手机LCD基本知识

LCD原理大剖析ZDNET China03/01/2002LCD （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是笔记型计算机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。

为什么叫液晶？液晶得名于其物理特性：它的分子晶体，不过以液态存在而非固态。

大多数液晶都属于有机复合物。

被动矩阵液晶显示技术高信息密度显示技术中首先商品化的是「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。

主动矩阵LCD及其弱势主动矩阵 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关。

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，显示器只能在一套模具中制造。

你不能不知道的LCD 被动矩阵液晶显示技术视角及反应速度耗电量为什么叫液晶？主动矩阵LCD及其弱势显示色彩传统工艺流程为什么叫液晶？ZDNET China 2002/01/03液晶得名于其物理特性：它的分子晶体，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之外的所有光线。

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，液晶成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。

液晶可以阻碍（左）也可以允许（右）光线通过显示技术由于不同的应用目的而分成不同的类型。

有的是成了静态显示，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。

对于便携式的计算器等设备而言，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ZDNET China2002/01/03高信息密度显示技术中首先商品化的是「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，而且对液晶屏幕的成本增加也不多。

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，这样便可大大地改善画面的显示品质。

80 年代初期 STN 技术一度非常流行，至今它还在可携式设备如 PDA ，手机中使用。

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型计算机屏幕总是偏蓝和偏黄的原因。

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。

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鬼影现象。

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型计算机所采用。

主动矩阵LCD及其弱势ZDNET China2002/01/03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、足够的灰阶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，有效地解决了上面的问题。

与被动矩阵LCD 相似，主动矩阵（ Active Matrix） 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关。

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，而不会有鬼影和拖尾现象。

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。

视角及反应速度视角范围受限、反映速度慢使得 LCD 在显示快速移动图像时与 CRT 相比产生一种先天的缺陷。

显示色彩LCD 技术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。

耗电量主动矩阵式 LCD 显示器与 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 到笔记型计算机均广泛运用。

【玩家入门】LCD原理大剖析视角及反应速度ZDNET China2002/01/03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，改变电流方向增加视角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，从其它的方向去看的话，你就无法观察到光线了。

LCD 技术正是如此。

虽然液晶分子并不像吸管一样是中空的，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。

直接在显示器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上 型显示器中才应用这种技术。

反应速度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萤光粉发光之间几乎是瞬间的。

这种时间滞后被称「反应时间」，其单位通常是毫秒。

被动矩阵显示器响应时间很长，约有150 毫秒或更多，所以不适于显示诸如电影的移动画面。

在主动矩阵显示器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器一般有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。

显示器更快一些，有 25 毫秒反应时间。

显示色彩ZDNET China2002/01/03LCD 显示的一个重要的技术指针是显示色彩。

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，因此它的灰阶表现能力很差。

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阶，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。