【E課堂】LCD液晶顯示器示技術(shù)大全

　　液晶顯示器在顯示器市場的主流。很多用戶在裝機或升級的時候，有希望選購一臺液晶顯示器。然而廠商的夸大宣傳，和不正確的小道消息經(jīng)常會影響到消費者的正確判斷。在此筆者撰寫了一個關(guān)于液晶顯示器技術(shù)的系列文章，希望大家對它有個正確而完整的認(rèn)識。

　　CRT的弊端

　　CRT顯示器技術(shù)誕生于100多年以前，早在計算機發(fā)明以前它便廣泛的應(yīng)用在各種領(lǐng)域。今天CRT仍然是非常強大的技術(shù)。它的實現(xiàn)原理非常簡單，而且制造所使用的原材料也非常便宜。它可以穩(wěn)定而真實的顯示高分辨率的圖像。無論它有多好，CRT顯示器的缺點也是眾所周知的。

　　高功耗

　　單一電子槍結(jié)構(gòu)不容易聚焦，會使圖形扭曲

　　易受周圍磁場影響，顏色失真

　　危險的高電壓電路，電磁輻射

　　體積太大

　　由于材料的電器和物理特性的制約，CRT顯示器的性能指標(biāo)已經(jīng)很難再有較大幅度的提高。我們現(xiàn)在使用的CRT顯示器的基本原理還是100多年以前發(fā)明的。研究人員開始重新設(shè)計新的顯示器技術(shù)，平板顯示器(flat panel display)由此誕生。但是平板顯示器要全面取代CRT顯示器還是一個相當(dāng)長的時間。市場分析家指出到2004年平板顯示器出貨量僅僅占整個顯示器市場的50%。

　　液晶顯示器(Liquid crystal displays)

　　19世紀(jì)澳大利亞的植物學(xué)家弗里德里克首次發(fā)現(xiàn)了液晶。此后不久德國物理學(xué)家，奧托?萊曼發(fā)現(xiàn)了液晶的物理特性。

　　液晶幾乎是透明的物質(zhì)，它有著近乎在液體與固體之間的特性。當(dāng)液晶的分子有秩序的排列在一起時它就呈現(xiàn)固體的特性，光線可以直接穿過它。在60年代科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)可以用通電的方式改變液晶分子的排列秩序，液晶材料就呈現(xiàn)液體的性質(zhì)。這時液晶材料對光線穿透有抑制作用?？梢酝ㄟ^這種方法控制液晶分子的透光率。

　　直到1971年中，液晶顯示器才殺入這個領(lǐng)域。今天液晶已經(jīng)深入到了微型攝像機、數(shù)碼相機、顯示器等各種圖像顯示產(chǎn)品中。很多人都相信LCD是最有希望的顯示技術(shù)，它最終會代替CRT顯示器。因此相關(guān)的液晶技術(shù)也得到了大力發(fā)展，今天的產(chǎn)品已經(jīng)不再像從前那樣笨拙了，艷麗的色彩取代了單色黑白。無疑超薄的平板屏幕技術(shù)被首先應(yīng)用于筆記本和掌上電腦領(lǐng)域。雖然同屬于液晶顯示的范疇，但是他們有兩種顯示方式：

　　低成本的DSTN(dual-scan twisted nematic，雙掃描螺旋液晶)技術(shù)

　　高畫質(zhì)的TFT(thin film transistor，薄膜晶體管)技術(shù)

　　液晶顯示原理

　　LCD可以說是一種光線傳送技術(shù)。其原理是通過一個有源濾波器來調(diào)整固定強度的背景光線穿過液晶，從而使液晶板上可以顯示出不同的圖形。通過對白色光線的簡單過濾，得到紅、綠、藍(lán)的基本原色，這就能構(gòu)成顯示的基本元素——象素。

　　大多數(shù)液晶材料在自然狀態(tài)下都是一種分子化合物。液晶按照分子結(jié)構(gòu)排列的不同分為三種：粘土狀的Smectic液晶，細(xì)柱形的Nematic液晶和軟膠膽固醇狀的Cholestic液晶。這三種液晶的物理特性各不相同，而第二類的細(xì)柱形的Nematic液晶最適于用來制造液晶顯示器。

　　液晶分子會沿著一條中軸平行的排列。為了可以控制分子的列隊讓他們保持一定的順序，人們讓液晶分子依附于更大一些的溝槽狀板的表面。液晶分子可以沿著溝槽滑動，在接觸到溝槽的表面后會沿著溝槽的方向順序排列。因此如果溝槽之間緊密的平行，那么液晶分子的列隊也可以緊密的平行。

　　LCD就像三明治一樣，液晶夾在兩塊精細(xì)的溝槽板之間，兩個溝槽的方向互相保持90度的垂直。如果其中一個溝槽面板中的溝槽是按照南北方向并行排列的，那么與它相對應(yīng)的另一快溝槽板中的溝槽就是按照東西方向并行排列的。在兩塊溝槽板中的液晶層被強破扭曲為90度排列。光線可以穿過分子隊列和被扭曲90度的液晶層。

　　此后美國無線電公司(RCA)發(fā)現(xiàn)電壓可以作用于液晶。電壓可以使液晶分子重新排列，并且可以抑制某些光線的通過。LCD顯示圖像需要依靠偏振濾光器和光源。自然的光譜可以向任何的角度發(fā)散。偏振濾光器可以簡單的控制光譜的發(fā)散方向。

　　當(dāng)上下兩個溝槽板表面之間呈一定的角度時，液晶隨著兩個不同方向的表面進(jìn)行排列，就會發(fā)生扭曲。結(jié)果便是這個扭曲了的螺旋狀液晶層，使穿過它的光線也發(fā)生了扭曲。如果電流通過液晶，所有的分子將會按照電流的方向進(jìn)行排列，這樣就會將某些波段光線的扭轉(zhuǎn)。如果將一個偏振濾光器放置在液晶層的上表面，扭轉(zhuǎn)的光線就可以被還原了，而沒有發(fā)生扭轉(zhuǎn)的光線將被阻礙。通過這一過程液晶屏幕便能把白色光線過濾成其他顏色，最終在屏幕上呈現(xiàn)出艷麗的色彩。

　　LCD的顯示特點

　　LCD有很多先進(jìn)的特性，當(dāng)然LCD也有很多不足之處，比如狹窄的可視角度，可顯示的顏色數(shù)等等。

　　CRT顯示器在額定帶寬的范圍內(nèi)，可以工作在多種分辨率模式中。通過對電子槍聚焦的調(diào)節(jié)，可以縮放屏幕顯示的面積。而一臺LCD平板顯示器中的液晶單元的數(shù)量是固定不變的。實際上，使用所有的液晶單元在全屏模式下，它僅僅可以顯示一種分辨率。但是它可以通過聯(lián)合相鄰的液晶單元的形式，顯示更低的分辨率。例如一臺最大分辨率為1024X768的LCD顯示器，它可以顯示640X480的分辨率，但是這樣屏幕上僅僅使用了66%的液晶單元。大多數(shù)LCD顯示器可以通過聯(lián)合象素的形式，降低屏幕的分辨率。但是這種技術(shù)更適合顯示精細(xì)的照片，對于文本和簡單的圖形來說它的顯示效果并不理想。比如經(jīng)過額外補償?shù)南笏?，會在文字的邊沿產(chǎn)生一些鋸齒和贗象。為了得到更為清晰銳利的文本和圖形，研究人員發(fā)明了反鋸齒(anti-aliasing)技術(shù)。它可以智能的對要顯示的文本進(jìn)行象素填充。但是目前不是所有的LCD顯示器都支持這項技術(shù)，它也需要硬件和軟件的聯(lián)合支持。

　　當(dāng)然支持多種分辨率并不能算是LCD顯示器的一項優(yōu)點。它表現(xiàn)出的無扭曲的畫面更像是一副風(fēng)景畫，這種肖像模式才是平板顯示器的一項重大的優(yōu)點。一般CRT的顯示器由于顯像管的制造工藝的限制，在沒有純平顯示器的時代，那些燈泡一樣的“鼓肚兒”屏幕讓從事平面設(shè)計的專業(yè)人員大傷腦筋。在90年代中期，平板顯示器技術(shù)慢慢的完善起來，今天這項技術(shù)已經(jīng)得到了全世界的顯示器和筆記本廠商的認(rèn)可。LCD顯示器已經(jīng)融會到許多計算機的應(yīng)用中，比如文字處理，Web和圖片瀏覽。并且它似乎已經(jīng)成為了一臺先進(jìn)的多媒體電腦的標(biāo)準(zhǔn)配置。在Windows XP中的“我的電腦”圖標(biāo)已經(jīng)明確的告訴消費者，Windows已經(jīng)進(jìn)入了液晶時代。有更多的軟件從編碼底層開始對LCD顯示器做了優(yōu)化。從2000年初，很多平板顯示器廠商都開始支持SXGA顯示標(biāo)準(zhǔn)。SXGA是非常有趣的標(biāo)準(zhǔn)，它使用5:4的屏幕高寬比，不同于其他的顯示分辨率標(biāo)準(zhǔn)，它的分辨率為1280X1024，這是非常獨特而時尚的Web瀏覽方式。水平分辨率為1280，許多網(wǎng)站都支持這一標(biāo)準(zhǔn)，這樣可以在一個屏幕內(nèi)容下更多的信息。

　　不同于CRT顯示器，LCD使用對角線測量法來表示屏幕的可見區(qū)域面積。由于使用這樣的測量法屏幕的可視面積不會像CRT顯示器那樣，和標(biāo)稱的面積相差太多。同樣標(biāo)稱尺寸的顯示器中，CRT與LCD大約相差3英寸。

　　早在1999年，很多TFT技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)廠商就已經(jīng)研發(fā)出了18.1英寸的超大屏幕液晶顯示器，它的分辨率為1280x1024。

　　LCD顯示器就沒有聚焦的問題，它同樣可以顯示出銳利的圖像。它的每一個液晶單元都是一個相對獨立的開關(guān)。因此用LCD來顯示文本字符非常的清晰。CRT顯示器是以整個屏幕為單位刷新顯示的內(nèi)容。這樣就需要達(dá)到很高的刷新速率，人眼才不會感到屏幕的閃爍。LCD則不需要不斷的對整個屏幕進(jìn)行刷新。為什么LCD顯示器并不存在閃爍問題呢?其實LCD顯示器上的每一個液晶單元都是獨立刷新的。因此顯示圖像時的刷新率會比標(biāo)準(zhǔn)的85MHz無閃爍標(biāo)準(zhǔn)低很多，大約在40~60MHz之間。但是你的眼睛決不會在這種刷新率下感覺到整個屏幕的閃爍。

　　相反，LCD中一個或者多個液晶單元可能存在缺陷。就以1024x768分辨率的顯示器為例，每一個象素由3個液晶單元組成(紅、綠、藍(lán))。所有液晶單元的總和大約為240萬個(1024x768x 3 =2,359,296)。最嚴(yán)格的制造工藝技術(shù)也不能保證每一個液晶單元都工作良好。很多LCD顯示器上都存在“亮點”或“暗點”。很多廠商在產(chǎn)品宣傳中提到自己的產(chǎn)品是“無壞點”的極品LCD顯示器。但不幸的是這樣的顯示器太少了。細(xì)小的液晶原色壞點人眼是很難識別的。

　　LCD顯示器中還有很多與CRT顯示器不同之處。在液晶板后面置有熒光管。他們像蛇一樣盤繞在液晶板上。這樣在一塊屏幕中就可以顯示出幾種不同的亮度。也許在低端的LCD顯示器中你會看到重影和托尾現(xiàn)象。重影是由于屏幕中發(fā)亮與發(fā)暗的液晶單元對臨近單元的影響所致。而托尾是由于液晶單元的響應(yīng)延遲所致。

　　可視角度也是衡量LCD顯示器優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。設(shè)計人員通過調(diào)節(jié)光線透過液晶的角度，來增大LCD的可視角度范圍。CRT是一種放射式顯示器，光線透過屏幕射向顯示器的前方，因此透過顯示器前的任意角度，你都可以看到屏幕的內(nèi)容。在LCD顯示器中，光線間接通過液晶層的扭曲和偏振濾光器的還原，呈現(xiàn)出最終的象素。在光線發(fā)散開來時光線也會穿過臨近的象素，造成彩色畸變。最早的液晶層都是扭轉(zhuǎn)90度，為了擴大可視角度，此后的液晶層多是扭轉(zhuǎn)180度以上，有的更達(dá)到了270度。

　　在很長一段時間之內(nèi)，LCD顯示器還沿用著我們熟悉的15針標(biāo)準(zhǔn)VGA顯示接口。自90年代以后有幾個研究小組提出了不同的LCD數(shù)字接口解決方案，但是沒有一個標(biāo)準(zhǔn)占據(jù)絕對的上風(fēng)獲得廣泛的支持。僵局最后被DDWG(Digital Display Working Group，數(shù)字顯示工作小組)打破。這個小組包括很多業(yè)界知名的大公司：Intel, Compaq, Fujitsu,Hewlett-Packard, IBM, NEC, Silicon Image。在1998年春天DDWG被獲準(zhǔn)發(fā)布了DVI(Digital Visual Interface，數(shù)字視頻接口)的第一個版本。這些規(guī)范說明包括：地址控制，電力與機械相關(guān)定義等等。它可以升級支持更高的分辨率，也可以同時支持模擬和數(shù)字格式的信號。

　　現(xiàn)在越來越多的顯卡都配備了DVI接口。這兩種接口之間的信號是可以通過特殊的電路自由轉(zhuǎn)換的。事實上，在現(xiàn)代的VGA接口中也采用了很多平板顯示器的信號傳送技術(shù)，因此他們之間的信號互換才如此簡單。