液晶屏物理特性

液晶显示器是以液晶材料为基本组件，由于液晶是介于固态和液态之间，不但具有固态晶体光学特性，又具有液态流动特性，所以已经可以说是一个中间相。而要了解液晶的所产生的光电效应，我们必须来解释液晶的物理特性，包括它的黏性（visco-sity）与弹性（elasticity）和其极化性（polarizalility）。液晶的黏性和弹性从流体力学的观点来看，可说是一个具有排列性质的液体，依照作用力量不同的方向，应该有不同的效果。就好像是将一把短木棍扔进流动的河水中，短木棍随着河水流着，起初显得凌乱，过了一会儿，所有短木棍的长轴都自然的变成与河水流动的方向一致，这表示着次黏性最低的流动方式，也是流动自由能最低的一个物理模型。 此外，液晶除了有黏性的反应外，还具有弹性的反应，它们都是对于外加的力量，呈现了方向性的效果。也因此光线射入液晶物质中，必然会按照液晶分子的排列方式行进，产生了自然的偏转现像。至于液晶分子中的电子结构，都具备着很强的电子共轭运动能力，所以当液晶分子受到外加电场的作用，便很容易的被极化产生感应偶极性（induced dipolar），这也是液晶分子之间互相作用力量的来源。而一般电子产品中所用的液晶显示器，就是是利用液晶的光电效应，藉由外部的电压控制，再透过液晶分子的折射特性，以及对光线的旋转能力来获得亮暗情况（或著称为可视光学的对比），进而达到显像的目的。

分辨率是一个非常重要的性能指标。它指的是屏幕上水平和垂直方向所能够显示的点数（屏幕上显示的线和面都是由点构成的）的多少，分辨率越高，同一屏幕内能够容纳的信息就越多。对于一台能够支持1280x1024分辨率的CRT来说，无论是320x240还是1280x1024分辨率，都能够比较完美地表现出来（因为电子束可以做弹性调整）。但它的最大分辨率未必是最合适的分辨率，因为如果17寸显示器上到1280x1024分辨率的话，WINDOWS的字体会很小，时间一长眼睛就容易疲劳，所以17寸显示器的最佳分辨率应为1024x768。

但对LCD来说则不然。LCD的最大分辨率就是它的真实分辨率，也就是最佳分辨率。一旦所设定的分辨率小于真实分辨率（比如说15寸LCD，其真实分辨率为1024x768，而WINDOWS中设定分辨率为800x600）的话，将有两种显示方式。一是居中显示，只有LCD中间的800x600个点会显示图象，其他没有用到的点不会发光，保持黑暗背景，看起来画面是居中缩小的。另一种是扩展显示，这种方式会使用到屏幕上每一个像素，但由于像素很容易发生扭曲，所以会对显示效果造成一定影响。所以说无论如何在选择LCD时要注意分辨率不是越大越好而是适当好用。

目前大多数纯平显示器的视角都能达到180度，也就是说，从屏幕前的任意一个方向都能清楚地看到所显示的内容。而LCD则不同，它的可视角度根据工艺先进与否而有所不同。市场上一线品牌，如华硕、三星、LG等产品的可是角度大部分都能达到170度这一水平，而部分采用广视角的显示器则能够达到178度，跟CRT的180度已经非常接近。用户在使用过程中一旦视角超出其实际可视范围，画面的颜色就会减退、变暗，甚至出现正像变成负像的情况。很可能大家为飞利浦的广告所迷惑其实LCD的视角并不是很大，反而比CRT的小许多，是一个明显比CRT弱的地方。

可视面积指的是在实际应用中，可以用来显示图像的那部分屏幕的面积。因为CRT显示器的尺寸实际上是其显像管的尺寸，可以用来显示图像的部分根本达不到这个尺寸，因为显像管的边框占了一部分空间。一般来讲，17寸CRT显示器的可视面积约在15.8-16英寸左右，而15寸显示器的可视面积则只有13.8英寸左右。但对于LCD来说，标称的尺寸大小基本上就是可视面积的大小，被边框占用的空间非常小，15寸LCD的可视面积大约有14.5英寸左右，这也是为什么LCD看起来要比同样尺寸CRT更大一些的原因。所以选购LCD的时候15英寸就基本上够了.

液晶显示器的显示功能主要是有一个背光的光源，这个光源的亮度决定整台LCD的画面亮度及色彩的饱和度。 理论上来说，液晶显示器的亮度是越高越好，亮度的测量单位为cd/m2（每公尺平方烛光），也叫NIT流明。目前TFT屏幕的亮度大部分都是从150Nits开始起步，通常情况下200Nits才能表现出比较好的画面。对比度也就是黑与白两种色彩不同层次的对比测量度。对比度120:1时就可以显示生动、丰富的色彩（因为人眼可分辨的对比度约在100:1左右），对比率达到300:1时便可以支持各阶度的颜色。目前大多数LCD显示器的对比度都在500:1～800:1左右。而如华硕、三星、LG等一线品牌的液晶显示器产品对比度则普遍达到了1000:1左右。目前还没有一套公正的标准值来衡量亮度与对比的反差值，所以购买LCD全靠一双锐利的眼睛。所以在选购LCD时要注意这个指标，它也是LCD产品上性能差异最大的一环估计选购上有些难度。

测量反应速度的时间单位是毫秒（ms），指的是象素由亮转暗并由暗转亮所需的时间。这个数值越小越好，数值越小，说明反应速度越快。目前主流LCD的反应速度都在25ms以上，在一般商业用途中（例如字处理或文本处理）没有什么太大关系，因为此类用途不必太在意LCD的反应时间。而如果是用来玩游戏、观看VCD/DVD等全屏高速动态影象时，反应时间就尤其重要了，如果反应时间较长的话，画面就会出现拖尾、残影等现象。举个简单的例子，现在市场上绝大多数LCD显示器在玩QUAKE3时都会有不同程度的拖尾现象，在画面高速更新时尤其明显。而CRT则完全没有这个问题，因为CRT的反应时间只有1ms，是绝对不会出现拖尾现象的。

说到色彩，LCD也比不上CRT，从理论上讲，CRT可显示的色彩跟电视机一样为无限。而LCD只能显示大约26万种颜色，绝大部分产品都宣称能够显示1677万色（16777216色，32位），但实际上都是通过抖动算法（dithering）来实现的，与真正的32位色相比还是有很大差距，所以在色彩的表现力和过渡方面仍然不及传统CRT。同样的道理，LCD在表现灰度方面的能力也不如CRT。大家有条件的话可以自己比较一下：找一台17英寸特丽珑显像管的显示器，再摆一台15寸LCD，同时显示一幅1677万色的图象。CRT显示出来的画面十分鲜艳，而LCD则显得有些"假"，虽然说不上来哪里不对，但看着就是没有那台珑管的CRT舒服。

简单的来说，屏幕能显示的基本原理就是在两块平行板之间填充液晶材料，通过电压来改变液晶材料内部分子的排列状况，以达到遮光和透光的目的来显示深浅不一，错落有致的图象，而且只要在两块平板间再加上三元色的滤光层，就可实现显示彩色图象。

认识了它的结构和原理，了解了它的技术和工艺特点，才能在选购时有的放矢，在应用和维护时更加科学合理。液晶是一种有机复合物，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。

LCD第一个特点是必须将液晶灌入两个列有细槽的平面之间才能正常工作。这两个平面上的槽互相垂直(90度相交)，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。但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。

LCD的第二个特点是它依赖极化滤光片和光线本身，自然光线是朝四面八方随机发散的，极化滤光片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，极化滤光片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。 只有两个滤光片的线完全平行，或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光片相匹配，光线才得以穿透。一方面，LCD正是由这样两个相互垂直的极化滤光片构成，所以在 正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是，由于两个滤光片之间充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个滤光片后，会被液晶分子扭转90度，最后从第二个滤光片中穿出。另一方面，若为液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光片挡住。总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射出。当然，也可以改变LCD中的液晶排列，使光线在加电时射出，而不加电时被阻断。但由于液晶屏幕几乎总是亮着的，所以只有"加电将光线阻断"的方案才能达到最省电的目的。

STN是“Super Teisted Nematic”的缩写，它属于无源被动矩阵式LCD，几乎所有黑白屏手机的液晶屏都是这种材料。彩色STN液晶屏就是在单色的STN液晶屏基础上加个彩色滤光片，并将单色显示矩阵中的每个像素分成三个子像素，分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三种颜色，从而实现彩色画面。由于技术的限制，目前STN液晶屏最高只有65536种色彩，市场上见到的大多数都是4096色的STN产品，所以STN也被称为“伪彩”。

GF是“Glass Fine Color”的缩写，或许大家对GF液晶屏较为陌生，因为现在市面上采用GF液晶屏数码产品非常少，其实GF属于STN的一种，GF的主要特点是：在保证功耗较小的前提下亮度有所提高，但GF液晶屏有些偏色。

TFT是“Thin Film Transistor”的缩写，又称为“真彩”，它属于有源矩阵液晶屏，它是由薄膜晶体管组成的屏幕，它的每个液晶像素点都是由薄膜晶体管来驱动，每个像素点后面都有四个相互独立的薄膜晶体管驱动像素点发出彩色光，可显示24bit色深的真彩色。在分辨率上，TFT液晶屏最大可以达到UXGA（1600×1200）。

TFT的排列方式具有记忆性，所以电流消失后不会马上恢复原状，从而改善了STN液晶屏闪烁和模糊的缺点，有效地提高了液晶屏显示动态画面的效果，在显示静态画面方面的能力也更加突出，TFT液晶屏的优点是响应时间比效短，并且色彩艳丽，所以它被广泛使用于笔记本电脑和DV、DC上。而TFT液晶屏的缺点就是比较耗电，并且成本也比较高。

TFD是“Thin Film Diode”的缩写，由于TFT液晶屏耗电量较高，而且成本较高，从而大大增加了产品的成本，所以EPSON专门为手机屏幕开发出了TFD技术，它同样属于有源矩阵液晶屏，LCD上的每一个像素都配备了一颗单独的二极管，可以对每个像素进行单独控制，使每个像素之间不会互相影响，这样可以明显提高分辨率，可以无拖尾地显示动态画面和绚丽的色彩。

在性能方面，TFD液晶屏兼顾了TFT液晶屏和STN液晶屏的优点，TFD液晶屏比STN液晶屏的亮度更高，并且色彩也更鲜艳，同时比TFT液晶屏更省电，不过在色彩和亮度上还是比TFT液晶逊色一些。

OLED是“Organic Light Emitting Display”的缩写，也称有机发光显示屏，它采用了有机发光技术，这是目前最新的显示技术，OLED显示技术与传统的液晶显示方式不同，它不需要背光灯，而是采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光，所以它的视角很大，从各个方向都可以看清楚屏幕上的内容，并且可以做得很薄，而且OLED显示屏能够显著节省电能，被誉为“梦幻显示器”。

严格来讲，OLED不是液晶屏，是LED的技术。 液晶屏的技术核心在日本；而OLED的技术核心在美国，并且现在已经大规模在韩国批量生产。就使用在韩国三星的最选进的手机上，售价奇高，甚至比一台智能手机的价格都高。

但是OLED也并非没有缺点，由于它还属于一种未成熟的技术，所以现阶段它的使用寿命还比较短，屏幕面积也比较小。

液晶面板是液晶屏中最为重要、并且所占据成本最高的一个部件。尽管液晶显示器的色彩效果最终不是由液晶面板仅仅这一个 部件来决定（显示器的IC芯片也非常关键），但其是非常重要的一个部分。不过大多数读者一般看到的都是液晶显示器或液晶电视的“完全体”，最多看到的只是一整块液晶面板，但其里面的结构到底是怎样的呢？

液晶面板主要由以下八大部分组成：

1，背光源（或背光模组）；

由于液晶分子自身是无法发光的，因此若想出现画面，液晶屏需要专门的发光源来提供光线，然后经过液晶分子的偏转来产生不同的颜色。而背光源起到的就是提供光能的作用。之前液晶屏采用的都是名叫CCFL的冷阴极射线管，其发光原理与日光灯几乎完全相同，而现在新品液晶屏都采用了更加节能、长寿面的LED背光源。灯管（或LED）发光后藉由导光板将光线分布到各处，通过背面的反射板将所有的光线的方向集中朝向液晶分子。最后光线通过prism sheet以及扩散板将光线均匀的散发出去，避免出现中央亮度过高、四周亮度过低的情况。

2，上下层两个偏光片；

偏光片的作用是让光线从单方向通过。

3，上层和下层两块玻璃基板；

玻璃基板不仅仅是两块玻璃那么简单，其内侧具有沟槽结构，并附着配向膜，可以让液晶分子沿着沟槽整齐的排列。在上、下两层玻璃两侧会贴有TFT薄膜晶体管和彩色滤光片。

4，ITO透明导电层；

其作用是提供导电通路，分为像素电极（P级）和公共电极（M级）。在下一页中我们为大家讲解液晶面板结构更多的内容。

下面我们来详细看看另外四组主要的结构。

5，薄膜晶体管（就是我们经常所说的TFT）；

我们经常说TFT-LCD，其实际上指的就是这个薄膜晶体管，它的作用类似于开关，TFT能够控制IC控制电路上的信号电压，并将其输送到液晶分子中，决定液晶分子偏转的角度大小，因此其是非常重要的一个部件。

6，液晶分子层；

这个不用过多解释，其是改变光线偏光状态最重要的元素，通过电力和弹性力共同决定其排列和偏光状态。

7，彩色滤光片；

通过液晶分子偏转的光线只能显示不同的灰阶，但是不能提供红、绿、蓝（RGB）三原色，而彩色滤光片则由RGB三种过滤片组成，通过三者混喝调节各个颜色与亮度。液晶面板中每一个像素由红、绿、蓝3个点构成，每种颜色的点各自拥有不同的灰阶变化。

8，框胶；

相信大家都能够猜到这个部件的作用，其就是让液晶面板中上下两层玻璃基板能够牢固的黏在一起，并将整个内部系统与外接“隔绝”，防止灰尘进入影响色彩效果。

当然，上面所描述的结构为市面上大多数液晶电视和显示器所使用面板的结构，一些特殊的产品可能会使用不同的配件，但整体架构和工作原理基本不会有太大差异。而我们通常所说的“LED背光”指的则是其在第一部分背光源所做出的改进，将CCFL冷阴极射线管更换成了LED，而其他部分几乎没有任何变化（外部的供电部分会有相应小幅度的调节）。此外液晶屏色域的大小，也主要由液晶屏背光源来决定。

液晶显示器的背光主要有CCFL和LED背光，下面就具体说说二者之间的区别和优势

冷阴极荧光灯管（Cold Cathode Fluorescent Lamp；CCFL）

传统的液晶显示器都是采用CCFL(冷阴极荧光灯管)背光。CCFL的背光设计主要有两种：“侧入式”与“直落式”，不过侧入式因光导设计使得光折损率较高，进而让背光亮度受限，面板尺寸越大时亮度就越低，仅适合8英寸∼15英寸的TFT LCD面板，也就是Laptop、Desktop等个人观赏之用，但在居家观赏的LCD TV大尺寸上面时，侧入式的亮度将难以满足，取而代之的是直落式。

不过，越大尺寸的LCD，其背光模组所占的成本比重就越高，所指的是正是直落式CCFL背光模组，根据统计，同样是使用直落式CCFL背光模组，在15英寸时背光模组仅佔整体成本的23％，但是到30英寸时就增至37％，且推估到57英吋时，背光模组所佔的成本就会达到50％。所以，直落式CCFL背光仅适合用在30英寸左右的中型尺寸LCD TV，不适合用在更大面积的设计上。同时，CCFL是运用水银气体放电来产生照明，虽然目前欧盟订立的RoHS规范，只要对“水银”剂量在标准以下仍可接受，但无人能保证日后可能将标准提高至零含量（完全不准使用），届时CCFL将无法使用，或必须改行无汞式CCFL。

CCFL的发光原理与日光灯、霓虹灯相同，且光管部分可根据需求进行弯曲，但在大尺寸背光时大多采用行直型、U型、W型弯曲。

即便无汞式CCFL在技术上可行，但CCFL依旧是密闭光管性的气体放电式电子照明，光管对外力的抗受性有限，较大的冲撞将使光管破裂，使照明失效，相对的其他固体式电子照明（如LED）则无此顾虑。另外，由於直落式不需要用导光板，也较无光折损问题，所以也不需要增亮膜，特别是增亮膜属少数业者的专利技术，价格昂贵，直落式可以省去导光板与增亮膜，此有助於成本降低。

不过，直落式CCFL也有其缺点，為了提升画面亮度，必须增加光管数目，然光管过密排置的结果将不利於散热，既然左右相间的距离空间缩减，只好从厚度层面来增加散热空间，然而厚度增加也等于部分抵损LCD TV的优点：轻薄。

附带一提的是，在大吋数的LCD TV上使用CCFL光管，光管的长度也必须因应吋数增加而增长，然而较长的CCFL光管，其光管的中间位置与两端将容易产生亮度MURA与色MURA的问题，进而影响背光的光均性，为了持续保持光均，则必须用上扩散膜来强化光均度，但扩散膜也会带来光透率的折损，使亮度减低，亮度减低的结果只好以增加光管数的方式来补强，但就如前所述：增加光管将更难设计散热、增加背光模组的厚度，甚至是用电增加，根据瞭解，CCFL背光模组的用电已佔LCD TV整体用电的90％之高。所以，改变背光技术是目前改变LCD画质的一个方向之一。

发光二极体（Light Emitting Diode；LED）

既然CCFL背光有诸多的副作用疑虑，因此业界也寻求各种新背光实现技术，而LED则是可行方案之一，如Sony的Qualia系列电视，即是高端的大尺寸（40英寸、46英寸）的LCD TV，其背光部分是用WLED所构成，称为WLED背光技术。而对LED背光技术的LCD Monitor研发目前亦已经到实质性阶段，我们在07年的CES会展上已经可以看到相关产品展示。

LED背光有多项好处，首先是固体式电子照明，对冲撞的抗受性高于CCFL，且没有汞气体的环保法规顾虑，没有UV紫外线外洩顾虑，同时在色彩饱和度及寿命上都超越CCFL，另外LED只要正向电压即可驱动，不似CCFL需要交流的正负向电压，即便是只论正向驱动电压，LED的需求水准也低于CCFL。再者，LED的亮度只需用脉波宽度调变（Pulse Width Modulation；PWM）方式就可调节，并可用相同方式来抑制TFT LCD显示上的残影问题，然而CCFL的亮度调节就较为复杂，且无法抑制残影，必须以另行方式才能抑制。

虽然LED背光有诸多优点，但也有其缺点，首先是发光效率，以相同的用电而言，LED并不及CCFL，因此散热问题会比CCFL严重，此外LED属点型光源，与CCFL的线型光源相较实更难控制光均性，为了达到尽可能的光均，必须对生产出来的LED进行特性上的精挑严选，将大量特性一致（波长、亮度）的LED用於同一个背光中，此一挑选成本也相当高昂。所幸的是，LED的发光效率还在提升中，目前已可至100 ml/W以上，如此色彩饱和度可以更佳，以及让背光的WLED排置更宽松，进而让用电与散热问题获得舒缓，且製造良品率持续进步成熟后，严选光亮特性一致的LED之成本也会降低。

我们说到了屏幕的保护膜，这层保护膜我们建议在您不使用液晶屏的时候将它贴上，使用液晶屏的时候再揭下来，这样可以有效地保护屏幕外层的化学涂层，使最外层的涂层不会过早的被氧化。用户在使用笔记本电脑的过程中，千万不要轻易用手去指/按液晶屏，或者用硬物与屏幕接触，如果您经常不注意的话时间长了液晶屏上会出现诸如白印等永远抹不去的伤疤，到时就后悔莫及了。新机包装中一般都会带有一层棉纸，您也可以将这层棉纸放在笔记本电脑的屏幕和键盘之间，从而减少屏幕与健帽间的磨损。如果您的笔记本电脑使用指点杆，那我们还建议您在长途携带笔记本电脑外出时能将指点杆帽取下单独存放，以避免屏幕受到顶伤

水分可谓是液晶屏的“天敌”，除了要尽量避免在液晶屏边喝饮料、吃水果外，还应注意不要将机器保存在潮湿处，严重的潮气会损害液晶显示屏内部的元器件。特别值得注意的是，在冬天和夏天，进出有暖气或空调的房间时，较大的温差也会导致“结露现象”发生，用户此时给LCD通电也可能会导致液晶电极腐蚀，造成永久性的损害。为此我们也建议您的环境温度变化不应大于10℃/10min。一旦发生屏幕进水的情况，若只是在开机前发现屏幕表面有雾气，用软布轻轻擦掉再开机就可以了。如果水分已经进入LCD，则应把LCD放在较温暖的地方，比如说台灯下，将里面的水分逐渐蒸发掉。在梅雨季节，大家也要注意定期运行一段时间液晶屏，以便加热元器件驱散潮气，最好还能在装液晶屏的包里放上一小包防潮剂，为爱机创造一个良好的家园。

对于屏幕保养来说，除了注意上述问题外，还可以人为或者用soft进行配合，由于液晶屏的寿命相对CRT来说还是短很多，其老化速度也要快很多，那么就需要我们平常使用的时候要格外的注意。比如在电源管理界面设定一下在电脑无响应的时候自动关闭屏幕的时间间隔，或者您干脆养成一个在长时间不用笔记本电脑时随手合上屏幕的习惯，减少不必要的屏幕损耗。此外，延缓液晶屏老化还应注意避免强阳光长时直晒屏幕、尽量使用适中的亮度/对比度、减少长期显示固定图案(避免局部老化过度)。最后还有一点，那就是平时要经常用专用的软毛刷、眼镜布、洗耳球等擦拭屏幕，必要时可以使用中性清洗剂或少许清水，对表面污渍进行清洁。这些小技巧都是对液晶屏非常有好处的。

在清洁液晶屏时，千万不可随意用任何碱性溶液或化学溶液擦拭屏幕表面。液晶面板的污迹大体分为两种，一种是因为日积月累所粘留的空气中的灰尘，一种是使用者在不经意中留下的指纹和油污。很多人在清洁液晶屏幕时存在误区，家电专家提醒，若是不注意，这些细节对液晶都有一定损坏。

1.用特制软布或纸巾来擦拭液晶屏幕。千万不能用一般软布（如眼镜布）或纸巾来擦拭液晶屏幕，对于柔软的液晶屏幕而言，它们的表面还是太粗糙了，很容易划伤娇气的液晶屏幕。

2.用清水清洁液晶屏幕。使用清水清洁时，液体极易滴入液晶屏幕内部，这样会造成设备电路短路，从而烧坏昂贵的电子设备。

3.用酒精和其他化学溶剂清洁液晶屏幕。液晶屏幕都在屏幕上涂有特殊的涂层，一旦使用酒精擦拭显示器屏幕，就会溶解这层特殊的涂层，对显示效果造成不良影响。

1.LED发光二极管属于固体式电子照明，对重冲撞的抗受性高于CCFL;

2.LED发光二极管不像CCFL灯管那样有气体的环保及UV紫外线外泄顾虑，因而更加环保;

3.LED液晶屏屏幕轻，尺寸超薄;

4.LED液晶屏色彩饱和度更好。