LCD显示器

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像素组成，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。它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。
LCD（ Liquid Crystal Display），对于许多的用户而言可能是一个并不算新鲜的名词了，不过这种技术存在的历史可能远远超过了我们的想像。早在19世纪末，奥地利植物学家就发现了液晶，即液态的晶体，也就是说一种物质同时具备了液体的流动性和类似晶体的某种排列特性。在电场的作用下，液晶分子的排列会产生变化，从而影响到它的光学性质，这种现象叫做电光效应。利用液晶的电光效应，英国科学家在上世纪制造了第一块液晶显示器即LCD。今天的液晶显示器中广泛采用的是定线状液晶，如果我们微观去看它，会发现它特象棉花棒。与传统的CRT相比，LCD不但体积小，厚度薄（14.1英寸的整机厚度可做到只有5厘米），重量轻、耗能少（1到10 微瓦/平方厘米）、工作电压低（1.5到6V）且无辐射，无闪烁并能直接与CMOS集成电路匹配。由于优点众多，LCD从1998年开始进入台式机应用领域。
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，很快的替代了性能较差的DSM型LCD。
在1985年之后，这一发现才产生了商业价值，1973年日本的声宝公司首次将它运用于制作电子计算器的数字显示。LCD是笔记本电脑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。

液晶显示器是一种采用液晶为材料的显示器。液晶是介于固态和液态间的
有机化合物。将其加热会变成透明液态，冷却后会变成结晶的混浊固态。在电场作用下，液晶分子会发生排列上的变化，从而影响通过其的光线变化，这种光线的变化通过偏光片的作用可以表现为明暗的变化。就这样，人们通过对电场的控制最终控制了光线的明暗变化，从而达到显示图像的目的。
按分子排列分类
根据液晶分子的排布方式，常见的液晶显示器分为：窄视角的TN-LCD，STN-LCD，DSTN-LCD；宽视角的IPS,VA,FFS等。
其中TN-LCD，STN-LCD和DSTN-LCD三种显示原理相同，只是液晶分子的扭曲角度不同而已。
TN： 扭曲向列型（Twisted Nematic）液晶分子扭曲角度为90度。TN型是目前市场上最主流的液晶显示器采用的模式，广泛应用于入门级和中端的面板。常见的在性能指标上并不出彩可视角度有天然痼疾。市场上看到的TN面板都是改良型的TN+film，film即补偿膜，用于弥补TN面板可视角度的不足，要说TN面板胜过前面两种面板的地方，就是由于他的输出灰阶级数较多，液晶分子偏转速度快，致使它的响应时间容易提高，市场上8ms以下液晶产品均采用的是TN面板。总的来说TN面板是优势和劣势都很明显的产品，价格便宜，响应时间能满足游戏要求使它的优势所在，可视角度不理想和色彩表现不真实又是明显的劣势
STN：超扭曲向列型（Super TN）STN型的显示原理与TN相类似；其S即为Super之意，也就是液晶分子的扭转角度加大，呈180度或270度，如此而达到更优越的显示效果(因对比度加大)。
DSTN：双层超扭曲向列型（Double layer STN）。其D为double layer双层之意，因此又比STN更优异些。由于DSTN的显示面板结构已较TN与STN复杂，显示画质较之更为细腻。DSTN是通过双扫描方式来扫描扭曲向列型液晶显示屏，从而达到完成显示目的。DSTN是由超扭曲向列型显示器(STN)发展而来的。
宽视角模式，如IPS平面转换（In-Plane Switching），VA 垂直取向（Vertical Alignment)；宽视角模式多用于液晶电视。以IPS为例，它是日立于2001推出的面板技术，它也被俗称为 “Super TFT”。从技术角度看，传统LCD显示器的液晶分子一般都在垂直-平行状态间切换，MVA和PVA将之改良为垂直-双向倾斜的切换方式，而IPS 技术与上述技术最大的差异就在于，不管在何种状态下液晶分子始终都与屏幕平行，只是在加电/常规状态下分子的旋转方向有所不同——注意，MVA、PVA液晶分子的旋转属于空间旋转（Z轴），而IPS液晶分子的旋转则属于平面内的旋转（X-Y轴）。为了配合这种结构，IPS要求对电极进行改良，电极做到了同侧，形成平面电场。这样的设计带来的问题是双重的，一方面可视角度问 题得到了解决，另一方面由于边际电场效应导致液晶光效低(光线透过率），所以IPS也有响应时间较慢的缺点。16.7M色、178度可视角度和16ms响应时间代表现在IPS液晶显示器的最高水平。
按驱动方式分类
从液晶面板的驱动方式来分，目前最常见的是TFT（Thin Film Transistor）型驱动。它通过有源开关的方式来实现对各个像素的独立精确控制，因此相比之前的无源驱动（俗称伪彩）可以实现更精细的显示效果。因此，大多数的液晶显示器、液晶电视及部分手机均采用TFT驱动。液晶显示器多用窄视角的TN模式，液晶电视多用宽视角的IPS等模式。它们通称为TFT-LCD。
TFT-LCD的构成主要由萤光管(或者LED Light Bar）、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等构成。首先，液晶显示器必须先利用背光源投射出光源，这些光源会先经过一个偏光板然后再经过液晶。这时液晶分子的排列方式就会改变穿透液晶中传播的光线的偏振角度，然后这些光线还必须经过前方的彩色的滤光膜与另一块偏光板。因此我们只要改变加在液晶上的电压值就可以控制最后出现的光线强度与色彩，这样就能在液晶面板上变化出有不同色调的颜色组合了。

物理特性
液晶是这样一种有机化合物, 在常温条件下，呈现出既有液体的流动性，又有晶体的光学各向异性，因而称为“液晶”.在电场、磁场、温度、应力等外部条件的影响下，其分子容易发生再排列，使液晶的各种光学性质随之发生变化，液晶这种各向异性及其分子排列易受外加电场、磁场的控制.正是利用这一液晶的物理基础,即液晶的“电－光效应”,实现光被电信号调制，从而制成液晶显示器件.在不同电流电场作用下，液晶分子会做规则旋转90度排列，产生透光度的差别，如此在电源ON/OFF下产生明暗的区别，依此原理控制每个像素，便可构成所需图像.
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。
单色原理
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。当液晶上加一个电压时，液晶分子便会转动，改变光透过率,从而实现多灰阶显示。
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。
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。
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，厚度规格有0.7mm,0.63mm,0.5mm(也可以通过物理或者化学减薄的方式做到更薄),其间由包含有液晶(LC)材料的3~5μm均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光，所以需要给显示屏配置额外的光源，在液晶显示屏背面有一块导光板（或称匀光板）和反光膜，导光板的主要作用是将线光源或者点光源转化为垂直于显示平面的面光源。背光源发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入液晶层。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。
彩色原理
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)。 液晶显示器电路图
CRT通常有三个电子枪，射出的电子束必须精确聚焦，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瑕疵。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，其中一部分已经短路(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。
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，明亮的图像。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，但是在快速显示图像时往往会产生阴影，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。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。
而LED显示器也属于液晶显示器的一种，LED液晶技术是一种高级的液晶解决方案，它用LED代替了传统的液晶背光模组。高亮度，而且可以在寿命范围内实现稳定的亮度和色彩表现。更宽广的色域(超过NTSC和EBU色域)，实现更艳丽的色彩。实现LED功率控制很容易，不像CCFL的最低亮度存在一个门槛。因此，无论在明亮的户外还是全黑的室内，用户都很容易把显示设备的亮度调整到最悦目的状态。在以CCLF冷阴极荧光灯作为背光源的LCD中，其中不能缺少的一个主要元素就是汞，这也就是大家所熟悉的水银，而这种元素无疑是对人体有害的。因此，众多液晶面板生产厂商都在无汞面板生产上投入了很多的精力，如台湾著名IT厂商华硕采用的不含汞LED背光技术便通过了ROHS认证，使MS系列产品的比传统CCFL显示器节能40%以上，无汞工艺不但使它无毒健康而且比其他产品更加环保、节能。
因为采用了固态发光器件，LED背光源没有娇气的部件，对环境的适应能力非常强，所以LED的使用温度范围广、低电压、耐冲击。而且LED光源没有任何射线产生，低电磁辐射、无汞可谓是绿色环保光源。
总结下来LED液晶的优点：LED液晶电视有省电、环保、色彩更真实的优势。
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Active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斓的画面
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斓的画面。
（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。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。
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。