2024年5月11日发(作者：况逸云)

 液晶的入门知识

 LCD显示器概述

 液晶显示器原理

 HTPS LCD面板技术综观

 薄膜晶体管液晶显示器技术

 液晶显示器面板的分级

 主流液晶面板的类型

 液晶的多种应用途径探讨

 LCD技术图文解说

 LCD技术详细介绍

 液晶的几种模式的工作原理

 TFT-LCD液晶显示器的工作原理

 LCM显示类型

 液晶显示器鲜为人知的技术细节

 关注液晶色彩技术指标

液晶的入门知识 2006-5-31

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液晶的组成：

LCD使用的液晶，一般是指混和液晶，由多种液晶单体及手性剂混和而成。

液晶的特性：

TN液晶一般分子链较短，特性参数调整较困难，所以特性差别比较明显。STN液晶是通过STN

显示数据模型，计算出所需的液晶分子长度，及其光学电学性能参数，然后化工合成多种分子链接构

类似的具有不同极性分子基团的单体，互相调配成一个特性相似的系列液晶。不同系列的STN液晶

往往具有完全不同的分子链，因此，不同系列的STN液晶除非制造商说明可以互相调配外，不能互

相调配。

液晶分子中有带极性基团的和不带极性基团的，带极性基团分子的液晶单体主要决定混和液晶的

阀值电压参数，不带极性基团分子的液晶单体主要决定混和液晶的折射率和清亮点。液晶中带极性基

团的单体与不带极性基团的单体在静置条件下会出现同性异构体层析现象。

为了增加机器本身的待机时间和增强液晶显示器的驱动能力，液晶厂商开发了能满足低电压和低

频率条件下使用的低阀值电压液晶。它具有以下特性：

低阀值电压液晶中带极性基团的单体与不带极性基团的单体在静置条件下出现同性异构体层析现

象的时间更短。

更多的带极性基团的单体组份，也意味着液晶更容易结合水分子以及其它带极性的游离离子，从

而降低了液晶的容抗电阻，从而引起漏电流和功耗的增大。

当极性液晶单体的分子链在紫外线激化后，极性分子基团容易互相缠绕形成中性分子团，变成非

层列错向状态，因而造成阀值电压升高，对导向层的锚定作用不敏感，失去低电压驱动能力。

1、液晶的分类：

按显示类型分：TN型液晶、STN型液晶、HTN型液晶；

按清亮点分：普通型液晶、宽温型液晶；

按阀值电压分：低阀值电压液晶、普通液晶、高阀值电压液晶。

2、影响液晶性能的主要参数：

清亮点；折射率Δn；阀值电压；纯净度；粘滞常数K；介电常数ε；螺距ρ

3、液晶的工厂自适应测试方法及判定标准：

电阻率：A、测试方法：用高阻计测试待测液晶的电阻值。

B、判定标准：测试结果在产品要求范围之内（本厂标准≥8X107）。

光电性能:A、测试方法：试灌产品，并测试其光电性能。

B、判定标准：测试样品Von、Voff值与供货商参数相符，视角、对比度、底色符合生产产品要

求。

清亮点：A、测试方法：把待测液晶加热，测量其达到清亮点时的温度。

B、判定标准：测量结果温度与供货商提供的清亮点温度一致。

耐紫外线性能：A、测试方法：把待测液晶试作产品，平放在封口UV机下，按封口工艺规定的

UV强度和时间照射两次，测试其照射前后的光电性能变化。

B、判定标准：经UV照射后，Voff值上升在0.1V以内（低电压液晶在0.15V以内），电流值变

化在2倍以内，对比度下降不明显为合格。

可靠性:A、测试方法：把待测液晶试作产品并测试其可靠性性能。

B、判定标准：经可靠性试验后光电性能变化在产品要求范围之内。

4、液晶的选用规则：

根据客户要求的底色，选择合适的Δn值范围的液晶类别，再根据客户IC电路的数据，选择合适

的电压范围的液晶类别，满足上述条件下的液晶，按合理比例调配后使用，就可以达到客户要求。

5、液晶的使用方法：

液晶在使用前要充分搅拌后才能灌注使用，添加固体手性剂的液晶，要加热到摄氏六十度，再快

速冷却到室温并充分搅拌。而且在使用过程中不能静置时间过长。特别是低阀值电压液晶，由于低阈

值电压液晶具有这些不同的特性，因此在使用这些液晶时应该注意以下方面：

液晶在使用前应充分搅拌，调配好的液晶应立即投入生产使用，尽量缩短静置存放时间，避免层

析现象产生。

调配好的液晶要加盖遮光存入，并且尽量在一个班次（八小时）内使用完，用不完的液晶需要回

收搅拌后重测电压再用。一般随着时间延长，驱动电压会增加。

液晶从原厂瓶取用后，原厂瓶要及时封盖遮光保存，减少敞开暴露在空气中的时间一般暴露在空

气中的时间过长，会增大液晶的漏电流。

灌低阈值电压的液晶显示片空盒最好是从PI固烤到灌液晶工序间，流存生产时间在二十四小时

之内的空盒，灌液作业时一般使用比较低的灌注速度。

低阈值电压液晶在封口时一定要加盖合适的遮光罩，并且在整个灌液晶期间除了封口胶固化期间

外，要尽量远离紫外线源。否则会在靠近紫外线的地方出现错向和阀值电压增大的现象。

液晶是有机高分子物质，很容易在各种溶剂中溶解或与其它化学品产生反应，液晶本身也是一种

很好的溶剂，所以在使用和存放过程中要尽量远离其它化学品。

6、液晶的贮存及搬运方法：

液晶贮存时要密闭、防潮、遮光，在室温中贮存，不能在低温环境中贮存和使用，以免出现性能

不可逆转的晶析现象。不能与其它化学品混放。

搬运时按化学品规定管制。

LCD显示器概述 2006-8-16

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液晶显示器(LCD)英文全称为Liquid Crystal Display，它一种是采用了液晶控制透光度技术来

实现色彩的显示器。和CRT显示器相比，LCD的优点是很明显的。由于通过控制是否透光来控制亮

和暗，当色彩不变时，液晶也保持不变，这样就无须考虑刷新率的问题。对于画面稳定、无闪烁感的

液晶显示器，刷新率不高但图像也很稳定。LCD显示器还通过液晶控制透光度的技术原理让底板整

体发光，所以它做到了真正的完全平面。一些高档的数字LCD显示器采用了数字元方式传输数据、

显示图像，这样就不会产生由于显卡造成的色彩偏差或损失。完全没有辐射的优点，即使长时间观看

LCD显示器屏幕也不会对眼睛造成很大伤害。体积小、能耗低也是CRT显示器无法比拟的，一般一

台15寸LCD显示器的耗电量也就相当于17寸纯平CRT显示器的三分之一。

目前相比CRT显示器，LCD显示器图像质量仍不够完善。色彩表现和饱和度LCD显示器都在不

同程度上输给了CRT显示器，而且液晶显示器的响应时间也比CRT显示器长，当画面静止的时候还

可以，一旦用于玩游戏、看影碟这些画面更新速度块而剧烈的显示时，液晶显示器的弱点就暴露出来

了，画面延迟会产生重影、脱尾等现象，严重影响显示质量。

LCD显示器的工作原理：从液晶显示器的结构来看，无论是笔记本计算机还是桌面系统，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，厚约1mm，其间由包含

有液晶材料的5μm均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为光源

的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板（或称匀光板）和反光膜，背光板是由荧光物质组成的可

以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。

背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万液晶液滴的液晶层。液晶层中

的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。

液晶显示技术也存在弱点和技术瓶颈，与CRT显示器相比亮度、画面均匀度、可视角度和反应

时间上都存在明显的差距。其中反应时间和可视角度均取决于液晶面板的质量，画面均匀度和辅助光

学模块有很大关系。

对于液晶显示器来说，亮度往往和他的背板光源有关。背板光源越亮，整个液晶显示器的亮度也

会随之提高。而在早期的液晶显示器中，因为只使用2个冷光源灯管，往往会造成亮度不均匀等现

象，同时明亮度也不尽人意。一直到后来使用4个冷光源灯管产品的推出，才有很大的改善。

信号反应时间也就是液晶显示器的液晶单元响应延迟。实际上就是指的液晶单元从一种分子排列

状态转变成另外一种分子排列状态所需要的时间，响应时间愈小愈好，它反应了液晶显示器各像素点

对输入信号反应的速度，即屏幕由暗转亮或由亮转暗的速度。响应时间越小则使用者在看运动画面时

不会出现尾影拖拽的感觉。有些厂商会通过将液晶体内的导电离子浓度降低来实现信号的快速响应，

但其色彩饱和度、亮度、对比度就会产生相应的降低，甚至产生偏色的现象。这样信号反应时间上去

了，但却牺牲了液晶显示器的显示效果。有些厂商采用的是在显示电路中加入了一片IC图像输出控

制芯片，专门对显示信号进行处理的方法来实现的。IC芯片可以根据VGA输出显卡信号频率，调整

信号响应时间。由于没有改变液晶体的物理性质，因此对其亮度、对比度、 色彩饱和度都没有影

响，这种方法的制造成本也相对较高。

由上便可看出，液晶面板的质量并不能完全代表液晶显示器的质量，没有出色的显示电路配合，

再好的面板也不能做出性能优异的液晶显示器。随着LCD产品产量的增加、成本的下降，液晶显示

器会大量普及。

液晶显示器原理 2005-10-17

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国内计算机市场各种品牌的纯平显示器之间强烈的竞争，各个商家都想在纯平这块大蛋糕上分得

最大的份额。而当人们像当初搬15英寸显示器一样把纯平买回家后。我们不仅要问：下一代显示器

的热点是什么呢？矛头直指液晶显示器。液晶显示器具有图像清晰精确、平面显示、厚度薄、重量

轻、无辐射、低能耗、工作电压低等优点。

液晶显示器的分类

液晶显示器按照控制方式不同可分为被动矩阵式LCD及主动矩阵式LCD两种。

1. 被动矩阵式LCD在亮度及可视角方面受到较大的限制，反应速度也较慢。由于画面质量方面

的问题，使得这种显示设备不利于发展为桌面型显示器，但由于成本低廉的因素，市场上仍有部分的

显示器采用被动矩阵式LCD。被动矩阵式LCD又可分为TN-LCD(Twisted Nematic-LCD，扭曲向

列LCD)、STN-LCD(Super TN-LCD，超扭曲向列LCD)和DSTN-LCD(Double layer STN-LCD，双

层超扭曲向列LCD)。

2. 目前应用比较广泛的主动矩阵式LCD，也称TFT-LCD(Thin Film Transistor-LCD，薄膜晶体

管LCD)。TFT液晶显示器是在画面中的每个像素内建晶体管，可使亮度更明亮、色彩更丰富及更宽

广的可视面积。与CRT显示器相比，LCD显示器的平面显示技术体现为较少的零件、占据较少的桌

面及耗电量较小，但CRT技术较为稳定成熟。

液晶显示器的工作原理

我们很早就知道物质有固态、液态、气态三种型态。液体分子质心的排列虽然不具有任何规律

性，但是如果这些分子是长形的(或扁形的)，它们的分子指向就可能有规律性。于是我们就可将液态

又细分为许多型态。分子方向没有规律性的液体我们直接称为液体，而分子具有方向性的液体则称之

为“液态晶体”，又简称“液晶”。液晶产品其实对我们来说并不陌生，我们常见到的手机、计算器都

是属于液晶产品。液晶是在1888年，由奥地利植物学家Reinitzer发现的，是一种介于固体与液体

之间，具有规则性分子排列的有机化合物。一般最常用的液晶型态为向列型液晶，分子形状为细长棒

形，长宽约1nm～10nm，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。

1. 被动矩阵式LCD工作原理

TN-LCD、STN-LCD和DSTN-LCD之间的显示原理基本相同，不同之处是液晶分子的扭曲角度

有些差别。下面以典型的TN-LCD为例，向大家介绍其结构及工作原理。

在厚度不到1厘米的TN-LCD液晶显示屏面板中，通常是由两片大玻璃基板，内夹着彩色滤光

片、配向膜等制成的夹板 外面再包裹着两片偏光板，它们可决定光通量的最大值与颜色的产生。

彩色滤光片是由红、绿、蓝三种颜色构成的滤片，有规律地制作在一块大玻璃基板上。每一个像素是

由三种颜色的单元(或称为子像素)所组成。假如有一块面板的分辨率为1280×1024，则它实际拥有

3840×1024个晶体管及子像素。 每个子像素的左上角(灰色矩形)为不透光的薄膜晶体管，彩色

滤光片能产生RGB三原色。每个夹层都包含电极和配向膜上形成的沟槽，上下夹层中填充了多层液

晶分子(液晶空间不到5×10-6m)。在同一层内，液晶分子的位置虽不规则，但长轴取向都是平行于

偏光板的。另一方面，在不同层之间，液晶分子的长轴沿偏光板平行平面连续扭转90度。其中，邻

接偏光板的两层液晶分子长轴的取向，与所邻接的偏光板的偏振光方向一致。在接近上部夹层的液晶

分子按照上部沟槽的方向来排列，而下部夹层的液晶分子按照下部沟槽的方向排列。最后再封装成一

个液晶盒，并与驱动IC、控制IC与印刷电路板相连接。

在正常情况下光线从上向下照射时，通常只有一个角度的光线能够穿透下来，通过上偏光板导入

上部夹层的沟槽中，再通过液晶分子扭转排列的通路从下偏光板穿出，形成一个完整的光线穿透途

径。而液晶显示器的夹层贴附了两块偏光板，这两块偏光板的排列和透光角度与上下夹层的沟槽排列

相同。当液晶层施加某一电压时，由于受到外界电压的影响，液晶会改变它的初始状态，不再按照正

常的方式排列，而变成竖立的状态。因此经过液晶的光会被第二层偏光板吸收而整个结构呈现不透光

的状态，结果在显示屏上出现黑色。当液晶层不施任何电压时，液晶是在它的初始状态，会把入射光

的方向扭转90度，因此让背光源的入射光能够通过整个结构，结果在显示屏上出现白色。为了达到

在面板上的每一个独立像素都能产生你想要的色彩，多个冷阴极灯管必须被使用来当作显示器的背光

源。

2. 主动矩阵式LCD工作原理

TFT-LCD液晶显示器的结构与TN-LCD液晶显示器基本相同，只不过将TN-LCD上夹层的电极

改为FET晶体管，而下夹层改为共通电极。

TFT-LCD液晶显示器的工作原理与TN-LCD却有许多不同之处。TFT-LCD液晶显示器的显像原

理是采用“背透式”照射方式。当光源照射时，先通过下偏光板向上透出，借助液晶分子来传导光

线。由于上下夹层的电极改成FET电极和共通电极，在FET电极导通时，液晶分子的排列状态同样

会发生改变，也通过遮光和透光来达到显示的目的。但不同的是，由于FET晶体管具有电容效应，

能够保持电位状态，先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到FET电极下一次再加电改变其

排列方式为止。

液晶显示器的技术参数

1. 可视面积

液晶显示器所标示的尺寸就是实际可以使用的屏幕范围一致。例如，一个15.1英寸的液晶显示

器约等于17英寸CRT屏幕的可视范围。

2. 可视角度

液晶显示器的可视角度左右对称，而上下则不一定对称。举个例子，当背光源的入射光通过偏光

板、液晶及取向膜后，输出光便具备了特定的方向特性，也就是说，大多数从屏幕射出的光具备了垂

直方向。假如从一个非常斜的角度观看一个全白的画面，我们可能会看到黑色或是色彩失真。一般来

说，上下角度要小于或等于左右角度。如果可视角度为左右80度，表示在始于屏幕法线80度的位

置时可以清晰地看见屏幕图像。但是，由于人的视力范围不同，如果没有站在最佳的可视角度内，所

看到的颜色和亮度将会有误差。现在有些厂商就开发出各种广视角技术，试图改善液晶显示器的视角

特性，如：IPS(In Plane Switching)、MVA(Multidomain Vertical Alignment)、TN+FILM。这些

技术都能把液晶显示器的可视角度增加到160度，甚至更多。

3. 点距

我们常问到液晶显示器的点距是多大，但是多数人并不知道这个数值是如何得到的，现在让我们

来了解一下它究竟是如何得到的。举例来说一般14英寸LCD的可视面积为285.7mm×214.3mm，

它的最大分辨率为1024×768，那么点距就等于：可视宽度/水平像素(或者可视高度/垂直像素)，即

285.7mm/1024=0.279mm(或者是214.3mm/768=0.279mm)。

4. 色彩度

LCD重要的当然是的色彩表现度。我们知道自然界的任何一种色彩都是由红、绿、蓝三种基本

色组成的。LCD面板上是由1024×768个像素点组成显像的，每个独立的像素色彩是由红、绿、蓝

(R、G、B)三种基本色来控制。大部分厂商生产出来的液晶显示器，每个基本色(R、G、B)达到6

位，即64种表现度，那么每个独立的像素就有64×64×64=262144种色彩。也有不少厂商使用了

所谓的FRC(Frame Rate Control)技术以仿真的方式来表现出全彩的画面，也就是每个基本色(R、

G、B)能达到8位，即256种表现度，那么每个独立的像素就有高达256×256×256=16777216种

色彩了。

5. 对比值

对比值是定义最大亮度值(全白)除以最小亮度值(全黑)的比值。CRT显示器的对比值通常高达

500:1，以致在CRT显示器上呈现真正全黑的画面是很容易的。但对LCD来说就不是很容易了，由

冷阴极射线管所构成的背光源是很难去做快速地开关动作，因此背光源始终处于点亮的状态。为了要

得到全黑画面，液晶模块必须完全把由背光源而来的光完全阻挡，但在物理特性上，这些组件并无法

完全达到这样的要求，总是会有一些漏光发生。一般来说，人眼可以接受的对比值约为 250:1。

6. 亮度值

液晶显示器的最大亮度，通常由冷阴极射线管(背光源)来决定，亮度值一般都在200～250

cd/m2间。液晶显示器的亮度略低，会觉得屏幕发暗。虽然技术上可以达到更高亮度，但是这并不

代表亮度值越高越好，因为太高亮度的显示器有可能使观看者眼睛受伤。

7. 响应时间

响应时间是指液晶显示器各像素点对输入信号反应的速度，此值当然是越小越好。如果响应时间

太长了，就有可能使液晶显示器在显示动态图像时，有尾影拖曳的感觉。一般的液晶显示器的响应时

间在20～30ms之间。（编辑：周晖）

HTPS LCD面板技术综观 2006-6-26

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随着DVD激光视盘机与数字广播系统的普及，高分辨率影像源的数量也正逐渐增加，前投影

机、大屏幕HDTV液晶投影电视，以及其它家用投影机市场带动数字投影机的市场持续扩大。这一

成长也刺激消费大众对于三片式LCD投影机之需求。本文将为读者解析三片式LCD投影机中的

HTPS LCD面板，并介绍其特色。

随着日渐提高的商务演示文稿需求，以及最近在教育市场中开始提高的投影机应用，商用投影机

HTPS面板的需求量也一直持续攀升。同时，DVD放影机与数字广播的普及也激发了顾客对于家用

前投影机（Front projectors）与大屏幕LCD投影电视机（Large-screen projection TV）需求的快

速成长。

长久以来HTPS LCD技术一直带领三片式LCD投影系统前进投影机市场，而在液晶光阀

（liquid-crystal light valve）的制造商中，以HTPS LCD技术为主的三片式LCD投影系统也拥有将

近55%的全球市占率。这是由于更先进的液晶与高开口率技术，才能提供具有良好光效率、高亮度

表现以及丰富色彩重现能力，且不会对眼睛或环境造成伤害的低功率HTPS产品。

何谓HTPS？

HTPS是High Temperature Poly-Silicon的缩写，翻译成中文是"高温多晶硅"的意思，一般俗

称高温玻璃。它是LCD显示家族中的一支，属于主动点矩阵式LCD（Active Matrix LCD），因此，

HTPS也是TFT（Thin Film Transistor；薄膜晶体管）的一种。

HTPS LCD为多晶硅TFT LCD的制程技术之一。之所以被称为高温玻璃，是因为在面板的制造

过程中，有一道Laser Anneal（雷射退火）制程，它的温度超过摄氏1000度。在多晶硅制程发展

初期，为要将玻璃基板之非晶硅结构转变成多晶硅结构，必须以摄氏1000度以上的高温氧化技术，

才能将非晶硅结构特性转化为多晶硅结构。由于普通玻璃无法如此高温处理，只有石英玻璃才能如此

处理，其价格较为昂贵且尺寸皆较小，故于多晶硅制程发展初期，厂商基于成本考虑，多走非晶硅路

线。

此外，另有一种同属于TFT LCD的LTPS LCD（Low Temperature Poly-Silicon；低温多晶

硅）。LTPS LCD之所以称为低温，是由于其制程温度没有那么高，仅约摄氏500～600度之谱，且

依各个制造商的制程而稍有差异。低温多晶硅制程是利用准分子雷射作为热源，雷射光经过投射系统

后，会产生能量均匀分布的激光束，投射于非晶硅结构的玻璃基板上，当非晶硅结构玻璃基板吸收准

分子雷射的能量后，会转变成为多晶硅结构，因整个处理过程都是在摄氏600度以下完成，所以一

般玻璃基板皆可适用。低温多晶硅技术主要特点在于改变液晶构造以提升传统非晶硅液晶技术性能及

降低制造成本。由于LTPS技术可提升电子迁移率达200（cm2/V-sec），有利于TFT组件小型化，

并提高面板开口率，使得显示亮度增加、降低耗电率。此外，低温制程有利于使用玻璃基板，而可大

幅降低生产成本。HTPS与LTPS其主要用途并不相同。

HTPS LCD应用领域

HTPS的应用领域，通常都是用来做为放大型的显示产品。例如液晶投影机、背投影电视等。一

般来说，手机或是计算机的LCD屏幕，都是属于直视型，也就是使用者可以直接观看屏幕并读取信

息。HTPS虽然也是TFT的一种，但无法直接用于手机或计算机屏幕等用途。

HTPS LCD的应用大致分为下列三种：OHD（Over Head Display）、Helmet及LV（Light

Valve）。其主要用途介绍如下：

OHD：抬头显示器，将影像投影在挡风玻璃上（或是透明玻璃），用在汽车或是飞机上，在许多

空战片当中可以一窥其面貌；

Helmet：此处是指专门用在虚拟幻境（Virtual Reality）头盔里之显像；

LV：可翻译成光阀。当HTPS在液晶投影机中动作的时候，由于所有的光线都会透过HTPS，并

由HTPS来决定光穿透的程度，因此，它被称为“光之阀门”。

HTPS LCD面板特色

HTPS LCD具有体积小、高分辨率、高穿透度等优点，因此特别适合用来做为三片式穿透式液晶

投影机。而使用HTPS LCD的三片式穿透式液晶投影机，具备了三项特色，可提供观赏者明亮、柔

和及色彩正确自然的视觉经验。

自然的色彩（Natural Images）

三片式LCD投影系统可准确地控制R、G、B三色并构成影像之画素，因此可让画面更自然生

动。

舒服的视觉（Gentle on the Eyes）

快速移动画面与影像将不会出现色分离现象，例如彩虹现象（rainbow effect）等。

充足的亮度（Bright Images）

由于HTPS LCD采三色光全时投射因此其光效率非常高，使用者可以观赏明亮且清晰的影像。

目前生产HTPS LCD的厂商，共有Epson与及Sony两家厂商，而其中以Epson的产能最大，

自公元1987年开始生产以来，至2004年7月已累计生产了2000万枚，目前Epson共有三座

HTPS工厂，是全球最大的HTPS LCD生产商。

结语

随着DVD激光视盘机与数字广播系统的普及，高分辨率影像源的数量也正逐渐增加，前投影

机、大屏幕HDTV液晶投影电视，以及其它家用投影机市场也跟着迅速扩展。而数字投影机的市场

持续扩大，商业演示文稿需求的增加，以及教室计算机化的需求均刺激市场的成长。这一成长也刺激

消费大众对于以三片式LCD设计技术为特色的家用前投影机与大屏幕HDTV液晶投影电视之需求，

这些产品可以让使用者以大屏幕画质享受数字信息内容。

开发HTPS LCD的厂商也将致力于生产开口率更高、对比率更高、更明亮且尺寸更小的面板产

品，以设计出更亮、更小、更省空间的前投影机和大屏幕HDTV液晶投影电视，并同时具备价格竞

争力。现在更有为家庭剧院投影机开发的HTPS TFT LCD面板，如1.8cm 720p宽屏幕格式产品，

以及1.4cm 480p的宽屏幕等产品问世。从厂商卯足全力研发更新面板产品看来，往后的投影市场竞

争将更为激烈，而更美的视觉飨宴也将让挑剔的消费者成为最大赢家。

薄膜晶体管液晶显示器技术 2006-4-19

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TFT-LCD结构。薄膜晶体管液晶显示器由显示屏、背光源及驱动电路三大核心部件组成。

TFT-LCD显示屏，包括数组玻璃基板、彩色滤光膜以及液晶材料。数组玻璃基板制备工艺是：

用三个光刻掩膜板，首先在玻璃基板上连续淀积ITO膜（厚20～50n m）和Cr膜（厚50～

100nm），并光刻图形，然后连续淀积绝缘栅膜SiN：（厚约400n m），再本征a-Si（厚50～100n

m）和n＋a-Si层，并光刻图形（干法）淀积Al膜，光刻漏源电极，最后以漏源电极作掩膜，自对

准刻蚀象素电极上的Cr膜和TFT源漏之间n＋a-Si膜。这就是TFT反交错结构的简单制造工艺。下

一步是：在玻璃基板上涂布聚酰亚胺取向层，用绒布沿一定方向摩擦，使取向层表面形成方向一致的

微细沟道，控制液晶分子定向排列。在保证两块玻璃基板上下取向槽沟的槽方向正交的条件下，将两

块玻璃基板上下密封成一个盒，盒间隙一般只有几个微米（如10μm），然后抽真空封灌液晶材料。

彩色滤光膜（Color Filter）简称CF。TFT-LCD的彩色显示，实际是通过数组基板的光，照射

在彩膜上，显示屏就能显示颜色。彩色滤光膜（如同着色的玻璃纸）可以制作在透明的电极之上（透

明电极和液晶层之间），也可制作在透明电极之下（透明电极和玻璃之间），上下玻璃基板与CF膜对

准精度非常高，要求CF膜黑白矩阵正好对准ITO象素电极的边缘，CF膜附着在液晶盒表面，然后

用两片无色偏振片夹住液晶盒。彩色显示原理可以简述为：把TFT-LCD的一个象素点分割成红、

绿、蓝（R、G、B）三基色，并对应CF膜的RGB，起光阀作用的LCD对透过CF膜的三色光量，进

行平衡、调节得到所要的彩色。穿过CF膜的入射光如果漏射，则会影响TFT-LCD的对比度，所以

在间隙处要设置遮光的黑矩阵（Black Matrix）简称BM。为了稳定性和平滑性，使用丙烯基树脂

和环氧树脂制成厚0.5～2μm的保护层（oe cota）简称OC。然后在这个保护层上面形成共享电

极，即透明电极膜。BM层通常是由金属铬（Cr）制作，为了降低表面反射，也有用氧化铬

（CrOx）或树脂。金属铬厚度约为1000～1500埃，用树脂、染料或颜料，作为着色层来着色。每

个象素点的着色图形，因TFT-LCD的用途而不同。如可按条形、玛赛克形、三角形等排列。CF膜的

特性用透过率、色纯度、对比度以及低反射化表示，所以对CF膜的要求是：高透过率和色纯度；高

对比度和平整性以及极低的扩散反射。

液晶材料。据不完全统计，可以作液晶材料的高分子化合物，已超过1万种。用一种液晶材料通

常很难满足器件要求的温度范围、弹性系数、介电常数、折射率各向异性以及粘度等主要技术指针，

工程上必须用混合液晶来调制物理性能。常用的具有代表性的液晶材料，按分子排列方向不同可分成

三大类：一类是向列相液晶。这种液晶材料，分子长轴平行，分子除转动滑动外，还可以上下移动；

二是胆甾相液晶。这种液晶材料，分子在不同的平面上取向，在同一平面上，分子长轴平行各平面的

指向矢，并逐层扭转呈螺旋变化；三是近相晶液晶。这种液晶材料，分子排列为层状，各层的分子长

轴平行，可以相互平行移动，但分子在层与层之间不能自由滑动。液晶材料的主要特点是：具有细长

分子结构，在和分子指向矢垂直和平行两个方向，其层电率、介电常数、折射率均不相同，并随温度

和驱动频率等外界条件而变化。另外，折射率各向异性大，在产生同样光学效应的情况下，可以使液

晶盒变薄。相同电压下的电场强度就能加快液晶盒的响应速度。

TFT-LCD背光源。液晶本身并不发光，外部必须施加照射光，这种外部照射光称为背光源。液

晶显示器的背光源，按液晶显示面与光源的相对位置，大体上可分为边缘式、直下式和自发光式三

种。白炽灯、白卤素灯为点光源，荧光灯（热阴极、冷阴极）为线光源，电致发光（EL）以及矩阵式

发光二极管为面光源。边缘式背光源是在显示区的侧面，装配线光源的荧光灯。为了确保显示区亮度

的均匀性，边缘式背光源均采取集光和导光措施。集光是为有效地使入射光能从一个侧面射出去，导

光是将集光射出的光进行反射，使之成为平面光源；直下式背光源是在显示区的正下方，装配1只或

几只并排的冷阴极灯，在冷阴极灯的上面同时装配漫散射板，以消除冷阴极灯造成的斑点；自发光式

背光源是在显示区的下方，装配电致发光板。电致发光为面发光，可整面均匀发光且没有斑点，发光

颜色为绿、蓝、白，亮度为30～100尼特。TFT-LCD背光源的发展趋势是：大画面、高亮度、广视

角以及薄型化、轻量化、低功耗化和低价格化。

TFT-LCD驱动电路。为了显示任意图形，TFT-LCD用m×n点排列的逐行扫描矩阵显示。在设

计驱动电路时，首先要考虑液晶电解会使液晶材料变质，为确保寿命一般都采用交流驱动方式。已经

形成的驱动方式有：电压选择方式、斜坡方式、DAC方式和模拟方式等。由于TFT-LCD主要用于笔

记本计算机，所以驱动电路大致分成：信号控制电路、电源电路、灰度电压电路、公用电极驱动电

路、数据线驱动电路和寻址线驱动电路（栅极驱动IC）。上述驱动电路的主要功能是：信号控制电路

将数字信号、控制信号以及时钟信号供给数字IC，并把控制信号和时钟信号供给栅极驱动IC；电源

电路将需要的电源电压供给数字IC和栅极驱动IC；灰度电压电路将数字驱动电路产生的10个灰度

电压各自供给数据驱动；公用电极驱动电路将公用电压供给相对于象素电极的共享电极；数据线驱动

电路将信号控制电路送来的RGB信号的各6个比特显示数据以及时钟信号，定时顺序锁存并续进内

部，然后此显示数据以6比特DA变换器转换成模拟信号，再由输出电路变换成阻抗，供给液晶屏的

资料线；栅极驱动电路将信号控制电路送来的时钟信号，通过移位寄存器转换动作，将输出电路切换

成ON／OFF电压，并顺次加到液晶屏上。最后，将驱动电路装配在TAB（自动焊接柔性线路板）

上，用ACF（各向异性导电胶膜）、TCP（驱动电路柔性引带）与液晶显示屏相连接。

TFT-LCD工作原理。首先介绍显示原理。液晶显示的原理基于液晶的透光率随其所施电压大小

而变化的特性。当光通过上偏振片后，变成线性偏振光，偏振方向与偏振片振动方向一致，与上下玻

璃基板上面液晶分子排列顺序一致。当光通过液晶层时，由于受液晶折射，线性偏振光被分解为两束

光。又由于这两束光传播速度不同（相位相同），因而当两束光合成后，必然使振光的振动方向发生

变化。通过液晶层的光，则被逐渐扭曲。当光达到下偏振片时，其光轴振动方向被扭曲了90度，且

与下偏振片的振动方向保持一致。这样，光线通过下偏振片形成亮场。加上电压以后，液晶在电场作

用下取向，扭曲消失。这时，通过上偏振片的线性偏振光，在液晶层不再旋转，无法通过下偏振片而

形成暗场。可见液晶本身不发光，在外光源的调制下，才能显示，在整个显示过程中，液晶起到一个

电压控制的光阀作用。TFT-LCD的工作原理则可简述为：当栅极正向电压大于施加电压时，漏源电

极导通，当栅极正向电压等于0或负电压时，漏源电极断开。漏电极与ITO象素电极连结，源电极

与源线（列电极）连结，栅极与栅线（行电极）连结。这就是TFT-LCD的简单工作原理。

TFT-LCD的关键技术。TFT-LCD的关键技术很多，主要有以下几个大的方面：

一是提高开口率技术。开口率指TFT-LCD显示屏光透过部分和不透过部分之比，开口率越大，

亮度越高。影响开口率的主要是栅和源总线宽度、TFT尺寸、上下基板对盒精度、存贮电容尺寸及黑

矩阵尺寸等。为了提高开口率，采取的办法是：将黑白矩阵和彩膜都做在TFT基板上，此办法避免

了对盒精度引起的开口率下降，但成品率不是很高，成本也会相应加大。另外就是栅源总线，采用集

成电路微加工技术。90年代TFT矩阵微加工约10μm，开口率为35％，微加工达到5μm时，开口

率为80％。第三就是采用自对准光刻技术。主要是消除栅极和源漏极重迭形成的寄生电容。用自对

准光刻技术，把栅电极作掩膜板，光刻n＋a-Si和源漏电极，以减少栅源电极之间的重迭。最后是改

善栅源材料。为了增加开口率，应尽量将总线宽度取小，但要考虑由于总线电阻过大，输入信号延

迟，驱动不充分，从而降低对比度的问题。通常采用Cr或MoTa金属包Al的办法，这样就能得到

低电阻总线。

二是扩大视角技术。液晶分子的各向异性，决定了液晶分子空间分布的不同，不同的立体角光透

过率不同，这是造成显示对比度不均匀的重要原因。因此，扩大视角是液晶显示技术的关键课题之

一。一般采取的技术措施有：补偿膜技术。在液晶显示屏上，贴光漫射膜和光强补偿膜，使通过液晶

屏的光均匀漫射，并补偿某些角度的光强。另外就是采用多畴技术，在象元内划分两个以上不同液晶

分子排列区域，形成多畴液晶分子取向，从而达到扩大视角的目的。扩大视角技术还有IPS、ASM

等方法和措施。

三是简化TFT数组工艺。一般TFT数组工艺刻蚀次数为7～9次，工艺流程过长，影响产品合格

率和生产能力。国外文献报导，已有4次套刻工艺，比常规的TFT数组工艺减少了一半。

当然，液晶显示器的关键技术不只是以上三个方面，但它们是影响TFT-LCD质量的最关键技

术，其它关键技术这里就不一一赘述。

液晶显示器面板的分级 2006-7-14

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用户在购买液晶显示器时常会听商家说：“xx牌的好，用的是A屏，xx牌的不行，用的是B

屏”。那A屏与B屏的区别到底在那呢?

A级屏比B级屏的档次要高，C级档次最低。除了这三级以外，现在还有一种称呼就是“超A

级”或“AA级”，即比A级档次还要稍微高一些的产品。一般说来，B级和C级都算是次品，与A

级相比，B级和C级的坏点数多一些，亮度相对不均匀，外观也可能有损伤，并且与A级屏的价格

差距可能高达近千元。

对于三星、菲利浦、纯净界这些知名品牌来说，对于液晶屏的质量要求也相对高出许多，都会采

用“A”级的屏，以保证质量。所以在采购过程中，价格并非完全按照一个单纯的品牌来定位的，而

是严谨地遵循了一个成本制造的原则。

坏点是液晶面板上不可修复的像素点，是在生产过程中产生的。在液晶像素后面有三个晶体管，

对应着红、绿、蓝三个滤光片，其中任何一个晶体管出现问题都会使这个像素成为一个坏点。以15

寸1024*768的屏来说，总共约需像素点1024*768*3=2359296个，而且在每个液晶像素背后还集

成有一个单独驱动管，在如此多的像素点和驱动管中难免会有个别会出现问题。产生坏点的多少直接

与生产厂家的技术和工艺水平相关。就目前来看，每批生产出来的液晶板通常都有20%的产品有坏

点。随着技术的不断完善，一些品牌的液晶板坏点率已经能够控制到10% 以内，不过0坏点率还尚

属罕见。

亮点是当设定屏幕显示的画面全黑时，屏幕上所显示的红、绿蓝光点。

暗点是当设定屏幕显示的画面全白或为同一颜色时，屏幕上不显示颜色的点。

实际上液晶面板的判别不仅在于坏点和亮点暗点的多少上，色纯度、可视角度的区别也是评定的

主要依据，厂商要根据这些产品指针的综合评定，才能把液晶评分为A级、B级、C级，并会以此为

依据对产品定价，其中A级屏和B级屏必须用专用的仪器去测试，肉眼很难判别。

各地面板厂商对产品的分级各不相同：韩系厂商，3个以下为A级

日系厂商，5个以下为A级

台系厂商，8个以下为A级

主流液晶显示器产品所标称的等级标准为：

AA级：无任何坏点的LCD显示器为AA级。

A级：3个坏点以下，其中亮点不超过一个，且亮点不在屏幕中央区内。

B级：3个坏点以下，其中亮点不超过二个，且亮点不在屏幕中央区内。

以上是液晶面板厂商与液晶显示器厂商的分级标准，供大家在挑选液晶时参考！

主流液晶面板的类型 2006-7-12

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就目前而言占据主流产品的面板类型有三大类分别是：VA、IPS和TN，它们都有各自所采用的

液晶材料和面板结构，优缺点也不尽相同!

VA型：VA型液晶面板在目前的显示器产品中应用较为广泛，16.7M色彩和大可视角度是它最

为明显的技术特点，目前VA型面板分为两种，一种为MVA型，另一种为PVA型。其中MVA是富

士通主导的一种面板类型，它的全称为(Multi-domain Vertical Alignment)，是一种多象限垂直配

向技术。它是利用突出物使液晶静止时并非传统的直立式，而是偏向某一个角度静止；当施加电压让

液晶分子改变成水平以让背光通过则更为快速，这样便可以大幅度缩短显示时间，也因为突出物改变

液晶分子配向，让视野角度更为宽广。在视角的增加上可达160度以上，反应时间缩短至20ms以

内。

而PVA型则是三星推出的一种面板类型，它在富士通MVA面板的基础上有了进一步的发展和

提高，是一种图像垂直调整技术，该技术直接改变液晶单元结构，让显示效能大幅提升可以获得优于

MVA的亮度输出和对比度。此外在这两种类型基础上又延出改进型S-PVA和P-MVA两种面板类

型，在技术发展上更趋向上，可视角度可达170度，响应时间被控制在20毫秒以内（采用

Overdrive加速达到8ms GTG），而对比度可轻易超过700:1的高水平，三星自产品牌的大部份产品

都为PVA液晶面板。

IPS型：它也是目前主要的一种液晶面板类型，由日本日立于2001年推出，液晶分子平面切换

的方式来改善视角，利用空间厚度、摩擦强度并有效利用横向电场驱动的改变让液晶分子做最大的平

面旋转角度来增加视角；在商品的制造上不须额外加补偿膜，显示视觉上对比也很高。在视角的提升

上可达到160度，响应时间缩短至40ms以内。所以IPS型液晶面板具有可视角度大、颜色细腻等

优点，看上去比较通透，不过响应时间较慢和对比度较难提高也是这类型面板一个比较明显的缺点。

IPS即第一代IPS技术，它已经实现了较好的可视角度。而S-IPS则为第二代IPS技术，它又引入了

一些新的技术，以改善IPS模式在某些特定角度的灰阶逆转现象。

其LG-飞利浦自主的面板制造商也是以IPS为技术特点推出的液晶面板。

TN型：这种类型的液晶面板应该算是应用于入门级和中端的面板产品，最为重要的有一点就是

价格实惠、低廉，成为众多厂商选用的产品。在技术上，与前两种类型的液晶面板相比在技术性能上

略为逊色，它不能表现出16.7M艳丽色彩，并且可视角度也受到了一定的限制。之所以TN型这种

面板产品仍然是众多厂商采用的主力还是因为由于他的输出灰接级数较少，液晶分子偏转速度快，致

使它的响应时间容易提高，据数据显示一些现在市场上一般在8ms响应时间以内的产品大多都采用

的是TN液晶面板。

特别值得一提的是，还有如SHARP采用的ASV技术型和NEC推出的ExtraView型的液晶面

板，他们所生产的液晶显示器都是自己厂商独有液晶面板，只是其它品牌所采用的相对较少。此外中

国台湾地区友达光电、奇美光电等大型的专业面板厂商都是以向其专业技术厂商购入其相对液晶面板

技术加以生产，在提供给显示器产商。

液晶的多种应用途径探讨 2006-7-31

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液晶光学器件

利用液晶的电光效应，如 宾主效应、TN模式、STN模式，就能使其具有快门或光开关的功

能，如切换光的透射，遮断、控制透射光的强度等。这种快门缺点是不能完全遮断入射光，而且一般

响应速度比较慢。提高快门速度的方法有双频率驱动法、电压调制法、三电极法以及铁电液晶高速开

关效应等。其应用的实例有焊接面罩、立体电视用快门、液晶打印机等。

液晶快门原理还可以用于改变光透射面积的光学光圈及可调节光透射量的调光器件等。例如，将

上下基板都印有同心半圆形的笔段电极适当组合，使电压作用在同心圆形内，就构成了一种光学光

圈。调光器件的典型例子是高分子微滴散射液晶显示(PDLC)，可作电控电子窗帘和屏风。此外还有

用作汽车司机夜间行驶防强光的液晶眼镜等。

如果构成液晶盒的两片导电玻璃不是平行，而是互相倾斜做成尖劈形状（或将导电玻璃弯成曲

面），控制入射光的偏颇振方向，液晶盒就可以当作有两个偏振角的棱镜使用。对它施加电压，可以

使对应的非寻常光的折射率连续变化到寻常光的折射率。通过电压控制盒内液晶分子的取向，改变折

射率，相应地也就调节了焦距。依据这样的原理可做成焦距可变的液晶透镜。已开发的有电压-透射

光强度特性透镜，可变焦的微型透镜。

利用液晶折射率各向异性和液晶接口全反射原理，以及偏振光分束器和TN液晶盒造成偏振面旋

转原理，可以制成光开关。而在向列型液晶盒内设置对称结构或非对称结构的电极，建立电场分布，

利用液晶分子重新取向所产生的折射率分布使光转向，则可以制作光束偏振器。但这种器件因液晶层

要增厚到一定程度，在透射特性、响应速度上都有一定的难度。

液晶光阀可作为制作全息图的空间调制器。它是借光寻址，可把液晶层形成的图像放大投影到屏

幕上的显示器件。除采用液晶光阀外，液晶的空间调制器还可以采用矩阵结构、电控双折射、或胆甾

相-向列相的相变效应来制作全息图。

此外，液晶的空间调制器还可以制成光逻辑进行逻辑或图像处理，也可制作成光内存，用于信息

的写入与擦除。

液晶传感器

液晶分子的排列容易受外部热、电场、磁场、压力等的影响，因此，一旦受到外部刺激，液晶的

光学等特性就随之变化。利用这种性质，可以制作各种液晶传感器。

常见的有温度传感器。当液晶的螺距与折射率的乘积在可见光范围内时，会呈现出特定的颜色，

而绝大多数的胆甾相液晶的螺距是随温度变化的。根据此原理就可经制作出温度传感器。传感器可以

用两片玻璃片夹液晶做成液晶盒，作为温度的探头，也可以用胆甾相液晶直接涂覆在被测表面上；还

可以用一定的液晶做成微胶囊，再添加胶粘剂做成油墨，然后将它涂覆或印刷在黑色不透明的基片

（薄膜）上。现在这类温度传感器，可用于电子零件，机械零件的无损探伤，人体表面体温分布的测

量，乳腺癌和皮下肿块的早期疹断等。

此外，还有电场传感器、电压传感器、超声波传感器、红外线传感器等。

LCD技术图文解说 2006-6-27

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在1970年，Fergason制造了第一台具有实用性的LCD。在此之前，LCD有许多缺点：它电能

消耗过大、使用寿命短，而且显示对比度低。直到1971年， LCD 才被公众接受并开始流行起来。

LCD 使用液晶屏幕显示图像，液晶屏幕以电压供应的改变而改变光线的折射来产生色彩的变化。液

晶屏幕由中间夹着液晶的两层玻璃或塑料面板构成，光线可以透过面板。 接通电流之后，液晶可以

改变方向以控制光线的通过，这样液晶就可以调节自己的色彩。LCD 显示屏一般都应用在便携计算

机或多媒体放映机上。大部分桌面计算机的纯平LCD显示器就是采用了LCD 技术。

早期的液晶屏表现不稳定，也不合适大批量的生产。直到一位英国科学家发现稳定的液晶材料'

联苯'之后，才使LCD 技术产生质的飞跃。LCD从而广泛出现在计算机、游戏装置和手表上。

目前的LCD显示器因为具有完全平面、主动距阵、超薄等特点而受到人们欢迎。LCD的历史已

经有30年了，由于过去的研究和发展较慢，LCD 显示器因为不能提供良好的图像质量而不受好评。

但到今天，LCD的需求日益增加并开始普及，它以美观的外观、纤细的造型、不占用空间和低能耗

而受到人们欢迎，现在已经有很大部分资金充裕的用户正在使用它。

当前还有很多消费者持观望态度，他们在等待LCD显示器的价格下降并希望LCD能在亮度、锐

利和对比方面提供更好的性能，他们只有在那时才能从传统的CRT过渡到LCD显示器。早期的LCD

技术响应速度慢、效率低、提供的对比度不高。而且早期的距阵技术是被动距阵，可以提供锐利的文

本显示，但显示运动物体后会留下残像。今天，大多数黑白显示笔记本、呼机和便携电话都采用了被

动距阵。因为LCD能比CRT提供更锐利的文本和更清晰的图像。

LCD有两种： DSTN (双层超扭曲向列) 和TFT (薄膜晶体管)，也就是大家知道的被动和主动显

示。 LCD有以下几层构成并按下面的顺序排列：极性过滤器、薄玻璃板、电极、配列层、液晶、配

列层、电极、薄玻璃板、极性滤器。

早期的笔记本计算机采用8英寸的被动黑白显示屏。但LCD显示器主流往主动距阵和大显示尺

寸方向发展。今天的LCD几乎都采用 TFT面板，TFT可以在大尺寸下提高亮度并保持锐利的显示效

果。

LCD工作原理

TFT LCD 的横截面很像是很多层三明治迭在一起。每面最外一层是透明的玻璃基体，玻璃基体

中间就是薄膜晶体管 。 颜色过滤器和液晶层可以给显示出红、蓝和绿三种最基本的颜色。通常，

LCD后面都有照明灯以显示画面。

一般只要电流不变动，液晶都在非结晶状态。这时液晶允许任何光线通过。液晶层受到电压变化

的影响后，液晶只允许一定数量的光线通过。光线的反射角度按照液晶控制。

当液晶的供应电压变动时，液晶就会产生变形，因而光线的折射角度就会不同，从而产生色彩的

变化。一个完整的TFT 显示屏由很多像素构成，每个像素象一个可以开关的晶体管。这样就可以控

制TFT 显示屏的分辨率。如果一台LCD的分辨率可以达到1024 x 768 像素 (SVGA)，它就有那么多

像素可以显示。

LCD技术详细介绍 2006-3-17

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关于液晶

物质有三种形态：固态、液态和气态。

1888年，澳大利亚植物学者莱尼茨尔（Reinitzer）研究胆甾醇在植物中的作用时，用胆甾基苯

进行试验，无意间发现了液晶，但液晶的实际应用直到二十世纪五十年代才开始。 顾名思义，液晶

是固液态之间的一种中间类状态。 液晶是一种有机化合物，在一定的温度范围内，它既具有液体的

流动性、粘度、形变等机械性质，又具有晶体的热（热效应）、光（光学各向异性）、电（电光效

应）、磁（磁光效应）等物理性质。 光线穿透液晶的路径由构成它的分子排列所决定。人们发现给液

晶充电会改变它的分子排列，继而造成光线的扭曲或折射。

液晶按照分子结构排列的不同，分为三种：晶体颗粒粘土状的称为近晶相（Smectic）液晶、类

似细火柴棒的称为向列相（Nematic）液晶、类似胆固醇状的称为胆甾相（Cholestic）液晶。这三

种液晶的物理特性都不尽相同，用于液晶显示器的是第二类的向列相（Nematic）液晶。

LCD的原理

只有先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并行线。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。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。

LCD的分类

可以将LCD分为被动技术和主动技术两种，代表性的产品分别是DSTN（double-layer

supertwist nematic双层超扭曲向列相液晶）和TFT（thin film transistor薄膜晶体管）。 DSTN一

直是被动式笔记本显示器的标准，HPA和CSTN则是被动技术的最新改进。HPA也被称为高性能寻

址或快速DSTN。HPA和CSTN皆比DSTN提供了更好的对比度和亮度。CSTN的反应时间现在已

下降到100ms，并提供140度视角。

DSTN是由超扭曲向列型显示器（STN）发展而来的，由于DSTN采用双扫描技术，因而显示

效果较STN有大幅度的提高。笔记本计算机刚出现时主要是使用STN。STN的反应时间较慢，一般

为300ms左右，用户能感觉到拖尾（余辉）。由于DSTN 分上下两屏同时扫描，所以在使用中有可

能在显示屏中央出现一条亮线。

主动矩阵显示屏通过薄膜晶体管直接寻址，这也是该技术名称的由来，即TFT（薄膜晶体管）。

TFT属于有源矩阵液晶显示器中的一种，反应时间大大提高，已达到25ms。其具有更高的对比度和

更丰富的色彩。相对DSTN而言，TFT的主要特点是每个像素都配置一个半导体开关器件，其加工

工艺类似于大规模集成电路。由于每个像素都可通过点脉冲直接控制，因而每个节点相对独立，并可

连续控制，这样不仅提高了反应时间，同时在灰度控制上可以非常精确，这就是TFT色彩较DSTN

更为逼真的原因。目前绝大部分笔记本计算机厂商的主流产品都是采用TFT显示屏。

LCD和CRT（传统显示器）的比较以及购买时的注意事项

LCD的工作原理我们介绍过了，那么再介绍一下CRT，然后我们好比较。CRT的工作原理是由

灯丝、阴极、控制栅组成电子枪，通电后灯丝发热，阴极被激发，发射出电子流，电子流受到带有高

电压的内部金属层的加速，经过透镜聚焦形成极细的电子束，打在荧光屏上，使荧光粉发光。电子束

在偏转线圈产生的磁场作用下，可以控制其射向荧光屏的指定位置，电子束打在荧光屏上后会形成一

个发光点，若干个发光点就可以组成图像。RGB三色荧光点被不同强度的电子束击中，就会产生各

种色彩，通过控制电子束的强弱和通断，则可以形成各种绚丽多彩的画面。一般荫罩式显像管的内部

有一层类似筛子的网罩，电子束通过网眼打在呈三角形排列的荧光点上，三把电子枪分别对应RGB

三色，所以叫做"三枪三束"显像管。荫栅式显像管(例如特丽珑与钻石珑)的原理也是一样，只不过此

类显像管的网罩是将许多光栅纵向固定在框里形成的。

接下来就是详细介绍它们的不同之处了:

分辨率

分辨率是一个非常重要的性能指针。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

会显示图像，其它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。

刷新率

对于CRT来讲，屏幕上的图形图像是由一个个因电子束击打而发光的荧光点组成，由于显像管

内荧光粉受到电子束击打后发光的时间很短，所以电子束必须不断击打荧光粉使其持续发光。电子枪

从屏幕的左上角的第一行（行的多少根据显示器当时的分辨率所决定，比如800X600分辨率下，电

子枪就要扫描600行）开始，从左至右逐行扫描，第一行扫描完后再从第二行的最左端开始至第二

行的最右端，一直到扫描完整个屏幕后再从屏幕的左上角开始，这时就完成了一次对屏幕的刷新，周

而复始。这样我们就能够理解，为什么显示器的分辨率越高，其所能达到的刷新率最大值就越低。一

般来讲，屏幕的刷新率要达到75HZ以上，人眼才不易感觉出屏幕的闪烁，CRT显示器的刷新率是

由其行频和当时的分辨率决定的，行频越高，同一分辨率下的刷新率就越高；而行频一定的情况下，

分辨率越高则它所能达到的刷新率越低。对于LCD来说则不存在刷新率的问题，它根本就不需要刷

新。因为LCD中每个像素都在持续不断地发光，直到不发光的电压改变并被送到控制器中，所以

LCD不会有"不断充放电"而引起的闪烁现象。

视角

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，部分新型产品

的可视角度已经能够达到160左右，跟CRT的180度已经非常接近。也有一些LCD虽然标称视角

为160度，但实际上却达不到这个标准。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，所以不用担心被同事看见

小笨熊的爱称。当然如果厂商将产品中加上增加视角的技术的话情况会好一点。下面介绍一下。

TN+Film（TN+视角扩大膜）技术

从结构上来讲，液晶显示器使用了"液晶"作为显示材料。液晶是一种介于固态和液态之间的物

质，在一定的温度下会呈现出透明的液体状态，而冷却以后又会变成带结晶颗粒的混浊固体状态。液

晶按照分子结构排列的不同分为三种：类似粘土状的Smectic液晶、类似细火柴棒的Nematic液

晶、类似胆固醇状的Cholestic液晶，。这三种液晶的物理特性都不尽相同，通常用于液晶显示器的

是第二类的Nematic液晶，采用此类液晶制造的液晶显示器也就称为LCD（Liquid Crystal

Display）。 普通液晶屏上层的液晶分子的排列是横向的，下层的液晶分子排列是纵向的，而位于上

下层之间的液晶分子接近上层的就呈横向排列，接近下层的则呈纵向排列。整体看起来，液晶分子的

排列方式就像是一个螺旋形的旋转排列，但是基于TN+视角扩大膜技术的液晶显示器的液晶分子是

垂直于显示屏排列的，这样在上层的表面加一层特殊的薄膜即可增加可视的角度。 从技术上来讲，

该技术是基于较成熟的标准TFT-Twisted Nematic（扭转向列式）液晶技术发展起来的。只要在基

板的上表面加上一层特殊的薄膜（转向膜）就可以将水平视角从90度增加到140度。该技术的优点

不言而喻，那就是相对的廉价和发展较为成熟的技术，成品率高。但是该技术的缺点也同样明显，就

是对对比度较低和响应速度较慢的固有缺点仍没有质的改变。

IPS （板内切换 or Super-TFT）技术

IPS或"板内切换"技术最先是由Hitachi（日立）开发的，现在NEC及Nokia（诺基亚）也采用

这项技术生产TFT。

原理：

IPS与TN+Film（扭转向列液晶+视角扩大膜组合）技术的最大不同点在于液晶分子的方向是平

行于基板而不是垂直于基板。这一点是通过施加电压来实现的。

使用IPS或Super TFT技术可以使视角扩大到170度，基本上可以达到CRT监视器一样的视

角。但是这项技术也有缺点，因为液晶分子的排列方向，使得电极必须做成梳子状，安放在下层玻璃

基板上，而不能像TN模式一样（成型的TN液晶显示屏通常包括玻璃基板、ITO膜、配向膜、偏光

板等制成的夹板，共有两层，称为上下夹层，每个夹层都包含电极和配向膜上形成的沟槽，上下夹层

中的是液晶分子），安置在两层玻璃基板上。这样做会降低对比度，因此必须加大背光源来达到要求

的的亮度。同TN+Film（TN+视角扩大膜）技术相同 IPS模式下的对比度及响应时间与传统的TFT-

TN 相比也并无多大改善。

3 MVA（Multi-Domain Vertical Alignment，多区域垂直排列）技术

MVA技术是由富士通公司开发的。从技术的上来看，MVA目前来看应该是液晶显示器广视角及

短响应时间最好的解决方案。MVA技术使可视角度可达到160度，响应时间可达到20ms。在

MVA技术中，M代表 "multi-domain"，是指单个色彩单元里面用凸出的物体来形成多区域。 VA

代表"Vertical Alignment"（垂直排列），由于凸出物的关系，液晶分子在静态时并不完全是的垂直

排列的。当施加电压产生电场之后，液晶分子变成水平排列，这样背光源发出的光就能通过各个层。

MVA技术能够提供比TN+视角扩大膜技术及IPS技术更短的响应时间，这对视频和游戏的表现来说

很重要。对比度方面也有提高，但是会随视角的变化而变化。

TN+Film（TN+视角扩大膜）技术

成本低廉，成品率高，可视角度140度，对比度和响应时间无太大提高。 IPS（内切换 or

Super-TFT）技术：可视角度170度，对比度和响应时间无太大提高。MVA（Multi-Domain

Vertical Alignment，多区域垂直排列）技术可视角度160度，对比度和响应时间有较大的提高，适

合对视频和游戏的回放。

可视面积

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村就基本上够了.

亮度与对比度

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），对比率高达

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100:1～300:1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。

反应速度

测量反应速度的时间单位元是毫秒（ms），指的是象素由亮转暗并由暗转两所需的时间。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等全屏高速动态影像时，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。

色彩

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1677万色的图像。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。

显示效果

先说CRT，目前绝大部分家用级CRT都不同程度地存在着聚焦、汇聚、呼吸效应等方面的问

题，这与厂家的技术工艺是分不开的。如果生产厂家设计的相关控制电路不够先进，就很容易出现前

面所说的那些问题。这也是为什么同样都是特丽珑显像管，SONY原厂生产的显示器和其它一些厂家

所生产的显示器表现截然不同的原因。而LCD则完全没有聚焦等问题，因为它根本就不需要聚焦。

不过在线形与非线形失真等问题，LCD也有可能会出现，只不过CRT更容易出现罢了。

辐射

因为CRT显示器的光线会通过阴极管发出，同时也发出了辐射，所以对人体是很不利，但是后

来TCO9X的要求是CRT在这方面得到了极大的改善。但是LCD由于其工作原理的缘故，工作时更

本不会发出一点辐射，比之CRT强了很多。所以在下认为一般家庭还是使用CRT比较合适，多媒体

效果会更好而且价格相对来说较便宜，LCD液晶显示器更适合在商业上用途上，股票交易、媒体编

辑更适合使用LCD。

液晶的几种模式的工作原理 2006-5-12

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1、液晶材料是液晶显示器件的主体。无论哪一种液晶显示器都是以下述原理为基础进行工作

的，即通过电场或热等外场的作用，使液晶分子从特定的初始排列状态转变为其它排列状态，随着液

晶分子排列方式的改变，其表现出来的光学特性（双折射特性）发生相应改变，最终变换为明暗视觉

变化。

2、现在普通的TFT有源矩阵液晶显示器采用的工作方式都是TN(Twisted Nematic)模式的常白

方式（Normally White）。TN模式的最重要特点是液晶盒的设置满足摩根条件（其具体表述为：液

晶分子的扭曲螺距和其折射率各向异性的乘积远大于入射光波长的一半，即Δnd »λ/2），这样光在通

过该液晶层时，其偏振面发生的旋转就与波长无关，（或者说当满足摩根条件时，不同波长的入射光

经过液晶层后各自偏振面产生的旋转角度是一样的）；液晶盒中充满Np（正性向列相）液晶，液晶

分子沿面排列，且分子长轴在上下玻璃基片之间连续扭曲90º，上下偏振片正交设置。

TN盒子的工作原理如下图1.1所示：在断开态，由于满足摩根条件，而且起偏器的偏振化方向

与下基板表面处液晶分子指向矢平行，所以经起偏器获得的入射线偏光射入液晶层后会随着液晶分子

的逐步扭曲同步旋转（这就是所谓的：旋光效应），当到达上基板时其偏振面旋转达到90º，此时其

偏振方向变成与检偏器的偏振化方向平行，这样该线偏光就可以穿过检偏器而展现亮态显示（由于无

电场时为白画面，所以称之为“常白方式”）。当我们给液晶盒施加一个大于阈值Vth的电压时，Np

型向列液晶分子的扭曲结构就会被破坏，变成沿电场方向倾斜排列；当外加电压达到2Vth时，除上

下基板表面处分子外其它所有液晶分子都变成沿电场方向再排列，这时TN盒的90º旋光性能消失，

正交偏振片之间的液晶盒失去透光作用，从而得到暗态显示。

3、当前还有STN模式，它利用的是液晶分子的双折射特性进行工作的（而上面的TN模式利用

的是特殊设置的液晶分子层的旋光特性进行工作的）。这种模式由于工艺复杂，彩色化显示不太理想

（存在干涉色，亦即色彩还原能力不好），所以只用于低端显示，比如手机、PDA等。

STN模式的液晶盒跟TN模式的不同只在于以下几点：（1）起偏器偏振化方向和下基板处液晶

分子长轴（即光轴方向）不是相互平行而是成30º角。这样经起偏器获得的线偏光在射入液晶层时就

会发生双折射现象（2）上下基板处液晶分子长轴方向连续扭曲270º，而TN盒中是90º。

STN模式的工作原理如下：不加电时，液晶分子扭曲排列（上下基板处液晶分子长轴方向连续

扭曲270º），由于下基板处液晶分子和起偏器偏振化方向不是相互平行而是成30º角，这样经起偏器

获得的线偏光在射入液晶层时就会发生双折射现象，折射光的两个电向量分量在上极板处重新合成，

变成椭圆偏振光，最终有一部分光从检偏器射出。加电时，液晶分子的扭曲结构被解体，变成垂面排

列状态，正交设置的偏振片能阻断光的投射，得到暗态显示。

4、上面两种模式下，外加电压越大时，液晶分子的倾斜角度越大（越接近垂面排列状态），对应

的透射光的强度越大；外加电压越小，液晶分子倾角越小（越接近沿面排列状态），对应的透射光强

度越小。也就是说，通过控制外加电压的大小，就可以实现想要的灰阶显示。

5、彩色显示机理：

当前液晶显示器件的彩色显示是利用彩色滤色膜来实现的。彩色滤色膜制作过程如下图2.7所

示：

组合成的液晶盒结构可参见下图（这是我的毕业设计中MVA模式液晶盒结构图，TN模式液晶

盒只是没有上下小凸起而已，其它的基本一样），也就是说，彩色滤色膜的R、G、B三基色按一定图

案排列，并与TFT基板上的TFT子象素一一对应（注意：一个象素由三个子象素组成）。背光源发出

的白光，经滤色膜后变成相应的R、G、B色光。通过TFT数组可以调节加在各个子象素上的电压

值，从而改变各色光的透射强度。不同强度的RGB色光混合在一起，就实现了彩色显示。

6、还有其它的模式，比如MVA模式、IPS模式等，都是为了改善视角特性和提高响应速度而

新开发的液晶工作模式，是对TN模式的改进而已。

7、上下偏振片（亦即起偏器和检偏器）的设置情况决定着加电和不加电状态下液晶盒的亮暗状

态：当上下偏振片正交设置（亦即起偏器和检偏器偏振化方向相互垂直）时，在不加电状态下TN、

STN模式呈亮态（所以称之为常白方式）；加电状态下为暗态显示。而当上下偏振片平行设置（亦即

起偏器和检偏器偏振化方向相互平行）时，在不加电状态下TN、STN模式呈暗态（所以称之为常黑

方式），加电时反而呈亮态。

TFT-LCD液晶显示器的工作原理 2004-8-19

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本文作者：谢崇凯 图片制作：FPDisplay

我一直记得, 当初刚开始从事有关液晶显示器相关的工作时, 常常遇到的困扰, 就是不知道怎么跟

人家解释, 液晶显示器是什么? 只好随着不同的应用环境, 来解释给人家听. 在最早的时候是告诉人家,

就是掌上型电动玩具上所用的显示屏, 随着笔记型计算机开始普及, 就可以告诉人家说, 就是使用在笔

记型计算机上的显示器. 随着手机的流行, 又可以告诉人家说, 是使用在手机上的显示板. 时至今日, 液

晶显示器, 对于一般普罗大众, 已经不再是生涩的名词. 而它更是继半导体后 另一种可以再创造大量营

业额的新兴科技产品, 更由于其轻薄的特性, 因此它的应用范围比起原先使用阴极射线管(CRT,

cathode-ray tube)所作成的显示器更多更广.

如同我前面所提到的, 液晶显示器泛指一大堆利用液晶所制作出来的显示器. 而今日对液晶显示器

这个名称, 大多是指使用于笔记型计算机, 或是桌上型计算机应用方面的显示器. 也就是薄膜晶体管液

晶显示器. 其英文名称为Thin-film transistor liquid crystal display, 简称之TFT LCD. 从它的英文名

称中我们可以知道, 这一种显示器它的构成主要有两个特征, 一个是薄膜晶体管, 另一个就是液晶本身.

我们先谈谈液晶本身.

液晶(LC, liquid crystal)的分类

我们一般都认为物质像水一样都有三态, 分别是固态液态跟气态. 其实物质的三态是针对水而言,

对于不同的物质, 可能有其它不同的状态存在. 以我们要谈到的液晶态而言, 它是介于固体跟液体之间

的一种状态, 其实这种状态仅是材料的一种相变化的过程(请见图1), 只要材料具有上述的过程, 即在

固态及液态间有此一状态存在, 物理学家便称之为液态晶体.

这种液态晶体的首次发现, 距今已经度过一百多个年头了. 在公元1888年, 被奥地利的植物学家

Friedrich Reinitzer所发现, 其在观察从植物中分离精制出的安息香酸胆固醇(cholesteryl benzoate)

的融解行为时发现, 此化合物加热至145.5度℃时, 固体会熔化,呈现一种介于固相和液相间之半熔融

流动白浊状液体. 这种状况会一直维持温度升高到178.5度℃, 才形成清澈的等方性液态(isotropic

liquid). 来年, 在1889年, 研究相转移及热力学平衡的德国物理学家n, 对此化合物作更详

细的分析. 他在偏光显微镜下发现, 此黏稠之半流动性白浊液体化合物,具有异方性结晶所特有的双折

射率(birefringence)之光学性质, 即光学异相性(optical anisotropic). 故将这种似晶体的液体命名为

液晶. 此后, 科学家将此一新发现的性质, 称为物质的第四态-液晶(liquid crystal). 它在某一特定温度

的范围内, 会具有同时液体及固体的特性.

一般以水而言, 固体中的晶格因为加热, 开始吸热而破坏晶格, 当温度超过熔点时便会溶解变成液

体. 而热致型液晶则不一样(请见图2), 当其固态受热后, 并不会直接变成液态, 会先溶解形成液晶态.

当您持续加热时, 才会再溶解成液态(等方性液态). 这就是所谓二次溶解的现象. 而液晶态顾名思义, 它

会有固态的晶格, 及液态的流动性. 当液态晶体刚发现时, 因为种类很多, 所以不同研究领域的人对液

晶会有不同的分类方法. 在1922年由G. Friedel利用偏光显微镜所观察到的结果, 将液晶大致分为

Nematic Smectic及Cholesteric三类. 但是如果是依分子排列的有序性来分(请见图3), 则可以分成

以下四类:

1.层状液晶(Sematic) :

其结构是由液晶棒状分子聚集一起, 形成一层一层的结构. 其每一层的分子的长轴方向相互平行.

且此长轴的方向对于每一层平面是垂直或有一倾斜角. 由于其结构非常近似于晶体, 所以又称做近晶相.

其秩序参数S(order parameter)趋近于1. 在层状型液晶层与层间的键结会因为温度而断裂 ,所以层

与层间较易滑动. 但是每一层内的分子键结较强, 所以不易被打断. 因此就单层来看, 其排列不仅有序

且黏性较大. 如果我们利用巨观的现象来描述液晶的物理特性的话, 我们可以把一群区域性液晶分子的

平均指向定为指向矢(director), 这就是这一群区域性的液晶分子平均方向. 而以层状液晶来说, 由于其

液晶分子会形成层状的结构, 因此又可就其指向矢的不同再分类出不同的层状液晶. 当其液晶分子的长

轴都是垂直站立的话, 就称之为"Sematic A phase". 如果液晶分子的长轴站立方向有某种的倾斜(tilt)

角度,就称之为"Sematic C phase". 以A,C等字母来命名, 这是依照发现的先后顺序来称呼, 依此类推,

应该会存在有一个"Sematic B phase"才是. 不过后来发觉B phase其实是C phase的一种变形而已,

原因是C phase如果带chiral的结构就是B phase. 也就是说Chiral sematic C phase就是

Sematic B phase(请见图4). 而其结构中的一层一层液晶分子, 除了每一层的液晶分子都具有倾斜角

度之外, 一层一层之间的倾斜角度还会形成像螺旋的结构.

2.线状液晶(Nematic) :

Nematic这个字是希腊字, 代表的意思与英文的thread是一样的. 主要是因为用肉眼观察这种

液晶时, 看起来会有像丝线一般的图样. 这种液晶分子在空间上具有一维的规则性排列, 所有棒状液晶

分子长轴会选择某一特定方向(也就是指向矢)作为主轴并相互平行排列. 而且不像层状液晶一样具有

分层结构. 与层列型液晶比较其排列比较无秩序, 也就是其秩序参数S较层状型液晶较小. 另外其黏度

较小, 所以较易流动(它的流动性主要来自对于分子长轴方向较易自由运动)。线状液晶就是现在的

TFT液晶显示器常用的TN(Twisted nematic)型液晶.

3.胆固醇液晶(cholesteric) :

这个名字的来源,是因为它们大部份是由胆固醇的衍生物所生成的. 但有些没有胆固醇结构的液晶

也会具有此液晶相. 这种液晶如图5所示, 如果把它的一层一层分开来看, 会很像线状液晶. 但是在Z

轴方向来看, 会发现它的指向矢会随着一层一层的不同而像螺旋状一样分布, 而当其指向矢旋转360

度所需的分子层厚度就称为pitch. 正因为它每一层跟线状液晶很像,所以也叫做Chiral nematic

phase. 以胆固醇液晶而言, 与指向矢的垂直方向分布的液晶分子, 由于其指向矢的不同, 就会有不同的

光学或是电学的差异, 也因此造就了不同的特性.

4.碟状液晶(disk) :

也称为柱状液晶, 以一个个的液晶来说, 它是长的像碟状(disk), 但是其排列就像是柱状(discoid).

如果我们是依分子量的高低来分的话则可以分成高分子液晶(polymer liquid crystal, 聚合许多

液晶分子而成)与低分子液晶两种. 就此种分类来说 TFT液晶显示器是属于低分子液晶的应用. 倘若就

液晶态的形成原因, 则可以分成因为温度形成液晶态的热致型液晶(thermotropic),与因为浓度而形成

液晶态的溶致型液晶(lyotropic). 以之前所提过的分类来说, 层状液晶与线状液晶一般多为热致型的液

晶, 是随着温度变化而形成液晶态. 而对于溶致型的液晶, 需要考虑分子溶于溶剂中的情形. 当浓度很

低时, 分子便杂乱的分布于溶剂中而形成等方性的溶液, 不过当浓度升高大于某一临界浓度时, 由于分

子已没有足够的空间来形成杂乱的分布, 部份分子开始聚集形成较规则的排列, 以减少空间的阻碍. 因

此形成异方性(anisotropic)之溶液. 所以溶致型液晶的产生就是液晶分子在适当溶剂中 达到某一临界

浓度时,便会形成液晶态. 溶致型的液晶有一个最好的例子,就是肥皂. 当肥皂泡在水中并不会立刻便成

液态, 而其在水中泡久了之后, 所形成的乳白状物质, 就是它的液晶态.

液晶的光电特性

由于液晶分子的结构为异方性 (Anisotropic)，所以所引起的光电效应就会因为方向不同而有所

差异，简单的说也就是液晶分子在介电系数及折射系数等等光电特性都具有异方性，因而我们可以利

用这些性质来改变入射光的强度, 以便形成灰阶, 来应用于显示器组件上. 以下我们要讨论的, 是液晶

属于光学跟电学相关的特性, 大约有以下几项:

1.介电系数ε(dielectric permittivity) :

我们可以将介电系数分开成两个方向的分量, 分别是ε// (与指向矢平行的分量)与ε⊥(与指向矢垂

直的分量). 当ε// >ε⊥ 便称之为介电系数异方性为正型的液晶, 可以用在平行配位. 而ε// <ε⊥ 则称

之为介电系数异方性为负型的液晶, 只可用在垂直配位元才能有所需要的光电效应. 当有外加电场时，

液晶分子会因介电系数异方性为正或是负值，来决定液晶分子的转向是平行或是垂直于电场, 来决定

光的穿透与否。现在TFT LCD上常用的TN型液晶大多是属于介电系数正型的液晶. 当介电系数异方

性Δε(=ε//-ε⊥)越大的时候, 则液晶的临界电压(threshold voltage)就会越小. 这样一来液晶便可以在

较低的电压操作.

2.折射系数(refractive index) :

由于液晶分子大多由棒状或是碟状分子所形成，因此跟分子长轴平行或垂直方向上的物理特性

会有一些差异，所以液晶分子也被称做是异方性晶体。与介电系数一样, 折射系数也依照跟指向矢垂

直与平行的方向, 分成两个方向的向量. 分别为n // 与n⊥.

此外对单光轴(uniaxial)的晶体来说, 原本就有两个不同折射系数的定义. 一个为no ,它是指对于

ordinary ray的折射系数, 所以才简写成no .而ordinary ray是指其光波的电场分量是垂直于光轴的

称之. 另一个则是ne ,它是指对于extraordinary ray的折射系数, 而extraordinary ray是指其光波

的电场分量是平行于光轴的. 同时也定义了双折射率(birefrigence)Δn = ne-no为上述的两个折射率

的差值.

依照上面所述, 对层状液晶、线状液晶及胆固醇液晶而言，由于其液晶分子的长的像棒状, 所以其

指向矢的方向与分子长轴平行. 再参照单光轴晶体的折射系数定义, 它会有两个折射率，分别为垂直于

液晶长轴方向n⊥(=ne)及平行液晶长轴方向n //(= no)两种，所以当光入射液晶时，便会受到两个

折射率的影响，造成在垂直液晶长轴与平行液晶长轴方向上的光速会有所不同。

若光的行进方向与分子长轴平行时的速度, 小于垂直于分子长轴方向的速度时，这意味着平行分

子长轴方向的折射率大于垂直方向的折射率(因为折射率与光速成反比)，也就是ne-no > 0 .所以双

折射率Δn > 0 ,我们把它称做是光学正型的液晶, 而层状液晶与线状液晶几乎都是属于光学正型的液

晶. 倘使光的行进方向平行于长轴时的速度较快的话，代表平行长轴方向的折射率小于垂直方向的折

射率,所以双折射率Δn < 0.我们称它做是光学负型的液晶. 而胆固醇液晶多为光学负型的液晶.

3.其它特性 :

对于液晶的光电特性来说, 除了上述的两个重要特性之外, 还有许多不同的特性. 比如说像弹性常

数(elastic constant :κ11 , κ22 , κ33 ), 它包含了三个主要的常数, 分别是, κ11 指的是斜展(splay)的

弹性常数, κ22 指的是扭曲(twist)的弹性常数, κ33 指的是弯曲(bend)的弹性常数. 另外像黏性系数

(viscosity coefficients ,η ), 则会影响液晶分子的转动速度与反应时间(response time), 其值越小越

好. 但是此特性受温度的影响最大. 另外还有磁化率(magnetic susceptibility), 也因为液晶的异方性

关系, 分成c // 与c⊥ .而磁化率异方性则定义成Δc = c // -c⊥ . 此外还有电导系数(conductivity)等

等光电特性.

液晶特性中 最重要的就是液晶的介电系数与折射系数. 介电系数是液晶受电场的影响决定液晶分

子转向的特性, 而折射系数则是光线穿透液晶时影响光线行进路线的重要参数. 而液晶显示器就是利用

液晶本身的这些特性, 适当的利用电压, 来控制液晶分子的转动, 进而影响光线的行进方向, 来形成不

同的灰阶, 作为显示影像的工具. 当然啦, 单靠液晶本身是无法当作显示器的, 还需要其它的材料来帮

忙, 以下我们要来介绍有关液晶显示器的各项材料组成与其操作原理.

偏光板(polarizer)

我记得在高中时的物理课, 当教到跟光有关的物理特性时, 做了好多的物理实验, 目的是为了要证

明光也是一种波动. 而光波的行进方向, 是与电场及磁场互相垂直的. 同时光波本身的电场与磁场分量,

彼此也是互相垂直的. 也就是说行进方向与电场及磁场分量, 彼此是两两互相平行的.(请见图7) 而偏

光板的作用就像是栅栏一般, 会阻隔掉与栅栏垂直的分量, 只准许与栅栏平行的分量通过. 所以如果我

们拿起一片偏光板对着光源看, 会感觉像是戴了太阳眼镜一般, 光线变得较暗. 但是如果把两片偏光板

迭在一起, 那就不一样了. 当您旋转两片的偏光板的相对角度, 会发现随着相对角度的不同, 光线的亮

度会越来越暗. 当两片偏光板的栅栏角度互相垂直时, 光线就完全无法通过了.(请见图8) 而液晶显示

器就是利用这个特性来完成的. 利用上下两片栅栏互相垂直的偏光板之间, 充满液晶, 再利用电场控制

液晶转动, 来改变光的行进方向, 如此一来, 不同的电场大小, 就会形成不同灰阶亮度了.(请见图9)

上下两层玻璃与配向膜(alignment film)

这上下两层玻璃主要是来夹住液晶用的. 在下面的那层玻璃长有薄膜晶体管(Thin film transistor,

TFT), 而上面的那层玻璃则贴有彩色滤光片(Color filter). 如果您注意到的话(请见图3), 这两片玻璃在

接触液晶的那一面, 并不是光滑的, 而是有锯齿状的沟槽. 这个沟槽的主要目的是希望长棒状的液晶分

子, 会沿着沟槽排列. 如此一来, 液晶分子的排列才会整齐. 因为如果是光滑的平面, 液晶分子的排列便

会不整齐, 造成光线的散射, 形成漏光的现象. 其实这只是理论的说明, 告诉我们需要把玻璃与液晶的

接触面, 做好处理, 以便让液晶的排列有一定的顺序. 但在实际的制造过程中, 并无法将玻璃作成有如

此的槽状的分布, 一般会在玻璃的表面上涂布一层PI(polyimide), 然后再用布去做磨擦(rubbing)的

动作, 好让PI的表面分子不再是杂散分布, 会依照固定而均一的方向排列. 而这一层PI就叫做配向膜,

它的功用就像图3中玻璃的凹槽一样, 提供液晶分子呈均匀排列的接口条件, 让液晶依照预定的顺序

排列.

TN(Twisted Nematic) LCD

从图10中我们可以知道, 当上下两块玻璃之间没有施加电压时, 液晶的排列会依照上下两块玻璃

的配向膜而定. 对于TN型的液晶来说, 上下的配向膜的角度差恰为90度.(请见图9) 所以液晶分子的

排列由上而下会自动旋转90度, 当入射的光线经过上面的偏光板时, 会只剩下单方向极化的光波. 通

过液晶分子时, 由于液晶分子总共旋转了90度, 所以当光波到达下层偏光板时, 光波的极化方向恰好

转了90度. 而下层的偏光板与上层偏光板, 角度也是恰好差异90度.(请见图9) 所以光线便可以顺利

的通过, 但是如果我们对上下两块玻璃之间施加电压时, 由于TN型液晶多为介电系数异方性为正型的

液晶(ε// >ε⊥ ,代表着平行方向的介电系数比垂直方向的介电系数大, 因此当液晶分子受电场影响时,

其排列方向会倾向平行于电场方向.), 所以我们从图10中便可以看到, 液晶分子的排列都变成站立着

的. 此时通过上层偏光板的单方向的极化光波, 经过液晶分子时便不会改变极化方向, 因此就无法通过

下层偏光板.

Normally white及normally black

所谓的NW(Normally white),是指当我们对液晶面板不施加电压时, 我们所看到的面板是透光

的画面, 也就是亮的画面, 所以才叫做normally white. 而反过来, 当我们对液晶面板不施加电压时, 如

果面板无法透光, 看起来是黑色的话, 就称之为NB(Normally black). 我们刚才所提到的图9及图10

都是属于NW的配置, 另外从图11我们可以知道, 对TN型的LCD而言, 位于上下玻璃的配向膜都是

互相垂直的, 而NB与NW的差别就只在于偏光板的相对位置不同而已. 对NB来说, 其上下偏光板的

极性是互相平行的. 所以当NB不施加电压时, 光线会因为液晶将之旋转90度的极性而无法透光. 为

什么会有NW与NB这两种不同的偏光板配置呢? 主要是为了不同的应用环境. 一般应用于桌上型计

算机或是笔记型计算机, 大多为NW的配置. 那是因为, 如果你注意到一般计算机软件的使用环境, 你

会发现整个屏幕大多是亮点, 也就是说计算机软件多为白底黑字的应用. 既然亮着的点占大多数, 使用

NW当然比较方便. 也因为NW的亮点不需要加电压, 平均起来也会比较省电. 反过来说 NB的应用环

境就大多是属于显示屏为黑底的应用了.

STN(Super Twisted Nematic)型LCD

STN LCD与TN型LCD在结构上是很相似的, 其主要的差别在于 TN型的LCD,其液晶分子的排

列, 由上到下旋转的角度总共为90度. 而STN型LCD的液晶分子排列, 其旋转的角度会大于180度,

一般为270度.(请见图12) 正因为其旋转的角度不一样, 其特性也就跟着不一样. 我们从图13中TN

型与STN型LCD的电压对穿透率曲线可以知道, 当电压比较低时, 光线的穿透率很高. 电压很高时, 光

线的穿透率很低. 所以它们是属于Normal White的偏光板配置. 而电压在中间位置的时候, TN型

LCD的变化曲线比较平缓, 而STN型LCD的变化曲线则较为陡峭. 因此在TN型的LCD中, 当穿透率

由90%变化到10%时, 相对应的电压差就比STN型的LCD来的较大. 我们前面曾提到, 在液晶显示

器中, 是利用电压来控制灰阶的变化. 而在此TN与STN的不同特性, 便造成TN型的LCD,先天上它

的灰阶变化就比STN型的LCD来的多. 所以一般TN型的LCD多为6~8 bits的变化, 也就是

64~256个灰阶的变化. 而STN型的LCD最多为4 bits的变化 也就只有16阶的灰阶变化. 除此之外

STN与TN型的LCD还有一个不一样的地方就是反应时间(response time) 一般STN型的LCD其

反应时间多在100ms以上 而TN型的LCD其反应时间多为30~50ms 当所显示的影像变动快速时

对STN型的LCD而言 就容易会有残影的现象发生

TFT LCD(Thin film transistor liquid crystal display)

TFT LCD的中文翻译名称就叫做薄膜晶体管液晶显示器, 我们从一开始就提到液晶显示器需要电

压控制来产生灰阶. 而利用薄膜晶体管来产生电压,以控制液晶转向的显示器, 就叫做TFT LCD. 从图8

的切面结构图来看, 在上下两层玻璃间, 夹着液晶, 便会形成平行板电容器, 我们称之为CLC(capacitor

of liquid crystal). 它的大小约为0.1pF, 但是实际应用上, 这个电容并无法将电压保持到下一次再更新

画面数据的时候. 也就是说当TFT对这个电容充好电时, 它并无法将电压保持住, 直到下一次TFT再对

此点充电的时候.(以一般60Hz的画面更新频率, 需要保持约16ms的时间.) 这样一来, 电压有了变化,

所显示的灰阶就会不正确. 因此一般在面板的设计上, 会再加一个储存电容CS(storage capacitor 大

约为0.5pF), 以便让充好电的电压能保持到下一次更新画面的时候. 不过正确的来说, 长在玻璃上的

TFT本身,只是一个使用晶体管制作的开关. 它主要的工作是决定LCD source driver上的电压是不是

要充到这个点来. 至于这个点要充到多高的电压, 以便显示出怎样的灰阶. 都是由外面的LCD source

driver来决定的.

彩色滤光片(color filter, CF)

如果你有机会, 拿着放大镜, 靠近液晶显示器的话. 你会发现如图9中所显示的样子. 我们知道红

色, 蓝色以及绿色, 是所谓的三原色. 也就是说利用这三种颜色, 便可以混合出各种不同的颜色. 很多平

面显示器就是利用这个原理来显示出色彩. 我们把RGB三种颜色, 分成独立的三个点, 各自拥有不同

的灰阶变化, 然后把邻近的三个RGB显示的点, 当作一个显示的基本单位, 也就是pixel. 那这一个

pixel,就可以拥有不同的色彩变化了. 然后对于一个需要分辨率为1024*768的显示画面, 我们只要让

这个平面显示器的组成有1024*768个pixel, 便可以正确的显示这一个画面. 在图9中,每一个RGB

的点之间的黑色部分, 就叫做Black matrix. 我们回过头来看图8就可以发现, black matrix主要是用

来遮住不打算透光的部分. 比如像是一些ITO的走线, 或是Cr/Al的走线, 或者是TFT的部分. 这也就

是为什么我们在图9中, 每一个RGB的亮点看起来, 并不是矩形, 在其左上角也有一块被black

matrix遮住的部分, 这一块黑色缺角的部份就是TFT的所在位置.

图10是常见的彩色滤光片的排列方式. 条状排列(stripe)最常使用于OA的产品, 也就是我们常

见的笔记型计算机,或是桌上型计算机等等. 为什么这种应用要用条状排列的方式呢? 原因是现在的软

件, 多半都是窗口化的接口. 也就是说, 我们所看到的屏幕内容,就是一大堆大小不等的方框所组成的.

而条状排列,恰好可以使这些方框边缘, 看起来更笔直, 而不会有一条直线, 看起来会有毛边或是锯齿状

的感觉. 但是如果是应用在AV产品上, 就不一样了. 因为电视信号多半是人物, 人物的线条不是笔直的,

其轮廓大部分是不规则的曲线. 因此一开始, 使用于AV产品都是使用马赛克排列(mosaic,或是称为对

角形排列). 不过最近的AV产品, 多已改进到使用三角形排列(triangle,或是称为delta排列). 除了上

述的排列方式之外, 还有一种排列, 叫做正方形排列. 它跟前面几个不一样的地方在于, 它并不是以三

个点来当作一个pixel,而是以四个点来当作一个pixel. 而四个点组合起来刚好形成一个正方形.

背光板(back light, BL)

在一般的CRT屏幕, 是利用高速的电子枪发射出电子, 打击在银光幕上的荧光粉, 藉以产生亮光,

来显示出画面. 然而液晶显示器本身, 仅能控制光线通过的亮度, 本身并无发光的功能. 因此,液晶显示

器就必须加上一个背光板, 来提供一个高亮度,而且亮度分布均匀的光源. 我们在图14中可以看到, 组

成背光板的主要零件有灯管(冷阴极管), 反射板, 导光板, prism sheet, 扩散板等等. 灯管是主要的发光

零件, 藉由导光板, 将光线分布到各处. 而反射板则将光线限制住都只往TFT LCD的方向前进. 最后藉

由prism sheet及扩散板的帮忙, 将光线均匀的分布到各个区域去, 提供给TFT LCD一个明亮的光源.

而TFT LCD则藉由电压控制液晶的转动, 控制通过光线的亮度, 藉以形成不同的灰阶.

框胶(Sealant)及spacer

在图14中另外还有框胶与spacer两种结构成分. 其中框胶的用途,就是要让液晶面板中的上下两

层玻璃, 能够紧密黏住, 并且提供面板中的液晶分子与外界的阻隔,所以框胶正如其名,是围绕于面板四

周, 将液晶分子框限于面板之内. 而spacer主要是提供上下两层玻璃的支撑, 它必须均匀的分布在玻

璃基板上, 不然一但分布不均造成部分spacer聚集在一起, 反而会阻碍光线通过, 也无法维持上下两

片玻璃的适当间隙(gap), 会成电场分布不均的现象, 进而影响液晶的灰阶表现.

开口率(Aperture ratio)

液晶显示器中有一个很重要的规格就是亮度, 而决定亮度最重要的因素就是开口率. 开口率是什么

呢? 简单的来说就是光线能透过的有效区域比例. 我们来看看图17, 图17的左边是一个液晶显示器从

正上方或是正下方看过去的结构图. 当光线经由背光板发射出来时, 并不是所有的光线都能穿过面板,

像是给LCD source驱动芯片及gate驱动芯片用的信号走线, 以及TFT本身, 还有储存电压用的储存

电容等等. 这些地方除了不完全透光外, 也由于经过这些地方的光线 并不受到电压的控制,而无法显示

正确的灰阶, 所以都需利用black matrix加以遮蔽, 以免干扰到其它透光区域的正确亮度. 所以有效的

透光区域, 就只剩下如同图17右边所显示的区域而已. 这一块有效的透光区域, 与全部面积的比例就

称之为开口率.

当光线从背光板发射出来, 会依序穿过偏光板, 玻璃, 液晶, 彩色滤光片等等. 假设各个零件的穿透

率如以下所示:

偏光板: 50%(因为其只准许单方向的极化光波通过)

玻璃:95%(需要计算上下两片)

液晶:95%

开口率:50%(有效透光区域只有一半)

彩色滤光片:27%(假设材质本身的穿透率为80%,但由于滤光片本身涂有色彩, 只能容许该色彩的

光波通过. 以RGB三原色来说, 只能容许三种其中一种通过. 所以仅剩下三分之一的亮度. 所以总共只

能通过80%*33%=27%.)

以上述的穿透率来计算, 从背光板出发的光线只会剩下6%, 实在是少的可怜. 这也是为什么在

TFT LCD的设计中, 要尽量提高开口率的原因. 只要提高开口率, 便可以增加亮度, 而同时背光板的亮

度也不用那么高, 可以节省耗电及花费.

LCM显示类型 2006-4-7

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液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源、结构件装配

在一起的组件．英文名称叫“LCD Module”，简称“LCM”，中文一般称为“液晶显示模块”。实际

上它是一种商品化的部件．根据我国有关国家标准的规定：只有不可拆分的一体化部件才称为“模

块”，可拆分的叫作“组件”。所以规范的叫法应称为“液晶显示组件”。但是由于长期以来人们都已

习惯称其为“模块”。

液晶显示器件是一种高新技术的基础元器件，虽然其应用巳很广泛，但对很多人来说，使用、装

配时仍感到困难。特别是点阵型液晶显示器件，使用者更是会感到无从下手．特殊的连接方式和所需

的专用设备也非人人了解和具备，故此液晶显示器件的用户希望有人代劳，将液晶显示器件与控制、

驱动集成电路装在一起，形成一个功能部件，用户只需用传统工艺即可将其装配成一个整机系统。

从广义上说，凡是由液晶显示器件和集成电路装配在一起的部件都属于“模块”，但实际上我们

通常所说的“模块”主要是指点阵液晶显示器件装配的点阵液晶显示模块，特别因为是点阵液晶显示

器件产品除某些专用大批量的一些品种(如电子词典、通讯产品用)，生产厂家是直接向用户供应液晶

显示器件外，几乎所有通用型点阵液晶显示器件都是加工成模块后才供给用户的，所以很容易形成

“液晶模块”就是“点阵液晶模块”的误解。

一、数显液晶模块

这是一种由段型液晶显示器件与专用的集成电路组装成一体的功能部件，只能显示数字和一些标

识符号。段型液晶显示器件大多应用在便携、袖珍设备上，如BP机、电话机、电子手表、计算器、

MP3等；也有用在一些仪器仪表上，如汽车音响、加油机之类。由于这些设备体积较小，所以尽可

能不将显示部分设计成单独的部件，即使一些应用领域需要单独的显示组件，那么也应该使其除具有

显示功能外，还应具有一些信息接收、处理、存储传递等功能，由于它们具有某种通用的、特定的功

能而受市场的欢迎。常见的的数显液晶显示模块有以下几种。

1．计数模块

这是一种由不同位数的七段型液晶显示器件与译码驱动器，或再加上计数器装配成的计数显示部

件。它具有记录、处理、显示数字的功能。目前我国市场上能够见到的主要产品有由CD4055译码

驱动器驱动的单位液晶显示器件显示模块，以及由ICM72ll，ICM7231，ICM7232，CDl4543，

UPDl45001，HD44100等集成电路与相应配套的液晶显示器件组装成的4位、6位、8位、10

位、12位、16位计数模块．在选用这类计数模块时必须注意以下几点:

弄清功能：虽说都叫“计数模块“，但其中大部分并不能直接计数。它们的输人埠有的仅是

BCD码接口形式，有的是BCD码加选通端输人接口形式，还有的是可直接与串行、并行口相接的接

口形式等等，如需要计算或记录一串数字元，还必须配置相应的电路，当然也有将计数电路配好在模

块上的产品。

认准结构：液晶显示器件有不同的安装方法和安装结构。固此，在选用时要注意其结构特点，一

般来说，这种计数模块大都由斑马导电橡胶条、塑料(或金属)压框和PCB板将液晶显示器件与集成电

路装配在一起而成。其外引线端有焊点式、插针式、线路板插脚式几种。 注意电源：一台设备应该

尽量使用统一的电源，常见的液晶显示器件计数模块有单电源型和双电源型，有5V和9V等不同规

格。

2．计量模块

是一种有多位段型液晶显示器件和具有译码、驱动、计数、A/D转换功能的集成电路片组装而

成的模块。由于所用的集成电路中具有A/D转换功能，所以可以将输入的模拟量电信号转换成数字

量显示出来。我们知道任何物理量，甚至化学量(如酸碱度等)都可以转换为模拟电量，所以只要配上

一定的传感器，这种模块就可以实现任何量值的碉量和显示，使用起来十分方便。计量模块所用的集

成电路型号主要有ICL7106、ICL7116、ICL7126、ICL7136、ICL7135、ICL7129等，这些集成电

路的功能、特性决定了计量模块的功能和特性。作为计量产品，按规定必须进行计量鉴定。经计量部

门批准在产品上贴有计量合格证。

3．计时模块

计时模块将液晶显示器件用于计时历史最久，将一个液晶显示器件与一块计时集成电路装配在一

起就是一个功能完整的定时器。声于它没有成品钟表的外壳，所以称之为计时模块。计时模块虽然用

途很广，但通用、标准型的计时模块却很难在市场上买到，只能到电子钟表生产厂家去选购或定购合

适的表芯，计时模块和计数模块虽然外观相似，但它们的的显示方式不同，计时模块显示的数字是由

两位一组两位一组的数字组成的．而计数模块每位数字均是连续排列的。由于不少计时模块还具有定

时、控制功能，因此这类模块可广泛装配到一些加电、设备上，如收录机、CD机、微波炉、电饭煲

等电器上。

二、字符点阵模块

它是由字符点阵液晶显示器件和专用的行、列驱动器、控制器及必要的连接件，结构件装配而成

的，可以显示数字元和西文字元。这种点阵字符模块本身具有字符发生器，显示容量大，功能丰富。

一般该种模块可显示8位1行或16位l行以上的字符。这种模块的点阵排列是由5×7、5×8或5×

11的一组组像素点阵排列组成的。每组为1位，每位间有一点的间隔，每行间也有一行的间隔，所

以不能显示图形，其规格主要如下表所示：

一般在模块控制、驱动器内具有已固化好192个字符字模的字符库CGROM，还具有让用户自

定义建立专用字符的随机内存CGRAM，允许用户建立8个5×8点阵的字符。

三、图形点阵液晶模块

这种模块的特点是位图元连续排列，行和列在排布中均基本没有空隔。因此可以显示连续、完整

的图形。由于它是由X-Y矩阵像素构成的，所以除显示图形外，也可以显示各种文字。

1.行、列驱动型

这是一种必须外接专用控制器的模块，其模块只装配有通用的行、列驱动器，这种驱动器实际上

只有对像素的一般驱动输出端，而输入端一般只有4位以下的数据输入端、移位元信号输人端、锁存

输人端、交流信号输人端等，如HD44100，HD66100等．此种模块必须外接控制电路，如

T6963C，SEDl335等才能与计算机连接．该种模块型号较多，应用比较广。虽然需要采用自配控制

器，但它也给客户留下了可以自行选择不同控制器的自由．

2．行、列驱动-控制型

这是一种可直接与计算机接口，依靠计算机直接控制驱动器的模块。这类模块所用的列驱动器具

有I/O总线数据接口，可以将模块直接挂在计算机的总线上，省去了专用控制器，因此对整机系统降

低成本有好处。对于像素数量不大，整机功能不多，对计算机软件的编程又很熟悉的用户非常适用。

不过它会占用你系统的部分资源。

3．行、列控制型

这是一种内藏控制器型的位图形模块。也是最受欢迎的一种类型．这种模块不仅装有如第一类的

行、列驱动器，而且也装配有如T6963C、SED1335等的专用控制器。这种控制器是液晶驱动器与

计算机的接口，它以最简单的方式受控于计算机，接收并反馈计算机的各种信息，经过自己独立的信

息处理实现对显示缓冲区的管理，井向驱动器提供所需要的各种信号、脉冲，操纵驱动器实现模块的

显示功能。这种控制器具有自己一套专用的指令，并具有自己的字符发生器CGROM．用户必须熟悉

这种控制器的详细说明书，才能进行撮作。这种模块使用户摆脱了对控制器的设计、加工、制作等一

系列工作，又使计算机避免了对显示器的繁琐控制，节约了主机系统的内部资源。现在还有用单芯片

集成驱动和控制的产品，主要用于携带型产品上，如手机、MP3、PDA、电子词典、手持POS机等

等。

液晶显示器鲜为人知的技术细节 2005-7-18

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彩色迷魂阵： 16.7/16.2百万色的差异

无可否认，目前LCD显示器成为CRT的继任者已经是大势所趋，虽然目前CRT和LCD显示器

还会在较长的一段时间内并存，但是两者市场销量的对比已经很明显的说明了未来的趋势。但是在越

来越多的朋友在考虑选择液晶显示器的时候，一些新的问题暴露出来了，液晶相比有着几十年历史的

CRT，它的很多技术实现细节并不像CRT那样耳熟能详，

在购买液晶的时候要看重哪些方面，对于厂商给出的参数怎么理性看待，这足够让一些朋友们头

疼了。即使是一些“老鸟”，也难免在厂商普天盖地的宣传攻势下迷失。本篇就是针对上面的种种问

题，让大家对于液晶和一些重要技术参数做一个深入了解。

所有显示器都希望能完全反映显卡输出的24bit/16.7M种颜色，但是对于目前的液晶显示器来

说，我们要知道表示颜色数量16.7M和16.7M的真正差异。

从纸面来看，24bit色彩是由256种红色，256种绿色256种蓝色相互迭加获得，最大发色数

为1670万色，我们说到的VA（MVA或者PVA）和各种 IPS 面板均属于此类。

而我们市场上看到的最多的TN经济型面板则不同，它只能产生R/G/B各64色，最大的实际发

色数也仅有262144。但是为了获得超过1600万种色彩的表现能力，TN面板都会使用到我们常说

到的“抖动”技术，该技术的基本原理局势快速切换相近颜色利用人眼的残留效应获得缺失色彩。和

8bit面板所能提供的0,1,2,3,4 直到255的三原色色阶相比, TN 面板所能提供的色阶是不连续的

0,4 ,8 ,12 ,16 ,20 … 直到252。

我们下面就来看看厂商们实现“抖动”技术的两种不同方法：

第一种方法是在同一像素上使用：在T0时刻像素显示白色, 在T1时刻像素显示4级灰度, 然后

在T2时刻又恢复T0时刻的白色，在T3时刻又显示4级灰度，如此周而复始，利用人眼的视觉残留

混合两种像素灰阶信息，于是就近似得到了2级灰度。.

T0 T1 T2 T3

虽然第一种算法只涉及处理一个像素，但是对于液晶这种本身“刷新”率不高的显示技术来说，

这样的实现会发生不可避免的像素抖动现象。于是就出现了第二种实现“抖动”的方法：利用四个像

素组成的像素方块阵，对角线方向的两个像素分别显示相同的白色或者4级灰度，使用在在观察距离

上就会得到2级灰度的颜色信息。

第一种算法

我们再看看看1级灰度是怎样实现的，如果采用第一种方法T0, T1, T2 三个时刻像素都要显示

白色，而到了T3时刻显示4级灰度（因为TN面板像素无法直接显示1、2、3级的灰度），于是观

察者就得到(0+0+0+4) /4=1一级灰度，可以我们也看到了，要得到一个颜色要经过4个周期，这

样的时间明显有些长了。

T0 T1 T2 T3

如果采用第二种算法，由四个像素组成的方块阵中有三个像素显示白色，一个像素显示4级灰

度，这样也能近似得到一级灰度色彩。

第二种算法

我们不得不承认抖动技术的发明从一定程度上解决了TN面板颜色先天不足的问题，但是这并不

是一个完美的解决方法，直接暴露出来的问题就是可见的像素抖动和不法得到253, 254 和255这三

种灰度，即使应用了色彩抖动，能够显示出来的色彩也只有0到252灰阶的三原色,所以最后得到的

色彩显示数信息是253×253×253=16194277，约合16.2M色。

响应时间：相信很多消费者都没有正确理解

响应时间？没错，这是液晶显示器时代给我们带来的新名词，也是近一年来液晶厂商们着重炒作

的一个指标，但是当你继续往下看这个部分的时候时，你会明白现在的厂商要在这个指标上做文章简

直是太容易的一件事情了。

响应时间这个专业的液晶指标最早由国际标准化组织即（ISO）推出，规范代码是ISO13406-

2，该规范制定的初衷就是要反映液晶显示器表现动态图像的平滑度和清晰度。该规范把响应时间定

义如下：当一个像素电从白色转为黑色，电极电压从0变为最大值，即最大电压激励状态下，液晶分

子迅速转换到新的位置，这一过程所用的时间被称为上升时间段。当一个像素由黑转白，像素所加电

压切断，液晶分子迅速回到加电前位置，这一过程称为下降时间。整个响应时间过程就是由上升时间

加上下降时间获得的数值。

实际上，ISO规范对于响应时间的定义的着眼点还是太过于简单的，只考虑了用时最短的像素黑

白黑极端切换的时间，在衡量实际使用时出现最多的灰阶切换时没有太多指导价值。我们可以想想一

年多以前厂商们在推广12ms液晶时的宣传把戏：“如果像素变换一次的时间是12ms，则一秒钟内

可以切换的画面数值为1000/12=83，这一数值远大于人类所能感知的60fps的最高识别率，所以

12ms是终极的游戏液晶方案。”当然12ms在游戏方面的表现相信读者们比笔者更清楚，在FPS游

戏中依旧存在明显可见的拖影，直到今天出现的6ms、4ms疾速液晶，其在典型画面激烈切换游戏

CS中的表现才达到可以接受的程度。那么ISO对于响应时间的定义问题出在哪里呢？为何和实际偏

差如此之大呢？

首先在ISO规范中，像素整个响应定义只占到了整个像素上升或是下降过程的80%的时间，按

照ISO的定义所谓白色即指10%灰度，黑色指90%灰度，其余20%的时间被忽略了。ISO这样定义

的初衷不难理解，因为对于液晶分子来说，加电起动和最后稳定这两个阶段是费时的，两头20%的

灰度转化的过程有可能超过ISO响应时间定义本身所占时间，那如果省去这20%就可以大大的美化

指标，但这显然对于消费者是不公正的。

响应时间测试数据

如上图所示的某液晶显示器响应时间测试数据，按照ISO定义上升沿时间为28.5-12 = 16.5

ms。但我们观察整个像素从0%灰度到100%灰度转化的全部过程，实际用时超过了40 ms，达到

ISO定义所用时间的两倍多。

当然ISO定义的缺陷还不止如此，其中最为严重的是忽略了色彩变化时——即不同灰度切换的

时间，这也是我们日常使用显示器是最多的显示状况。从液晶的显示原理来说，当一像素从较浅灰度

转变为较深灰度时，其加在像素两端电极电压也响应加强。但是和ISO规范中定义的黑白黑切换的

最大激励电压相比，在灰度切换时相应的施加电压要低得多，因此在这种情况下液晶分子反转响应的

速度也会变慢。同理，当色阶从较深灰阶到浅灰阶转变时，过程相反，不过此时浅色灰阶对应的电极

电压也不为零，相应的电压差激励效果也会变差，下降沿时间也会变长。

显示原理

也正是因为ISO的规范并没有强行要求厂商在提供用户响应时间参数的时候考虑中间灰阶的响

应时间，所以厂商在自己标注的可操作空间就大得多了。有较早液晶使用经验的用户不难发现，在一

年前的主流液晶中，使用友达AU 16 ms TN面板的显示其回比 LG-Philips同样规格的16ms甚至

三星的12 ms更快，而这三中面板又都快过16 ms IPS 面板的速度表现，而令人不解的是它们又都

慢于Hydis 的20 msTN面板，这正是由于ISO响应时间规范的不严格造成的，实际厂家给出的响

应时间指针反而造成了用户的困惑。

灰阶响应才是具有参考价值的指针

正如我们上面所说，以往厂商在ISO大规范给出的白黑白响应时间指标下有太多的可操作空

间，以致使得单纯的响应时间指标已经不具备太多可信价值，那么从何种角度出发去得到更有实用价

值的响应时间指针呢，答案就是在去年下半年有些厂商开始推广的“灰阶响应时间” 。

灰阶响应时间分布图

上图是由NEC提供的灰阶响应时间分布图，如图所示，平面X、Y轴分别是起始灰阶和终止灰

阶，而Z轴则表示在该灰阶转换过程中所用的响应时间。我们依次看一看到ISO定义、白到灰阶、

黑色到某灰阶三种不同状况下的响应时间差异。

ISO 响应时间= (0 - 255) 18 + (255 - 0) 7 = 25 ms

白到某灰阶的最大响应时间= 0–192–0 = (0 -192) 38 + (192 - 0) 5 = 43 ms （这比ISO定义

下获得的指标慢78%）

黑色到某灰阶最大响应时间= 255–160–255 = (255 - 160) 55 + (160 - 255) 36 = 91（这比

ISO定义下获得的指标慢264%）

飞利浦190S5 显示器的响应时间空间分布图

我们在可以看看上图，这是我们自己测试得出的飞利浦190S5 显示器的响应时间空间分布图，

和上图不同的是，这部图表的柱状数值直接包括了上升沿和下降沿两部分的时间。我们可以看到最长

的时间发生在两个较深灰阶的转换过程中，而从纯白到纯黑过程在最快的速度之列。

通过上述分析，我相信读者对于响应时间这一概念已经有了一定的认识，同时也会认同这样一个

结论 ，要想使得响应时间真的具有实际参考价值，那么提供必要的灰阶响应时间参数才是有意义

的，同时要让响应时间这个因素真的对于消费者实际应用有性能提升，那么加速灰阶和灰阶之间转换

的速度，即颜色切换的速度才是真正有意义的。

今年最时髦的液晶技术 "overdrive"

很明显，对于我们上面的讨论的液晶响应时间问题厂商也自知不能在“黑白黑响应时间”上继续

宣传，所以如何提高液晶在灰阶切换速度的提高也在去年下半年各家厂商发力的重点，“GTG”灰阶

响应速度和“overdrive”疾速响应技术也开始大量的出现在近半年来推出的中高端液晶新品上，那

么有关“overdrive”的方方面面，我们也的确有必要了解一下。

要说起“overdrive”就不能不提一提2001下半年由NEC为液晶电视开发出来的FFD技术，

它可以看作是“overdrive”技术的前身。实际上该技术的原理相当简单，当我们从TN屏幕的白色

（即最初液晶分子状态）转为黑色（液晶分子在电压垂直光线方向），此时液晶象素点后部的薄模晶

体管受到的激励电压是最大的，打个比方来说：在1V电压激励下液晶分子从白到黑的转换的过程用

时20ms。NEC的FFD技术是如下考虑的：为什么我们不把激励电压加倍获得更快的响应时间呢：

比如加2V来获得 10 ms的响应时间。而且从当时NEC发布的研究报告来看，这一技术是可行的，

通过增加灰阶转换时的激励电压，可以减少灰阶转换过程的用时。

NEC发布的研究报告中的图表

我们可以看看当时NEC发布的研究报告中的图表，该表左边是没有采用FFD技术时测得的响应

时间空间分布图，而右侧则是采用FFD技术后的测试成绩，我们看到，尤其是在灰阶转换的过程

中，最大的改善成绩从55ms左右缩小到6 ms。而我们要注意的是，左右两图在单纯的白-黑-白响

应时间并没有变化，我们可以这样理解，因为在纯白到纯黑的过程中电极施加的激励电压已经是最大

值了，所以没有改善是在情理之中的。虽然NEC并没有把这一技术应用在显示器领域（因为该技术

的出发点就是为了改善液晶电视的响应速度问题），但是从去年下半年和FFD技术有着相同技术原理

的 Overdrive技术开始在中高端液晶显示器上流行开来。

实际上，FFD和overdrive基本上就是换了名号，这在不同厂商之间很常见，就比如明基使用了

“overdrive”这样的叫法，而ViewSonic又会把同样的东西称为“ClearMotiv”，实际上它们都是

一样的东西，我们来看看“overdrive”到底能给我们带来什么实质性的性能提升。

“overdrive”到底能带来什么实质性的性能提升

如上图所示，在上方的蓝色曲线表示正常情况液晶分子加电压后的反应过程，相应的电压情况由

下面的黑色直线表示。我们看到从施加电压开始到液晶分子稳定并不是一个一成不变的过程，而淡蓝

色的点线则表示液晶追求的理想响应。Overdrive以及 ClearMotiv 和一般液晶触发的过程就在于输

入电压阶段，我们可以看到，为了让液晶分子达到更快的反应速度，在初始阶段会比以一般状态下施

加更高的激励电压，待到液晶分子方向趋于目标方向时，激励电压恢复目标灰阶水平。

通过上面的这些分析，我们大家应该清除Overdrive和与其类似的技术主要是为了改善颜色的

灰阶变化。另一方面也表示该技术实际上不会对传统的白-黑-白响应速度有任何的改善，因为那样的

极端状况，像素所被施加的激励电压已经达到了最大值。但是厂商又面临这样的问题，如果按照传统

的ISO响应时间规范定义，即使使用Overdrive会大幅度改善灰阶转换的速度，他们也不被允许提

高该面板的相应时间数字。这也就是为什么我们在近一年来看到了“GTG响应时间”的这个新名词

的原因，这时便随着Overdrive技术应用诞生的新的相应时间测试方法。该方法并不是按照ISO规

范去测试“白黑白”切换的用时，而是灰阶切换（较浅灰阶-较深灰阶-较浅灰阶），厂商在测量所有

的相应时间后最短的那个数值就成了新的“GTG响应时间”。也就是说，以前的16ms ISO 指标几周

后就变成了12 ms G2G。

Overdrive不是万能良药

尽管我们看到的应用Overdrive的确在灰阶切换的时候大大加快了液晶分子的响应速度，但是

我们在这里不得不提醒大家，该技术并不是我们想象中的万能良药，厂商的过度夸大和技术本身的一

些问题注定该技术只能是一个过渡方案。

首先是一些厂商的过份宣传，具体是哪家我在这里就不点名了，下面就是其提供使用Overdrive

后的性能提升对比图。

使用Overdrive后的性能提升对比图

从该图表来看，Overdrive的确是卓有成效，一些响应时间高达80ms的灰阶转变过程被缩短到

20ms以下。但是只要我们仔细观察，就会发现这幅图并不符合实际。我们看到该图表的典型“白-

黑-白”响应时间同样被降低到10ms以下，这是不可能的，按照我们上面对Overdrive技术的分

析，由于“白-黑-白”转变过程已经施加最大激励电压，所以该过程不会从Overdrive获取任何好

处。作为厂商来说这样的宣传有些不负责任了。

再者，笔者从AUO工作的朋友那里了解到，实际上我们看到的TN 16 ms, 12 ms以及 8 ms显

示器的面板都是一样的，之所以存在响应时间的差异，是因为后部的驱动电路以及是否应用

Overdrive技术。他还说到实际上目前的Overdrive还远没有做到针对所有的灰阶转换进行处理，只

是其中的一部分，但是他并没有给出明确的数字，最后给出的Overdrive处理响应时间表上的数据

实际上都是测试中表现最好的部分。

我们再来看看由Eizo给出的响应时间空间分布图 (其实大家都知道，Eizo并不生产自己的面

板，这块面板是由AU提供的) 。

响应时间空间分布图

从上图可见，overdrive 带来的效果显然易见，但是对于不同色阶往往效果也不同，而且并不是

所有色阶转换过程需要加压提速，在图表中最明显的就是从白色到任意灰阶在使用overdrive 前后并

没有什么不同。

与此同时，厂商在从ISO响应时间到灰阶响应时间的过度过程中难免给消费者留下不好的印

象，像当初ISO响应时间的是和消除液晶画面残影直接挂钩的，但是一夜之间似乎又变成了灰阶才

能反映这个指针，以往的ISO灰阶不具备任何参考价值，那我们不禁疑问，是否这次的灰阶响应时

间同样是事实效果大过宣传效果的炒作呢？实际证明，消费者要真正寻求一款能够用于游戏的液晶，

还是要靠自己的眼睛收货。可以肯定是的在响应时间指标上，TN领先于VA和IPS面板产品，如果

游戏在你计算机应用中占有重要的一部分，那你不得不在色彩和其它画质指标上妥协了。（后面的部

分会详细描述TN面版在色彩方面的缺陷）。

游戏效果图

游戏效果图

benq FP91V显示器，使用了目前最快的4MS GTG TN面板，上图是我们使用数码相机开启

1/100秒快门的时候拍摄的CS游戏场景，可以看到尽管动作比较激烈，屏幕的残影已基本没有察

觉，可以说这样的产品已经能满足绝大多数消费者的游戏需求了。

理解液晶亮度和对比度的实际价值

对比度这个概念是从CRT时代传承下来的，该指针指的是屏幕显示图像中最亮像素和最暗像素

亮度的比值。也就是说为了获得更高的对比度，我们希望白色更白，黑色更纯。比如我们测量某一液

晶屏幕的白色亮度为250 cd/m²，同时黑色亮度为 0.5 cd/m²，则通过公式黑色／白色＝对比度得

出该显示器的对比度为500:1。由该指标的定义可知，如果厂商想要改进该指标，那么无疑有两种方

式，改善黑色纯度或者提高白色亮度，前者显然是每一个厂商的追求（因为液晶黑色不纯是通病），

而后者更容易实现。

先来看看第一种途径即改进黑色纯度，对于厂商来说，这种方式不是不可以，但是相对付出的技

术努力要更大一些，改进滤光片结构或者改进液晶分子的垂直光线排布来改进漏光。与此相比，提高

白色的亮度值对于厂商就显得简单的多了，增加灯管数量，换用更亮的灯关，改进导光板效率等，反

正不用在最昂贵的液晶面版上做文章。

让我们举个例子，目前的背光模块的技术水平生产达到500 cd/m² 白色的亮度值，而黑色亮度

值保持在原来的0.5cd/m²的水平，那我们就能获得500 / 0.5 = 1000 : 1的较高对比度参数。但是

实际上呢，这样的屏幕只会亮的人眩晕。

实际上有很多使用液晶部长的朋友都会反映似乎比原来的CRT用起来更费眼睛了，实际上他们

是因为使用默认的高亮度造成的，要知道专家推荐的适合长时间阅读工作的亮度值是110 cd/m²左

右，而传统的.CRT 的一般亮度为90 cd/m²（不要说高亮型号，CRT高亮打开后更本不适合阅读）。

对于认眼来说现在液晶提供的250 cd/m²甚至更高的亮度太过于亮了，正是因为过高的亮度导致使

用者眼睛加速疲劳，感觉上比CRT用起来更不舒服，如果你面临这种情况，我建议你将液晶屏幕亮

度调整到适当的位置。

那为什么厂商提供液晶如此高的亮度以至于不适合使用呢，其一当然能改善用户在视频等多媒体

方面的观感；其二就是利用亮度的增加来美化对比度指标。这也同样是钻了ISO关于对比度规范的

空子，因为该规范并没有规定所有产品必须在同样的白色亮度值下，比如110 cd/m²，测量此时的

黑色亮度值。在液晶黑色纯度提升较为困难的情况下，厂商自然会用提升比较容易的亮度上打主意

了。

液晶使用不是越亮越好

对比图

就面板技术来说，目前的IPS和VA类面板普遍对比度要好过TN这类常亮的面板，同时对比度

不高过700:1也是辨别是否采用了VA面板的一种方法，前两者的主要优势是黑色表现比TN面板

好。当然有关高对比度带来的好处，我在这里就不用在细说，纯净的黑色能让画面更加突出，层次丰

富，同时也让我们在观看图片和硬盘时看到更多的细节。同时对于游戏者更高的对比度不但能提高游

戏画面的感受，另外如果是CS这类游戏中，也能更容易观察到暗处躲藏的敌人，当然为单纯追求游

戏性能倒还不如选择质量好的大屏幕CRT。

关注液晶色彩技术指标 2006-3-6

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色彩，一个不得不说的话题

最近关于液晶显示器色彩的讨论似乎愈燃愈烈，从16.2M、16.7M，到8bit、6bit，这些专业

的术语听起来不仅缺乏关联性，同时也容易让人一头雾水。而本篇文章将从技术的角度为您分析液晶

显示器在色彩上的差异，并最终落实到实际应用上，让您在选购LCD时做到心中有数。

什么才是真彩显示

从色彩的角度来说，无论是CRT还是LCD都有真彩显示这样一个概念，其含义是指在R.G.B

（红绿蓝）三个色彩通道都具有在物理上显示256级灰阶的能力。所有的CRT显示器都具备真彩显

示能力，而液晶显示器方面则不尽然。能具备在物理上显示真彩显示的液晶面板，我们就称其为真彩

面板——也就是它具备在物理上可显示16777216种颜色的能力。

一枚用作液晶显示器的驱动IC

8bit面板与6bit面板是如何定义的？

对液晶面板的色彩显示能力，我们通常用在每一种色彩通道上，液晶面板能显示灰阶的位数来加

以描述。如果在每个色彩信道上能显示256（2的8次方＝256）级灰阶，我们就称其为8bit面板，

这也就是真彩面板；如果每个信道上只能显示64（2的6次方＝64）级灰阶，那么我们就称其为

6bit面板，这也就是伪真彩面板。现在主流桌面LCD产品，选用6bit和8bit两类面板的都有，在

中低端产品中采用6bit面板的产品较多。

响应时间与色彩的微妙关系

液晶面板的位数，可以从液晶显示器驱动IC最大驱动路数的角度来理解，比如6bit的面板最大

驱动路数只能是64路，这并不能达到真彩显示的硬件要求。但驱动路数少也有好处，比如说可以减

少占空比，进而降低在可视角度以及对比度等方面的设计难度。从液晶面板的物理结构上来理解，

6bit面板也就是液晶分子在纯黑到纯白之间只有64种可被控制的状态，这样少的状态自然易于控

制，这也就是为什么现在大部分12毫秒、8毫秒的LCD普遍是6bit的面板。

6bit面板的色彩还不到8bit面板的2％

6bit面板只能显示262144种色彩（64×64×64＝262144），而8bit面板可以显示16777216

种颜色（256×256×256＝16777216）。在物理上6bit面板能显示的色彩还不到8bit面板的2％。

不过在实际使用中，显示色彩数有几十倍差距的两种面板，在大多数用户的眼中却几乎没什么差

别。因为从用户这个角度来看，很多图片看上去都显得色彩缤纷，其实一幅图画或者一段视频使用的

色彩数目并不是很多，很可能只有几万或者几十万种色彩，1677万种色彩几乎不可能同时出现在某

一画面的。

而且对色彩的感觉，受用户的使用环境与用户对色彩的敏感程度的影响很大，对于没有受过一定

专业训练的普通用户而言，显示26万色和能显示1677万色的差别并不大。

为6bit面板“延寿”的色彩增强技术

尽管6bit面板无法和8bit面板相比，但一下子全部转为8bit面板从经济学的角度来看也不合

适。面对用户不断提高的要求，各大LCD生产厂对于6bit的面板就推出了自己独家的色彩增强技

术。

这一类LCD色彩增强技术，主要目的是缩小6bit面板和8bit面板的差距，延长6bit面板的应

用寿命。从实现技术上来看，其主要是利用了PD（Pixel Dithering，像素抖动）算法或者FRC

（Frame Rate Control，帧速率控制）技术。这两项技术，如果从色彩学的角度来看，都是很容易

理解的。

利用了视觉惰性

而对于动画而言，FRC技术主要是利用了视觉惰性这样一个人的生理特性，这个特性大致指的就

是人眼的亮度感觉并不会随着物体亮度的消失而立即消失。下图就是视觉惰性的一个好例子，图片里

面没有一个黑点，但我们的眼睛却能“看到”到不少黑点。

这副图就是利用了肉眼的视觉惰性，让我们看到了而让6bit的面板显示器更多的色彩的方法，

也是如此。

FRC技术和上图所显示的原理是一致的，我们还可以打一个比方来帮助读者理解。大家可以试着

先把计算机屏幕（最好是CRT显示器）调成满屏纯红色，再一键切换到满屏纯黄色。在刚切换的那

一刹那，我们在屏幕上“看到”的不是红色也不是黄色，而是橙色。原因就是，开始的红色还因为视

觉惰性暂留在我们的眼里，而新进来的黄光与暂留着的红光感觉迭加，我们就“看到”了橙色，一种

原本不存在的颜色。6bit面板通过特定算法获得16.2M的色彩，也是基于此。

适当的控制帧速率，再加上对相邻帧之间的颜色进行一定的控制，这样我们在LCD显示器观看

动态画面时，同样可以看到LCD显示器本不能显示的颜色。当然，各大厂商都有着自己的技术，在

具体实现方式和细节上还是有差别的，所以它们各自就有一些对自己专有技术的不同命名。在色彩增

强这方面，夏普公司的功力比较深，采用同样的面板，夏普公司的产品色彩会比大多数对手更好，原

因就在于此。

究竟哪些液晶显示器是8bit？

对于一般用户而言，现在6bit面板的LCD已经是基本够用了，而通过像素抖动算法与帧速率控

制技术还能进一步缩小其与8bit面板的差距。

而实际的对比与使用告诉我们16.2M与16.7M在大多数应用场合下都没有显著的区别，它们做

的都同样好。而16.7M色彩的优势在于可以表现出更平滑稳定的色彩过渡，也就是色彩之间的渐

变，16.2M产品在表现渐变时常常会伴有明显的阶梯状条纹，相反，16.7M产品则好了很多。

三星在去年CeBIT上展出的193P Plus在保持8毫秒的响应时间的同时也提供了16.7M色彩可

以说是目前色彩与速度结合的比较好的产品了。但是我们也要知道，这种软件级别的增强和8bit面

板实实在在的硬件级别显示24位色彩相比，差别还是很明显的，在专业一些的场合6bit面板的

LCD显示器是不符合需求的。

16.2M是软件增强后的色彩显示能力，而16.7M是实打实的物理显示能力，其间的差距不是区

区50万种色彩。对色彩比较在意或者有往专业设计方向发展意图的用户，还是建议考虑8bit面板的

LCD显示器。

EIZO在个别高端产品采用了10bit的驱动IC将液晶显示器的色彩水平提升到了一个全新的高度

而现在看来，8bit面板也并不是LCD在色彩显示数目上发展的终点，1对于专业做设计的用

户，除去传统的CRT外，即使16.7M的液晶显示器也还远远不够。这就是为什么EIZO为它的高端

LCD专门开发了10bit的驱动IC，去满足那些专业用户对色彩的高要求。

而从需求上来说，Photoshop早就支持R.G.B每通道16位的精度了。24位色的真彩定义，在

未来也有被更高标准所淘汰的可能。（《计算机时尚》）

2024年5月11日发(作者：况逸云)

 液晶的入门知识

 LCD显示器概述

 液晶显示器原理

 HTPS LCD面板技术综观

 薄膜晶体管液晶显示器技术

 液晶显示器面板的分级

 主流液晶面板的类型

 液晶的多种应用途径探讨

 LCD技术图文解说

 LCD技术详细介绍

 液晶的几种模式的工作原理

 TFT-LCD液晶显示器的工作原理

 LCM显示类型

 液晶显示器鲜为人知的技术细节

 关注液晶色彩技术指标

液晶的入门知识 2006-5-31

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液晶的组成：

LCD使用的液晶，一般是指混和液晶，由多种液晶单体及手性剂混和而成。

液晶的特性：

TN液晶一般分子链较短，特性参数调整较困难，所以特性差别比较明显。STN液晶是通过STN

显示数据模型，计算出所需的液晶分子长度，及其光学电学性能参数，然后化工合成多种分子链接构

类似的具有不同极性分子基团的单体，互相调配成一个特性相似的系列液晶。不同系列的STN液晶

往往具有完全不同的分子链，因此，不同系列的STN液晶除非制造商说明可以互相调配外，不能互

相调配。

液晶分子中有带极性基团的和不带极性基团的，带极性基团分子的液晶单体主要决定混和液晶的

阀值电压参数，不带极性基团分子的液晶单体主要决定混和液晶的折射率和清亮点。液晶中带极性基

团的单体与不带极性基团的单体在静置条件下会出现同性异构体层析现象。

为了增加机器本身的待机时间和增强液晶显示器的驱动能力，液晶厂商开发了能满足低电压和低

频率条件下使用的低阀值电压液晶。它具有以下特性：

低阀值电压液晶中带极性基团的单体与不带极性基团的单体在静置条件下出现同性异构体层析现

象的时间更短。

更多的带极性基团的单体组份，也意味着液晶更容易结合水分子以及其它带极性的游离离子，从

而降低了液晶的容抗电阻，从而引起漏电流和功耗的增大。

当极性液晶单体的分子链在紫外线激化后，极性分子基团容易互相缠绕形成中性分子团，变成非

层列错向状态，因而造成阀值电压升高，对导向层的锚定作用不敏感，失去低电压驱动能力。

1、液晶的分类：

按显示类型分：TN型液晶、STN型液晶、HTN型液晶；

按清亮点分：普通型液晶、宽温型液晶；

按阀值电压分：低阀值电压液晶、普通液晶、高阀值电压液晶。

2、影响液晶性能的主要参数：

清亮点；折射率Δn；阀值电压；纯净度；粘滞常数K；介电常数ε；螺距ρ

3、液晶的工厂自适应测试方法及判定标准：

电阻率：A、测试方法：用高阻计测试待测液晶的电阻值。

B、判定标准：测试结果在产品要求范围之内（本厂标准≥8X107）。

光电性能:A、测试方法：试灌产品，并测试其光电性能。

B、判定标准：测试样品Von、Voff值与供货商参数相符，视角、对比度、底色符合生产产品要

求。

清亮点：A、测试方法：把待测液晶加热，测量其达到清亮点时的温度。

B、判定标准：测量结果温度与供货商提供的清亮点温度一致。

耐紫外线性能：A、测试方法：把待测液晶试作产品，平放在封口UV机下，按封口工艺规定的

UV强度和时间照射两次，测试其照射前后的光电性能变化。

B、判定标准：经UV照射后，Voff值上升在0.1V以内（低电压液晶在0.15V以内），电流值变

化在2倍以内，对比度下降不明显为合格。

可靠性:A、测试方法：把待测液晶试作产品并测试其可靠性性能。

B、判定标准：经可靠性试验后光电性能变化在产品要求范围之内。

4、液晶的选用规则：

根据客户要求的底色，选择合适的Δn值范围的液晶类别，再根据客户IC电路的数据，选择合适

的电压范围的液晶类别，满足上述条件下的液晶，按合理比例调配后使用，就可以达到客户要求。

5、液晶的使用方法：

液晶在使用前要充分搅拌后才能灌注使用，添加固体手性剂的液晶，要加热到摄氏六十度，再快

速冷却到室温并充分搅拌。而且在使用过程中不能静置时间过长。特别是低阀值电压液晶，由于低阈

值电压液晶具有这些不同的特性，因此在使用这些液晶时应该注意以下方面：

液晶在使用前应充分搅拌，调配好的液晶应立即投入生产使用，尽量缩短静置存放时间，避免层

析现象产生。

调配好的液晶要加盖遮光存入，并且尽量在一个班次（八小时）内使用完，用不完的液晶需要回

收搅拌后重测电压再用。一般随着时间延长，驱动电压会增加。

液晶从原厂瓶取用后，原厂瓶要及时封盖遮光保存，减少敞开暴露在空气中的时间一般暴露在空

气中的时间过长，会增大液晶的漏电流。

灌低阈值电压的液晶显示片空盒最好是从PI固烤到灌液晶工序间，流存生产时间在二十四小时

之内的空盒，灌液作业时一般使用比较低的灌注速度。

低阈值电压液晶在封口时一定要加盖合适的遮光罩，并且在整个灌液晶期间除了封口胶固化期间

外，要尽量远离紫外线源。否则会在靠近紫外线的地方出现错向和阀值电压增大的现象。

液晶是有机高分子物质，很容易在各种溶剂中溶解或与其它化学品产生反应，液晶本身也是一种

很好的溶剂，所以在使用和存放过程中要尽量远离其它化学品。

6、液晶的贮存及搬运方法：

液晶贮存时要密闭、防潮、遮光，在室温中贮存，不能在低温环境中贮存和使用，以免出现性能

不可逆转的晶析现象。不能与其它化学品混放。

搬运时按化学品规定管制。

LCD显示器概述 2006-8-16

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液晶显示器(LCD)英文全称为Liquid Crystal Display，它一种是采用了液晶控制透光度技术来

实现色彩的显示器。和CRT显示器相比，LCD的优点是很明显的。由于通过控制是否透光来控制亮

和暗，当色彩不变时，液晶也保持不变，这样就无须考虑刷新率的问题。对于画面稳定、无闪烁感的

液晶显示器，刷新率不高但图像也很稳定。LCD显示器还通过液晶控制透光度的技术原理让底板整

体发光，所以它做到了真正的完全平面。一些高档的数字LCD显示器采用了数字元方式传输数据、

显示图像，这样就不会产生由于显卡造成的色彩偏差或损失。完全没有辐射的优点，即使长时间观看

LCD显示器屏幕也不会对眼睛造成很大伤害。体积小、能耗低也是CRT显示器无法比拟的，一般一

台15寸LCD显示器的耗电量也就相当于17寸纯平CRT显示器的三分之一。

目前相比CRT显示器，LCD显示器图像质量仍不够完善。色彩表现和饱和度LCD显示器都在不

同程度上输给了CRT显示器，而且液晶显示器的响应时间也比CRT显示器长，当画面静止的时候还

可以，一旦用于玩游戏、看影碟这些画面更新速度块而剧烈的显示时，液晶显示器的弱点就暴露出来

了，画面延迟会产生重影、脱尾等现象，严重影响显示质量。

LCD显示器的工作原理：从液晶显示器的结构来看，无论是笔记本计算机还是桌面系统，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，厚约1mm，其间由包含

有液晶材料的5μm均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为光源

的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板（或称匀光板）和反光膜，背光板是由荧光物质组成的可

以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。

背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万液晶液滴的液晶层。液晶层中

的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。

液晶显示技术也存在弱点和技术瓶颈，与CRT显示器相比亮度、画面均匀度、可视角度和反应

时间上都存在明显的差距。其中反应时间和可视角度均取决于液晶面板的质量，画面均匀度和辅助光

学模块有很大关系。

对于液晶显示器来说，亮度往往和他的背板光源有关。背板光源越亮，整个液晶显示器的亮度也

会随之提高。而在早期的液晶显示器中，因为只使用2个冷光源灯管，往往会造成亮度不均匀等现

象，同时明亮度也不尽人意。一直到后来使用4个冷光源灯管产品的推出，才有很大的改善。

信号反应时间也就是液晶显示器的液晶单元响应延迟。实际上就是指的液晶单元从一种分子排列

状态转变成另外一种分子排列状态所需要的时间，响应时间愈小愈好，它反应了液晶显示器各像素点

对输入信号反应的速度，即屏幕由暗转亮或由亮转暗的速度。响应时间越小则使用者在看运动画面时

不会出现尾影拖拽的感觉。有些厂商会通过将液晶体内的导电离子浓度降低来实现信号的快速响应，

但其色彩饱和度、亮度、对比度就会产生相应的降低，甚至产生偏色的现象。这样信号反应时间上去

了，但却牺牲了液晶显示器的显示效果。有些厂商采用的是在显示电路中加入了一片IC图像输出控

制芯片，专门对显示信号进行处理的方法来实现的。IC芯片可以根据VGA输出显卡信号频率，调整

信号响应时间。由于没有改变液晶体的物理性质，因此对其亮度、对比度、 色彩饱和度都没有影

响，这种方法的制造成本也相对较高。

由上便可看出，液晶面板的质量并不能完全代表液晶显示器的质量，没有出色的显示电路配合，

再好的面板也不能做出性能优异的液晶显示器。随着LCD产品产量的增加、成本的下降，液晶显示

器会大量普及。

液晶显示器原理 2005-10-17

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国内计算机市场各种品牌的纯平显示器之间强烈的竞争，各个商家都想在纯平这块大蛋糕上分得

最大的份额。而当人们像当初搬15英寸显示器一样把纯平买回家后。我们不仅要问：下一代显示器

的热点是什么呢？矛头直指液晶显示器。液晶显示器具有图像清晰精确、平面显示、厚度薄、重量

轻、无辐射、低能耗、工作电压低等优点。

液晶显示器的分类

液晶显示器按照控制方式不同可分为被动矩阵式LCD及主动矩阵式LCD两种。

1. 被动矩阵式LCD在亮度及可视角方面受到较大的限制，反应速度也较慢。由于画面质量方面

的问题，使得这种显示设备不利于发展为桌面型显示器，但由于成本低廉的因素，市场上仍有部分的

显示器采用被动矩阵式LCD。被动矩阵式LCD又可分为TN-LCD(Twisted Nematic-LCD，扭曲向

列LCD)、STN-LCD(Super TN-LCD，超扭曲向列LCD)和DSTN-LCD(Double layer STN-LCD，双

层超扭曲向列LCD)。

2. 目前应用比较广泛的主动矩阵式LCD，也称TFT-LCD(Thin Film Transistor-LCD，薄膜晶体

管LCD)。TFT液晶显示器是在画面中的每个像素内建晶体管，可使亮度更明亮、色彩更丰富及更宽

广的可视面积。与CRT显示器相比，LCD显示器的平面显示技术体现为较少的零件、占据较少的桌

面及耗电量较小，但CRT技术较为稳定成熟。

液晶显示器的工作原理

我们很早就知道物质有固态、液态、气态三种型态。液体分子质心的排列虽然不具有任何规律

性，但是如果这些分子是长形的(或扁形的)，它们的分子指向就可能有规律性。于是我们就可将液态

又细分为许多型态。分子方向没有规律性的液体我们直接称为液体，而分子具有方向性的液体则称之

为“液态晶体”，又简称“液晶”。液晶产品其实对我们来说并不陌生，我们常见到的手机、计算器都

是属于液晶产品。液晶是在1888年，由奥地利植物学家Reinitzer发现的，是一种介于固体与液体

之间，具有规则性分子排列的有机化合物。一般最常用的液晶型态为向列型液晶，分子形状为细长棒

形，长宽约1nm～10nm，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。

1. 被动矩阵式LCD工作原理

TN-LCD、STN-LCD和DSTN-LCD之间的显示原理基本相同，不同之处是液晶分子的扭曲角度

有些差别。下面以典型的TN-LCD为例，向大家介绍其结构及工作原理。

在厚度不到1厘米的TN-LCD液晶显示屏面板中，通常是由两片大玻璃基板，内夹着彩色滤光

片、配向膜等制成的夹板 外面再包裹着两片偏光板，它们可决定光通量的最大值与颜色的产生。

彩色滤光片是由红、绿、蓝三种颜色构成的滤片，有规律地制作在一块大玻璃基板上。每一个像素是

由三种颜色的单元(或称为子像素)所组成。假如有一块面板的分辨率为1280×1024，则它实际拥有

3840×1024个晶体管及子像素。 每个子像素的左上角(灰色矩形)为不透光的薄膜晶体管，彩色

滤光片能产生RGB三原色。每个夹层都包含电极和配向膜上形成的沟槽，上下夹层中填充了多层液

晶分子(液晶空间不到5×10-6m)。在同一层内，液晶分子的位置虽不规则，但长轴取向都是平行于

偏光板的。另一方面，在不同层之间，液晶分子的长轴沿偏光板平行平面连续扭转90度。其中，邻

接偏光板的两层液晶分子长轴的取向，与所邻接的偏光板的偏振光方向一致。在接近上部夹层的液晶

分子按照上部沟槽的方向来排列，而下部夹层的液晶分子按照下部沟槽的方向排列。最后再封装成一

个液晶盒，并与驱动IC、控制IC与印刷电路板相连接。

在正常情况下光线从上向下照射时，通常只有一个角度的光线能够穿透下来，通过上偏光板导入

上部夹层的沟槽中，再通过液晶分子扭转排列的通路从下偏光板穿出，形成一个完整的光线穿透途

径。而液晶显示器的夹层贴附了两块偏光板，这两块偏光板的排列和透光角度与上下夹层的沟槽排列

相同。当液晶层施加某一电压时，由于受到外界电压的影响，液晶会改变它的初始状态，不再按照正

常的方式排列，而变成竖立的状态。因此经过液晶的光会被第二层偏光板吸收而整个结构呈现不透光

的状态，结果在显示屏上出现黑色。当液晶层不施任何电压时，液晶是在它的初始状态，会把入射光

的方向扭转90度，因此让背光源的入射光能够通过整个结构，结果在显示屏上出现白色。为了达到

在面板上的每一个独立像素都能产生你想要的色彩，多个冷阴极灯管必须被使用来当作显示器的背光

源。

2. 主动矩阵式LCD工作原理

TFT-LCD液晶显示器的结构与TN-LCD液晶显示器基本相同，只不过将TN-LCD上夹层的电极

改为FET晶体管，而下夹层改为共通电极。

TFT-LCD液晶显示器的工作原理与TN-LCD却有许多不同之处。TFT-LCD液晶显示器的显像原

理是采用“背透式”照射方式。当光源照射时，先通过下偏光板向上透出，借助液晶分子来传导光

线。由于上下夹层的电极改成FET电极和共通电极，在FET电极导通时，液晶分子的排列状态同样

会发生改变，也通过遮光和透光来达到显示的目的。但不同的是，由于FET晶体管具有电容效应，

能够保持电位状态，先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到FET电极下一次再加电改变其

排列方式为止。

液晶显示器的技术参数

1. 可视面积

液晶显示器所标示的尺寸就是实际可以使用的屏幕范围一致。例如，一个15.1英寸的液晶显示

器约等于17英寸CRT屏幕的可视范围。

2. 可视角度

液晶显示器的可视角度左右对称，而上下则不一定对称。举个例子，当背光源的入射光通过偏光

板、液晶及取向膜后，输出光便具备了特定的方向特性，也就是说，大多数从屏幕射出的光具备了垂

直方向。假如从一个非常斜的角度观看一个全白的画面，我们可能会看到黑色或是色彩失真。一般来

说，上下角度要小于或等于左右角度。如果可视角度为左右80度，表示在始于屏幕法线80度的位

置时可以清晰地看见屏幕图像。但是，由于人的视力范围不同，如果没有站在最佳的可视角度内，所

看到的颜色和亮度将会有误差。现在有些厂商就开发出各种广视角技术，试图改善液晶显示器的视角

特性，如：IPS(In Plane Switching)、MVA(Multidomain Vertical Alignment)、TN+FILM。这些

技术都能把液晶显示器的可视角度增加到160度，甚至更多。

3. 点距

我们常问到液晶显示器的点距是多大，但是多数人并不知道这个数值是如何得到的，现在让我们

来了解一下它究竟是如何得到的。举例来说一般14英寸LCD的可视面积为285.7mm×214.3mm，

它的最大分辨率为1024×768，那么点距就等于：可视宽度/水平像素(或者可视高度/垂直像素)，即

285.7mm/1024=0.279mm(或者是214.3mm/768=0.279mm)。

4. 色彩度

LCD重要的当然是的色彩表现度。我们知道自然界的任何一种色彩都是由红、绿、蓝三种基本

色组成的。LCD面板上是由1024×768个像素点组成显像的，每个独立的像素色彩是由红、绿、蓝

(R、G、B)三种基本色来控制。大部分厂商生产出来的液晶显示器，每个基本色(R、G、B)达到6

位，即64种表现度，那么每个独立的像素就有64×64×64=262144种色彩。也有不少厂商使用了

所谓的FRC(Frame Rate Control)技术以仿真的方式来表现出全彩的画面，也就是每个基本色(R、

G、B)能达到8位，即256种表现度，那么每个独立的像素就有高达256×256×256=16777216种

色彩了。

5. 对比值

对比值是定义最大亮度值(全白)除以最小亮度值(全黑)的比值。CRT显示器的对比值通常高达

500:1，以致在CRT显示器上呈现真正全黑的画面是很容易的。但对LCD来说就不是很容易了，由

冷阴极射线管所构成的背光源是很难去做快速地开关动作，因此背光源始终处于点亮的状态。为了要

得到全黑画面，液晶模块必须完全把由背光源而来的光完全阻挡，但在物理特性上，这些组件并无法

完全达到这样的要求，总是会有一些漏光发生。一般来说，人眼可以接受的对比值约为 250:1。

6. 亮度值

液晶显示器的最大亮度，通常由冷阴极射线管(背光源)来决定，亮度值一般都在200～250

cd/m2间。液晶显示器的亮度略低，会觉得屏幕发暗。虽然技术上可以达到更高亮度，但是这并不

代表亮度值越高越好，因为太高亮度的显示器有可能使观看者眼睛受伤。

7. 响应时间

响应时间是指液晶显示器各像素点对输入信号反应的速度，此值当然是越小越好。如果响应时间

太长了，就有可能使液晶显示器在显示动态图像时，有尾影拖曳的感觉。一般的液晶显示器的响应时

间在20～30ms之间。（编辑：周晖）

HTPS LCD面板技术综观 2006-6-26

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随着DVD激光视盘机与数字广播系统的普及，高分辨率影像源的数量也正逐渐增加，前投影

机、大屏幕HDTV液晶投影电视，以及其它家用投影机市场带动数字投影机的市场持续扩大。这一

成长也刺激消费大众对于三片式LCD投影机之需求。本文将为读者解析三片式LCD投影机中的

HTPS LCD面板，并介绍其特色。

随着日渐提高的商务演示文稿需求，以及最近在教育市场中开始提高的投影机应用，商用投影机

HTPS面板的需求量也一直持续攀升。同时，DVD放影机与数字广播的普及也激发了顾客对于家用

前投影机（Front projectors）与大屏幕LCD投影电视机（Large-screen projection TV）需求的快

速成长。

长久以来HTPS LCD技术一直带领三片式LCD投影系统前进投影机市场，而在液晶光阀

（liquid-crystal light valve）的制造商中，以HTPS LCD技术为主的三片式LCD投影系统也拥有将

近55%的全球市占率。这是由于更先进的液晶与高开口率技术，才能提供具有良好光效率、高亮度

表现以及丰富色彩重现能力，且不会对眼睛或环境造成伤害的低功率HTPS产品。

何谓HTPS？

HTPS是High Temperature Poly-Silicon的缩写，翻译成中文是"高温多晶硅"的意思，一般俗

称高温玻璃。它是LCD显示家族中的一支，属于主动点矩阵式LCD（Active Matrix LCD），因此，

HTPS也是TFT（Thin Film Transistor；薄膜晶体管）的一种。

HTPS LCD为多晶硅TFT LCD的制程技术之一。之所以被称为高温玻璃，是因为在面板的制造

过程中，有一道Laser Anneal（雷射退火）制程，它的温度超过摄氏1000度。在多晶硅制程发展

初期，为要将玻璃基板之非晶硅结构转变成多晶硅结构，必须以摄氏1000度以上的高温氧化技术，

才能将非晶硅结构特性转化为多晶硅结构。由于普通玻璃无法如此高温处理，只有石英玻璃才能如此

处理，其价格较为昂贵且尺寸皆较小，故于多晶硅制程发展初期，厂商基于成本考虑，多走非晶硅路

线。

此外，另有一种同属于TFT LCD的LTPS LCD（Low Temperature Poly-Silicon；低温多晶

硅）。LTPS LCD之所以称为低温，是由于其制程温度没有那么高，仅约摄氏500～600度之谱，且

依各个制造商的制程而稍有差异。低温多晶硅制程是利用准分子雷射作为热源，雷射光经过投射系统

后，会产生能量均匀分布的激光束，投射于非晶硅结构的玻璃基板上，当非晶硅结构玻璃基板吸收准

分子雷射的能量后，会转变成为多晶硅结构，因整个处理过程都是在摄氏600度以下完成，所以一

般玻璃基板皆可适用。低温多晶硅技术主要特点在于改变液晶构造以提升传统非晶硅液晶技术性能及

降低制造成本。由于LTPS技术可提升电子迁移率达200（cm2/V-sec），有利于TFT组件小型化，

并提高面板开口率，使得显示亮度增加、降低耗电率。此外，低温制程有利于使用玻璃基板，而可大

幅降低生产成本。HTPS与LTPS其主要用途并不相同。

HTPS LCD应用领域

HTPS的应用领域，通常都是用来做为放大型的显示产品。例如液晶投影机、背投影电视等。一

般来说，手机或是计算机的LCD屏幕，都是属于直视型，也就是使用者可以直接观看屏幕并读取信

息。HTPS虽然也是TFT的一种，但无法直接用于手机或计算机屏幕等用途。

HTPS LCD的应用大致分为下列三种：OHD（Over Head Display）、Helmet及LV（Light

Valve）。其主要用途介绍如下：

OHD：抬头显示器，将影像投影在挡风玻璃上（或是透明玻璃），用在汽车或是飞机上，在许多

空战片当中可以一窥其面貌；

Helmet：此处是指专门用在虚拟幻境（Virtual Reality）头盔里之显像；

LV：可翻译成光阀。当HTPS在液晶投影机中动作的时候，由于所有的光线都会透过HTPS，并

由HTPS来决定光穿透的程度，因此，它被称为“光之阀门”。

HTPS LCD面板特色

HTPS LCD具有体积小、高分辨率、高穿透度等优点，因此特别适合用来做为三片式穿透式液晶

投影机。而使用HTPS LCD的三片式穿透式液晶投影机，具备了三项特色，可提供观赏者明亮、柔

和及色彩正确自然的视觉经验。

自然的色彩（Natural Images）

三片式LCD投影系统可准确地控制R、G、B三色并构成影像之画素，因此可让画面更自然生

动。

舒服的视觉（Gentle on the Eyes）

快速移动画面与影像将不会出现色分离现象，例如彩虹现象（rainbow effect）等。

充足的亮度（Bright Images）

由于HTPS LCD采三色光全时投射因此其光效率非常高，使用者可以观赏明亮且清晰的影像。

目前生产HTPS LCD的厂商，共有Epson与及Sony两家厂商，而其中以Epson的产能最大，

自公元1987年开始生产以来，至2004年7月已累计生产了2000万枚，目前Epson共有三座

HTPS工厂，是全球最大的HTPS LCD生产商。

结语

随着DVD激光视盘机与数字广播系统的普及，高分辨率影像源的数量也正逐渐增加，前投影

机、大屏幕HDTV液晶投影电视，以及其它家用投影机市场也跟着迅速扩展。而数字投影机的市场

持续扩大，商业演示文稿需求的增加，以及教室计算机化的需求均刺激市场的成长。这一成长也刺激

消费大众对于以三片式LCD设计技术为特色的家用前投影机与大屏幕HDTV液晶投影电视之需求，

这些产品可以让使用者以大屏幕画质享受数字信息内容。

开发HTPS LCD的厂商也将致力于生产开口率更高、对比率更高、更明亮且尺寸更小的面板产

品，以设计出更亮、更小、更省空间的前投影机和大屏幕HDTV液晶投影电视，并同时具备价格竞

争力。现在更有为家庭剧院投影机开发的HTPS TFT LCD面板，如1.8cm 720p宽屏幕格式产品，

以及1.4cm 480p的宽屏幕等产品问世。从厂商卯足全力研发更新面板产品看来，往后的投影市场竞

争将更为激烈，而更美的视觉飨宴也将让挑剔的消费者成为最大赢家。

薄膜晶体管液晶显示器技术 2006-4-19

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TFT-LCD结构。薄膜晶体管液晶显示器由显示屏、背光源及驱动电路三大核心部件组成。

TFT-LCD显示屏，包括数组玻璃基板、彩色滤光膜以及液晶材料。数组玻璃基板制备工艺是：

用三个光刻掩膜板，首先在玻璃基板上连续淀积ITO膜（厚20～50n m）和Cr膜（厚50～

100nm），并光刻图形，然后连续淀积绝缘栅膜SiN：（厚约400n m），再本征a-Si（厚50～100n

m）和n＋a-Si层，并光刻图形（干法）淀积Al膜，光刻漏源电极，最后以漏源电极作掩膜，自对

准刻蚀象素电极上的Cr膜和TFT源漏之间n＋a-Si膜。这就是TFT反交错结构的简单制造工艺。下

一步是：在玻璃基板上涂布聚酰亚胺取向层，用绒布沿一定方向摩擦，使取向层表面形成方向一致的

微细沟道，控制液晶分子定向排列。在保证两块玻璃基板上下取向槽沟的槽方向正交的条件下，将两

块玻璃基板上下密封成一个盒，盒间隙一般只有几个微米（如10μm），然后抽真空封灌液晶材料。

彩色滤光膜（Color Filter）简称CF。TFT-LCD的彩色显示，实际是通过数组基板的光，照射

在彩膜上，显示屏就能显示颜色。彩色滤光膜（如同着色的玻璃纸）可以制作在透明的电极之上（透

明电极和液晶层之间），也可制作在透明电极之下（透明电极和玻璃之间），上下玻璃基板与CF膜对

准精度非常高，要求CF膜黑白矩阵正好对准ITO象素电极的边缘，CF膜附着在液晶盒表面，然后

用两片无色偏振片夹住液晶盒。彩色显示原理可以简述为：把TFT-LCD的一个象素点分割成红、

绿、蓝（R、G、B）三基色，并对应CF膜的RGB，起光阀作用的LCD对透过CF膜的三色光量，进

行平衡、调节得到所要的彩色。穿过CF膜的入射光如果漏射，则会影响TFT-LCD的对比度，所以

在间隙处要设置遮光的黑矩阵（Black Matrix）简称BM。为了稳定性和平滑性，使用丙烯基树脂

和环氧树脂制成厚0.5～2μm的保护层（oe cota）简称OC。然后在这个保护层上面形成共享电

极，即透明电极膜。BM层通常是由金属铬（Cr）制作，为了降低表面反射，也有用氧化铬

（CrOx）或树脂。金属铬厚度约为1000～1500埃，用树脂、染料或颜料，作为着色层来着色。每

个象素点的着色图形，因TFT-LCD的用途而不同。如可按条形、玛赛克形、三角形等排列。CF膜的

特性用透过率、色纯度、对比度以及低反射化表示，所以对CF膜的要求是：高透过率和色纯度；高

对比度和平整性以及极低的扩散反射。

液晶材料。据不完全统计，可以作液晶材料的高分子化合物，已超过1万种。用一种液晶材料通

常很难满足器件要求的温度范围、弹性系数、介电常数、折射率各向异性以及粘度等主要技术指针，

工程上必须用混合液晶来调制物理性能。常用的具有代表性的液晶材料，按分子排列方向不同可分成

三大类：一类是向列相液晶。这种液晶材料，分子长轴平行，分子除转动滑动外，还可以上下移动；

二是胆甾相液晶。这种液晶材料，分子在不同的平面上取向，在同一平面上，分子长轴平行各平面的

指向矢，并逐层扭转呈螺旋变化；三是近相晶液晶。这种液晶材料，分子排列为层状，各层的分子长

轴平行，可以相互平行移动，但分子在层与层之间不能自由滑动。液晶材料的主要特点是：具有细长

分子结构，在和分子指向矢垂直和平行两个方向，其层电率、介电常数、折射率均不相同，并随温度

和驱动频率等外界条件而变化。另外，折射率各向异性大，在产生同样光学效应的情况下，可以使液

晶盒变薄。相同电压下的电场强度就能加快液晶盒的响应速度。

TFT-LCD背光源。液晶本身并不发光，外部必须施加照射光，这种外部照射光称为背光源。液

晶显示器的背光源，按液晶显示面与光源的相对位置，大体上可分为边缘式、直下式和自发光式三

种。白炽灯、白卤素灯为点光源，荧光灯（热阴极、冷阴极）为线光源，电致发光（EL）以及矩阵式

发光二极管为面光源。边缘式背光源是在显示区的侧面，装配线光源的荧光灯。为了确保显示区亮度

的均匀性，边缘式背光源均采取集光和导光措施。集光是为有效地使入射光能从一个侧面射出去，导

光是将集光射出的光进行反射，使之成为平面光源；直下式背光源是在显示区的正下方，装配1只或

几只并排的冷阴极灯，在冷阴极灯的上面同时装配漫散射板，以消除冷阴极灯造成的斑点；自发光式

背光源是在显示区的下方，装配电致发光板。电致发光为面发光，可整面均匀发光且没有斑点，发光

颜色为绿、蓝、白，亮度为30～100尼特。TFT-LCD背光源的发展趋势是：大画面、高亮度、广视

角以及薄型化、轻量化、低功耗化和低价格化。

TFT-LCD驱动电路。为了显示任意图形，TFT-LCD用m×n点排列的逐行扫描矩阵显示。在设

计驱动电路时，首先要考虑液晶电解会使液晶材料变质，为确保寿命一般都采用交流驱动方式。已经

形成的驱动方式有：电压选择方式、斜坡方式、DAC方式和模拟方式等。由于TFT-LCD主要用于笔

记本计算机，所以驱动电路大致分成：信号控制电路、电源电路、灰度电压电路、公用电极驱动电

路、数据线驱动电路和寻址线驱动电路（栅极驱动IC）。上述驱动电路的主要功能是：信号控制电路

将数字信号、控制信号以及时钟信号供给数字IC，并把控制信号和时钟信号供给栅极驱动IC；电源

电路将需要的电源电压供给数字IC和栅极驱动IC；灰度电压电路将数字驱动电路产生的10个灰度

电压各自供给数据驱动；公用电极驱动电路将公用电压供给相对于象素电极的共享电极；数据线驱动

电路将信号控制电路送来的RGB信号的各6个比特显示数据以及时钟信号，定时顺序锁存并续进内

部，然后此显示数据以6比特DA变换器转换成模拟信号，再由输出电路变换成阻抗，供给液晶屏的

资料线；栅极驱动电路将信号控制电路送来的时钟信号，通过移位寄存器转换动作，将输出电路切换

成ON／OFF电压，并顺次加到液晶屏上。最后，将驱动电路装配在TAB（自动焊接柔性线路板）

上，用ACF（各向异性导电胶膜）、TCP（驱动电路柔性引带）与液晶显示屏相连接。

TFT-LCD工作原理。首先介绍显示原理。液晶显示的原理基于液晶的透光率随其所施电压大小

而变化的特性。当光通过上偏振片后，变成线性偏振光，偏振方向与偏振片振动方向一致，与上下玻

璃基板上面液晶分子排列顺序一致。当光通过液晶层时，由于受液晶折射，线性偏振光被分解为两束

光。又由于这两束光传播速度不同（相位相同），因而当两束光合成后，必然使振光的振动方向发生

变化。通过液晶层的光，则被逐渐扭曲。当光达到下偏振片时，其光轴振动方向被扭曲了90度，且

与下偏振片的振动方向保持一致。这样，光线通过下偏振片形成亮场。加上电压以后，液晶在电场作

用下取向，扭曲消失。这时，通过上偏振片的线性偏振光，在液晶层不再旋转，无法通过下偏振片而

形成暗场。可见液晶本身不发光，在外光源的调制下，才能显示，在整个显示过程中，液晶起到一个

电压控制的光阀作用。TFT-LCD的工作原理则可简述为：当栅极正向电压大于施加电压时，漏源电

极导通，当栅极正向电压等于0或负电压时，漏源电极断开。漏电极与ITO象素电极连结，源电极

与源线（列电极）连结，栅极与栅线（行电极）连结。这就是TFT-LCD的简单工作原理。

TFT-LCD的关键技术。TFT-LCD的关键技术很多，主要有以下几个大的方面：

一是提高开口率技术。开口率指TFT-LCD显示屏光透过部分和不透过部分之比，开口率越大，

亮度越高。影响开口率的主要是栅和源总线宽度、TFT尺寸、上下基板对盒精度、存贮电容尺寸及黑

矩阵尺寸等。为了提高开口率，采取的办法是：将黑白矩阵和彩膜都做在TFT基板上，此办法避免

了对盒精度引起的开口率下降，但成品率不是很高，成本也会相应加大。另外就是栅源总线，采用集

成电路微加工技术。90年代TFT矩阵微加工约10μm，开口率为35％，微加工达到5μm时，开口

率为80％。第三就是采用自对准光刻技术。主要是消除栅极和源漏极重迭形成的寄生电容。用自对

准光刻技术，把栅电极作掩膜板，光刻n＋a-Si和源漏电极，以减少栅源电极之间的重迭。最后是改

善栅源材料。为了增加开口率，应尽量将总线宽度取小，但要考虑由于总线电阻过大，输入信号延

迟，驱动不充分，从而降低对比度的问题。通常采用Cr或MoTa金属包Al的办法，这样就能得到

低电阻总线。

二是扩大视角技术。液晶分子的各向异性，决定了液晶分子空间分布的不同，不同的立体角光透

过率不同，这是造成显示对比度不均匀的重要原因。因此，扩大视角是液晶显示技术的关键课题之

一。一般采取的技术措施有：补偿膜技术。在液晶显示屏上，贴光漫射膜和光强补偿膜，使通过液晶

屏的光均匀漫射，并补偿某些角度的光强。另外就是采用多畴技术，在象元内划分两个以上不同液晶

分子排列区域，形成多畴液晶分子取向，从而达到扩大视角的目的。扩大视角技术还有IPS、ASM

等方法和措施。

三是简化TFT数组工艺。一般TFT数组工艺刻蚀次数为7～9次，工艺流程过长，影响产品合格

率和生产能力。国外文献报导，已有4次套刻工艺，比常规的TFT数组工艺减少了一半。

当然，液晶显示器的关键技术不只是以上三个方面，但它们是影响TFT-LCD质量的最关键技

术，其它关键技术这里就不一一赘述。

液晶显示器面板的分级 2006-7-14

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用户在购买液晶显示器时常会听商家说：“xx牌的好，用的是A屏，xx牌的不行，用的是B

屏”。那A屏与B屏的区别到底在那呢?

A级屏比B级屏的档次要高，C级档次最低。除了这三级以外，现在还有一种称呼就是“超A

级”或“AA级”，即比A级档次还要稍微高一些的产品。一般说来，B级和C级都算是次品，与A

级相比，B级和C级的坏点数多一些，亮度相对不均匀，外观也可能有损伤，并且与A级屏的价格

差距可能高达近千元。

对于三星、菲利浦、纯净界这些知名品牌来说，对于液晶屏的质量要求也相对高出许多，都会采

用“A”级的屏，以保证质量。所以在采购过程中，价格并非完全按照一个单纯的品牌来定位的，而

是严谨地遵循了一个成本制造的原则。

坏点是液晶面板上不可修复的像素点，是在生产过程中产生的。在液晶像素后面有三个晶体管，

对应着红、绿、蓝三个滤光片，其中任何一个晶体管出现问题都会使这个像素成为一个坏点。以15

寸1024*768的屏来说，总共约需像素点1024*768*3=2359296个，而且在每个液晶像素背后还集

成有一个单独驱动管，在如此多的像素点和驱动管中难免会有个别会出现问题。产生坏点的多少直接

与生产厂家的技术和工艺水平相关。就目前来看，每批生产出来的液晶板通常都有20%的产品有坏

点。随着技术的不断完善，一些品牌的液晶板坏点率已经能够控制到10% 以内，不过0坏点率还尚

属罕见。

亮点是当设定屏幕显示的画面全黑时，屏幕上所显示的红、绿蓝光点。

暗点是当设定屏幕显示的画面全白或为同一颜色时，屏幕上不显示颜色的点。

实际上液晶面板的判别不仅在于坏点和亮点暗点的多少上，色纯度、可视角度的区别也是评定的

主要依据，厂商要根据这些产品指针的综合评定，才能把液晶评分为A级、B级、C级，并会以此为

依据对产品定价，其中A级屏和B级屏必须用专用的仪器去测试，肉眼很难判别。

各地面板厂商对产品的分级各不相同：韩系厂商，3个以下为A级

日系厂商，5个以下为A级

台系厂商，8个以下为A级

主流液晶显示器产品所标称的等级标准为：

AA级：无任何坏点的LCD显示器为AA级。

A级：3个坏点以下，其中亮点不超过一个，且亮点不在屏幕中央区内。

B级：3个坏点以下，其中亮点不超过二个，且亮点不在屏幕中央区内。

以上是液晶面板厂商与液晶显示器厂商的分级标准，供大家在挑选液晶时参考！

主流液晶面板的类型 2006-7-12

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就目前而言占据主流产品的面板类型有三大类分别是：VA、IPS和TN，它们都有各自所采用的

液晶材料和面板结构，优缺点也不尽相同!

VA型：VA型液晶面板在目前的显示器产品中应用较为广泛，16.7M色彩和大可视角度是它最

为明显的技术特点，目前VA型面板分为两种，一种为MVA型，另一种为PVA型。其中MVA是富

士通主导的一种面板类型，它的全称为(Multi-domain Vertical Alignment)，是一种多象限垂直配

向技术。它是利用突出物使液晶静止时并非传统的直立式，而是偏向某一个角度静止；当施加电压让

液晶分子改变成水平以让背光通过则更为快速，这样便可以大幅度缩短显示时间，也因为突出物改变

液晶分子配向，让视野角度更为宽广。在视角的增加上可达160度以上，反应时间缩短至20ms以

内。

而PVA型则是三星推出的一种面板类型，它在富士通MVA面板的基础上有了进一步的发展和

提高，是一种图像垂直调整技术，该技术直接改变液晶单元结构，让显示效能大幅提升可以获得优于

MVA的亮度输出和对比度。此外在这两种类型基础上又延出改进型S-PVA和P-MVA两种面板类

型，在技术发展上更趋向上，可视角度可达170度，响应时间被控制在20毫秒以内（采用

Overdrive加速达到8ms GTG），而对比度可轻易超过700:1的高水平，三星自产品牌的大部份产品

都为PVA液晶面板。

IPS型：它也是目前主要的一种液晶面板类型，由日本日立于2001年推出，液晶分子平面切换

的方式来改善视角，利用空间厚度、摩擦强度并有效利用横向电场驱动的改变让液晶分子做最大的平

面旋转角度来增加视角；在商品的制造上不须额外加补偿膜，显示视觉上对比也很高。在视角的提升

上可达到160度，响应时间缩短至40ms以内。所以IPS型液晶面板具有可视角度大、颜色细腻等

优点，看上去比较通透，不过响应时间较慢和对比度较难提高也是这类型面板一个比较明显的缺点。

IPS即第一代IPS技术，它已经实现了较好的可视角度。而S-IPS则为第二代IPS技术，它又引入了

一些新的技术，以改善IPS模式在某些特定角度的灰阶逆转现象。

其LG-飞利浦自主的面板制造商也是以IPS为技术特点推出的液晶面板。

TN型：这种类型的液晶面板应该算是应用于入门级和中端的面板产品，最为重要的有一点就是

价格实惠、低廉，成为众多厂商选用的产品。在技术上，与前两种类型的液晶面板相比在技术性能上

略为逊色，它不能表现出16.7M艳丽色彩，并且可视角度也受到了一定的限制。之所以TN型这种

面板产品仍然是众多厂商采用的主力还是因为由于他的输出灰接级数较少，液晶分子偏转速度快，致

使它的响应时间容易提高，据数据显示一些现在市场上一般在8ms响应时间以内的产品大多都采用

的是TN液晶面板。

特别值得一提的是，还有如SHARP采用的ASV技术型和NEC推出的ExtraView型的液晶面

板，他们所生产的液晶显示器都是自己厂商独有液晶面板，只是其它品牌所采用的相对较少。此外中

国台湾地区友达光电、奇美光电等大型的专业面板厂商都是以向其专业技术厂商购入其相对液晶面板

技术加以生产，在提供给显示器产商。

液晶的多种应用途径探讨 2006-7-31

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液晶光学器件

利用液晶的电光效应，如 宾主效应、TN模式、STN模式，就能使其具有快门或光开关的功

能，如切换光的透射，遮断、控制透射光的强度等。这种快门缺点是不能完全遮断入射光，而且一般

响应速度比较慢。提高快门速度的方法有双频率驱动法、电压调制法、三电极法以及铁电液晶高速开

关效应等。其应用的实例有焊接面罩、立体电视用快门、液晶打印机等。

液晶快门原理还可以用于改变光透射面积的光学光圈及可调节光透射量的调光器件等。例如，将

上下基板都印有同心半圆形的笔段电极适当组合，使电压作用在同心圆形内，就构成了一种光学光

圈。调光器件的典型例子是高分子微滴散射液晶显示(PDLC)，可作电控电子窗帘和屏风。此外还有

用作汽车司机夜间行驶防强光的液晶眼镜等。

如果构成液晶盒的两片导电玻璃不是平行，而是互相倾斜做成尖劈形状（或将导电玻璃弯成曲

面），控制入射光的偏颇振方向，液晶盒就可以当作有两个偏振角的棱镜使用。对它施加电压，可以

使对应的非寻常光的折射率连续变化到寻常光的折射率。通过电压控制盒内液晶分子的取向，改变折

射率，相应地也就调节了焦距。依据这样的原理可做成焦距可变的液晶透镜。已开发的有电压-透射

光强度特性透镜，可变焦的微型透镜。

利用液晶折射率各向异性和液晶接口全反射原理，以及偏振光分束器和TN液晶盒造成偏振面旋

转原理，可以制成光开关。而在向列型液晶盒内设置对称结构或非对称结构的电极，建立电场分布，

利用液晶分子重新取向所产生的折射率分布使光转向，则可以制作光束偏振器。但这种器件因液晶层

要增厚到一定程度，在透射特性、响应速度上都有一定的难度。

液晶光阀可作为制作全息图的空间调制器。它是借光寻址，可把液晶层形成的图像放大投影到屏

幕上的显示器件。除采用液晶光阀外，液晶的空间调制器还可以采用矩阵结构、电控双折射、或胆甾

相-向列相的相变效应来制作全息图。

此外，液晶的空间调制器还可以制成光逻辑进行逻辑或图像处理，也可制作成光内存，用于信息

的写入与擦除。

液晶传感器

液晶分子的排列容易受外部热、电场、磁场、压力等的影响，因此，一旦受到外部刺激，液晶的

光学等特性就随之变化。利用这种性质，可以制作各种液晶传感器。

常见的有温度传感器。当液晶的螺距与折射率的乘积在可见光范围内时，会呈现出特定的颜色，

而绝大多数的胆甾相液晶的螺距是随温度变化的。根据此原理就可经制作出温度传感器。传感器可以

用两片玻璃片夹液晶做成液晶盒，作为温度的探头，也可以用胆甾相液晶直接涂覆在被测表面上；还

可以用一定的液晶做成微胶囊，再添加胶粘剂做成油墨，然后将它涂覆或印刷在黑色不透明的基片

（薄膜）上。现在这类温度传感器，可用于电子零件，机械零件的无损探伤，人体表面体温分布的测

量，乳腺癌和皮下肿块的早期疹断等。

此外，还有电场传感器、电压传感器、超声波传感器、红外线传感器等。

LCD技术图文解说 2006-6-27

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在1970年，Fergason制造了第一台具有实用性的LCD。在此之前，LCD有许多缺点：它电能

消耗过大、使用寿命短，而且显示对比度低。直到1971年， LCD 才被公众接受并开始流行起来。

LCD 使用液晶屏幕显示图像，液晶屏幕以电压供应的改变而改变光线的折射来产生色彩的变化。液

晶屏幕由中间夹着液晶的两层玻璃或塑料面板构成，光线可以透过面板。 接通电流之后，液晶可以

改变方向以控制光线的通过，这样液晶就可以调节自己的色彩。LCD 显示屏一般都应用在便携计算

机或多媒体放映机上。大部分桌面计算机的纯平LCD显示器就是采用了LCD 技术。

早期的液晶屏表现不稳定，也不合适大批量的生产。直到一位英国科学家发现稳定的液晶材料'

联苯'之后，才使LCD 技术产生质的飞跃。LCD从而广泛出现在计算机、游戏装置和手表上。

目前的LCD显示器因为具有完全平面、主动距阵、超薄等特点而受到人们欢迎。LCD的历史已

经有30年了，由于过去的研究和发展较慢，LCD 显示器因为不能提供良好的图像质量而不受好评。

但到今天，LCD的需求日益增加并开始普及，它以美观的外观、纤细的造型、不占用空间和低能耗

而受到人们欢迎，现在已经有很大部分资金充裕的用户正在使用它。

当前还有很多消费者持观望态度，他们在等待LCD显示器的价格下降并希望LCD能在亮度、锐

利和对比方面提供更好的性能，他们只有在那时才能从传统的CRT过渡到LCD显示器。早期的LCD

技术响应速度慢、效率低、提供的对比度不高。而且早期的距阵技术是被动距阵，可以提供锐利的文

本显示，但显示运动物体后会留下残像。今天，大多数黑白显示笔记本、呼机和便携电话都采用了被

动距阵。因为LCD能比CRT提供更锐利的文本和更清晰的图像。

LCD有两种： DSTN (双层超扭曲向列) 和TFT (薄膜晶体管)，也就是大家知道的被动和主动显

示。 LCD有以下几层构成并按下面的顺序排列：极性过滤器、薄玻璃板、电极、配列层、液晶、配

列层、电极、薄玻璃板、极性滤器。

早期的笔记本计算机采用8英寸的被动黑白显示屏。但LCD显示器主流往主动距阵和大显示尺

寸方向发展。今天的LCD几乎都采用 TFT面板，TFT可以在大尺寸下提高亮度并保持锐利的显示效

果。

LCD工作原理

TFT LCD 的横截面很像是很多层三明治迭在一起。每面最外一层是透明的玻璃基体，玻璃基体

中间就是薄膜晶体管 。 颜色过滤器和液晶层可以给显示出红、蓝和绿三种最基本的颜色。通常，

LCD后面都有照明灯以显示画面。

一般只要电流不变动，液晶都在非结晶状态。这时液晶允许任何光线通过。液晶层受到电压变化

的影响后，液晶只允许一定数量的光线通过。光线的反射角度按照液晶控制。

当液晶的供应电压变动时，液晶就会产生变形，因而光线的折射角度就会不同，从而产生色彩的

变化。一个完整的TFT 显示屏由很多像素构成，每个像素象一个可以开关的晶体管。这样就可以控

制TFT 显示屏的分辨率。如果一台LCD的分辨率可以达到1024 x 768 像素 (SVGA)，它就有那么多

像素可以显示。

LCD技术详细介绍 2006-3-17

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关于液晶

物质有三种形态：固态、液态和气态。

1888年，澳大利亚植物学者莱尼茨尔（Reinitzer）研究胆甾醇在植物中的作用时，用胆甾基苯

进行试验，无意间发现了液晶，但液晶的实际应用直到二十世纪五十年代才开始。 顾名思义，液晶

是固液态之间的一种中间类状态。 液晶是一种有机化合物，在一定的温度范围内，它既具有液体的

流动性、粘度、形变等机械性质，又具有晶体的热（热效应）、光（光学各向异性）、电（电光效

应）、磁（磁光效应）等物理性质。 光线穿透液晶的路径由构成它的分子排列所决定。人们发现给液

晶充电会改变它的分子排列，继而造成光线的扭曲或折射。

液晶按照分子结构排列的不同，分为三种：晶体颗粒粘土状的称为近晶相（Smectic）液晶、类

似细火柴棒的称为向列相（Nematic）液晶、类似胆固醇状的称为胆甾相（Cholestic）液晶。这三

种液晶的物理特性都不尽相同，用于液晶显示器的是第二类的向列相（Nematic）液晶。

LCD的原理

只有先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并行线。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。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。

LCD的分类

可以将LCD分为被动技术和主动技术两种，代表性的产品分别是DSTN（double-layer

supertwist nematic双层超扭曲向列相液晶）和TFT（thin film transistor薄膜晶体管）。 DSTN一

直是被动式笔记本显示器的标准，HPA和CSTN则是被动技术的最新改进。HPA也被称为高性能寻

址或快速DSTN。HPA和CSTN皆比DSTN提供了更好的对比度和亮度。CSTN的反应时间现在已

下降到100ms，并提供140度视角。

DSTN是由超扭曲向列型显示器（STN）发展而来的，由于DSTN采用双扫描技术，因而显示

效果较STN有大幅度的提高。笔记本计算机刚出现时主要是使用STN。STN的反应时间较慢，一般

为300ms左右，用户能感觉到拖尾（余辉）。由于DSTN 分上下两屏同时扫描，所以在使用中有可

能在显示屏中央出现一条亮线。

主动矩阵显示屏通过薄膜晶体管直接寻址，这也是该技术名称的由来，即TFT（薄膜晶体管）。

TFT属于有源矩阵液晶显示器中的一种，反应时间大大提高，已达到25ms。其具有更高的对比度和

更丰富的色彩。相对DSTN而言，TFT的主要特点是每个像素都配置一个半导体开关器件，其加工

工艺类似于大规模集成电路。由于每个像素都可通过点脉冲直接控制，因而每个节点相对独立，并可

连续控制，这样不仅提高了反应时间，同时在灰度控制上可以非常精确，这就是TFT色彩较DSTN

更为逼真的原因。目前绝大部分笔记本计算机厂商的主流产品都是采用TFT显示屏。

LCD和CRT（传统显示器）的比较以及购买时的注意事项

LCD的工作原理我们介绍过了，那么再介绍一下CRT，然后我们好比较。CRT的工作原理是由

灯丝、阴极、控制栅组成电子枪，通电后灯丝发热，阴极被激发，发射出电子流，电子流受到带有高

电压的内部金属层的加速，经过透镜聚焦形成极细的电子束，打在荧光屏上，使荧光粉发光。电子束

在偏转线圈产生的磁场作用下，可以控制其射向荧光屏的指定位置，电子束打在荧光屏上后会形成一

个发光点，若干个发光点就可以组成图像。RGB三色荧光点被不同强度的电子束击中，就会产生各

种色彩，通过控制电子束的强弱和通断，则可以形成各种绚丽多彩的画面。一般荫罩式显像管的内部

有一层类似筛子的网罩，电子束通过网眼打在呈三角形排列的荧光点上，三把电子枪分别对应RGB

三色，所以叫做"三枪三束"显像管。荫栅式显像管(例如特丽珑与钻石珑)的原理也是一样，只不过此

类显像管的网罩是将许多光栅纵向固定在框里形成的。

接下来就是详细介绍它们的不同之处了:

分辨率

分辨率是一个非常重要的性能指针。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

会显示图像，其它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。

刷新率

对于CRT来讲，屏幕上的图形图像是由一个个因电子束击打而发光的荧光点组成，由于显像管

内荧光粉受到电子束击打后发光的时间很短，所以电子束必须不断击打荧光粉使其持续发光。电子枪

从屏幕的左上角的第一行（行的多少根据显示器当时的分辨率所决定，比如800X600分辨率下，电

子枪就要扫描600行）开始，从左至右逐行扫描，第一行扫描完后再从第二行的最左端开始至第二

行的最右端，一直到扫描完整个屏幕后再从屏幕的左上角开始，这时就完成了一次对屏幕的刷新，周

而复始。这样我们就能够理解，为什么显示器的分辨率越高，其所能达到的刷新率最大值就越低。一

般来讲，屏幕的刷新率要达到75HZ以上，人眼才不易感觉出屏幕的闪烁，CRT显示器的刷新率是

由其行频和当时的分辨率决定的，行频越高，同一分辨率下的刷新率就越高；而行频一定的情况下，

分辨率越高则它所能达到的刷新率越低。对于LCD来说则不存在刷新率的问题，它根本就不需要刷

新。因为LCD中每个像素都在持续不断地发光，直到不发光的电压改变并被送到控制器中，所以

LCD不会有"不断充放电"而引起的闪烁现象。

视角

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，部分新型产品

的可视角度已经能够达到160左右，跟CRT的180度已经非常接近。也有一些LCD虽然标称视角

为160度，但实际上却达不到这个标准。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，所以不用担心被同事看见

小笨熊的爱称。当然如果厂商将产品中加上增加视角的技术的话情况会好一点。下面介绍一下。

TN+Film（TN+视角扩大膜）技术

从结构上来讲，液晶显示器使用了"液晶"作为显示材料。液晶是一种介于固态和液态之间的物

质，在一定的温度下会呈现出透明的液体状态，而冷却以后又会变成带结晶颗粒的混浊固体状态。液

晶按照分子结构排列的不同分为三种：类似粘土状的Smectic液晶、类似细火柴棒的Nematic液

晶、类似胆固醇状的Cholestic液晶，。这三种液晶的物理特性都不尽相同，通常用于液晶显示器的

是第二类的Nematic液晶，采用此类液晶制造的液晶显示器也就称为LCD（Liquid Crystal

Display）。 普通液晶屏上层的液晶分子的排列是横向的，下层的液晶分子排列是纵向的，而位于上

下层之间的液晶分子接近上层的就呈横向排列，接近下层的则呈纵向排列。整体看起来，液晶分子的

排列方式就像是一个螺旋形的旋转排列，但是基于TN+视角扩大膜技术的液晶显示器的液晶分子是

垂直于显示屏排列的，这样在上层的表面加一层特殊的薄膜即可增加可视的角度。 从技术上来讲，

该技术是基于较成熟的标准TFT-Twisted Nematic（扭转向列式）液晶技术发展起来的。只要在基

板的上表面加上一层特殊的薄膜（转向膜）就可以将水平视角从90度增加到140度。该技术的优点

不言而喻，那就是相对的廉价和发展较为成熟的技术，成品率高。但是该技术的缺点也同样明显，就

是对对比度较低和响应速度较慢的固有缺点仍没有质的改变。

IPS （板内切换 or Super-TFT）技术

IPS或"板内切换"技术最先是由Hitachi（日立）开发的，现在NEC及Nokia（诺基亚）也采用

这项技术生产TFT。

原理：

IPS与TN+Film（扭转向列液晶+视角扩大膜组合）技术的最大不同点在于液晶分子的方向是平

行于基板而不是垂直于基板。这一点是通过施加电压来实现的。

使用IPS或Super TFT技术可以使视角扩大到170度，基本上可以达到CRT监视器一样的视

角。但是这项技术也有缺点，因为液晶分子的排列方向，使得电极必须做成梳子状，安放在下层玻璃

基板上，而不能像TN模式一样（成型的TN液晶显示屏通常包括玻璃基板、ITO膜、配向膜、偏光

板等制成的夹板，共有两层，称为上下夹层，每个夹层都包含电极和配向膜上形成的沟槽，上下夹层

中的是液晶分子），安置在两层玻璃基板上。这样做会降低对比度，因此必须加大背光源来达到要求

的的亮度。同TN+Film（TN+视角扩大膜）技术相同 IPS模式下的对比度及响应时间与传统的TFT-

TN 相比也并无多大改善。

3 MVA（Multi-Domain Vertical Alignment，多区域垂直排列）技术

MVA技术是由富士通公司开发的。从技术的上来看，MVA目前来看应该是液晶显示器广视角及

短响应时间最好的解决方案。MVA技术使可视角度可达到160度，响应时间可达到20ms。在

MVA技术中，M代表 "multi-domain"，是指单个色彩单元里面用凸出的物体来形成多区域。 VA

代表"Vertical Alignment"（垂直排列），由于凸出物的关系，液晶分子在静态时并不完全是的垂直

排列的。当施加电压产生电场之后，液晶分子变成水平排列，这样背光源发出的光就能通过各个层。

MVA技术能够提供比TN+视角扩大膜技术及IPS技术更短的响应时间，这对视频和游戏的表现来说

很重要。对比度方面也有提高，但是会随视角的变化而变化。

TN+Film（TN+视角扩大膜）技术

成本低廉，成品率高，可视角度140度，对比度和响应时间无太大提高。 IPS（内切换 or

Super-TFT）技术：可视角度170度，对比度和响应时间无太大提高。MVA（Multi-Domain

Vertical Alignment，多区域垂直排列）技术可视角度160度，对比度和响应时间有较大的提高，适

合对视频和游戏的回放。

可视面积

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村就基本上够了.

亮度与对比度

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），对比率高达

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100:1～300:1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。

反应速度

测量反应速度的时间单位元是毫秒（ms），指的是象素由亮转暗并由暗转两所需的时间。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等全屏高速动态影像时，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。

色彩

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1677万色的图像。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。

显示效果

先说CRT，目前绝大部分家用级CRT都不同程度地存在着聚焦、汇聚、呼吸效应等方面的问

题，这与厂家的技术工艺是分不开的。如果生产厂家设计的相关控制电路不够先进，就很容易出现前

面所说的那些问题。这也是为什么同样都是特丽珑显像管，SONY原厂生产的显示器和其它一些厂家

所生产的显示器表现截然不同的原因。而LCD则完全没有聚焦等问题，因为它根本就不需要聚焦。

不过在线形与非线形失真等问题，LCD也有可能会出现，只不过CRT更容易出现罢了。

辐射

因为CRT显示器的光线会通过阴极管发出，同时也发出了辐射，所以对人体是很不利，但是后

来TCO9X的要求是CRT在这方面得到了极大的改善。但是LCD由于其工作原理的缘故，工作时更

本不会发出一点辐射，比之CRT强了很多。所以在下认为一般家庭还是使用CRT比较合适，多媒体

效果会更好而且价格相对来说较便宜，LCD液晶显示器更适合在商业上用途上，股票交易、媒体编

辑更适合使用LCD。

液晶的几种模式的工作原理 2006-5-12

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1、液晶材料是液晶显示器件的主体。无论哪一种液晶显示器都是以下述原理为基础进行工作

的，即通过电场或热等外场的作用，使液晶分子从特定的初始排列状态转变为其它排列状态，随着液

晶分子排列方式的改变，其表现出来的光学特性（双折射特性）发生相应改变，最终变换为明暗视觉

变化。

2、现在普通的TFT有源矩阵液晶显示器采用的工作方式都是TN(Twisted Nematic)模式的常白

方式（Normally White）。TN模式的最重要特点是液晶盒的设置满足摩根条件（其具体表述为：液

晶分子的扭曲螺距和其折射率各向异性的乘积远大于入射光波长的一半，即Δnd »λ/2），这样光在通

过该液晶层时，其偏振面发生的旋转就与波长无关，（或者说当满足摩根条件时，不同波长的入射光

经过液晶层后各自偏振面产生的旋转角度是一样的）；液晶盒中充满Np（正性向列相）液晶，液晶

分子沿面排列，且分子长轴在上下玻璃基片之间连续扭曲90º，上下偏振片正交设置。

TN盒子的工作原理如下图1.1所示：在断开态，由于满足摩根条件，而且起偏器的偏振化方向

与下基板表面处液晶分子指向矢平行，所以经起偏器获得的入射线偏光射入液晶层后会随着液晶分子

的逐步扭曲同步旋转（这就是所谓的：旋光效应），当到达上基板时其偏振面旋转达到90º，此时其

偏振方向变成与检偏器的偏振化方向平行，这样该线偏光就可以穿过检偏器而展现亮态显示（由于无

电场时为白画面，所以称之为“常白方式”）。当我们给液晶盒施加一个大于阈值Vth的电压时，Np

型向列液晶分子的扭曲结构就会被破坏，变成沿电场方向倾斜排列；当外加电压达到2Vth时，除上

下基板表面处分子外其它所有液晶分子都变成沿电场方向再排列，这时TN盒的90º旋光性能消失，

正交偏振片之间的液晶盒失去透光作用，从而得到暗态显示。

3、当前还有STN模式，它利用的是液晶分子的双折射特性进行工作的（而上面的TN模式利用

的是特殊设置的液晶分子层的旋光特性进行工作的）。这种模式由于工艺复杂，彩色化显示不太理想

（存在干涉色，亦即色彩还原能力不好），所以只用于低端显示，比如手机、PDA等。

STN模式的液晶盒跟TN模式的不同只在于以下几点：（1）起偏器偏振化方向和下基板处液晶

分子长轴（即光轴方向）不是相互平行而是成30º角。这样经起偏器获得的线偏光在射入液晶层时就

会发生双折射现象（2）上下基板处液晶分子长轴方向连续扭曲270º，而TN盒中是90º。

STN模式的工作原理如下：不加电时，液晶分子扭曲排列（上下基板处液晶分子长轴方向连续

扭曲270º），由于下基板处液晶分子和起偏器偏振化方向不是相互平行而是成30º角，这样经起偏器

获得的线偏光在射入液晶层时就会发生双折射现象，折射光的两个电向量分量在上极板处重新合成，

变成椭圆偏振光，最终有一部分光从检偏器射出。加电时，液晶分子的扭曲结构被解体，变成垂面排

列状态，正交设置的偏振片能阻断光的投射，得到暗态显示。

4、上面两种模式下，外加电压越大时，液晶分子的倾斜角度越大（越接近垂面排列状态），对应

的透射光的强度越大；外加电压越小，液晶分子倾角越小（越接近沿面排列状态），对应的透射光强

度越小。也就是说，通过控制外加电压的大小，就可以实现想要的灰阶显示。

5、彩色显示机理：

当前液晶显示器件的彩色显示是利用彩色滤色膜来实现的。彩色滤色膜制作过程如下图2.7所

示：

组合成的液晶盒结构可参见下图（这是我的毕业设计中MVA模式液晶盒结构图，TN模式液晶

盒只是没有上下小凸起而已，其它的基本一样），也就是说，彩色滤色膜的R、G、B三基色按一定图

案排列，并与TFT基板上的TFT子象素一一对应（注意：一个象素由三个子象素组成）。背光源发出

的白光，经滤色膜后变成相应的R、G、B色光。通过TFT数组可以调节加在各个子象素上的电压

值，从而改变各色光的透射强度。不同强度的RGB色光混合在一起，就实现了彩色显示。

6、还有其它的模式，比如MVA模式、IPS模式等，都是为了改善视角特性和提高响应速度而

新开发的液晶工作模式，是对TN模式的改进而已。

7、上下偏振片（亦即起偏器和检偏器）的设置情况决定着加电和不加电状态下液晶盒的亮暗状

态：当上下偏振片正交设置（亦即起偏器和检偏器偏振化方向相互垂直）时，在不加电状态下TN、

STN模式呈亮态（所以称之为常白方式）；加电状态下为暗态显示。而当上下偏振片平行设置（亦即

起偏器和检偏器偏振化方向相互平行）时，在不加电状态下TN、STN模式呈暗态（所以称之为常黑

方式），加电时反而呈亮态。

TFT-LCD液晶显示器的工作原理 2004-8-19

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本文作者：谢崇凯 图片制作：FPDisplay

我一直记得, 当初刚开始从事有关液晶显示器相关的工作时, 常常遇到的困扰, 就是不知道怎么跟

人家解释, 液晶显示器是什么? 只好随着不同的应用环境, 来解释给人家听. 在最早的时候是告诉人家,

就是掌上型电动玩具上所用的显示屏, 随着笔记型计算机开始普及, 就可以告诉人家说, 就是使用在笔

记型计算机上的显示器. 随着手机的流行, 又可以告诉人家说, 是使用在手机上的显示板. 时至今日, 液

晶显示器, 对于一般普罗大众, 已经不再是生涩的名词. 而它更是继半导体后 另一种可以再创造大量营

业额的新兴科技产品, 更由于其轻薄的特性, 因此它的应用范围比起原先使用阴极射线管(CRT,

cathode-ray tube)所作成的显示器更多更广.

如同我前面所提到的, 液晶显示器泛指一大堆利用液晶所制作出来的显示器. 而今日对液晶显示器

这个名称, 大多是指使用于笔记型计算机, 或是桌上型计算机应用方面的显示器. 也就是薄膜晶体管液

晶显示器. 其英文名称为Thin-film transistor liquid crystal display, 简称之TFT LCD. 从它的英文名

称中我们可以知道, 这一种显示器它的构成主要有两个特征, 一个是薄膜晶体管, 另一个就是液晶本身.

我们先谈谈液晶本身.

液晶(LC, liquid crystal)的分类

我们一般都认为物质像水一样都有三态, 分别是固态液态跟气态. 其实物质的三态是针对水而言,

对于不同的物质, 可能有其它不同的状态存在. 以我们要谈到的液晶态而言, 它是介于固体跟液体之间

的一种状态, 其实这种状态仅是材料的一种相变化的过程(请见图1), 只要材料具有上述的过程, 即在

固态及液态间有此一状态存在, 物理学家便称之为液态晶体.

这种液态晶体的首次发现, 距今已经度过一百多个年头了. 在公元1888年, 被奥地利的植物学家

Friedrich Reinitzer所发现, 其在观察从植物中分离精制出的安息香酸胆固醇(cholesteryl benzoate)

的融解行为时发现, 此化合物加热至145.5度℃时, 固体会熔化,呈现一种介于固相和液相间之半熔融

流动白浊状液体. 这种状况会一直维持温度升高到178.5度℃, 才形成清澈的等方性液态(isotropic

liquid). 来年, 在1889年, 研究相转移及热力学平衡的德国物理学家n, 对此化合物作更详

细的分析. 他在偏光显微镜下发现, 此黏稠之半流动性白浊液体化合物,具有异方性结晶所特有的双折

射率(birefringence)之光学性质, 即光学异相性(optical anisotropic). 故将这种似晶体的液体命名为

液晶. 此后, 科学家将此一新发现的性质, 称为物质的第四态-液晶(liquid crystal). 它在某一特定温度

的范围内, 会具有同时液体及固体的特性.

一般以水而言, 固体中的晶格因为加热, 开始吸热而破坏晶格, 当温度超过熔点时便会溶解变成液

体. 而热致型液晶则不一样(请见图2), 当其固态受热后, 并不会直接变成液态, 会先溶解形成液晶态.

当您持续加热时, 才会再溶解成液态(等方性液态). 这就是所谓二次溶解的现象. 而液晶态顾名思义, 它

会有固态的晶格, 及液态的流动性. 当液态晶体刚发现时, 因为种类很多, 所以不同研究领域的人对液

晶会有不同的分类方法. 在1922年由G. Friedel利用偏光显微镜所观察到的结果, 将液晶大致分为

Nematic Smectic及Cholesteric三类. 但是如果是依分子排列的有序性来分(请见图3), 则可以分成

以下四类:

1.层状液晶(Sematic) :

其结构是由液晶棒状分子聚集一起, 形成一层一层的结构. 其每一层的分子的长轴方向相互平行.

且此长轴的方向对于每一层平面是垂直或有一倾斜角. 由于其结构非常近似于晶体, 所以又称做近晶相.

其秩序参数S(order parameter)趋近于1. 在层状型液晶层与层间的键结会因为温度而断裂 ,所以层

与层间较易滑动. 但是每一层内的分子键结较强, 所以不易被打断. 因此就单层来看, 其排列不仅有序

且黏性较大. 如果我们利用巨观的现象来描述液晶的物理特性的话, 我们可以把一群区域性液晶分子的

平均指向定为指向矢(director), 这就是这一群区域性的液晶分子平均方向. 而以层状液晶来说, 由于其

液晶分子会形成层状的结构, 因此又可就其指向矢的不同再分类出不同的层状液晶. 当其液晶分子的长

轴都是垂直站立的话, 就称之为"Sematic A phase". 如果液晶分子的长轴站立方向有某种的倾斜(tilt)

角度,就称之为"Sematic C phase". 以A,C等字母来命名, 这是依照发现的先后顺序来称呼, 依此类推,

应该会存在有一个"Sematic B phase"才是. 不过后来发觉B phase其实是C phase的一种变形而已,

原因是C phase如果带chiral的结构就是B phase. 也就是说Chiral sematic C phase就是

Sematic B phase(请见图4). 而其结构中的一层一层液晶分子, 除了每一层的液晶分子都具有倾斜角

度之外, 一层一层之间的倾斜角度还会形成像螺旋的结构.

2.线状液晶(Nematic) :

Nematic这个字是希腊字, 代表的意思与英文的thread是一样的. 主要是因为用肉眼观察这种

液晶时, 看起来会有像丝线一般的图样. 这种液晶分子在空间上具有一维的规则性排列, 所有棒状液晶

分子长轴会选择某一特定方向(也就是指向矢)作为主轴并相互平行排列. 而且不像层状液晶一样具有

分层结构. 与层列型液晶比较其排列比较无秩序, 也就是其秩序参数S较层状型液晶较小. 另外其黏度

较小, 所以较易流动(它的流动性主要来自对于分子长轴方向较易自由运动)。线状液晶就是现在的

TFT液晶显示器常用的TN(Twisted nematic)型液晶.

3.胆固醇液晶(cholesteric) :

这个名字的来源,是因为它们大部份是由胆固醇的衍生物所生成的. 但有些没有胆固醇结构的液晶

也会具有此液晶相. 这种液晶如图5所示, 如果把它的一层一层分开来看, 会很像线状液晶. 但是在Z

轴方向来看, 会发现它的指向矢会随着一层一层的不同而像螺旋状一样分布, 而当其指向矢旋转360

度所需的分子层厚度就称为pitch. 正因为它每一层跟线状液晶很像,所以也叫做Chiral nematic

phase. 以胆固醇液晶而言, 与指向矢的垂直方向分布的液晶分子, 由于其指向矢的不同, 就会有不同的

光学或是电学的差异, 也因此造就了不同的特性.

4.碟状液晶(disk) :

也称为柱状液晶, 以一个个的液晶来说, 它是长的像碟状(disk), 但是其排列就像是柱状(discoid).

如果我们是依分子量的高低来分的话则可以分成高分子液晶(polymer liquid crystal, 聚合许多

液晶分子而成)与低分子液晶两种. 就此种分类来说 TFT液晶显示器是属于低分子液晶的应用. 倘若就

液晶态的形成原因, 则可以分成因为温度形成液晶态的热致型液晶(thermotropic),与因为浓度而形成

液晶态的溶致型液晶(lyotropic). 以之前所提过的分类来说, 层状液晶与线状液晶一般多为热致型的液

晶, 是随着温度变化而形成液晶态. 而对于溶致型的液晶, 需要考虑分子溶于溶剂中的情形. 当浓度很

低时, 分子便杂乱的分布于溶剂中而形成等方性的溶液, 不过当浓度升高大于某一临界浓度时, 由于分

子已没有足够的空间来形成杂乱的分布, 部份分子开始聚集形成较规则的排列, 以减少空间的阻碍. 因

此形成异方性(anisotropic)之溶液. 所以溶致型液晶的产生就是液晶分子在适当溶剂中 达到某一临界

浓度时,便会形成液晶态. 溶致型的液晶有一个最好的例子,就是肥皂. 当肥皂泡在水中并不会立刻便成

液态, 而其在水中泡久了之后, 所形成的乳白状物质, 就是它的液晶态.

液晶的光电特性

由于液晶分子的结构为异方性 (Anisotropic)，所以所引起的光电效应就会因为方向不同而有所

差异，简单的说也就是液晶分子在介电系数及折射系数等等光电特性都具有异方性，因而我们可以利

用这些性质来改变入射光的强度, 以便形成灰阶, 来应用于显示器组件上. 以下我们要讨论的, 是液晶

属于光学跟电学相关的特性, 大约有以下几项:

1.介电系数ε(dielectric permittivity) :

我们可以将介电系数分开成两个方向的分量, 分别是ε// (与指向矢平行的分量)与ε⊥(与指向矢垂

直的分量). 当ε// >ε⊥ 便称之为介电系数异方性为正型的液晶, 可以用在平行配位. 而ε// <ε⊥ 则称

之为介电系数异方性为负型的液晶, 只可用在垂直配位元才能有所需要的光电效应. 当有外加电场时，

液晶分子会因介电系数异方性为正或是负值，来决定液晶分子的转向是平行或是垂直于电场, 来决定

光的穿透与否。现在TFT LCD上常用的TN型液晶大多是属于介电系数正型的液晶. 当介电系数异方

性Δε(=ε//-ε⊥)越大的时候, 则液晶的临界电压(threshold voltage)就会越小. 这样一来液晶便可以在

较低的电压操作.

2.折射系数(refractive index) :

由于液晶分子大多由棒状或是碟状分子所形成，因此跟分子长轴平行或垂直方向上的物理特性

会有一些差异，所以液晶分子也被称做是异方性晶体。与介电系数一样, 折射系数也依照跟指向矢垂

直与平行的方向, 分成两个方向的向量. 分别为n // 与n⊥.

此外对单光轴(uniaxial)的晶体来说, 原本就有两个不同折射系数的定义. 一个为no ,它是指对于

ordinary ray的折射系数, 所以才简写成no .而ordinary ray是指其光波的电场分量是垂直于光轴的

称之. 另一个则是ne ,它是指对于extraordinary ray的折射系数, 而extraordinary ray是指其光波

的电场分量是平行于光轴的. 同时也定义了双折射率(birefrigence)Δn = ne-no为上述的两个折射率

的差值.

依照上面所述, 对层状液晶、线状液晶及胆固醇液晶而言，由于其液晶分子的长的像棒状, 所以其

指向矢的方向与分子长轴平行. 再参照单光轴晶体的折射系数定义, 它会有两个折射率，分别为垂直于

液晶长轴方向n⊥(=ne)及平行液晶长轴方向n //(= no)两种，所以当光入射液晶时，便会受到两个

折射率的影响，造成在垂直液晶长轴与平行液晶长轴方向上的光速会有所不同。

若光的行进方向与分子长轴平行时的速度, 小于垂直于分子长轴方向的速度时，这意味着平行分

子长轴方向的折射率大于垂直方向的折射率(因为折射率与光速成反比)，也就是ne-no > 0 .所以双

折射率Δn > 0 ,我们把它称做是光学正型的液晶, 而层状液晶与线状液晶几乎都是属于光学正型的液

晶. 倘使光的行进方向平行于长轴时的速度较快的话，代表平行长轴方向的折射率小于垂直方向的折

射率,所以双折射率Δn < 0.我们称它做是光学负型的液晶. 而胆固醇液晶多为光学负型的液晶.

3.其它特性 :

对于液晶的光电特性来说, 除了上述的两个重要特性之外, 还有许多不同的特性. 比如说像弹性常

数(elastic constant :κ11 , κ22 , κ33 ), 它包含了三个主要的常数, 分别是, κ11 指的是斜展(splay)的

弹性常数, κ22 指的是扭曲(twist)的弹性常数, κ33 指的是弯曲(bend)的弹性常数. 另外像黏性系数

(viscosity coefficients ,η ), 则会影响液晶分子的转动速度与反应时间(response time), 其值越小越

好. 但是此特性受温度的影响最大. 另外还有磁化率(magnetic susceptibility), 也因为液晶的异方性

关系, 分成c // 与c⊥ .而磁化率异方性则定义成Δc = c // -c⊥ . 此外还有电导系数(conductivity)等

等光电特性.

液晶特性中 最重要的就是液晶的介电系数与折射系数. 介电系数是液晶受电场的影响决定液晶分

子转向的特性, 而折射系数则是光线穿透液晶时影响光线行进路线的重要参数. 而液晶显示器就是利用

液晶本身的这些特性, 适当的利用电压, 来控制液晶分子的转动, 进而影响光线的行进方向, 来形成不

同的灰阶, 作为显示影像的工具. 当然啦, 单靠液晶本身是无法当作显示器的, 还需要其它的材料来帮

忙, 以下我们要来介绍有关液晶显示器的各项材料组成与其操作原理.

偏光板(polarizer)

我记得在高中时的物理课, 当教到跟光有关的物理特性时, 做了好多的物理实验, 目的是为了要证

明光也是一种波动. 而光波的行进方向, 是与电场及磁场互相垂直的. 同时光波本身的电场与磁场分量,

彼此也是互相垂直的. 也就是说行进方向与电场及磁场分量, 彼此是两两互相平行的.(请见图7) 而偏

光板的作用就像是栅栏一般, 会阻隔掉与栅栏垂直的分量, 只准许与栅栏平行的分量通过. 所以如果我

们拿起一片偏光板对着光源看, 会感觉像是戴了太阳眼镜一般, 光线变得较暗. 但是如果把两片偏光板

迭在一起, 那就不一样了. 当您旋转两片的偏光板的相对角度, 会发现随着相对角度的不同, 光线的亮

度会越来越暗. 当两片偏光板的栅栏角度互相垂直时, 光线就完全无法通过了.(请见图8) 而液晶显示

器就是利用这个特性来完成的. 利用上下两片栅栏互相垂直的偏光板之间, 充满液晶, 再利用电场控制

液晶转动, 来改变光的行进方向, 如此一来, 不同的电场大小, 就会形成不同灰阶亮度了.(请见图9)

上下两层玻璃与配向膜(alignment film)

这上下两层玻璃主要是来夹住液晶用的. 在下面的那层玻璃长有薄膜晶体管(Thin film transistor,

TFT), 而上面的那层玻璃则贴有彩色滤光片(Color filter). 如果您注意到的话(请见图3), 这两片玻璃在

接触液晶的那一面, 并不是光滑的, 而是有锯齿状的沟槽. 这个沟槽的主要目的是希望长棒状的液晶分

子, 会沿着沟槽排列. 如此一来, 液晶分子的排列才会整齐. 因为如果是光滑的平面, 液晶分子的排列便

会不整齐, 造成光线的散射, 形成漏光的现象. 其实这只是理论的说明, 告诉我们需要把玻璃与液晶的

接触面, 做好处理, 以便让液晶的排列有一定的顺序. 但在实际的制造过程中, 并无法将玻璃作成有如

此的槽状的分布, 一般会在玻璃的表面上涂布一层PI(polyimide), 然后再用布去做磨擦(rubbing)的

动作, 好让PI的表面分子不再是杂散分布, 会依照固定而均一的方向排列. 而这一层PI就叫做配向膜,

它的功用就像图3中玻璃的凹槽一样, 提供液晶分子呈均匀排列的接口条件, 让液晶依照预定的顺序

排列.

TN(Twisted Nematic) LCD

从图10中我们可以知道, 当上下两块玻璃之间没有施加电压时, 液晶的排列会依照上下两块玻璃

的配向膜而定. 对于TN型的液晶来说, 上下的配向膜的角度差恰为90度.(请见图9) 所以液晶分子的

排列由上而下会自动旋转90度, 当入射的光线经过上面的偏光板时, 会只剩下单方向极化的光波. 通

过液晶分子时, 由于液晶分子总共旋转了90度, 所以当光波到达下层偏光板时, 光波的极化方向恰好

转了90度. 而下层的偏光板与上层偏光板, 角度也是恰好差异90度.(请见图9) 所以光线便可以顺利

的通过, 但是如果我们对上下两块玻璃之间施加电压时, 由于TN型液晶多为介电系数异方性为正型的

液晶(ε// >ε⊥ ,代表着平行方向的介电系数比垂直方向的介电系数大, 因此当液晶分子受电场影响时,

其排列方向会倾向平行于电场方向.), 所以我们从图10中便可以看到, 液晶分子的排列都变成站立着

的. 此时通过上层偏光板的单方向的极化光波, 经过液晶分子时便不会改变极化方向, 因此就无法通过

下层偏光板.

Normally white及normally black

所谓的NW(Normally white),是指当我们对液晶面板不施加电压时, 我们所看到的面板是透光

的画面, 也就是亮的画面, 所以才叫做normally white. 而反过来, 当我们对液晶面板不施加电压时, 如

果面板无法透光, 看起来是黑色的话, 就称之为NB(Normally black). 我们刚才所提到的图9及图10

都是属于NW的配置, 另外从图11我们可以知道, 对TN型的LCD而言, 位于上下玻璃的配向膜都是

互相垂直的, 而NB与NW的差别就只在于偏光板的相对位置不同而已. 对NB来说, 其上下偏光板的

极性是互相平行的. 所以当NB不施加电压时, 光线会因为液晶将之旋转90度的极性而无法透光. 为

什么会有NW与NB这两种不同的偏光板配置呢? 主要是为了不同的应用环境. 一般应用于桌上型计

算机或是笔记型计算机, 大多为NW的配置. 那是因为, 如果你注意到一般计算机软件的使用环境, 你

会发现整个屏幕大多是亮点, 也就是说计算机软件多为白底黑字的应用. 既然亮着的点占大多数, 使用

NW当然比较方便. 也因为NW的亮点不需要加电压, 平均起来也会比较省电. 反过来说 NB的应用环

境就大多是属于显示屏为黑底的应用了.

STN(Super Twisted Nematic)型LCD

STN LCD与TN型LCD在结构上是很相似的, 其主要的差别在于 TN型的LCD,其液晶分子的排

列, 由上到下旋转的角度总共为90度. 而STN型LCD的液晶分子排列, 其旋转的角度会大于180度,

一般为270度.(请见图12) 正因为其旋转的角度不一样, 其特性也就跟着不一样. 我们从图13中TN

型与STN型LCD的电压对穿透率曲线可以知道, 当电压比较低时, 光线的穿透率很高. 电压很高时, 光

线的穿透率很低. 所以它们是属于Normal White的偏光板配置. 而电压在中间位置的时候, TN型

LCD的变化曲线比较平缓, 而STN型LCD的变化曲线则较为陡峭. 因此在TN型的LCD中, 当穿透率

由90%变化到10%时, 相对应的电压差就比STN型的LCD来的较大. 我们前面曾提到, 在液晶显示

器中, 是利用电压来控制灰阶的变化. 而在此TN与STN的不同特性, 便造成TN型的LCD,先天上它

的灰阶变化就比STN型的LCD来的多. 所以一般TN型的LCD多为6~8 bits的变化, 也就是

64~256个灰阶的变化. 而STN型的LCD最多为4 bits的变化 也就只有16阶的灰阶变化. 除此之外

STN与TN型的LCD还有一个不一样的地方就是反应时间(response time) 一般STN型的LCD其

反应时间多在100ms以上 而TN型的LCD其反应时间多为30~50ms 当所显示的影像变动快速时

对STN型的LCD而言 就容易会有残影的现象发生

TFT LCD(Thin film transistor liquid crystal display)

TFT LCD的中文翻译名称就叫做薄膜晶体管液晶显示器, 我们从一开始就提到液晶显示器需要电

压控制来产生灰阶. 而利用薄膜晶体管来产生电压,以控制液晶转向的显示器, 就叫做TFT LCD. 从图8

的切面结构图来看, 在上下两层玻璃间, 夹着液晶, 便会形成平行板电容器, 我们称之为CLC(capacitor

of liquid crystal). 它的大小约为0.1pF, 但是实际应用上, 这个电容并无法将电压保持到下一次再更新

画面数据的时候. 也就是说当TFT对这个电容充好电时, 它并无法将电压保持住, 直到下一次TFT再对

此点充电的时候.(以一般60Hz的画面更新频率, 需要保持约16ms的时间.) 这样一来, 电压有了变化,

所显示的灰阶就会不正确. 因此一般在面板的设计上, 会再加一个储存电容CS(storage capacitor 大

约为0.5pF), 以便让充好电的电压能保持到下一次更新画面的时候. 不过正确的来说, 长在玻璃上的

TFT本身,只是一个使用晶体管制作的开关. 它主要的工作是决定LCD source driver上的电压是不是

要充到这个点来. 至于这个点要充到多高的电压, 以便显示出怎样的灰阶. 都是由外面的LCD source

driver来决定的.

彩色滤光片(color filter, CF)

如果你有机会, 拿着放大镜, 靠近液晶显示器的话. 你会发现如图9中所显示的样子. 我们知道红

色, 蓝色以及绿色, 是所谓的三原色. 也就是说利用这三种颜色, 便可以混合出各种不同的颜色. 很多平

面显示器就是利用这个原理来显示出色彩. 我们把RGB三种颜色, 分成独立的三个点, 各自拥有不同

的灰阶变化, 然后把邻近的三个RGB显示的点, 当作一个显示的基本单位, 也就是pixel. 那这一个

pixel,就可以拥有不同的色彩变化了. 然后对于一个需要分辨率为1024*768的显示画面, 我们只要让

这个平面显示器的组成有1024*768个pixel, 便可以正确的显示这一个画面. 在图9中,每一个RGB

的点之间的黑色部分, 就叫做Black matrix. 我们回过头来看图8就可以发现, black matrix主要是用

来遮住不打算透光的部分. 比如像是一些ITO的走线, 或是Cr/Al的走线, 或者是TFT的部分. 这也就

是为什么我们在图9中, 每一个RGB的亮点看起来, 并不是矩形, 在其左上角也有一块被black

matrix遮住的部分, 这一块黑色缺角的部份就是TFT的所在位置.

图10是常见的彩色滤光片的排列方式. 条状排列(stripe)最常使用于OA的产品, 也就是我们常

见的笔记型计算机,或是桌上型计算机等等. 为什么这种应用要用条状排列的方式呢? 原因是现在的软

件, 多半都是窗口化的接口. 也就是说, 我们所看到的屏幕内容,就是一大堆大小不等的方框所组成的.

而条状排列,恰好可以使这些方框边缘, 看起来更笔直, 而不会有一条直线, 看起来会有毛边或是锯齿状

的感觉. 但是如果是应用在AV产品上, 就不一样了. 因为电视信号多半是人物, 人物的线条不是笔直的,

其轮廓大部分是不规则的曲线. 因此一开始, 使用于AV产品都是使用马赛克排列(mosaic,或是称为对

角形排列). 不过最近的AV产品, 多已改进到使用三角形排列(triangle,或是称为delta排列). 除了上

述的排列方式之外, 还有一种排列, 叫做正方形排列. 它跟前面几个不一样的地方在于, 它并不是以三

个点来当作一个pixel,而是以四个点来当作一个pixel. 而四个点组合起来刚好形成一个正方形.

背光板(back light, BL)

在一般的CRT屏幕, 是利用高速的电子枪发射出电子, 打击在银光幕上的荧光粉, 藉以产生亮光,

来显示出画面. 然而液晶显示器本身, 仅能控制光线通过的亮度, 本身并无发光的功能. 因此,液晶显示

器就必须加上一个背光板, 来提供一个高亮度,而且亮度分布均匀的光源. 我们在图14中可以看到, 组

成背光板的主要零件有灯管(冷阴极管), 反射板, 导光板, prism sheet, 扩散板等等. 灯管是主要的发光

零件, 藉由导光板, 将光线分布到各处. 而反射板则将光线限制住都只往TFT LCD的方向前进. 最后藉

由prism sheet及扩散板的帮忙, 将光线均匀的分布到各个区域去, 提供给TFT LCD一个明亮的光源.

而TFT LCD则藉由电压控制液晶的转动, 控制通过光线的亮度, 藉以形成不同的灰阶.

框胶(Sealant)及spacer

在图14中另外还有框胶与spacer两种结构成分. 其中框胶的用途,就是要让液晶面板中的上下两

层玻璃, 能够紧密黏住, 并且提供面板中的液晶分子与外界的阻隔,所以框胶正如其名,是围绕于面板四

周, 将液晶分子框限于面板之内. 而spacer主要是提供上下两层玻璃的支撑, 它必须均匀的分布在玻

璃基板上, 不然一但分布不均造成部分spacer聚集在一起, 反而会阻碍光线通过, 也无法维持上下两

片玻璃的适当间隙(gap), 会成电场分布不均的现象, 进而影响液晶的灰阶表现.

开口率(Aperture ratio)

液晶显示器中有一个很重要的规格就是亮度, 而决定亮度最重要的因素就是开口率. 开口率是什么

呢? 简单的来说就是光线能透过的有效区域比例. 我们来看看图17, 图17的左边是一个液晶显示器从

正上方或是正下方看过去的结构图. 当光线经由背光板发射出来时, 并不是所有的光线都能穿过面板,

像是给LCD source驱动芯片及gate驱动芯片用的信号走线, 以及TFT本身, 还有储存电压用的储存

电容等等. 这些地方除了不完全透光外, 也由于经过这些地方的光线 并不受到电压的控制,而无法显示

正确的灰阶, 所以都需利用black matrix加以遮蔽, 以免干扰到其它透光区域的正确亮度. 所以有效的

透光区域, 就只剩下如同图17右边所显示的区域而已. 这一块有效的透光区域, 与全部面积的比例就

称之为开口率.

当光线从背光板发射出来, 会依序穿过偏光板, 玻璃, 液晶, 彩色滤光片等等. 假设各个零件的穿透

率如以下所示:

偏光板: 50%(因为其只准许单方向的极化光波通过)

玻璃:95%(需要计算上下两片)

液晶:95%

开口率:50%(有效透光区域只有一半)

彩色滤光片:27%(假设材质本身的穿透率为80%,但由于滤光片本身涂有色彩, 只能容许该色彩的

光波通过. 以RGB三原色来说, 只能容许三种其中一种通过. 所以仅剩下三分之一的亮度. 所以总共只

能通过80%*33%=27%.)

以上述的穿透率来计算, 从背光板出发的光线只会剩下6%, 实在是少的可怜. 这也是为什么在

TFT LCD的设计中, 要尽量提高开口率的原因. 只要提高开口率, 便可以增加亮度, 而同时背光板的亮

度也不用那么高, 可以节省耗电及花费.

LCM显示类型 2006-4-7

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液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源、结构件装配

在一起的组件．英文名称叫“LCD Module”，简称“LCM”，中文一般称为“液晶显示模块”。实际

上它是一种商品化的部件．根据我国有关国家标准的规定：只有不可拆分的一体化部件才称为“模

块”，可拆分的叫作“组件”。所以规范的叫法应称为“液晶显示组件”。但是由于长期以来人们都已

习惯称其为“模块”。

液晶显示器件是一种高新技术的基础元器件，虽然其应用巳很广泛，但对很多人来说，使用、装

配时仍感到困难。特别是点阵型液晶显示器件，使用者更是会感到无从下手．特殊的连接方式和所需

的专用设备也非人人了解和具备，故此液晶显示器件的用户希望有人代劳，将液晶显示器件与控制、

驱动集成电路装在一起，形成一个功能部件，用户只需用传统工艺即可将其装配成一个整机系统。

从广义上说，凡是由液晶显示器件和集成电路装配在一起的部件都属于“模块”，但实际上我们

通常所说的“模块”主要是指点阵液晶显示器件装配的点阵液晶显示模块，特别因为是点阵液晶显示

器件产品除某些专用大批量的一些品种(如电子词典、通讯产品用)，生产厂家是直接向用户供应液晶

显示器件外，几乎所有通用型点阵液晶显示器件都是加工成模块后才供给用户的，所以很容易形成

“液晶模块”就是“点阵液晶模块”的误解。

一、数显液晶模块

这是一种由段型液晶显示器件与专用的集成电路组装成一体的功能部件，只能显示数字和一些标

识符号。段型液晶显示器件大多应用在便携、袖珍设备上，如BP机、电话机、电子手表、计算器、

MP3等；也有用在一些仪器仪表上，如汽车音响、加油机之类。由于这些设备体积较小，所以尽可

能不将显示部分设计成单独的部件，即使一些应用领域需要单独的显示组件，那么也应该使其除具有

显示功能外，还应具有一些信息接收、处理、存储传递等功能，由于它们具有某种通用的、特定的功

能而受市场的欢迎。常见的的数显液晶显示模块有以下几种。

1．计数模块

这是一种由不同位数的七段型液晶显示器件与译码驱动器，或再加上计数器装配成的计数显示部

件。它具有记录、处理、显示数字的功能。目前我国市场上能够见到的主要产品有由CD4055译码

驱动器驱动的单位液晶显示器件显示模块，以及由ICM72ll，ICM7231，ICM7232，CDl4543，

UPDl45001，HD44100等集成电路与相应配套的液晶显示器件组装成的4位、6位、8位、10

位、12位、16位计数模块．在选用这类计数模块时必须注意以下几点:

弄清功能：虽说都叫“计数模块“，但其中大部分并不能直接计数。它们的输人埠有的仅是

BCD码接口形式，有的是BCD码加选通端输人接口形式，还有的是可直接与串行、并行口相接的接

口形式等等，如需要计算或记录一串数字元，还必须配置相应的电路，当然也有将计数电路配好在模

块上的产品。

认准结构：液晶显示器件有不同的安装方法和安装结构。固此，在选用时要注意其结构特点，一

般来说，这种计数模块大都由斑马导电橡胶条、塑料(或金属)压框和PCB板将液晶显示器件与集成电

路装配在一起而成。其外引线端有焊点式、插针式、线路板插脚式几种。 注意电源：一台设备应该

尽量使用统一的电源，常见的液晶显示器件计数模块有单电源型和双电源型，有5V和9V等不同规

格。

2．计量模块

是一种有多位段型液晶显示器件和具有译码、驱动、计数、A/D转换功能的集成电路片组装而

成的模块。由于所用的集成电路中具有A/D转换功能，所以可以将输入的模拟量电信号转换成数字

量显示出来。我们知道任何物理量，甚至化学量(如酸碱度等)都可以转换为模拟电量，所以只要配上

一定的传感器，这种模块就可以实现任何量值的碉量和显示，使用起来十分方便。计量模块所用的集

成电路型号主要有ICL7106、ICL7116、ICL7126、ICL7136、ICL7135、ICL7129等，这些集成电

路的功能、特性决定了计量模块的功能和特性。作为计量产品，按规定必须进行计量鉴定。经计量部

门批准在产品上贴有计量合格证。

3．计时模块

计时模块将液晶显示器件用于计时历史最久，将一个液晶显示器件与一块计时集成电路装配在一

起就是一个功能完整的定时器。声于它没有成品钟表的外壳，所以称之为计时模块。计时模块虽然用

途很广，但通用、标准型的计时模块却很难在市场上买到，只能到电子钟表生产厂家去选购或定购合

适的表芯，计时模块和计数模块虽然外观相似，但它们的的显示方式不同，计时模块显示的数字是由

两位一组两位一组的数字组成的．而计数模块每位数字均是连续排列的。由于不少计时模块还具有定

时、控制功能，因此这类模块可广泛装配到一些加电、设备上，如收录机、CD机、微波炉、电饭煲

等电器上。

二、字符点阵模块

它是由字符点阵液晶显示器件和专用的行、列驱动器、控制器及必要的连接件，结构件装配而成

的，可以显示数字元和西文字元。这种点阵字符模块本身具有字符发生器，显示容量大，功能丰富。

一般该种模块可显示8位1行或16位l行以上的字符。这种模块的点阵排列是由5×7、5×8或5×

11的一组组像素点阵排列组成的。每组为1位，每位间有一点的间隔，每行间也有一行的间隔，所

以不能显示图形，其规格主要如下表所示：

一般在模块控制、驱动器内具有已固化好192个字符字模的字符库CGROM，还具有让用户自

定义建立专用字符的随机内存CGRAM，允许用户建立8个5×8点阵的字符。

三、图形点阵液晶模块

这种模块的特点是位图元连续排列，行和列在排布中均基本没有空隔。因此可以显示连续、完整

的图形。由于它是由X-Y矩阵像素构成的，所以除显示图形外，也可以显示各种文字。

1.行、列驱动型

这是一种必须外接专用控制器的模块，其模块只装配有通用的行、列驱动器，这种驱动器实际上

只有对像素的一般驱动输出端，而输入端一般只有4位以下的数据输入端、移位元信号输人端、锁存

输人端、交流信号输人端等，如HD44100，HD66100等．此种模块必须外接控制电路，如

T6963C，SEDl335等才能与计算机连接．该种模块型号较多，应用比较广。虽然需要采用自配控制

器，但它也给客户留下了可以自行选择不同控制器的自由．

2．行、列驱动-控制型

这是一种可直接与计算机接口，依靠计算机直接控制驱动器的模块。这类模块所用的列驱动器具

有I/O总线数据接口，可以将模块直接挂在计算机的总线上，省去了专用控制器，因此对整机系统降

低成本有好处。对于像素数量不大，整机功能不多，对计算机软件的编程又很熟悉的用户非常适用。

不过它会占用你系统的部分资源。

3．行、列控制型

这是一种内藏控制器型的位图形模块。也是最受欢迎的一种类型．这种模块不仅装有如第一类的

行、列驱动器，而且也装配有如T6963C、SED1335等的专用控制器。这种控制器是液晶驱动器与

计算机的接口，它以最简单的方式受控于计算机，接收并反馈计算机的各种信息，经过自己独立的信

息处理实现对显示缓冲区的管理，井向驱动器提供所需要的各种信号、脉冲，操纵驱动器实现模块的

显示功能。这种控制器具有自己一套专用的指令，并具有自己的字符发生器CGROM．用户必须熟悉

这种控制器的详细说明书，才能进行撮作。这种模块使用户摆脱了对控制器的设计、加工、制作等一

系列工作，又使计算机避免了对显示器的繁琐控制，节约了主机系统的内部资源。现在还有用单芯片

集成驱动和控制的产品，主要用于携带型产品上，如手机、MP3、PDA、电子词典、手持POS机等

等。

液晶显示器鲜为人知的技术细节 2005-7-18

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彩色迷魂阵： 16.7/16.2百万色的差异

无可否认，目前LCD显示器成为CRT的继任者已经是大势所趋，虽然目前CRT和LCD显示器

还会在较长的一段时间内并存，但是两者市场销量的对比已经很明显的说明了未来的趋势。但是在越

来越多的朋友在考虑选择液晶显示器的时候，一些新的问题暴露出来了，液晶相比有着几十年历史的

CRT，它的很多技术实现细节并不像CRT那样耳熟能详，

在购买液晶的时候要看重哪些方面，对于厂商给出的参数怎么理性看待，这足够让一些朋友们头

疼了。即使是一些“老鸟”，也难免在厂商普天盖地的宣传攻势下迷失。本篇就是针对上面的种种问

题，让大家对于液晶和一些重要技术参数做一个深入了解。

所有显示器都希望能完全反映显卡输出的24bit/16.7M种颜色，但是对于目前的液晶显示器来

说，我们要知道表示颜色数量16.7M和16.7M的真正差异。

从纸面来看，24bit色彩是由256种红色，256种绿色256种蓝色相互迭加获得，最大发色数

为1670万色，我们说到的VA（MVA或者PVA）和各种 IPS 面板均属于此类。

而我们市场上看到的最多的TN经济型面板则不同，它只能产生R/G/B各64色，最大的实际发

色数也仅有262144。但是为了获得超过1600万种色彩的表现能力，TN面板都会使用到我们常说

到的“抖动”技术，该技术的基本原理局势快速切换相近颜色利用人眼的残留效应获得缺失色彩。和

8bit面板所能提供的0,1,2,3,4 直到255的三原色色阶相比, TN 面板所能提供的色阶是不连续的

0,4 ,8 ,12 ,16 ,20 … 直到252。

我们下面就来看看厂商们实现“抖动”技术的两种不同方法：

第一种方法是在同一像素上使用：在T0时刻像素显示白色, 在T1时刻像素显示4级灰度, 然后

在T2时刻又恢复T0时刻的白色，在T3时刻又显示4级灰度，如此周而复始，利用人眼的视觉残留

混合两种像素灰阶信息，于是就近似得到了2级灰度。.

T0 T1 T2 T3

虽然第一种算法只涉及处理一个像素，但是对于液晶这种本身“刷新”率不高的显示技术来说，

这样的实现会发生不可避免的像素抖动现象。于是就出现了第二种实现“抖动”的方法：利用四个像

素组成的像素方块阵，对角线方向的两个像素分别显示相同的白色或者4级灰度，使用在在观察距离

上就会得到2级灰度的颜色信息。

第一种算法

我们再看看看1级灰度是怎样实现的，如果采用第一种方法T0, T1, T2 三个时刻像素都要显示

白色，而到了T3时刻显示4级灰度（因为TN面板像素无法直接显示1、2、3级的灰度），于是观

察者就得到(0+0+0+4) /4=1一级灰度，可以我们也看到了，要得到一个颜色要经过4个周期，这

样的时间明显有些长了。

T0 T1 T2 T3

如果采用第二种算法，由四个像素组成的方块阵中有三个像素显示白色，一个像素显示4级灰

度，这样也能近似得到一级灰度色彩。

第二种算法

我们不得不承认抖动技术的发明从一定程度上解决了TN面板颜色先天不足的问题，但是这并不

是一个完美的解决方法，直接暴露出来的问题就是可见的像素抖动和不法得到253, 254 和255这三

种灰度，即使应用了色彩抖动，能够显示出来的色彩也只有0到252灰阶的三原色,所以最后得到的

色彩显示数信息是253×253×253=16194277，约合16.2M色。

响应时间：相信很多消费者都没有正确理解

响应时间？没错，这是液晶显示器时代给我们带来的新名词，也是近一年来液晶厂商们着重炒作

的一个指标，但是当你继续往下看这个部分的时候时，你会明白现在的厂商要在这个指标上做文章简

直是太容易的一件事情了。

响应时间这个专业的液晶指标最早由国际标准化组织即（ISO）推出，规范代码是ISO13406-

2，该规范制定的初衷就是要反映液晶显示器表现动态图像的平滑度和清晰度。该规范把响应时间定

义如下：当一个像素电从白色转为黑色，电极电压从0变为最大值，即最大电压激励状态下，液晶分

子迅速转换到新的位置，这一过程所用的时间被称为上升时间段。当一个像素由黑转白，像素所加电

压切断，液晶分子迅速回到加电前位置，这一过程称为下降时间。整个响应时间过程就是由上升时间

加上下降时间获得的数值。

实际上，ISO规范对于响应时间的定义的着眼点还是太过于简单的，只考虑了用时最短的像素黑

白黑极端切换的时间，在衡量实际使用时出现最多的灰阶切换时没有太多指导价值。我们可以想想一

年多以前厂商们在推广12ms液晶时的宣传把戏：“如果像素变换一次的时间是12ms，则一秒钟内

可以切换的画面数值为1000/12=83，这一数值远大于人类所能感知的60fps的最高识别率，所以

12ms是终极的游戏液晶方案。”当然12ms在游戏方面的表现相信读者们比笔者更清楚，在FPS游

戏中依旧存在明显可见的拖影，直到今天出现的6ms、4ms疾速液晶，其在典型画面激烈切换游戏

CS中的表现才达到可以接受的程度。那么ISO对于响应时间的定义问题出在哪里呢？为何和实际偏

差如此之大呢？

首先在ISO规范中，像素整个响应定义只占到了整个像素上升或是下降过程的80%的时间，按

照ISO的定义所谓白色即指10%灰度，黑色指90%灰度，其余20%的时间被忽略了。ISO这样定义

的初衷不难理解，因为对于液晶分子来说，加电起动和最后稳定这两个阶段是费时的，两头20%的

灰度转化的过程有可能超过ISO响应时间定义本身所占时间，那如果省去这20%就可以大大的美化

指标，但这显然对于消费者是不公正的。

响应时间测试数据

如上图所示的某液晶显示器响应时间测试数据，按照ISO定义上升沿时间为28.5-12 = 16.5

ms。但我们观察整个像素从0%灰度到100%灰度转化的全部过程，实际用时超过了40 ms，达到

ISO定义所用时间的两倍多。

当然ISO定义的缺陷还不止如此，其中最为严重的是忽略了色彩变化时——即不同灰度切换的

时间，这也是我们日常使用显示器是最多的显示状况。从液晶的显示原理来说，当一像素从较浅灰度

转变为较深灰度时，其加在像素两端电极电压也响应加强。但是和ISO规范中定义的黑白黑切换的

最大激励电压相比，在灰度切换时相应的施加电压要低得多，因此在这种情况下液晶分子反转响应的

速度也会变慢。同理，当色阶从较深灰阶到浅灰阶转变时，过程相反，不过此时浅色灰阶对应的电极

电压也不为零，相应的电压差激励效果也会变差，下降沿时间也会变长。

显示原理

也正是因为ISO的规范并没有强行要求厂商在提供用户响应时间参数的时候考虑中间灰阶的响

应时间，所以厂商在自己标注的可操作空间就大得多了。有较早液晶使用经验的用户不难发现，在一

年前的主流液晶中，使用友达AU 16 ms TN面板的显示其回比 LG-Philips同样规格的16ms甚至

三星的12 ms更快，而这三中面板又都快过16 ms IPS 面板的速度表现，而令人不解的是它们又都

慢于Hydis 的20 msTN面板，这正是由于ISO响应时间规范的不严格造成的，实际厂家给出的响

应时间指针反而造成了用户的困惑。

灰阶响应才是具有参考价值的指针

正如我们上面所说，以往厂商在ISO大规范给出的白黑白响应时间指标下有太多的可操作空

间，以致使得单纯的响应时间指标已经不具备太多可信价值，那么从何种角度出发去得到更有实用价

值的响应时间指针呢，答案就是在去年下半年有些厂商开始推广的“灰阶响应时间” 。

灰阶响应时间分布图

上图是由NEC提供的灰阶响应时间分布图，如图所示，平面X、Y轴分别是起始灰阶和终止灰

阶，而Z轴则表示在该灰阶转换过程中所用的响应时间。我们依次看一看到ISO定义、白到灰阶、

黑色到某灰阶三种不同状况下的响应时间差异。

ISO 响应时间= (0 - 255) 18 + (255 - 0) 7 = 25 ms

白到某灰阶的最大响应时间= 0–192–0 = (0 -192) 38 + (192 - 0) 5 = 43 ms （这比ISO定义

下获得的指标慢78%）

黑色到某灰阶最大响应时间= 255–160–255 = (255 - 160) 55 + (160 - 255) 36 = 91（这比

ISO定义下获得的指标慢264%）

飞利浦190S5 显示器的响应时间空间分布图

我们在可以看看上图，这是我们自己测试得出的飞利浦190S5 显示器的响应时间空间分布图，

和上图不同的是，这部图表的柱状数值直接包括了上升沿和下降沿两部分的时间。我们可以看到最长

的时间发生在两个较深灰阶的转换过程中，而从纯白到纯黑过程在最快的速度之列。

通过上述分析，我相信读者对于响应时间这一概念已经有了一定的认识，同时也会认同这样一个

结论 ，要想使得响应时间真的具有实际参考价值，那么提供必要的灰阶响应时间参数才是有意义

的，同时要让响应时间这个因素真的对于消费者实际应用有性能提升，那么加速灰阶和灰阶之间转换

的速度，即颜色切换的速度才是真正有意义的。

今年最时髦的液晶技术 "overdrive"

很明显，对于我们上面的讨论的液晶响应时间问题厂商也自知不能在“黑白黑响应时间”上继续

宣传，所以如何提高液晶在灰阶切换速度的提高也在去年下半年各家厂商发力的重点，“GTG”灰阶

响应速度和“overdrive”疾速响应技术也开始大量的出现在近半年来推出的中高端液晶新品上，那

么有关“overdrive”的方方面面，我们也的确有必要了解一下。

要说起“overdrive”就不能不提一提2001下半年由NEC为液晶电视开发出来的FFD技术，

它可以看作是“overdrive”技术的前身。实际上该技术的原理相当简单，当我们从TN屏幕的白色

（即最初液晶分子状态）转为黑色（液晶分子在电压垂直光线方向），此时液晶象素点后部的薄模晶

体管受到的激励电压是最大的，打个比方来说：在1V电压激励下液晶分子从白到黑的转换的过程用

时20ms。NEC的FFD技术是如下考虑的：为什么我们不把激励电压加倍获得更快的响应时间呢：

比如加2V来获得 10 ms的响应时间。而且从当时NEC发布的研究报告来看，这一技术是可行的，

通过增加灰阶转换时的激励电压，可以减少灰阶转换过程的用时。

NEC发布的研究报告中的图表

我们可以看看当时NEC发布的研究报告中的图表，该表左边是没有采用FFD技术时测得的响应

时间空间分布图，而右侧则是采用FFD技术后的测试成绩，我们看到，尤其是在灰阶转换的过程

中，最大的改善成绩从55ms左右缩小到6 ms。而我们要注意的是，左右两图在单纯的白-黑-白响

应时间并没有变化，我们可以这样理解，因为在纯白到纯黑的过程中电极施加的激励电压已经是最大

值了，所以没有改善是在情理之中的。虽然NEC并没有把这一技术应用在显示器领域（因为该技术

的出发点就是为了改善液晶电视的响应速度问题），但是从去年下半年和FFD技术有着相同技术原理

的 Overdrive技术开始在中高端液晶显示器上流行开来。

实际上，FFD和overdrive基本上就是换了名号，这在不同厂商之间很常见，就比如明基使用了

“overdrive”这样的叫法，而ViewSonic又会把同样的东西称为“ClearMotiv”，实际上它们都是

一样的东西，我们来看看“overdrive”到底能给我们带来什么实质性的性能提升。

“overdrive”到底能带来什么实质性的性能提升

如上图所示，在上方的蓝色曲线表示正常情况液晶分子加电压后的反应过程，相应的电压情况由

下面的黑色直线表示。我们看到从施加电压开始到液晶分子稳定并不是一个一成不变的过程，而淡蓝

色的点线则表示液晶追求的理想响应。Overdrive以及 ClearMotiv 和一般液晶触发的过程就在于输

入电压阶段，我们可以看到，为了让液晶分子达到更快的反应速度，在初始阶段会比以一般状态下施

加更高的激励电压，待到液晶分子方向趋于目标方向时，激励电压恢复目标灰阶水平。

通过上面的这些分析，我们大家应该清除Overdrive和与其类似的技术主要是为了改善颜色的

灰阶变化。另一方面也表示该技术实际上不会对传统的白-黑-白响应速度有任何的改善，因为那样的

极端状况，像素所被施加的激励电压已经达到了最大值。但是厂商又面临这样的问题，如果按照传统

的ISO响应时间规范定义，即使使用Overdrive会大幅度改善灰阶转换的速度，他们也不被允许提

高该面板的相应时间数字。这也就是为什么我们在近一年来看到了“GTG响应时间”的这个新名词

的原因，这时便随着Overdrive技术应用诞生的新的相应时间测试方法。该方法并不是按照ISO规

范去测试“白黑白”切换的用时，而是灰阶切换（较浅灰阶-较深灰阶-较浅灰阶），厂商在测量所有

的相应时间后最短的那个数值就成了新的“GTG响应时间”。也就是说，以前的16ms ISO 指标几周

后就变成了12 ms G2G。

Overdrive不是万能良药

尽管我们看到的应用Overdrive的确在灰阶切换的时候大大加快了液晶分子的响应速度，但是

我们在这里不得不提醒大家，该技术并不是我们想象中的万能良药，厂商的过度夸大和技术本身的一

些问题注定该技术只能是一个过渡方案。

首先是一些厂商的过份宣传，具体是哪家我在这里就不点名了，下面就是其提供使用Overdrive

后的性能提升对比图。

使用Overdrive后的性能提升对比图

从该图表来看，Overdrive的确是卓有成效，一些响应时间高达80ms的灰阶转变过程被缩短到

20ms以下。但是只要我们仔细观察，就会发现这幅图并不符合实际。我们看到该图表的典型“白-

黑-白”响应时间同样被降低到10ms以下，这是不可能的，按照我们上面对Overdrive技术的分

析，由于“白-黑-白”转变过程已经施加最大激励电压，所以该过程不会从Overdrive获取任何好

处。作为厂商来说这样的宣传有些不负责任了。

再者，笔者从AUO工作的朋友那里了解到，实际上我们看到的TN 16 ms, 12 ms以及 8 ms显

示器的面板都是一样的，之所以存在响应时间的差异，是因为后部的驱动电路以及是否应用

Overdrive技术。他还说到实际上目前的Overdrive还远没有做到针对所有的灰阶转换进行处理，只

是其中的一部分，但是他并没有给出明确的数字，最后给出的Overdrive处理响应时间表上的数据

实际上都是测试中表现最好的部分。

我们再来看看由Eizo给出的响应时间空间分布图 (其实大家都知道，Eizo并不生产自己的面

板，这块面板是由AU提供的) 。

响应时间空间分布图

从上图可见，overdrive 带来的效果显然易见，但是对于不同色阶往往效果也不同，而且并不是

所有色阶转换过程需要加压提速，在图表中最明显的就是从白色到任意灰阶在使用overdrive 前后并

没有什么不同。

与此同时，厂商在从ISO响应时间到灰阶响应时间的过度过程中难免给消费者留下不好的印

象，像当初ISO响应时间的是和消除液晶画面残影直接挂钩的，但是一夜之间似乎又变成了灰阶才

能反映这个指针，以往的ISO灰阶不具备任何参考价值，那我们不禁疑问，是否这次的灰阶响应时

间同样是事实效果大过宣传效果的炒作呢？实际证明，消费者要真正寻求一款能够用于游戏的液晶，

还是要靠自己的眼睛收货。可以肯定是的在响应时间指标上，TN领先于VA和IPS面板产品，如果

游戏在你计算机应用中占有重要的一部分，那你不得不在色彩和其它画质指标上妥协了。（后面的部

分会详细描述TN面版在色彩方面的缺陷）。

游戏效果图

游戏效果图

benq FP91V显示器，使用了目前最快的4MS GTG TN面板，上图是我们使用数码相机开启

1/100秒快门的时候拍摄的CS游戏场景，可以看到尽管动作比较激烈，屏幕的残影已基本没有察

觉，可以说这样的产品已经能满足绝大多数消费者的游戏需求了。

理解液晶亮度和对比度的实际价值

对比度这个概念是从CRT时代传承下来的，该指针指的是屏幕显示图像中最亮像素和最暗像素

亮度的比值。也就是说为了获得更高的对比度，我们希望白色更白，黑色更纯。比如我们测量某一液

晶屏幕的白色亮度为250 cd/m²，同时黑色亮度为 0.5 cd/m²，则通过公式黑色／白色＝对比度得

出该显示器的对比度为500:1。由该指标的定义可知，如果厂商想要改进该指标，那么无疑有两种方

式，改善黑色纯度或者提高白色亮度，前者显然是每一个厂商的追求（因为液晶黑色不纯是通病），

而后者更容易实现。

先来看看第一种途径即改进黑色纯度，对于厂商来说，这种方式不是不可以，但是相对付出的技

术努力要更大一些，改进滤光片结构或者改进液晶分子的垂直光线排布来改进漏光。与此相比，提高

白色的亮度值对于厂商就显得简单的多了，增加灯管数量，换用更亮的灯关，改进导光板效率等，反

正不用在最昂贵的液晶面版上做文章。

让我们举个例子，目前的背光模块的技术水平生产达到500 cd/m² 白色的亮度值，而黑色亮度

值保持在原来的0.5cd/m²的水平，那我们就能获得500 / 0.5 = 1000 : 1的较高对比度参数。但是

实际上呢，这样的屏幕只会亮的人眩晕。

实际上有很多使用液晶部长的朋友都会反映似乎比原来的CRT用起来更费眼睛了，实际上他们

是因为使用默认的高亮度造成的，要知道专家推荐的适合长时间阅读工作的亮度值是110 cd/m²左

右，而传统的.CRT 的一般亮度为90 cd/m²（不要说高亮型号，CRT高亮打开后更本不适合阅读）。

对于认眼来说现在液晶提供的250 cd/m²甚至更高的亮度太过于亮了，正是因为过高的亮度导致使

用者眼睛加速疲劳，感觉上比CRT用起来更不舒服，如果你面临这种情况，我建议你将液晶屏幕亮

度调整到适当的位置。

那为什么厂商提供液晶如此高的亮度以至于不适合使用呢，其一当然能改善用户在视频等多媒体

方面的观感；其二就是利用亮度的增加来美化对比度指标。这也同样是钻了ISO关于对比度规范的

空子，因为该规范并没有规定所有产品必须在同样的白色亮度值下，比如110 cd/m²，测量此时的

黑色亮度值。在液晶黑色纯度提升较为困难的情况下，厂商自然会用提升比较容易的亮度上打主意

了。

液晶使用不是越亮越好

对比图

就面板技术来说，目前的IPS和VA类面板普遍对比度要好过TN这类常亮的面板，同时对比度

不高过700:1也是辨别是否采用了VA面板的一种方法，前两者的主要优势是黑色表现比TN面板

好。当然有关高对比度带来的好处，我在这里就不用在细说，纯净的黑色能让画面更加突出，层次丰

富，同时也让我们在观看图片和硬盘时看到更多的细节。同时对于游戏者更高的对比度不但能提高游

戏画面的感受，另外如果是CS这类游戏中，也能更容易观察到暗处躲藏的敌人，当然为单纯追求游

戏性能倒还不如选择质量好的大屏幕CRT。

关注液晶色彩技术指标 2006-3-6

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色彩，一个不得不说的话题

最近关于液晶显示器色彩的讨论似乎愈燃愈烈，从16.2M、16.7M，到8bit、6bit，这些专业

的术语听起来不仅缺乏关联性，同时也容易让人一头雾水。而本篇文章将从技术的角度为您分析液晶

显示器在色彩上的差异，并最终落实到实际应用上，让您在选购LCD时做到心中有数。

什么才是真彩显示

从色彩的角度来说，无论是CRT还是LCD都有真彩显示这样一个概念，其含义是指在R.G.B

（红绿蓝）三个色彩通道都具有在物理上显示256级灰阶的能力。所有的CRT显示器都具备真彩显

示能力，而液晶显示器方面则不尽然。能具备在物理上显示真彩显示的液晶面板，我们就称其为真彩

面板——也就是它具备在物理上可显示16777216种颜色的能力。

一枚用作液晶显示器的驱动IC

8bit面板与6bit面板是如何定义的？

对液晶面板的色彩显示能力，我们通常用在每一种色彩通道上，液晶面板能显示灰阶的位数来加

以描述。如果在每个色彩信道上能显示256（2的8次方＝256）级灰阶，我们就称其为8bit面板，

这也就是真彩面板；如果每个信道上只能显示64（2的6次方＝64）级灰阶，那么我们就称其为

6bit面板，这也就是伪真彩面板。现在主流桌面LCD产品，选用6bit和8bit两类面板的都有，在

中低端产品中采用6bit面板的产品较多。

响应时间与色彩的微妙关系

液晶面板的位数，可以从液晶显示器驱动IC最大驱动路数的角度来理解，比如6bit的面板最大

驱动路数只能是64路，这并不能达到真彩显示的硬件要求。但驱动路数少也有好处，比如说可以减

少占空比，进而降低在可视角度以及对比度等方面的设计难度。从液晶面板的物理结构上来理解，

6bit面板也就是液晶分子在纯黑到纯白之间只有64种可被控制的状态，这样少的状态自然易于控

制，这也就是为什么现在大部分12毫秒、8毫秒的LCD普遍是6bit的面板。

6bit面板的色彩还不到8bit面板的2％

6bit面板只能显示262144种色彩（64×64×64＝262144），而8bit面板可以显示16777216

种颜色（256×256×256＝16777216）。在物理上6bit面板能显示的色彩还不到8bit面板的2％。

不过在实际使用中，显示色彩数有几十倍差距的两种面板，在大多数用户的眼中却几乎没什么差

别。因为从用户这个角度来看，很多图片看上去都显得色彩缤纷，其实一幅图画或者一段视频使用的

色彩数目并不是很多，很可能只有几万或者几十万种色彩，1677万种色彩几乎不可能同时出现在某

一画面的。

而且对色彩的感觉，受用户的使用环境与用户对色彩的敏感程度的影响很大，对于没有受过一定

专业训练的普通用户而言，显示26万色和能显示1677万色的差别并不大。

为6bit面板“延寿”的色彩增强技术

尽管6bit面板无法和8bit面板相比，但一下子全部转为8bit面板从经济学的角度来看也不合

适。面对用户不断提高的要求，各大LCD生产厂对于6bit的面板就推出了自己独家的色彩增强技

术。

这一类LCD色彩增强技术，主要目的是缩小6bit面板和8bit面板的差距，延长6bit面板的应

用寿命。从实现技术上来看，其主要是利用了PD（Pixel Dithering，像素抖动）算法或者FRC

（Frame Rate Control，帧速率控制）技术。这两项技术，如果从色彩学的角度来看，都是很容易

理解的。

利用了视觉惰性

而对于动画而言，FRC技术主要是利用了视觉惰性这样一个人的生理特性，这个特性大致指的就

是人眼的亮度感觉并不会随着物体亮度的消失而立即消失。下图就是视觉惰性的一个好例子，图片里

面没有一个黑点，但我们的眼睛却能“看到”到不少黑点。

这副图就是利用了肉眼的视觉惰性，让我们看到了而让6bit的面板显示器更多的色彩的方法，

也是如此。

FRC技术和上图所显示的原理是一致的，我们还可以打一个比方来帮助读者理解。大家可以试着

先把计算机屏幕（最好是CRT显示器）调成满屏纯红色，再一键切换到满屏纯黄色。在刚切换的那

一刹那，我们在屏幕上“看到”的不是红色也不是黄色，而是橙色。原因就是，开始的红色还因为视

觉惰性暂留在我们的眼里，而新进来的黄光与暂留着的红光感觉迭加，我们就“看到”了橙色，一种

原本不存在的颜色。6bit面板通过特定算法获得16.2M的色彩，也是基于此。

适当的控制帧速率，再加上对相邻帧之间的颜色进行一定的控制，这样我们在LCD显示器观看

动态画面时，同样可以看到LCD显示器本不能显示的颜色。当然，各大厂商都有着自己的技术，在

具体实现方式和细节上还是有差别的，所以它们各自就有一些对自己专有技术的不同命名。在色彩增

强这方面，夏普公司的功力比较深，采用同样的面板，夏普公司的产品色彩会比大多数对手更好，原

因就在于此。

究竟哪些液晶显示器是8bit？

对于一般用户而言，现在6bit面板的LCD已经是基本够用了，而通过像素抖动算法与帧速率控

制技术还能进一步缩小其与8bit面板的差距。

而实际的对比与使用告诉我们16.2M与16.7M在大多数应用场合下都没有显著的区别，它们做

的都同样好。而16.7M色彩的优势在于可以表现出更平滑稳定的色彩过渡，也就是色彩之间的渐

变，16.2M产品在表现渐变时常常会伴有明显的阶梯状条纹，相反，16.7M产品则好了很多。

三星在去年CeBIT上展出的193P Plus在保持8毫秒的响应时间的同时也提供了16.7M色彩可

以说是目前色彩与速度结合的比较好的产品了。但是我们也要知道，这种软件级别的增强和8bit面

板实实在在的硬件级别显示24位色彩相比，差别还是很明显的，在专业一些的场合6bit面板的

LCD显示器是不符合需求的。

16.2M是软件增强后的色彩显示能力，而16.7M是实打实的物理显示能力，其间的差距不是区

区50万种色彩。对色彩比较在意或者有往专业设计方向发展意图的用户，还是建议考虑8bit面板的

LCD显示器。

EIZO在个别高端产品采用了10bit的驱动IC将液晶显示器的色彩水平提升到了一个全新的高度

而现在看来，8bit面板也并不是LCD在色彩显示数目上发展的终点，1对于专业做设计的用

户，除去传统的CRT外，即使16.7M的液晶显示器也还远远不够。这就是为什么EIZO为它的高端

LCD专门开发了10bit的驱动IC，去满足那些专业用户对色彩的高要求。

而从需求上来说，Photoshop早就支持R.G.B每通道16位的精度了。24位色的真彩定义，在

未来也有被更高标准所淘汰的可能。（《计算机时尚》）