LCD液晶显示器示技术大全（上）

液晶显示器在显示器市场的主流。很多用户在装机或升级的时候，有希望选购一台液晶显示器。然而厂商的夸大宣传，和不正确的小道消息经常会影响到消费者的正确判断。在此笔者撰写了一个关于液晶显示器技术的系列文章，希望大家对它有个正确而完整的认识。

CRT的弊端

CRT显示器技术诞生于100多年以前，早在计算机发明以前它便广泛的应用在各种领域。今天CRT仍然是非常强大的技术。它的实现原理非常简单，而且制造所使用的原材料也非常便宜。它可以稳定而真实的显示高分辨率的图像。无论它有多好，CRT显示器的缺点也是众所周知的。

高功耗

单一电子枪结构不容易聚焦，会使图形扭曲

易受周围磁场影响，颜色失真

危险的高电压电路，电磁辐射

体积太大

由于材料的电器和物理特性的制约，CRT显示器的性能指标已经很难再有较大幅度的提高。我们现在使用的CRT显示器的基本原理还是100多年以前发明的。研究人员开始重新设计新的显示器技术，平板显示器(flat panel display)由此诞生。但是平板显示器要全面取代CRT显示器还是一个相当长的时间。市场分析家指出到2004年平板显示器出货量仅仅占整个显示器市场的50%。

液晶显示器(Liquid crystal displays)

19世纪澳大利亚的植物学家弗里德里克首次发现了液晶。此后不久德国物理学家，奥托•莱曼发现了液晶的物理特性。

液晶几乎是透明的物质，它有着近乎在液体与固体之间的特性。当液晶的分子有秩序的排列在一起时它就呈现固体的特性，光线可以直接穿过它。在60年代科学家们发现可以用通电的方式改变液晶分子的排列秩序，液晶材料就呈现液体的性质。这时液晶材料对光线穿透有抑制作用。可以通过这种方法控制液晶分子的透光率。

直到1971年中，液晶显示器才杀入这个领域。今天液晶已经深入到了微型摄像机、数码相机、显示器等各种图像显示产品中。很多人都相信LCD是最有希望的显示技术，它最终会代替CRT显示器。因此相关的液晶技术也得到了大力发展，今天的产品已经不再像从前那样笨拙了，艳丽的色彩取代了单色黑白。无疑超薄的平板屏幕技术被首先应用于笔记本和掌上电脑领域。虽然同属于液晶显示的范畴，但是他们有两种显示方式：

低成本的DSTN(dual-scan twisted nematic，双扫描螺旋液晶)技术

高画质的TFT(thin film transistor，薄膜晶体管)技术

液晶显示原理

LCD可以说是一种光线传送技术。其原理是通过一个有源滤波器来调整固定强度的背景光线穿过液晶，从而使液晶板上可以显示出不同的图形。通过对白色光线的简单过滤，得到红、绿、蓝的基本原色，这就能构成显示的基本元素——象素。

大多数液晶材料在自然状态下都是一种分子化合物。液晶按照分子结构排列的不同分为三种：粘土状的Smectic液晶，细柱形的Nematic液晶和软胶胆固醇状的Cholestic液晶。这三种液晶的物理特性各不相同，而第二类的细柱形的Nematic液晶最适于用来制造液晶显示器。

液晶分子会沿着一条中轴平行的排列。为了可以控制分子的列队让他们保持一定的顺序，人们让液晶分子依附于更大一些的沟槽状板的表面。液晶分子可以沿着沟槽滑动，在接触到沟槽的表面后会沿着沟槽的方向顺序排列。因此如果沟槽之间紧密的平行，那么液晶分子的列队也可以紧密的平行。

LCD就像三明治一样，液晶夹在两块精细的沟槽板之间，两个沟槽的方向互相保持90度的垂直。如果其中一个沟槽面板中的沟槽是按照南北方向并行排列的，那么与它相对应的另一快沟槽板中的沟槽就是按照东西方向并行排列的。在两块沟槽板中的液晶层被强破扭曲为90度排列。光线可以穿过分子队列和被扭曲90度的液晶层。

此后美国无线电公司(RCA)发现电压可以作用于液晶。电压可以使液晶分子重新排列，并且可以抑制某些光线的通过。LCD显示图像需要依靠偏振滤光器和光源。自然的光谱可以向任何的角度发散。偏振滤光器可以简单的控制光谱的发散方向。

当上下两个沟槽板表面之间呈一定的角度时，液晶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状液晶层，使穿过它的光线也发生了扭曲。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，这样就会将某些波段光线的扭转。如果将一个偏振滤光器放置在液晶层的上表面，扭转的光线就可以被还原了，而没有发生扭转的光线将被阻碍。通过这一过程液晶屏幕便能把白色光线过滤成其他颜色，最终在屏幕上呈现出艳丽的色彩。

LCD的显示特点

LCD有很多先进的特性，当然LCD也有很多不足之处，比如狭窄的可视角度，可显示的颜色数等等。

CRT显示器在额定带宽的范围内，可以工作在多种分辨率模式中。通过对电子枪聚焦的调节，可以缩放屏幕显示的面积。而一台LCD平板显示器中的液晶单元的数量是固定不变的。实际上，使用所有的液晶单元在全屏模式下，它仅仅可以显示一种分辨率。但是它可以通过联合相邻的液晶单元的形式，显示更低的分辨率。例如一台最大分辨率为1024X768的LCD显示器，它可以显示640X480的分辨率，但是这样屏幕上仅仅使用了66%的液晶单元。大多数LCD显示器可以通过联合象素的形式，降低屏幕的分辨率。但是这种技术更适合显示精细的照片，对于文本和简单的图形来说它的显示效果并不理想。比如经过额外补偿的象素，会在文字的边沿产生一些锯齿和赝象。为了得到更为清晰锐利的文本和图形，研究人员发明了反锯齿(anti-aliasing)技术。它可以智能的对要显示的文本进行象素填充。但是目前不是所有的LCD显示器都支持这项技术，它也需要硬件和软件的联合支持。

当然支持多种分辨率并不能算是LCD显示器的一项优点。它表现出的无扭曲的画面更像是一副风景画，这种肖像模式才是平板显示器的一项重大的优点。一般CRT的显示器由于显像管的制造工艺的限制，在没有纯平显示器的时代，那些灯泡一样的“鼓肚儿”屏幕让从事平面设计的专业人员大伤脑筋。在90年代中期，平板显示器技术慢慢的完善起来，今天这项技术已经得到了全世界的显示器和笔记本厂商的认可。LCD显示器已经融会到许多计算机的应用中，比如文字处理，Web和图片浏览。并且它似乎已经成为了一台先进的多媒体电脑的标准配置。在Windows XP中的“我的电脑”图标已经明确的告诉消费者，Windows已经进入了液晶时代。有更多的软件从编码底层开始对LCD显示器做了优化。从2000年初，很多平板显示器厂商都开始支持SXGA显示标准。SXGA是非常有趣的标准，它使用5:4的屏幕高宽比，不同于其他的显示分辨率标准，它的分辨率为1280X1024，这是非常独特而时尚的Web浏览方式。水平分辨率为1280，许多网站都支持这一标准，这样可以在一个屏幕内容下更多的信息。

不同于CRT显示器，LCD使用对角线测量法来表示屏幕的可见区域面积。由于使用这样的测量法屏幕的可视面积不会像CRT显示器那样，和标称的面积相差太多。同样标称尺寸的显示器中，CRT与LCD大约相差3英寸。

早在1999年，很多TFT技术的领导厂商就已经研发出了18.1英寸的超大屏幕液晶显示器，它的分辨率为1280x1024。

LCD显示器就没有聚焦的问题，它同样可以显示出锐利的图像。它的每一个液晶单元都是一个相对独立的开关。因此用LCD来显示文本字符非常的清晰。CRT显示器是以整个屏幕为单位刷新显示的内容。这样就需要达到很高的刷新速率，人眼才不会感到屏幕的闪烁。LCD则不需要不断的对整个屏幕进行刷新。为什么LCD显示器并不存在闪烁问题呢?其实LCD显示器上的每一个液晶单元都是独立刷新的。因此显示图像时的刷新率会比标准的85MHz无闪烁标准低很多，大约在40~60MHz之间。但是你的眼睛决不会在这种刷新率下感觉到整个屏幕的闪烁。

相反，LCD中一个或者多个液晶单元可能存在缺陷。就以1024x768分辨率的显示器为例，每一个象素由3个液晶单元组成(红、绿、蓝)。所有液晶单元的总和大约为240万个(1024x768x 3 =2,359,296)。最严格的制造工艺技术也不能保证每一个液晶单元都工作良好。很多LCD显示器上都存在“亮点”或“暗点”。很多厂商在产品宣传中提到自己的产品是“无坏点”的极品LCD显示器。但不幸的是这样的显示器太少了。细小的液晶原色坏点人眼是很难识别的。

LCD显示器中还有很多与CRT显示器不同之处。在液晶板后面置有荧光管。他们像蛇一样盘绕在液晶板上。这样在一块屏幕中就可以显示出几种不同的亮度。也许在低端的LCD显示器中你会看到重影和托尾现象。重影是由于屏幕中发亮与发暗的液晶单元对临近单元的影响所致。而托尾是由于液晶单元的响应延迟所致。

可视角度也是衡量LCD显示器优劣的重要指标之一。设计人员通过调节光线透过液晶的角度，来增大LCD的可视角度范围。CRT是一种放射式显示器，光线透过屏幕射向显示器的前方，因此透过显示器前的任意角度，你都可以看到屏幕的内容。在LCD显示器中，光线间接通过液晶层的扭曲和偏振滤光器的还原，呈现出最终的象素。在光线发散开来时光线也会穿过临近的象素，造成彩色畸变。最早的液晶层都是扭转90度，为了扩大可视角度，此后的液晶层多是扭转180度以上，有的更达到了270度。

在很长一段时间之内，LCD显示器还沿用着我们熟悉的15针标准VGA显示接口。自90年代以后有几个研究小组提出了不同的LCD数字接口解决方案，但是没有一个标准占据绝对的上风获得广泛的支持。僵局最后被DDWG(Digital Display Working Group，数字显示工作小组)打破。这个小组包括很多业界知名的大公司：Intel, Compaq, Fujitsu,Hewlett-Packard, IBM, NEC, Silicon Image。在1998年春天DDWG被获准发布了DVI(Digital Visual Interface，数字视频接口)的第一个版本。这些规范说明包括：地址控制，电力与机械相关定义等等。它可以升级支持更高的分辨率，也可以同时支持模拟和数字格式的信号。

现在越来越多的显卡都配备了DVI接口。这两种接口之间的信号是可以通过特殊的电路自由转换的。事实上，在现代的VGA接口中也采用了很多平板显示器的信号传送技术，因此他们之间的信号互换才如此简单。

颜色的生成

为了让液晶屏幕显示所有的颜色，必须在有光和无光的通道之间加入一个中间层。这个变化的层可以生成所有的颜色。可以通过电压的驱动来完成液晶状态的转换。液晶转化的速度随着驱动电压的增大而加快。因此这样完全可以控制液晶层的透光量。今天的液晶显示器中，一般每种原色都使用64种不同的电压来表示，最后使用6bit二进制数表示。而液晶显示器的对手CRT则可以使用256种不同渐变表示每一种原色，使用8bit的二进制数传输和处理。每一个象素使用3种原色表示，那么我们就可以推算出，在LCD显示器中最大可以表示262,144种颜色，即18bit。真彩的CRT显示器最高支持16,777,216种颜色，即24bit。

现在的多媒体应用已经非常普遍和广泛了。缺乏24bit真彩的平板显示器是制造商最为头痛的问题。当然18bit也能很好的运行大多数应用程序，它仅仅在专业的图形制作和视频编辑领域略显逊色。一些LCD厂商在设计时，设法让显示颜色的精度扩展为24bit的色深。

日立公司开发了一项专利技术：电压可以影响到相邻液晶单元的图形生成，由此可以模拟出非常精细的渐变。通过3至4帧图像，顺序的显示出来。这就是众所周知的FRC(Frame Rate Control，帧频控制)技术。日立的这种技术可以使LCD显示器的每种原色，从理论上可以显示253种渐变。此“全彩”画面对于显卡的处理速度和显存容量的要求都比较高，也并非用户的显卡可支持24bit全彩就能使LCD显示出全彩，这还需要应用程序的支持。实际上这种技术也不能让LCD显示器完全达到24bit的显示精度。和真正24bit的全彩还是有一定的差距的。