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标题: 液晶的光学性质 [打印本页]

作者: cumtzcgdwuli 时间: 2004-2-19 04:33
标题: 液晶的光学性质
液晶在当今发展很快，用途也非常广泛：光电显示、传感器、测控等方面

本人急需要这方面的资料，望各位多多帮忙！！！

作者: lottie 时间: 2004-2-19 04:58
标题: 液晶的光学性质
LCD（Liquid Crystal Display）对于许多的用户而言可能是一个比较新鲜的名词，不过这种技术存在的历史可能远远超过了我们的想象——在1888年，一位奥地利的植物学家F. Renitzer便发现了液晶特殊的物理特性。在85年之后，这一发现才产生了商业价值，1973年日本的夏普公司首次将它运用于制作电子计算器的数字显示。现在，LCD是笔记本电脑和掌上电脑的主要显示设备，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。

液晶得名于其物理特性：它的分子为晶体，不过以液态存在而非固态。大多数液晶都属于有机复合物。这些晶体分子的液体特性使得它具有两种非常有用的特点：如果你让电流通过液晶层，这些分子将会以电流的流向为方向进行排列，如果没有电流，它们将会彼此平行排列。如果你提供了带有细小沟槽的外层，将液晶倒入后，液晶分子会顺着槽排列，并且内层与外层以同样的方式进行排列。

液晶的第三个特性是很神奇的：液晶层能够使光线发生扭转。液晶层表现的有些类似偏光器，这就意味着它能够过滤掉除了那些从特殊方向射入的光线以外所有的光线。此外，如果液晶层发生了扭转，光线将会随之扭转，以不同的方向从另外一个面中射出。

液晶的这些特点使得它可以被用来当作一种开关—即可以阻碍光线，也可以允许光线通过。液晶单元的底层是由细小的脊构成的，这些脊的作用是让分子呈平行排列。上表面也是如此，在这两侧之间的分子平行排列，不过当上下两个表面之间呈一定的角度时，液晶为了随着两个不同方向的表面进行排列，就会发生扭曲。结果便是这个扭曲了的螺旋层使通过的光线也发生扭曲。

如果电流通过液晶，所有的分子将会按照电流的方向进行排列，这样就会消除光线的扭转。如果将一个偏振滤光器放置在液晶层的上表面，扭转的光线通过了，而没有发生扭转的光线将被阻碍。因此可以通过电流的通断改变LCD中的液晶排列，使光线在加电时射出，而不加电时被阻断。也有某些设计为了省电的需要，有电流时，光线不能通过，没有电流时，光线通过。

显示技术由于不同的应用目的而分为不同的类型。有的是为了静态显示，比如道路标志和显示牌，它们的显示信息是不变的。平面显示技术则被用于传递发生变化的显示信息，所以显示信息量的大小就决定了所采用的显示技术类型。对于便携计算器等设备而言，由于所传递的信息量相对较低，被称为“低信息密度”显示技术；对于计算机显示器而言，由于传递的信息量大，则相应被称为“高信息密度”显示技术。

被动矩阵液晶显示技术

高信息密度显示技术中首先实现商品化的是被动矩阵显示技术。它得名于控制液晶单元的开和关的简单设计。

被动矩阵液晶显示的驱动方式是由垂直与水平方向的电极所构成，单独的液晶单元夹在彼此垂直的电极中间。因此，任何一组电极的驱动就会在特定的单元中引起电流通过。

被动矩阵显示画面的原理就是输入的信号依次去驱动每一排的电极，于是当某一排被选定的时候，列向上的电极将被触发打开位于排和列交叉上的那些像素。这种方法比较简单，而且对液晶屏的成本增加也不多。不过它也有缺点，如果有太大的电流通过某个单元，附近的单元都会受到影响，引起虚影。如果电流太小，单元的开和关就会变得迟缓，降低对比度和丢失移动画面的细节。

早期，被动矩阵板依赖于扭转向列的设计。上层和下层的偏光板的偏振光方向呈90度，因此中间的液晶以90度进行扭转。这样制造的液晶板对比度很低、响应时间也很慢。这种方式运用在低信息量显示时很好，不过被证明不适合计算机显示。

超扭转向列（SuperTwisted Nematic）方法是通过改变液晶材料的化学成分，使液晶分子发生不止一次的扭转，光线扭转达到180度到270度，这样便会极大地改善画面的显示质量。80年代初期STN技术一度非常流行，至今它还在便携设备如PDA，蜂窝电话中使用。虽然STN技术提高了显示的对比度，不过它会引起光线的色彩偏差，尤其是在屏幕偏离主轴的位置上。这就是为什么早期的笔记本电脑屏幕总是偏蓝和偏黄的原因。为了解决这一问题，双层超扭曲向列型显示技术DSTN出现了，它具有两层扭转方向相对的LCD层，第二层使得第一层遗留的色偏问题得以解决。当然它的制造工艺比前两种方式要复杂的多。

后来人们发现了比DSTN更简单易行的方法——在底层和顶层的外表面加上补偿膜，来改善STN技术中所产生的特定波段光线的散射和反射现象，这就是补偿膜超扭转向列Film-compensated STN（FSTN）。FSTN的显示效果和DSTN相当，但价格和工艺难度大大降低，所以现在大多数被动式LCD都采用了FSTN技术。

为了进一步改善FSTN 技术的LCD显示效果，人们又于90年代初期提出了双扫描概念。所谓双扫描，就是将面板水平对等地分为两部分，顶端和底端相对应的部分同时扫描，这就大大提高了扫描的频率。双扫描解决了小电流、长时间使用的情况下常常产生的虚影现象。和主动矩阵显示相比显著提高了对比度、画质和响应时间，所以现在还广为低价位的笔记本电脑所采用。

主动矩阵（Active Matrix）LCD

被动矩阵LCD的最大问题是难以快速地控制单独的液晶单元，并以足够大的电流保证来获得好的对比度、足够的灰度级和较快的响应时间，从而影响了动态影像的显示效果。主动矩阵LCD通过单独地控制每个单元，很好地解决了上面的问题。

与被动矩阵LCD相似，主动矩阵LCD的上下表层也纵横有序排列着用铟锡氧化物做成的透明电极。所不同的是在每个单元中都加入了很小的晶体管，由晶体管来控制电流的开和断。晶体管电极是利用薄膜技术而做成的。晶体管利用了薄膜来形成半导体。薄膜晶体管LCD（TFT—LCD）也因此得名。

晶体管可以迅速地控制每个单元，由于单元之间的电干扰很小，所以你可以使用大电流，而不会有虚影和拖尾现象。更大的电流会提供更好的对比度、更锐利的和更明亮的图像。

标准主动矩阵显示技术的缺点
1.视角
在传统的CRT显示器或电视机中，图像的显示是通过发光物体——磷来实现的，光线从这一层向各个方向发射，只是强弱稍有不同而已。因此，你可以从一个很大的可视角范围来观看屏幕，无论从哪个角度去观察，显示的亮度、色彩都和正视效果相近。

LCD和其它大多数显示技术，都需要强的背景光线穿过液晶层或者其它显示层来形成图像，从而完成图像的传递过程。LCD的特性决定了它所需的背景光是定向的。举一个形象的例子来说，就好比你手中握有一把吸管，它们的一端对准光源。如果你通过另一端直视吸管，你将会看到光源射出的光线。但是如果你稍微移开眼睛，从其他的方向去看的话，你就无法观察到光线了。LCD技术正是如此。虽然液晶分子并不象吸管一样是中空的，但是它们的有序排列阻止了光线向其它方向发射。

为了解决视角问题，制造商们也想出了许多方法。直接在显示屏外面附加一层漫射膜是办法之一，漫射膜可以将特定传播方向的光线散射向各个方向，从而增大可视角度。不过这种方法只能达到一定程度的改善。另一种做法是改变通过液晶的电流方向来增大可视角度。电流不再是从顶端流向底端，而是从侧面方向流过。这就使得液晶分子在水平方向上有序排列，从而增大了传递光线的可视角度。这两种技术通常用在水平可视角度的改善上。

第三种解决方案比较复杂，而且会使制造成本大大增加。主要方法是将每个液晶单元分割成大量微小的部分，事先将这些微小子单元以不同的方向倾斜，这就使得传播光线在到达这些微小面板的时候向各个方向散射，从而增大可视角度。昂贵的成本限制了它的广泛使用，仅在一些具有需要同时从远处和近处观察的桌面显示器中应用了这种技术。

2.显示色彩

LCD显示的一个重要的技术指标是显示色彩。CRT显示器所能表现出的色彩几乎是无穷的，因为它是模拟设备。只需改变红绿蓝三种模拟信号的强度，你就可以得到不同的色彩。与CRT一样，LCD技术也是根据电压的大小来改变亮度，但是只有主动矩阵LCD可以单独控制每个像素，被动矩阵LCD每次都要驱动整行或整列像素，因此它的灰度级表现能力很差。

每个LCD的子像素显示的颜色取决于色彩过滤器。由于液晶本身没有颜色，所以用滤色片产生各种颜色，而不是子像素，子像素只能通过控制光线的通过强度来调节灰度，只有少数主动矩阵显示采用模拟信号控制，大多数则采用数字信号控制技术。大部分数字控制的LCD都采用了8位控制器，可以产生256级灰度。每个子像素能够表现256级，那么你就能够得到256×3种色彩，每个像素能够表现16,777,216种颜色。因为人的眼睛对亮度的感觉并不是线性变化的，人眼对低亮度的变化更加敏感，所以这种24位的色度并不能完全达到理想要求。工程师们通过脉冲电压调节的方法以使色彩变化看起来更加统一。

制造商还采用了两种技术来提高主动矩阵显示中每个液晶单元的灰度显示数目。第一种是抖动方法。将四个毗连呈正方形的像素作为一个单元，如果其中一个的灰度太低，那么相邻的像素就会提高自身的亮度，从而显示出一个比较适中的灰度，四个像素最后会显示出三个适中的最终灰度作为显示结果。这种方法的最大缺点在于降低了显示的分辨率。

另一项技术是框架速率控制（FRC）或者暂时的高频振动。这种方法在显示每屏图像时多次刷新像素。与高频振动中将灰度的混合用空间来显示不同，这种方法通过时间控制。如果显示一幅画面需要的时间分为很多帧,像素就可以在帧的切换当中造成一种灰度的过渡态，四帧就可以造成三个过渡态。这种设计的优点是可以不降低图像的分辨率，被广泛应用于现代的主动矩阵显示屏中。

3.响应速度

LCD单元在控制信号到达与变化完成之间存在滞后现象，这使得LCD在显示快速移动图像时与CRT相比具有一种先天的缺陷。CRT的电子枪发射电子束到被激发的荧光粉发光之间几乎是瞬间的。

这种时间滞后被称为“响应时间”，其单位通常是毫秒。被动矩阵显示屏响应时间很长，约有150毫秒或更多，所以不适于显示诸如电影的移动画面。

在主动矩阵显示屏中像素响应时间随设计的不同而异，主要受到几个因素影响，包括用来驱动单元的电压，单元的厚度和使用的液晶材料。标准的主动矩阵显示屏一般有40毫秒的响应时间，也就是说每秒能显示25帧。平面内转换增加了可视角度，但显示会变慢，一般有70毫秒反应时间。Multi-domain显示屏更快一些，有25毫秒反应时间。

4.耗电量

主动矩阵式LCD显示屏与CRT相比较小，需要很少的电量。事实上，它已经变成了便携式设备的标准显示器，从PDA到笔记本电脑均广泛运用。但不管怎样，LCD技术还是可悲的效率低下：即使你将屏幕显示白色，从背景光源中发射的光也只有不到10%穿过屏幕发出，其它的都被吸收。

笔记本电脑的低效迫使其设计者面临一些艰难的选择。如果你希望在户外这样强光环境下图像更明亮，你就需要一个更亮的背景光源，这比暗一些的要求更多的电力。如果你使用的电池容量一定，更亮的背景光源就会在较短的时间内耗尽电源。

设计者用更大的电池容量解决这个问题，但是对于目前的电池技术来说，就意味着设备重量的增加，对消费者的吸引力就会下降。这三者之间的三角平衡推动着显示屏、电池及节能技术的研究。

总而言之，背景光源所耗能量是LCD显示屏总耗电量的最大部分。更大的屏幕、更高的亮度和更高的分辨率都将使笔记本显示屏的耗电量大大增加。另一方面，技术进步通过降低系统电压和提高孔径比使更多的光能通过液晶单元，降低系统的电源需求。结果是，笔记本显示屏的总耗电量维持在2到5瓦之间。一根管子的背景光源大约需要1.2瓦，所以根据使用一只或两只管子一个屏幕中共需要1.2或2.4瓦的能量。

PDA，如Palm和Compaq iPAQ常使用反射显示屏。这意味着环境光射进显示器中，穿过极化的液晶层，碰撞反射层，再反射出来显示成图像。据估计，在此过程中84%的光被吸收，所以只有六分之一的光起作用，虽然还有待改进，但已足以提供可视影像需要的对比度。单向反射和反射显示屏使得不同光照条件下耗费最少能源使用LCD显示屏成为可能。

LCD显示器的关键因素之一是它的价格。如果比CRT更加便宜，它将会占据几乎全部的显示器市场。但不幸的是，对于桌上电脑经常使用的15、17寸显示器来说，相同显示面积的LCD的造价几乎是CRT的3到5倍。显示面积越大，造价差距越大。

为什么LCD造价如此之高？这取决于它们的制造方式。它的制造工艺异常复杂，维持高合格率需要不断努力。

传统工艺流程

LCD的面板最早使用非常薄的玻璃制造。大约只有1.1-0.4毫米厚，由于玻璃生产中，设备不同会造成玻璃厚度不同。所以，显示屏只能在一套模具中制造。玻璃底层镀有一层非晶硅，从而在每个像素单元上可以制造半导体元件。经过一系列的平板照相、蚀刻、覆膜和沉积步骤，在每个像素上都生成了开关晶体管、滤色器及其它部分。

在所有的元器件上沉积有一个透明阵列膜，在顶层上贴上另一个相似的透明的阵列膜。这些膜运用光化学工艺流程进行刻蚀或印刷，在每层膜上形成极小的刻槽。当液晶材料注入时，液晶分子就在这些槽中有序排列。在屏幕的两面间喷洒小隔片，保证在每个像素位置上有一到两个隔片。这样就可以分隔开玻璃层的上下面，为液晶材料提供一个存在的空间。接着，在每个显示器的底层玻璃的边沿涂上密封剂，同时在一边上留下一个缺口。最顶层和底层焊接在一起，最后切割成型。先抽出夹层中的空气，然后使用氮气压力将液晶材料从预先留下的缺口注入。密封缺口后经过检测保证其品质。偏振片和其他膜层材料在测试合格后添加。最后的步骤是将电子线路和与电脑或其他设备的接口装上，从而完成显示器的功能配设。

LCD技术中最引人瞩目的是低温多晶硅的使用。传统工艺中使用非晶硅制造LCD单元元器件，相对来说制造成本较低，但是相比半导体芯片制造所使用的单晶硅其电子活性较低。电子活性随着硅结晶度的提高而增加，这样晶体管就可以越来越小，而这又意味着更大的孔径比——更多光线将通过液晶显示屏单元——所以显示屏耗电量更低，也就是说电池使用寿命将延长或整机重量降低。多晶硅用于小型LCD显示器——例如数据读取设备中的面板—但它们都需要可抵抗高温的特殊玻璃。覆盖在底层的硅被加热到一定温度然后冷却，从而产生单晶硅。

近几年，技术已经发展到了可以制造标准的玻璃底层和在室温下制造晶体硅。使用激光扫描硅膜，可以使膜表面特定的极小区域产生高温，冷却后生成单晶硅。这种工艺比传统的镀膜更加昂贵，但是它带来了一些其他的利益。除了孔径比增加之外，多晶硅层的使用使得在面板的边缘构造驱动电路成为可能。从而大部分与电路的接头能够无需接片（TAB）就能够在底层很好的实现连接。这就意味着连接到面板上的接头数目减少95％以上，而且同时增加显示的物理可靠性。

如上所述，LCD面板的制造工艺非常复杂、所需设备非常昂贵，这些因素导致了显示器价格相对较高

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作者: zgzxb 时间: 2004-2-19 18:09
标题: 液晶的光学性质
以前论坛上关于液晶的讨论又比较详细的帖子！！
请 lottie 斑竹整理一下，贴到这里好吗？

作者: lottie 时间: 2004-2-24 17:25
标题: 液晶的光学性质
我找不到了啊

作者: zgzxb 时间: 2004-2-24 18:08
标题: 液晶的光学性质
标题: ( 1 )LCD液晶的原理和发展趋势

人们早在1888年就发现了液晶这一呈液体状的物质，它是一种几乎完全透明的物质，同

时呈现固体与液体的某些特征。液晶从形状和外观看上去都是一种液体，但它的水晶式

分子结构又表现出固体的形态。像磁场中的金属一样，当受到外界电场影响时，其分子

会产生精确的有序排列；如对分子的排列加以适当的控制，液晶分子将会允许光线穿透

；光线穿透液晶的路径可由构成它的分子排列来决定，这又是固体的一种特征。

　　六十年代起，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。经过反复测试，1968年，在美国发明了液晶显示器件，随后LCD液晶显示屏就正式面

世了。然而从第一台LCD显示屏的诞生以来，短短30年，液晶显示器技术得到了飞速的发

展：七十年代初，日本开始生产TN-LCD，并推广应用；八十年代初，TN-LCD产品在计算

器上得到广泛应用；在1984年，欧美国家提出TFT-LCD和STN-LCD显示技术之后，从八十

年代末起，日本掌握了STN-LCD的大规模生产技术，使LCD产业获得飞速发展。

　　大约1971年，液晶显示设备就在人类的生活中出现。这就是最初的TN-LCD（扭曲阵

列）显示器。尽管当时还只是单色显示，但在某些领域已开始加以应用（例如医学仪器

等）。到八十年代初期，TN-LCD开始被应用到电脑产品上。1984年，欧美国家提出STN-

LCD（超扭曲阵列），同时TFT-LCD（薄膜式电晶体）技术也被提出，但技术和制程仍不

够成熟。到八十年代末期，由于日本厂商掌握着STN-LCD的主要生产技术，它们开始在生

产线上进行大规模的生产，这算得上是LCD将要普及的信号。

　　1993年，在日本掌握TFT-LCD的生产技术后，液晶显示器开始向两个方向发展：一方

向是朝着价格低、成本低的STN-LCD显示器方向发展，随后又推出了DSTN-LCD(双层超扭

曲阵列)；而另一方向却朝高质量的薄膜式电晶体TFT-LCD发展。日本在1997年开发了一

批以550×670mm为代表的大基板尺寸第三代TFT-LCD生产线，并使1998年大尺寸的LCD显

示屏的价格比1997年下降了一半。1996年以后，韩国和中国台湾都投巨资建第三代的TF

T-LCD生产线，准备在1999年以后与日本竞争。

　　中国内地从八十年代初就开始引进了TN-LCD生产线，是目前世界上最大的TN-LCD生

产国。据不完全统计，目前全国引进和建立LCD生产线40多条，有LCD配套厂30余家，其

中不乏TFT-LCD生产线。

　　从1971年开始，液晶作为一种显示媒体使用以来，随着液晶显示技术的不断完善和

成熟，使其应用日趋广泛，到目前已涉及微型电视、数码照相机、数码摄像机以及显示

器等多个领域。在其经历了一段稳定、漫长的发展历程后，液晶产品已摒弃了以前那种

简陋的单色设备形象。

　　目前，它已在平面显示领域中占据了一个重要的地位，而且几乎是笔记本和掌上型

电脑必备部分。1985年，自从世界第一台笔记本电脑诞生以来， LCD液晶显示屏就一直

是笔记本电脑的标准显示设备，所以一谈到LCD必定会与笔记本电脑扯上关系。LCD显示

器在笔记本电脑的发展历程中也发挥过不同的作用，但随着液晶显示技术的不断进步，

基于LCD在笔记本电脑市场占据多年的领先地位之后，具备平滑显示屏幕的LCD液晶显示

器又开始逐步地进入桌面系统市场。笔记本电脑为了达到轻、薄、小等功能，率先采用

LCD液晶面板作为显示器。发展至今，更多的电子产品都纷纷采用LCD作为显示面板（如

移动电话、便携式电视、游戏机等），因而也令LCD产业得到了蓬勃的发展。

（一）按物理结构分类

　　LCD按照物理结构，可以分为双扫描无源阵列显示器(DSTN-LCD)和薄膜晶体管有源阵

列显示器(TFT-LCD)。而快速DSTN（HPA），性能界于两者之间。具体参数比较见表1。

类型

反应时间（ms）

对比度

视角

DSTN

300

25:1

20度

HPA

150

35:1

25度

TFT

80

100:1

45度

　　　　　　　　　　　　　”?：几种LCD显示器类型的技术参数比较

DSTN（Dual Scan Tortuosity Nomograph）双扫描扭曲阵列

　　它是通过双扫描方式来扫描扭曲向列型液晶显示屏，来达到完成显示的目的。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，因而显示效果

较STN有大幅度提高。笔记本电脑刚出现时主要是使用STN，其后是DSTN。STN和DSTN的反

应时间都较慢，一般约为300ms左右。从液晶显示原理来看，STN的原理是用电场改变原

为180度以上扭曲的液晶分子的排列从而改变旋光状态，外加电场通过逐行扫描的方式改

变电场，在电场反复改变电压的过程中，每一点的恢复过程较慢，因而就会产生余辉现

象。用户能感觉到拖尾（余辉），一般俗称为“伪彩”。由于DSTN显示屏上每个像素点

的亮度和对比度不能独立控制，以至于显示效果欠佳，由这种液晶体所构成的液晶显示

器对比度和亮度较差、屏幕观察范围较小、色彩欠丰富，特别是反应速度慢，不适于高

速全动图像、视频播放等应用，一般只用于文字、表格和静态图像处理，但是它结构简

单并且价格相对低廉（其价格一般要比同等配置下的TFT笔记本电脑低3千元左右），耗

能也比TFT-LCD少，而视角小可以防止窥视屏幕内容达到保密作用，结构简单可以减小整

机体积，因此，在少数笔记本电脑中仍采用它作为显示设备，目前仍然占有一定的市场

份额。

　　其实DSTN-LCD并非真正的彩色显示器，它只能显示一定的颜色深度，与CRT的颜色显

示特性相距较远，因而又称为“伪彩显”。DSTN的工作特点是这样的：扫描屏幕被分为

上下两部分，CPU同时并行对这两部分进行刷新（双扫描），这样的刷新频率虽然要比单

扫描（STN）重绘整个屏幕快一倍，它提高了占空率，改善了显示效果。由于DSTN分上下

两屏同时扫描，上下两部分会出现刷新不同步，所以当元件的性能不佳时，一般在使用

过程中，显示屏中央会出现一条模糊的水平亮线。不过，现在采用DSTN-LCD的电脑因CP

U和RAM速率高且性能稳定，这种不同步现象已经很少碰见到了。

　　另外，由于DSTN的显示屏上的像素信息是由屏幕左右两侧的晶体管控制一整行像素

来显示，每个像素点不能自身发光，是无源像点，所以反应速度不快，屏幕刷新后会留

下幻影，其对比度和亮度也低，图像要比CRT显示器暗得多。

HPA一般称为高性能定址或快速DSTN

　　是DSTN的改良型，能提供比DSTN更快的反应时间、更高的对比度和更大的视角，由

于它具有与DSTN相近的成本，因此在低端笔记本电脑市场具有一定的优势。

TFT（Thin Film Transistor）即薄膜场效应晶体管

　　所谓薄膜晶体管，是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶

体管来驱动。从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息。

　　由于彩色显示器中所需要的像素点数目是黑白显示器的4倍，在彩色显示器中像素大

量增加，若仍然采用双扫描形式，屏幕不能正常工作，必须采用有源驱动方式代替无源

扫描方式来激活像素。这样就出现了将薄膜晶体管（TFT）、或薄膜二极管、或金属－绝

缘体－金属（MIM）等非线性有源元件集成到显示组件中的有源技术，用来驱动每个像素

点，使每个像素都能保持一定电压，达到100％的占空化，但这无疑是将增加设备的功耗

。

　　TFT属于有源矩阵液晶显示器（AM-LCD）中的一种，TFT-LCD的每个像素点都是由集

成在自身上的TFT来控制，是有源像素点。因此，不但反应时间可以极大地提高，起码可

以到80ms左右，而且对比度和亮度也大大提高了，同时分辨率也达到了空前程度。因其

具有比其他两种显示器更高的对比度和更丰富的色彩，荧屏更新频率也更快，俗称“真

彩”。

三种类型的对比

　　与DSTN-LCD和HPA相比，TFT的主要特点是在每个像素配置一个半导体开关器件，其

加工工艺类似于大规模集成电路。由于每个像素都可通过点脉冲直接控制，因而每个节

点相对独立，并可连续控制，这样不仅提高了反应时间，同时在灰度控制上可以做到非

常精确，这就是TFT色彩较DSTN更为逼真的原因。TFT-LCD是目前最好的LCD彩色显示设备

之一，TFT-LCD具有屏幕反应速度快、对比度和亮度都较高、屏幕可视角度大、色彩丰富

、分辨率高等等特点，克服了两者的原有的许多缺点，是目前桌面型 LCD显示器和笔记

本电脑LCD显示屏的主流显示设备。在色彩显示性能方面与CRT显示器相当，凡CRT显示器

所能显示的各种信息都能同样显示，其效果已经接近CRT显示器。在有源矩阵LCD中，除

了TFT-LCD外，还有一种黑矩阵LCD，是当前的高品质显示技术产品。它的原理是将有源

矩阵技术与特殊镀膜技术相结合，既可以充分利用LCD的有源显示特点，又可以利用特殊

镀膜技术，在减少背景光泄漏、增加屏幕黑度、提高对比度的同时，可减小在日常明亮

工作环境下的眩光现象。

（一）液晶的物理特性

　　液晶的物理特性是：当通电时导通，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。

（二）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)。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。但当液晶上加一个电压时，分子便会

重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。

　　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。（如图1）

图1 光线穿透示意图

　　LCD正是由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。另一方面，若为液晶加

一个电压，分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光器

挡住。总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射出。（如图2）

图2 光线阻断示意图

　　然而，可以改变LCD中的液晶排列，使光线在加电时射出，而不加电时被阻断。但由

于计算机屏幕几乎总是亮着的，所以只有“加电将光线阻断”的方案才能达到最省电的

目的。

　　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，厚约1mm，其间由包含有液晶(LC)

材料的5μm均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为

光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板（或称匀光板）和反光膜，背光板是由

荧光物质组成的可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。背光板发出的光线

在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。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。

（三）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)。

　　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40～60Hz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暇疵。对1024×768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(1024×768×3

＝2359296)。很难保证所有这些单元都完好无损。最有可能的是，其中一部分己经短路

(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，明亮的图象。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

图象时往往会产生阴影，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。

四）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Ac

tive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

画面品质却是相当赏心悦目的。

（2）利用色滤光镜制作工艺创造色彩斑澜的画面

　　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，由此对实际工作中的应用都是不实用的。单凭一些纯粹的

数据，其实是一种有偏差的去引导用户的行为。而新款的LCD显示器就采用的“低反射液

晶显示屏幕”技术就是在液晶显示屏的最外层施以反射防止涂装技术（AR coat），有了

这一层涂料，液晶显示屏幕所发出的光泽感、液晶显示屏幕本身的透光率、液晶显示屏

幕的分辨率、防止反射等这四个方面都但到了更好的改善。

（4）先进的“连续料界结晶矽”液晶显示方式

　　在一些LCD产品中，在观看动态影片的时候会出现画面的延迟现象，这是由于整个液

晶显示屏幕的像素反应速度显得不足所造成的。为了提高像素反应速度，新技术的LCD采

用目前最先进的Si TFT液晶显示方式，具有比旧式LCD屏快600倍的像素反应速度，效果

真是不可同日而语。先进的“连续料界结晶矽”技术是利用特殊的制造方式，把原有的

非结晶型透明矽电极，在以平常速率600倍的速度下进行移动，从而大大加快了液晶屏幕

的像素反应速度，减少画面出现的延缓现象。

　　现在，低温多晶硅技术、反射式液晶材料的研究已经进入应用阶段，也会使LCD的发

展进入一个崭新的时代。而在液晶显示器不断发展的同时，其它平面显示器也在进步中

，等离子体显示器（PDP）、场致发光阵列显示器（FED）和发光聚合体显示器（LEP）的

技术将在未来掀起平板显示器的新浪潮。其中，最值得关注和看好的就是场致显示器，

它具有许多比液晶显示器更出色的性能……不过可以断定，LCD显示技术进入新纪元，作

为另一支显示产品的生力军，它们将可能取代CRT显示器。

　

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作者: zgzxb 时间: 2004-2-24 18:14
标题: 液晶的光学性质
标题: ( 2 )LCD技术详细介绍

LCD的大体介绍：

关于液晶

物质有三种形态：固态、液态和气态。

1888年，澳大利亚植物学者莱尼茨尔(Reinitzer)研究胆甾醇在植物中的作用时，用胆甾

基苯进行试验，无意间发现了液晶，但液晶的实际应用直到二十世纪五十年代才开始。

顾名思义，液晶是固液态之间的一种中间类状态。

液晶是一种有机化合物，在一定的温度范围内，它既具有液体的流动性、粘度、形变等

机械性质，又具有晶体的热（热效应）、光（光学各向异性）、电（电光效应）、磁（

磁光效应）等物理性质。

光线穿透液晶的路径由构成它的分子排列所决定。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。

液晶按照分子结构排列的不同，分为三种：晶体颗粒粘土状的称为近晶相（Smectic）液

晶、类似细火柴棒的称为向列相（Nematic）液晶、类似胆固醇状的称为胆甾相（Chole

stic）液晶。这三种液晶的物理特性都不尽相同，用于液晶显示器的是第二类的向列相

（Nematic）液晶。

LCD的原理

只有先认识了它的结构和原理，了解了它的技术和工艺特点，才能在选购时有的放矢，

在应用和维护时更加科学合理。液晶是一种有机复合物，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。LCD第一个特点是必须将液晶灌入两个列有细槽

的平面之间才能正常工作。这两个平面上的槽互相垂直(90度相交)，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。但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直

射出去，而不发生任何扭转。LCD的第二个特点是它依赖极化滤光片和光线本身，自然光

线是朝四面八方随机发散的，极化滤光片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，极化滤光片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。只有两个滤光片的线完全平行，或者光线本身已扭转到

与第二个极化滤光片相匹配，光线才得以穿透。LCD正是由这样两个相互垂直的极化滤光

片构成，所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是，由于两个滤光片之间

充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个滤光片后，会被液晶分子扭转90度，最后从第

二个滤光片中穿出。另一方面，若为液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全平行，

使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光片挡住。总之，加电将光线阻断，不加电则使

光线射出。当然，也可以改变LCD中的液晶排列，使光线在加电时射出，而不加电时被阻

断。但由于液晶屏幕几乎总是亮着的，所以只有加电将光线阻断的方案才能达到最省

电的目的。

LCD的分类

可以将LCD分为被动技术和主动技术两种，代表性的产品分别是DSTN(double-layer sup

ertwist nematic双层超扭曲向列相液晶)和TFT（thin film transistor薄膜晶体管）。

DSTN一直是被动式笔记本显示器的标准，HPA和CSTN则是被动技术的最新改进。HPA也被

称为高性能定址或快速DSTN。HPA和CSTN皆比DSTN提供了更好的对比度和亮度。CSTN的反

应时间现在已下降到100ms，并提供140度视角。

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，因而显示

效果较STN有大幅度的提高。笔记本电脑刚出现时主要是使用STN。STN的反应时间较慢，

一般为300ms左右，用户能感觉到拖尾（余辉）。由于DSTN 分上下两屏同时扫描，所以

在使用中有可能在显示屏中央出现一条亮线。

主动矩阵显示屏通过薄膜晶体管直接寻址，这也是该技术名称的由来，即TFT（薄膜晶体

管）。TFT属于有源矩阵液晶显示器中的一种，反应时间大大提高，已达到25ms。其具有

更高的对比度和更丰富的色彩。相对DSTN而言，TFT的主要特点是每个像素都配置一个半

导体开关器件，其加工工艺类似于大规模集成电路。由于每个像素都可通过点脉冲直接

控制，因而每个节点相对独立，并可连续控制，这样不仅提高了反应时间，同时在灰度

控制上可以非常精确，这就是TFT色彩较DSTN更为逼真的原因。目前绝大部分笔记本电脑

厂商的主流产品都是采用TFT显示屏。

LCD和CRT（传统显示器）的比较以及购买时的注意事项

LCD的工作原理我们介绍过了，那么再介绍一下CRT，然后我们好比较。

CRT的工作原理是由灯丝、阴极、控制栅组成电子枪，通电后灯丝发热，阴极被激发，发

射出电子流，电子流受到带有高电压的内部金属层的加速，经过透镜聚焦形成极细的电

子束，打在荧光屏上，使荧光粉发光。电子束在偏转线圈产生的磁场作用下，可以控制

其射向荧光屏的指定位置，电子束打在荧光屏上后会形成一个发光点，若干个发光点就

可以组成图象。RGB三色荧光点被不同强度的电子束击中，就会产生各种色彩，通过控制

电子束的强弱和通断，则可以形成各种绚丽多彩的画面。一般荫罩式显像管的内部有一

层类似筛子的网罩，电子束通过网眼打在呈三角形排列的荧光点上，三把电子枪分别对

应RGB三色，所以叫做三枪三束显像管。荫栅式显像管(例如特丽珑与钻石珑)的原理也

是一样，只不过此类显像管的网罩是将许多光栅纵向固定在框里形成的。

接下来就是详细介绍它们的不同之处了:

分辨率

分辨率是一个非常重要的性能指标。它指的是屏幕上水平和垂直方向所能够显示的点数

(屏幕上显示的线和面都是由点构成的)的多少，分辨率越高，同一屏幕内能够容纳的信

息就越多。对于一台能够支持1280x1024分辨率的CRT来说，无论是320x240还是1280x10

24分辨率，都能够比较完美地表现出来(因为电子束可以做弹性调整)。但它的最大分辨

率未必是最合适的分辨率，因为如果17寸显示器上到1280x1024分辨率的话，WINDOWS的

字体会很小，时间一长眼睛就容易疲劳，所以17寸显示器的最佳分辨率应为1024x768。

但对LCD来说则不然。LCD的最大分辨率就是它的真实分辨率，也就是最佳分辨率。一旦

所设定的分辨率小于真实分辨率(比如说15寸LCD，其真实分辨率为1024x768，而WINDOW

S中设定分辨率为800x600)的话，将有两种显示方式。一是居中显示，只有LCD中间的80

0x600个点会显示图象，其他没有用到的点不会发光，保持黑暗背景，看起来画面是居中

缩小的。另一种是扩展显示，这种方式会使用到屏幕上每一个像素，但由于像素很容易

发生扭曲，所以会对显示效果造成一定影响。所以说无论如何在选择LCD时要注意分辨率

不是越大越好而是适当好用。

刷新率

对于CRT来讲，屏幕上的图形图像是由一个个因电子束击打而发光的荧光点组成，由于显

像管内荧光粉受到电子束击打后发光的时间很短，所以电子束必须不断击打荧光粉使其

持续发光。电子枪从屏幕的左上角的第一行(行的多少根据显示器当时的分辨率所决定，

比如800X600分辨率下，电子枪就要扫描600行)开始，从左至右逐行扫描，第一行扫描完

后再从第二行的最左端开始至第二行的最右端，一直到扫描完整个屏幕后再从屏幕的左

上角开始，这时就完成了一次对屏幕的刷新，周而复始。这样我们就能够理解，为什么

显示器的分辨率越高，其所能达到的刷新率最大值就越低。一般来讲，屏幕的刷新率要

达到75HZ以上，人眼才不易感觉出幕纳了福珻RT显示器的刷新率是由其行频和当时的

分辨率决定的，行频越高，同一分辨率下的刷新率就越高；而行频一定的情况下，分辨

率越高则它所能达到的刷新率越低。

对于LCD来说则不存在刷新率的问题，它根本就不需要刷新。因为LCD中每个像素都在持

续不断地发光，直到不发光的电压改变并被送到控制器中，所以LCD不会有不断充放电

而引起的闪烁现象。

视角

目前大多数纯平显示器的视角都能达到180度，也就是说，从屏幕前的任意一个方向都能

清楚地看到所显示的内容。而LCD则不同，它的可视角度根据工艺先进与否而有所不同，

部分新型产品的可视角度已经能够达到160左右，跟CRT的180度已经非常接近。也有一些

LCD虽然标称视角为160度，但实际上却达不到这个标准。用户在使用过程中一旦视角超

出其实际

可视范围，画面的颜色就会减退、变暗，甚至出现正像变成负像的情况。

很可能大家为飞利浦的广告所迷惑其实LCD的视角并不是很大，反而比CRT的小许多，是

一个明显比CRT弱的地方，所以不用担心被同事看见小笨熊的爱称。当然如果厂商将产品

中加上增加视角的技术的话情况会好一点。下面介绍一下。

TN+Film(TN+视角扩大膜)技术

从结构上来讲，液晶显示器使用了液晶作为显示材料。液晶是一种介于固态和液态之

间的物质，在一定的温度下会呈现出透明的液体状态，而冷却以后又会变成带结晶颗粒

的混浊固体状态。液晶按照分子结构排列的不同分为三种：类似粘土状的Smectic液晶、

类似细火柴棒的Nematic液晶、类似胆固醇状的Cholestic液晶，。这三种液晶的物理特

性都不尽相同，通常用于液晶显示器的是第二类的Nematic液晶，采用此类液晶制造的液

晶显示器也就称为LCD（Liquid Crystal Display）。

普通液晶屏上层的液晶分子的排列是横向的，下层的液晶分子排列是纵向的，而位于上

下层之间的液晶分子接近上层的就呈横向排列，接近下层的则呈纵向排列。整体看起来

，液晶分子的排列方式就像是一个螺旋形的旋转排列，但是基于TN+视角扩大膜技术的液

晶显示器的液晶分子是垂直于显示屏排列的，这样在上层的表面加一层特殊的薄膜即可

增加可视的角度。

从技术上来讲，该技术是基于较成熟的标准TFT-Twisted Nematic (扭转向列式)液晶技

术发展起来的。只要在基板的上表面加上一层特殊的薄膜(转向膜)就可以将水平视角从

90度增加到140度。该技术的优点不言而喻，那就是相对的廉价和发展较为成熟的技术，

成品率高。但是该技术的缺点也同样明显，就是对对比度较低和响应速度较慢的固有缺

点仍没有质的改变。

IPS (板内切换 or Super-TFT)技术

IPS或板内切换技术最先是由Hitachi（日立）开发的，现在NEC及Nokia（诺基亚）也

采用这项技术生产TFT。

原理：

IPS与TN+Film(扭转向列液晶+视角扩大膜组合)技术的最大不同点在于液晶分子的方向是

平行于基板而不是垂直于基板。这一点是通过施加电压来实现的。

使用IPS或Super TFT技术可以使视角扩大到170度，基本上可以达到CRT监视器一样的视

角。但是这项技术也有缺点，因为液晶分子的排列方向，使得电极必须做成梳子状，安

放在下层玻璃基板上，而不能像TN模式一样（成型的TN液晶显示屏通常包括玻璃基板、

ITO膜、配向膜、偏光板等制成的夹板，共有两层，称为上下夹层，每个夹层都包含电极

和配向膜上形成的沟槽，上下夹层中的是液晶分子），安置在两层玻璃基板上。这样做

会降低对比度，因此必须加大背光源来达到要求的的亮度。同TN+Film(TN+视角扩大膜)

技术相同

IPS模式下的对比度及响应时间与传统的TFT-TN 相比也并无多大改善。

3 MVA(Multi-Domain Vertical Alignment,多区域垂直排列)技术

MVA技术是由富士通公司开发的。从技术的上来看，MVA目前来看应该是液晶显示器广视

角及短响应时间最好的解决方案。MVA技术使可视角度可达到160度，响应时间可达到20

ms。

在MVA技术中，M代表 multi-domain，是指单个色彩单元里面用凸出的物体来形成多区

域。 VA代表Vertical Alignment(垂直排列)，由于凸出物的关系，液晶分子在静态时

并不完全是的垂直排列的。

当施加电压产生电场之后，液晶分子变成水平排列，这样背光源发出的光就能通过各个

层。MVA技术能够提供比TN+视角扩大膜技术及IPS技术更短的响应时间，这对视频和游戏

的表现来说很重要。对比度方面也有提高，但是会随视角的变化而变化。

TN+Film(TN+视角扩大膜)技术：成本低廉，成品率高，可视角度140度，对比度和响应

时间无太大提高。 IPS (板内切换 or Super-TFT)技术：可视角度170度，对比度和响

应时间无太大提高。

MVA(Multi-Domain Vertical Alignment,多区域垂直排列)技术

可视角度160度，对比度和响应时间有较大的提高，适合对视频和游戏的回放。

可视面积。

可视面积指的是在实际应用中，可以用来显示图像的那部分屏幕的面积。因为CRT显示器

的尺寸实际上是其显像管的尺寸，可以用来显示图像的部分根本达不到这个尺寸，因为

显像管的边框占了一部分空间。一般来讲，17寸CRT显示器的可视面积约在15.8-16英寸

左右，而15寸显示器的可视面积则只有13.8英寸左右。但对于LCD来说，标称的尺寸大小

基本上就是可视面积的大小，被边框占用的空间非常小，15寸LCD的可视面积大约有14.

5英寸左右，这也是为什么LCD看起来要比同样尺寸CRT更大一些的原因。所以选购LCD的

时候15村就基本上够了。

亮度与对比度。

液晶显示器的显示功能主要是有一个背光的光源，这个光源的亮度决定整台LCD的画面亮

度及色彩的饱和度。理论上来说，液晶显示器的亮度是越高越好，亮度的测量单位为cd

/m2(每公尺平方烛光)，也叫NIT流明。目前TFT屏幕的亮度大部分都是从150Nits开始起

步，通常情况下200Nits才能表现出比较好的画面。对比度也就是黑与白两种色彩不同层

次的对比测量度。对比度120:1时就可以显示生动、丰富的色彩(因为人眼可分辨的对比

度约在100:1左右)，对比率高达300:1时便可以支持各阶度的颜色。目前大多数LCD显示

器的对比度都在100:1～300:1左右。目前还没有一套公正的标准值来衡量亮度与对比的

反差值，所以购买LCD全靠一双锐利的眼睛。所以在选购LCD时要注意这个指标，它也是

LCD产品上性能差异最大的一环估计选购上有些难度。

反应速度。

测量反应速度的时间单位是毫秒(ms)，指的是象素由亮转暗并由暗转两所需的时间。这

个数值越小越好，数值越小，说明反应速度越快。目前主流LCD的反应速度都在25ms以上

，在一般商业用途中(例如字处理或文本处理)没有什么太大关系，因为此类用途不必太

在意LCD的反应时间。而如果是用来玩游戏、观看VCD/DVD等全屏高速动态影象时，反应

时间就尤其重要了，如果反应时间较长的话，画面就会出现拖尾、残影等现象。举个简

单的例子，现在市场上绝大多数LCD显示器在玩QUAKE3时都会有不同程度的拖尾现象，在

画面高速更新时尤其明显。而CRT则完全没有这个问题，因为CRT的反应时间只有1ms，是

绝对不会出现拖尾现象的。

色彩

说到色彩，LCD也比不上CRT，从理论上讲，CRT可显示的色彩跟电视机一样为无限。而L

CD只能显示大约26万种颜色，绝大部分产品都宣称能够显示1677万色(16777216色，32位

)，但实际上都是通过抖动算法(dithering)来实现的，与真正的32位色相比还是有很大

差距，所以在色彩的表现力和过渡方面仍然不及传统CRT。同样的道理，LCD在表现灰度

方面的能力也不如CRT。大家有条件的话可以自己比较一下：找一台17英寸特丽珑显像管

的显示器，再摆一台15寸LCD，同时显示一幅1677万色的图象。CRT显示出来的画面十分

鲜艳，而LCD则显得有些假，虽然说不上来哪里不对，但看着就是没有那台珑管的CRT

舒服。

显示效果

先说CRT，目前绝大部分家用级CRT都不同程度地存在着聚焦、汇聚、呼吸效应等方面的

问题，这与厂家的技术工艺是分不开的。如果生产厂家设计的相关控制电路不够先进，

就很容易出现前面所说的那些问题。这也是为什么同样都是特丽珑显像管，SONY原厂生

产的显示器和其他一些厂家所生产的显示器表现截然不同的原因。而LCD则完全没有聚焦

等问题，因为它根本就不需要聚焦。不过在线形与非线形失真等问题，LCD也有可能会出

现，只不过CRT更容易出现罢了。

辐射

因为CRT显示器的光线会通过阴极管发出，同时也发出了辐射，所以对人体是很不利，但

是后来TCO9X的要求是CRT在这方面得到了极大的改善。但是LCD由于其工作原理的缘故，

工作时更本不会发出一点辐射，比之CRT强了很多。

所以在下认为一般家庭还是使用CRT比较合适，多媒体效果会更好而且价格相对来说较便

宜，LCD液晶显示器更适合在商业上用途上，股票交易、媒体编辑更适合使用LCD。

　

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作者: zgzxb 时间: 2004-2-24 18:19
标题: 液晶的光学性质

标题: ( 3 )液晶显示模块

液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、线路板、背光源、结构件装

配在一起的组件．英文名称叫“LCD Module”，简称“LCM”，中文一般称为“液晶显示

模块”。实际上它是一种商品化的部件．根据我国有关国家标准的规定：只有不可拆分

的一体化部件才称为“模块”，可拆分的叫作“组件”。所以规范的叫法应称为“液晶

显示组件”。但是由于长期以来人们都已习惯称其为“模块”。

  液晶显示器件是一种高新技术的基础元器件，虽然其应用巳很广泛，但对很多人来

说，使用、装配时仍感到困难。特别是点阵型液晶显示器件，使用者更是会感到无从下

手．特殊的连接方式和所需的专用设备也非人人了解和具备，故此液晶显示器件的用户

希望有人代劳，将液晶显示器件与控制、驱动集成电路装在一起，形成一个功能部件，

用户只需用传统工艺即可将其装配成一个整机系统。

  从广义上说，凡是由液晶显示器件和集成电路装配在一起的部件都属于“模块”，但

实际上我们通常所说的“模块”主要是指点阵液晶显示器件装配的点阵液晶显示模块，

特别因为是点阵液晶显示器件产品除某些专用大批量的一些品种(如翻译机、通讯用)，

生产厂家是直接向用户供应液晶显示器件外，几乎所有通用型点阵液晶显示器件都是加

工成模块后才供给用户的，所以很容易形成“液晶模块”就是“点阵液晶模块”的误解

。

一、数显液晶模块

  这是一种由段型液晶显示器件与专用的集成电路组装成一体的功能部件，只能显示

数字和一些标识符号。段型液晶显示器件大多应用在便携、袖珍设备上。由于达些设备

体积小，所以尽可能不将显示部分设计成单独的部件，即使一些应用领域需要单独的显

示组件，那么也应该使其除具有显示功能外，还应具有一些信息接收、处理、存储传递

等功能，由于它们具有某种通用的、特定的功能而受市场的欢迎。常见的的数显液晶显

示模块有以下几种。

1．计数模块

  这是一种由不同位数的七段型液晶显示器件与译码驱动器，或再加上计数器装配成的

计数显示部件。它具有记录、处理、显示数字的功能。目前我国市场上能够见到的主要

产品有由CD4055译码驱动器驱动的单位液晶显示器件显示模块，以及由ICM72ll，ICM72

31，ICM7232，CDl4543，UPDl45001，HD44100等集成电路与相应配套的液晶显示器件组

装成的4位、6位、8位、10位、12位、16位计数模块．在选用这类计数模块时必须注意以

下几点:

弄清功能：虽说都叫“计数模块“，但其中大部分并不能直接计数。它们的输人端口有

的仅是BCD码接口形式，有的是BCD码加选通端输人接口形式，还有的是可直接与串行、

并行口相接的接口形式等等，如需要计算或记录一串数字，还必须配置相应的电路，当

然也有将计数电路配好在模块上的产品。

认准结构：液晶显示器件有不同的安装方法和安装结构。固此，在选用时要注意其结构

特点，一般来说，这种计数模块大都由斑马导电橡胶条、塑料(或金属)压框和PCB板将液

晶显示器件与集成电路装配在一起而成。其外引线端有焊点式、插针式、线路板插脚式

几种。

注意电源：一台设备应该尽量使用统一的电源，常见的液晶显示器件计数模块有单电源

型和双电源型，有5V和9V等不同规格。

2．计量模块

  这是一种有多位段型液晶显示器件和具有译码、驱动、计数、A/D转换功能的集成电

路片组装而成的模块。由于所用的集成电路中具有A/D转换功能，所以可以将输入的模拟

量电信号转换成数字量显示出来。我们知道任何物理量，甚至化学量(如酸碱度等)都可

以转换为模拟电量，所以只要配上一定的传感器，这种模块就可以实现任何量值的碉量

和显示，使用起来十分方便。计量模块所用的集成电路型号主要有ICL7106、ICL7116、

ICL7126、ICL7136、ICL7135、ICL7129等，这些集成电路的功能、特性决定了计量模块

的功能和特性。作为计量产品，按规定必须进行计量鉴定。经计量部门批准在产品上贴

有计量合格证。

3．计时模块

  计时模块将液晶显示器件用于计时历史最久，将一个液晶显示器件与一块计时集成

电路装配在一起就是一个功能完整的计时器。声于它没有成品钟表的外壳，所以称之为

计时模块。计时模块虽然用途很广，但通用、标准型的计时模块却很难在市场上买到，

只能到电子钟表生产厂家去选购或定购合适的表芯，计时模块和计数模块虽然外观相似

，但它们的的显示方式不同，计时模块显示的数字是由两位一组两位一组的数字组成的

．而计数模块每位数字均是连续排列的。由于不少计时模块还具有定时、控制功能，因

此这类模块可广泛装配到一些加电、设备上，如收录机、CD机、微波炉、电饭煲等电器

上。

二、液晶点阵字符模块

  它是由点阵字符液晶显示器件和专用的行、列驱动器、控制器及必要的连接件，结构

件装配而成的，可以显示数字和西文字符。这种点阵字符模块本身具有字符发生器，显

示容量大，功能丰富。一般该种模块最少也可以显示8位1行或16位l行以上的字符。这种

模块的点阵排列是由5×7、5×8或5×11的一组组像素点阵排列组成的。每组为1位，每

位间有一点的间隔，每行间也有一行的间隔，所以不能显示图形，其规格主要如下表所

示：

8位

1行；2行

16位

1行；2行；4行

20位

1行；2行；4行

24位

1行；2行；4行

32位

1行；2行；4行

40位

1行；2行；4行

  一般在模块控制、驱动器内具有已固化好192个字符字模的字符库CGROM，还具有让用

户自定义建立专用字符的随机存储器CGRAM，允许用户建立8个5×8点阵的字符。

三、点阵图形液晶模块

  这种模块也是点阵模块的一种，其特点是点阵像素连续排列，行和列在排布中均没

有空隔。因此可以显示了连续、完整的图形。由于它也是有X-Y矩阵像素构成的，所以除

显示图形外，也可以显示字符。

1.行、列驱动型

1.行、列驱动型

  这是一种必须外接专用控制器的模块，其模块只装配有通用的行、列驱动器，这种

驱动器实际上只有对像素的一般驱动输出端，而输入端一般只有4位以下的数据输入端、

移位信号输人端、锁存输人端、交流信号输人端等，如HD44100，IID66100等．此种模块

必须外接控制电路，如HD61830，SEDl330等才能与计算机连接．该种模块数量最多，最

普遍。虽然需要采用自配控制器，但它也给客户留下了可以自行选择不同控制器的自由

．

2．行、列驱动-控制型

  这是一种可直接与计算机接口，依靠计算机直接控制驱动器的模块。这类模块所用的

列驱动器具有I/O总线数据接口，可以将模块直接挂在计算机的总线上，省去了专用控制

器，因此对整机系统降低成本有好处。对于像素数量不大，整机功能不多，对计算机软

件的编程又很熟悉的用户非常适用。不过它会占用你系统的部分资源。

3．行、列控制型

  这是一种内藏控制器型的点阵图形模块。也是比较受欢迎的一种类型．这种模块不仅

装有如第一类的行、列驱动器，而且也装配有如T6963C等的专用控制器。这种控制器是

液晶驱动器与计算机的接口，它以最简单的方式受控于计算机，接收并反馈计算机的各

种信息，经过自己独立的信息处理实现对显示缓冲区的管理，井向驱动器提供所需要的

各种信号、脉冲，操纵驱动器实现模块的显示功能。这种控制器具有自己一套专用的指

令，并具有自己的字符发生器CGROM．用户必须熟悉这种控制器的详细说明书，才能进行

撮作。这种模块使用户摆脱了对控制器的设计、加工、制作等一系列工作，又使计算机

避免了对显示器的繁琐控制，节约了主机系统的内部资源。

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作者: lottie 时间: 2004-2-24 18:51
标题: 液晶的光学性质
谢谢了，我用“液晶”做关键词，什么也没搜到，：（

作者: 小雨非非 时间: 2004-4-6 23:46
原来LCD有这么多资料，我觉得我来对了

作者: yunqingfeng 时间: 2004-4-18 22:01
thank you!i like it

作者: simonjohn 时间: 2004-4-19 15:36
很不错的说:)

作者: shenbo 时间: 2004-4-20 21:06

很好，谢谢

作者: challenger82 时间: 2004-5-17 03:35
太好了

作者: Daluo 时间: 2004-5-30 08:16
well! 不知精华里还有没有。

作者: chysx 时间: 2004-8-6 01:35
very good,thanks!

作者: 先手无双 时间: 2004-8-10 17:25
多谢多谢!!!看到这么好的帖子,真是叫人想不回都不行!!!

作者: raywang958 时间: 2004-8-11 04:35

我COPY了一份,好啊

作者: 先手无双 时间: 2004-8-13 01:18

我把帖子全部都打印了，真是非常感谢！！！

如果有更多的资料，也请楼主或是各位游侠贴出来。

作者: aray006688 时间: 2004-8-16 06:33
多谢多谢原来LCD有这么多资料

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