打在熒光屏上，使熒光粉發光。電子束在偏轉線圈產生的磁場作用下，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光點，若干個發光點就可以組成圖像。RGB三色熒光點被不同強度的電子束擊中，就會產生各種色彩，通過控制電子束的強弱和通斷，則可以形成各種絢麗多彩的畫面。一般蔭罩式顯像管的內部有一層類似篩子的網罩，電子束通過網眼打在呈三角形排列的熒光點上，三把電子槍分別對應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罩是將許多光柵縱向固定在框里形成的。

接下來就是詳細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（屏幕上顯示的線和面都是由點構成的）的多少，分辨率越高，同一屏幕內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出來（因為電子束可以做彈性調整）。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光，保持黑暗背景，看起來畫面是居中縮小的。另一種是擴展顯示，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光的熒光點組成，由于顯像管內熒光粉受到電子束擊打后發光的時間很短，所以電子束必須不斷擊打熒光粉使其持續發光。電子槍從屏幕的左上角的第一行（行的多少根據顯示器當時的分辨率所決定，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，其所能達到的刷新率最大值就越低。一般來講，屏幕的刷新率要達到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不斷地發光，直到不發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"而引起的閃爍現象。

視角
目前大多數純平顯示器的視角都能達到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容。而LCD則不同，它的可視角度根據工藝先進與否而有所不同，部分新型產品的可視角度已經能夠達到160左右，跟CRT的180度已經非常接近。也有一些LCD雖然標稱視角為160度，但實際上卻達不到這個標準。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，甚至出現正像變成負像的情況。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，所以不用擔心被同事看見小笨熊的愛稱。當然如果廠商將產品中加上增加視角的技術的話情況會好一點。下面介紹一下。

TN+Film（TN+視角擴大膜）技術
從結構上來講，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和液態之間的物質，在一定的溫度下會呈現出透明的液體狀態，而冷卻以后又會變成帶結晶顆粒的混濁固體狀態。液晶按照分子結構排列的不同分為三種：類似粘土狀的Smectic液晶、類似細火柴棒的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排列，但是基于TN+視角擴大膜技術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。 從技術上來講，該技術是基于較成熟的標準TFT-Twisted Nematic（扭轉向列式）液晶技術發展起來的。只要在基板的上表面加上一層特殊的薄膜（轉向膜）就可以將水平視角從90度增加到140度。該技術的優點不言而喻，那就是相對的廉價和發展較為成熟的技術，成品率高。但是該技術的缺點也同樣明顯，就是對對比度較低和響應速度較慢的固有缺點仍沒有質的改變。
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IPS （板內切換 or Super-TFT）技術
IPS或"板內切換"技術最先是由Hitachi（日立）開發的，現在NEC及Nokia（諾基亞）也采用這項技術生產TFT。

原理：
IPS與TN+Film（扭轉向列液晶+視角擴大膜組合）技術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的。
使用IPS或Super TFT技術可以使視角擴大到170度，基本上可以達到CRT監視器一樣的視角。但是這項技術也有缺點，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到要求的的亮度。同TN+Film（TN+視角擴大膜）技術相同 IPS模式下的對比度及響應時間與傳統的TFT-TN 相比也并無多大改善。

3 MVA（Multi-Domain Vertical Alignment，多區域垂直排列）技術
MVA技術是由富士通公司開發的。從技術的上來看，MVA目前來看應該是液晶顯示器廣視角及短響應時間最好的解決方案。MVA技術使可視角度可達到160度，響應時間可達到20ms。在MVA技術中，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域。 VA代表"Vertical Alignment"（垂直排列），由于凸出物的關系，液晶分子在靜態時并不完全是的垂直排列的。當施加電壓產生電場之后，液晶分子變成水平排列，這樣背光源發出的光就能通過各個層。MVA技術能夠提供比TN+視角擴大膜技術及IPS技術更短的響應時間，這對視頻和游戲的表現來說很重要。對比度方面也有提高，但是會隨視角的變化而變化。

TN+Film（TN+視角擴大膜）技術
成本低廉，成品率高，可視角度140度，對比度和響應時間無太大提高。 IPS（內切換 or Super-TFT）技術：可視角度170度，對比度和響應時間無太大提高。MVA（Multi-Domain Vertical Alignment，多區域垂直排列）技術可視角度160度，對比度和響應時間有較大的提高，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300:1時便可以支持各階度的顏色。目前大多數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準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，它也是LCD產品上性能差異最大的一環估計選購上有些難度。

反應速度
測量反應速度的時間單位元是毫秒（ms），指的是象素由亮轉暗并由暗轉兩所需的時間。這個數值越小越好，數值越小，說明反應速度越快。目前主流LCD的反應速度都在25ms以上，在一般商業用途中（例如字處理或文本處理）沒有什么太大關系，因為此類用途不必太在意LCD的反應時間。而如果是用來玩游戲、觀看VCD/DVD等全屏高速動態影像時，反應時間就尤其重要了，如果反應時間較長的話，畫面就會出現拖尾、殘影等現象。舉個簡單的例子，現在市場上絕大多數LCD顯示器在玩QUAKE3時都會有不同程度的拖尾現象，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的反應時間只有1ms，是絕對不會出現拖尾現象的。

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一樣為無限。而LCD只能顯示大約26萬種顏色，絕大部分產品都宣稱能夠顯示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，所以在色彩的表現力和過渡方面仍然不及傳統CRT。同樣的道理，LCD在表現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、呼吸效應等方面的問題，這與廠家的技術工藝是分不開的。如果生產廠家設計的相關控制電路不夠先進，就很容易出現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原廠生產的顯示器和其它一些廠家所生產的顯示器表現截然不同的原因。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，只不過CRT更容易出現罷了。

輻射
因為CRT顯示器的光線會通過陰極管發出，同時也發出了輻射，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，工作時更本不會發出一點輻射，比之CRT強了很多。所以在下認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上用途上，股票交易、媒體編輯更適合使用LCD。