LCD（液晶显示）工作原理

文章摘要：计算机中使用的LCD有两大类：无源矩阵和有源矩阵。在以下两节中，我们将分别介绍这两类LCD。 LCD的历史如今，LCD随处可见，不过它们并不是一夜之间突然冒出来的。从发现液晶到制成如今我们所享用的各种LCD用品花了很长一段时间。1888年，奥地利植物学家弗里德里希·莱尼泽（Friedrich Reinitzer）首先发现了液晶。莱尼泽观察到，在融解一种奇怪的类胆固醇物质（胆甾醇苯甲酸酯）时，它首先变成浑浊的液体，而随着温度的上升又会变清。在冷却时，液体首先变蓝，然后才最终结晶。八十年后的1968年，RCA才首次制造出实验性的LCD。从那时起，LCD制造商们稳步地发展出各种富有创造性的产品并提高

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计算机中使用的LCD有两大类：无源矩阵和有源矩阵。在以下两节中，我们将分别介绍这两类LCD。

LCD的历史如今，LCD随处可见，不过它们并不是一夜之间突然冒出来的。从发现液晶到制成如今我们所享用的各种LCD用品花了很长一段时间。1888年，奥地利植物学家弗里德里希·莱尼泽（Friedrich Reinitzer）首先发现了液晶。莱尼泽观察到，在融解一种奇怪的类胆固醇物质（胆甾醇苯甲酸酯）时，它首先变成浑浊的液体，而随着温度的上升又会变清。在冷却时，液体首先变蓝，然后才最终结晶。八十年后的1968年，RCA才首次制造出实验性的LCD。从那时起，LCD制造商们稳步地发展出各种富有创造性的产品并提高相应的技术，从而将LCD的技术复杂性提升到了一个惊人的高度。所有的迹象都表明，未来我们将继续享用LCD新的进步！

无源矩阵LCD使用简单的网格来给显示屏上的特定像素供电。制造这种网格是相当复杂的过程！首先必须有两层被称为基片的玻璃层。透明导电物质在一片基片上排成列，在另一片基片上排成行。导电物质通常是氧化铟锡。这些行和列连接在集成电路上，集成电路则控制电荷何时被送到特定的列或行中。液晶材料被压在两块玻璃基片之间，每个基片的外表面则附着偏振膜。若要点亮某个像素，集成电路将电荷送到一个基片的特定列上，再将另一个基片的特定行接地。行与列交于指定的像素点，由此产生的电压会消除该像素区域液晶分子的扭曲。

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无源矩阵系统有着令人满意的简洁性，但也有明显的缺点，尤其是它的响应时间较慢并且电压控制不精确。响应时间反应了LCD刷新其显示的图像的能力。要观察无源矩阵LCD较慢的响应时间，最简单地方法就是在显示器上将鼠标指针从一端快速地移到另一端。您会注意到跟随指针的一系列“影子”。不精确的电压控制使无源矩阵系统不能够一次只调控一个。

有源矩阵LCD的基础是薄膜电晶体（TFT）。简单地说，TFT是极小的开关晶体管和电容器。它们在玻璃基片上被排列成一个矩阵。为找到一个特定的像素，相应的行被打开，然后电荷被注入相应的列。因为与该列相交的其他行都处于关闭的状态，所以只有位于指定像素处的电容能接收到电荷。这个电容能在下一个刷新循环之前一直保有此电荷。如果我们小心地控制加在晶体上的电压值，就可以调整扭曲消除的程度，从而只允许一部分光透过。

如此这般地产生极其微小极其精细的增量，LCD便可以显示灰度。如今大部分显示屏每个像素可以提供256级不同的亮度。

彩色LCD的每一个像素必须有三个子像素，三个子像素分别包含红色、绿色和蓝色滤光片。

通过对施加的电压进行精细的调节和控制，每个子像素的亮度都可以在256个级别中变化。子像素色彩强度的排列组合可以产生1680万种颜色（256种红色x256 种绿色x256种蓝色），如下所示。彩色显示屏需要使用极其大量的电晶体。例如，普通笔记本电脑的分辨率可以达到1,024x768。如果将1,024行乘以768列再乘以3个子像素，我们得到的数字是2,359,296，这就是玻璃上需要蚀刻装入的电晶体的数量！这些电晶体中的任何一个出了问题，都会在显示屏上产生一个“亮点”。大多数有源矩阵显示器都会有几个亮点分散在屏幕上。

LCD技术一直在发展。如今的LCD采用了许多不同种的液晶技术，其中包括超扭曲向列相（STN）、双扫描扭曲向列相（DSTN）、铁电液晶（FLC）以及表面稳定型铁电液晶（SSFLC）。

显示屏的尺寸受到制造厂商的质量控制问题的限制。简而言之，要增大显示屏的尺寸，就必须添加更多的像素和电晶体。而随着显示屏中像素和电晶体数量的增加，其中包含坏的电晶体的几率也在升高。对于现在的大型LCD来说，产品线上百分之四十的面板是被厂商废弃的。废弃率的高低直接影响着LCD的价格，因为好的LCD的销售收入必须弥补好的和坏的LCD的生产成本之和。只有制造技术的进步才能生产出价格合适的大尺寸显示屏。

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