液晶显示器

维基百科，自由的百科全书

(重定向自液晶顯示器)
跳转到： 导航, 搜索

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畫素组成，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。

目录

[编辑] 構造

液晶顯示器構造圖

每个畫素由以下几个部分构成：悬浮于两个透明电极（氧化銦錫）间的一列液晶分子層，兩邊外側有两个偏振方向互相垂直的偏振过滤片，如果没有电极间的液晶，光通过其中一个过滤片势必被另一个阻挡，通过一个过滤片的光线偏振方向被液晶旋转，从而能够通过另一个。

液晶分子極易受外加電場產生感應电荷。将少量的电荷加到每个畫素或者子畫素的透明电极產生靜電場，则液晶的分子将被此靜電場誘發感應電荷並產生静电扭力，而使液晶分子原本的旋轉排列產生變化，因此也改變通过光线的旋转幅度，改变一定的角度，从而能够通过偏振过滤片。

在将电荷加到透明电极之前，液晶分子处于无约束状态，分子上的电荷使得这些分子组成了螺旋形或者环形（晶体状），在有些LCD中，电极的化学物质表面可作为晶体的晶种，因此分子按照需要的角度结晶，通过一个过滤片的光线在通过液晶片后偏振防线发生旋转，从而使光线能够通过另一个偏振片，一小部分光线被偏振片吸收，但其余的设备都是透明的。

将电荷加到透明电极上后，液晶分子将顺着电场方向排列，因此限制了透过光线偏振方向的旋转，假如液晶分子被完全打散，通过的光线其偏振方向将和第二个偏振片完全垂直，因此被光线完全阻挡了，此时畫素不发光，通过控制每个畫素中液晶的旋转方向，我们可以控制照亮畫素的光线，可多可少。

有些LCD在交流电作用下变黑，交流电破坏了液晶的螺旋效应，而关闭电流后，LCD会变亮或者透明，這類LCD常見於筆記型電腦與平價LCD螢幕上。另一類常應用於高畫質LCD或大型液晶電視上的LCD則是在關閉電源時，LCD為不透光的狀態。

为了省电，LCD显示采用复用的方法，在复用模式下，一端的电极分组连接在一起，每一组电极连接到一个电源，另一端的电极也分组连接，每一组连接到电源另一端，分组设计保证每个畫素由一个独立的电源控制，电子设备或者驱动电子设备的软件通过控制电源的开/关序列，从而控制畫素的显示。

检验LCD显示器的指标包括以下几个重要方面：显示大小，反应时间(同步速率)，阵列类型（主动和被动），视角，所支持的颜色，亮度和对比度，分辨率和屏幕高宽比，以及输入接口（例如视觉接口和视频显示阵列）。

[编辑] 简史

LCD（ Liquid Crystal Display），對於許多的用戶而言可能是一個比較新鮮的名詞，不過這種技術存在的歷史可能遠遠超過了我們的想像 － 在1888年，一位奧地利的植物學家F. Renitzer便發現了液晶特殊的物理特性。

第一台可操作的LCD基于动态散射模式(Dynamic Scattering Mode,DSM)，RCA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，很快取代了性能较差的DSM型LCD。

在1985年之後，這一發現才產生了商業價值，1973年日本的聲寶公司首次將它運用於製作電子計算器的數位顯示。現在，LCD是筆記型電腦和掌上電腦的主要顯示設備，在投影機中，它也扮演著非常重要的角色，而且它開始逐漸滲入到桌面顯示器市場中。

[编辑] 顯示原理

汽車用
（仪表台中间部分）
东京地铁山手線运行信息画面

在不加電壓下，光線會沿著液晶分子的間隙前進而轉折90度，所以光可通過。但加入電壓後，光順著液晶分子的間隙直線前進，因此光被濾光板所阻隔。

液晶是具有流動特性的物質，所以只需外加很微小的力量即可使液晶分子運動，以最常見普遍的向列型液晶為例，液晶分子可輕易的藉著電場作用使得液晶分子轉 向，由於液晶的光軸與其分子軸相當一致，故可藉此產生光學效果，而當加於液晶的電場移除消失時，液晶將藉著其本身的彈性及黏性，液晶分子將十分迅速的回復 原來未加電場前的狀態。

[编辑] 透射和反射显示

LCD可透射显示，也可反射显示，决定于它的光源放哪里。透射型LCD由一个屏幕背后的光源照亮，而观看则在屏幕另一边(前面)。这种类型的LCD多用在需高亮度显示的应用中，例如电脑显示器、PDA和手机中。用于照亮LCD的照明设备的功耗往往高于LCD本身。

反射型LCD，常见于电子钟表和计算机中，（有时候）由后面的散射的反射面将外部的光反射回来照亮屏幕。这种类型的LCD具有较高的对比度，因为光线要经过液晶两次，所以被削减了两次。不使用照明设备明显降低了功耗，因此使用电池的设备电池使用更久。因为小型的反射型LCD功耗非常低，以至于光电池就足以给它供电，因此常用于袖珍型计算器。

半穿透反射式LCD既可以当作透射型使用，也可当作反射型使用。当外部光线很足的时候，该LCD按照反射型工作，而当外部光线不足的时候，它又能当作透射型使用。

[编辑] 彩色显示

A subpixel of a color LCD

LCD 技術也是根據電壓的大小來改變亮度，每個 LCD 的子圖元顯示的顏色取決於色彩篩檢程式。由於液晶本身沒有顏色，所以用濾色片產生各種顏色，而不是子圖元，子圖元只能通過控制光線的通過強度來調節灰階，只有少數主動矩陣顯示採用類比信號控制，大多數則採用數位信號控制技術。大部分數位控制的 LCD 都採用了 8 位控制器，可以產生 256 級灰階。每個子圖元能夠表現 256 級，那麼你就能夠得到 256^3種色彩，每個圖元能夠表現 16,777,216 種成色。因為人的眼睛對亮度的感覺並不是線性變化的，人眼對低亮度的變化更加敏感，所以這種 24 位的色度並不能完全達到理想要求。工程師們通過脈衝電壓調節的方法以使色彩變化看起來更加統一。

彩色LCD中，每个畫素分成三个单元，或稱子畫素，附加的滤光片分别标记红色，绿色和蓝色。三个子畫素可独立进行控制，对应的畫素便产生了成千上万甚至上百万种颜色。老式的CRT采用同样的方法显示颜色。根据需要，颜色组件按照不同的畫素几何原理进行排列。

[编辑] 主动阵列和被动阵列

常見於電子錶及口袋型計算機的以少量片段構成之LCD，其各片段均具有單一電極接點。一個外部專用電路提供電荷到每一個控制單元，這種顯示結構在有較多顯示單位(如液體顯示屏)時會顯得笨重。

小型單色顯示器，例如PDA上的或舊型筆記型電腦螢幕的被動陣列LCD，即應用超扭轉向列 (STN) 或雙層超扭轉向列(DSTN)技術(DSTN修正STN的色彩偏差問題)。 顯示器上的每一行或列都有一個獨立的電路，每一個像素的位置也要一個行和列同時指定，這類顯示方式稱為「被動陣列」，因為每一個像素也要在更新前記著各自的狀態，此時每像素也是沒有穩定的電荷供應。當像數增加時，相對的行和列數目也會增加，這種顯示方式變得更難使用，以被動陣列所製造的LCD特性為非常慢的反應時間及低對比度。

現行高解析度彩色顯示器，例如計算機螢幕或電視，皆為主動陣列。薄膜電晶體(TFT)陣列(見薄膜電晶體液晶顯示器)會被添加到偏光板與色彩濾鏡上。每個畫素都有自己的電晶體，允許操控單一畫素。當一條列線路被開啟時，所有行線路會連接到一整列的畫素，而每條行線會有正確的電壓驅動，這條列線路會關掉而另一列被開啟。在一次完整的畫面更新運作中，所有列線路會依照時間序列被開啟。同等大小的主動陣列顯示器比起被動陣列顯示器會顯得更亮，更銳利，而且有短的反應時間。

[编辑] 品質控制

有些液晶螢幕面板中含有缺陷的電晶體，而造成永久性的亮點與暗點。跟IC不同的是，液晶面板即使有壞點依舊可以正常顯示，這也可以避免只因出現少數壞點而將比IC面積還要大多了的液晶面板丟棄形成浪費。面板製造商有不同的壞點判定標準。下表是目前IBM ThinkPad筆記型電腦產品線的最大容許壞點數。

解析度 光點 死點 總數
QXGA(2048x1536) 15 16 16
UXGA(1600x1200) 11 16 16
SXGA+(1400x1050) 11 13 16
XGA(1024x768) 8 8 9
SVGA(800x600) 5 5 9

因為尺寸較大,LCD面板比IC電路板更容易有缺陷。譬如12吋的SVGA LCD 有八個壞點，而六吋晶圓只有三個缺陷。但是，一片可分割為137顆IC的晶圓上出現3顆廢品并不是很糟糕, 而拋棄這塊液晶面板的話就意味著0%的產出。由於製造商之間的激烈競爭，現時品質控制的標準已經提高。如果液晶螢幕擁有四個或以上的壞點是比較容易察覺到的，因此顧客可以要求更換新的一台。 液晶螢幕的壞點位置同樣是不可忽略的。生產商常會因毀損像素在螢幕中央區域而降低標準。有些生產商則提供零壞點保證。

[编辑] 耗電量

主動矩陣式LCD顯示器與CRT相比較小，需要很少的電量。事實上，它已經變成了可攜式設備的標準顯示器，從 PDA 到筆記型電腦均廣泛運用。但不管怎樣，LCD技術還是可悲的效率低下：即使你將螢幕顯示白色，從背景光源中發射的光也只有不到10%穿過螢幕發出，其他的都被吸收。所以目前新型的電漿顯示器的耗電量已經比同面積的液晶顯示器低。

PDA，如 Palm 和 Compaq iPAQ常使用反射顯示器。這意味著環境光射進顯示器中，穿過極化的液晶層，碰撞反射層，再反射出來顯示成圖像。據估計，在此過程中 84% 的光被吸收，所以只有六分之一的光起作用，雖然還有待改進，但已足以提供可視影像需要的對比度。單向反射和反射顯示器使得不同光照條件下耗費最少能源使用 LCD 顯示器成為可能。

[编辑] 零功率顯示器

扭轉向列型(TN)液晶顯示面板.
  1. 垂直方向的偏振片極化入射光；
  2. 玻璃基版上带有氧化銦錫(ITO)的透明電極。透明電極的形狀，將決定開啟LCD電源後，光線不通過而顯示暗色的位址。垂直的條紋被蝕刻在基版上，這樣子液晶的排列方向，就會與偏振後的入射光同向；
  3. 扭轉向列型(TN)液晶；
  4. 帶有共同透明電極薄膜(ITO)的玻璃基版，水平的條紋被蝕刻在基版上，使液晶的排列方向成為水平；
  5. 水平偏向的偏振片，可以阻擋或使光線通過；
  6. 反射面將光線反射回觀察者。

在2000年開發出零功率顯示器，可以在待機時不需要使用電力，但是這個技術目前無法量產。法國的Nemoptic公司開發出另一個零功率薄型液晶顯示技術，而該技術在2003年7月在台灣量產。此技術針對像是電子書和可攜式電腦這類的低耗能的行動裝置。零功率液晶顯示器也跟電子紙競爭。

[编辑] TFT LCD

TFT-LCD 即是thin-film transistor liquid-crystal display的縮寫(薄膜電晶體液晶顯示器)，為目前最新技術所製的液晶顯示器。詳見TFT的解釋。

[编辑] 相關項目

[编辑] 外部連結

显示科技
非视频 葉片拍板顯示器 - 翻牒顯示器 - 电子纸
显示设备 阴极射线管 - 数字光处理 - 场发射显示器 - 激光电视 - （有机）发光二极管 - 液晶显示器 - 等離子顯示屏 - 表面传导电子发射显示器 - 真空螢光顯示器 - 影像投影機
三維顯示 實體鏡 - 定體積 - 激光束
靜態媒體 电影投影仪 - 幻灯片投影仪 - 全息摄影 - 霓虹信号灯
来自“http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B6%B2%E6%99%B6%E6%98%BE%E7%A4%BA%E5%99%A8”
个人工具