液晶屏

液晶屏是以液晶材料為基本組件，在兩塊平行板之間填充液晶材料，通過電壓來改變液晶材料內部分子的排在列狀況，以達到遮光和透光的目的來顯示深淺不一，錯落有致的圖象，而且只要在兩塊平板間再加上三元色的濾光層，就可實現顯示彩色圖象。液晶屏功耗很低，因此倍受工程師青睞，適用於使用電池的電子設備。

基本介紹

• 中文名：液晶屏
• 外文名：LCD
• 基本組件：液晶材料
• 常見類型：STN
• 亮度：液晶顯示器的亮度是越高越好
• 組成：背光源

物理特性

液晶屏是以液晶材料為基本組件，由於液晶是介於固態和液態之間，不但具有固態晶體光學特性，又具有液態流動特性，所以已經可以說是一個中間相。而要了解液晶的所產生的光電效應，必須來解釋液晶的物理特性，包括它的黏性（visco-sity）與彈性（elasticity）和其極化性（polarizalility）。

液晶屏（圖1）

液晶的黏性和彈性從流體力學的觀點來看，可說是一個具有排列性質的液體，依照作用力量不同的方向，應該有不同的效果。就好像是將一把短木棍扔進流動的河水中，短木棍隨著河水流著，起初顯得凌亂，過了一會兒，所有短木棍的長軸都自然的變成與河水流動的方向一致，這表示著次黏性最低的流動方式，也是流動自由能最低的一個物理模型。此外，液晶除了有黏性的反應外，還具有彈性的反應，它們都是對於外加的力量，呈現了方向性的效果。也因此光線射入液晶物質中，必然會按照液晶分子的排列方式行進，產生了自然的偏轉現像。至於液晶分子中的電子結構，都具備著很強的電子共軛運動能力，所以當液晶分子受到外加電場的作用，便很容易的被極化產生感應偶極性（induced dipolar），這也是液晶分子之間互相作用力量的來源。而一般電子產品中所用的液晶顯示器，就是是利用液晶的光電效應，藉由外部的電壓控制，再透過液晶分子的折射特性，以及對光線的旋轉能力來獲得亮暗情況（或著稱為可視光學的對比），進而達到顯像的目的。

工作原理

簡單的來說，螢幕能顯示的基本原理就是在兩塊平行板之間填充液晶材料，通過電壓來改變液晶材料內部分子的排列狀況，以達到遮光和透光的目的來顯示深淺不一，錯落有致的圖象，而且只要在兩塊平板間再加上三元色的濾光層，就可實現顯示彩色圖象。

液晶屏（圖2）

認識了它的結構和原理，了解了它的技術和工藝特點，才能在選購時有的放矢，在套用和維護時更加科學合理。液晶是一種有機複合物，由長棒狀的分子構成。在自然狀態下，這些棒狀分子的長軸大致平行。

LCD第一個特點是必須將液晶灌入兩個列有細槽的平面之間才能正常工作。這兩個平面上的槽互相垂直(90度相交)，也就是說，若一個平面上的分子南北向排列，則另一平面上的分子東西向排列，而位於兩個平面之間的分子被強迫進入一種90度扭轉的狀態。由於光線順著分子的排列方向傳播，所以光線經過液晶時也被扭轉90度。但當液晶上加一個電壓時，分子便會重新垂直排列，使光線能直射出去，而不發生任何扭轉。

LCD的第二個特點是它依賴極化濾光片和光線本身，自然光線是朝四面八方隨機發散的，極化濾光片實際是一系列越來越細的平行線。這些線形成一張網，阻斷不與這些線平行的所有光線，極化濾光片的線正好與第一個垂直，所以能完全阻斷那些已經極化的光線。 只有兩個濾光片的線完全平行，或者光線本身已扭轉到與第二個極化濾光片相匹配，光線才得以穿透。一方面，LCD正是由這樣兩個相互垂直的極化濾光片構成，所以在正常情況下應該阻斷所有試圖穿透的光線。但是，由於兩個濾光片之間充滿了扭曲液晶，所以在光線穿出第一個濾光片後，會被液晶分子扭轉90度，最後從第二個濾光片中穿出。另一方面，若為液晶加一個電壓，分子又會重新排列並完全平行，使光線不再扭轉，所以正好被第二個濾光片擋住。總之，加電將光線阻斷，不加電則使光線射出。當然，也可以改變LCD中的液晶排列，使光線在加電時射出，而不加電時被阻斷。但由於液晶螢幕幾乎總是亮著的，所以只有“加電將光線阻斷”的方案才能達到最省電的目的。

液晶屏（圖3）

主動矩陣式液晶屏

TFT-LCD液晶顯示器的結構與TN-LCD液晶顯示器基本相同，只不過將TN-LCD上夾層的電極改為FET電晶體，而下夾層改為共通電極。

液晶屏（圖4）

TFT-LCD液晶顯示器的工作原理與TN-LCD卻有許多不同之處。TFT-LCD液晶顯示器的顯像原理是採用“背透式”照射方式。當光源照射時，先通過下偏光板向上透出，藉助液晶分子來傳導光線。由於上下夾層的電極改成FET電極和共通電極，在FET電極導通時，液晶分子的排列狀態同樣會發生改變，也通過遮光和透光來達到顯示的目的。但不同的是，由於FET電晶體具有電容效應，能夠保持電位狀態，先前透光的液晶分子會一直保持這種狀態，直到FET電極下一次再加電改變其排列方式為止。

被動矩陣式液晶屏

TN-LCD、STN-LCD和DSTN-LCD之間的顯示原理基本相同，不同之處是液晶分子的扭曲角度有些差別。下面以典型的TN-LCD為例，向大家介紹其結構及工作原理。在厚度不到1厘米的TN-LCD液晶顯示屏面板中，通常是由兩片大玻璃基板，內夾著彩色濾光片、配向膜等製成的夾板，外面再包裹著兩片偏光板，它們可決定光通量的最大值與顏色的產生。彩色濾光片是由紅、綠、藍三種顏色構成的濾片，有規律地製作在一塊大玻璃基板上。每一個像素是由三種顏色的單元(或稱為子像素)所組成。假如有一塊面板的解析度為1280×1024，則它實際擁有3840×1024個電晶體及子像素。每個子像素的左上角(灰色矩形)為不透光的薄膜電晶體，彩色濾光片能產生RGB三原色。每個夾層都包含電極和配向膜上形成的溝槽，上下夾層中填充了多層液晶分子(液晶空間不到5×10-6m)。在同一層內，液晶分子的位置雖不規則，但長軸取向都是平行於偏光板的。另一方面，在不同層之間，液晶分子的長軸沿偏光板平行平面連續扭轉90度。其中，鄰接偏光板的兩層液晶分子長軸的取向，與所鄰接的偏光板的偏振光方向一致。在接近上部夾層的液晶分子按照上部溝槽的方向來排列，而下部夾層的液晶分子按照下部溝槽的方向排列。最後再封裝成一個液晶盒，並與驅動IC、控制IC與印刷電路板相連線。

液晶屏（圖5）

液晶屏（圖6）

在正常情況下光線從上向下照射時，通常只有一個角度的光線能夠穿透下來，通過上偏光板導入上部夾層的溝槽中，再通過液晶分子扭轉排列的通路從下偏光板穿出，形成一個完整的光線穿透途徑。而液晶顯示器的夾層貼附了兩塊偏光板，這兩塊偏光板的排列和透光角度與上下夾層的溝槽排列相同。當液晶層施加某一電壓時，由於受到外界電壓的影響，液晶會改變它的初始狀態，不再按照正常的方式排列，而變成豎立的狀態。因此經過液晶的光會被第二層偏光板吸收而整個結構呈現不透光的狀態，結果在顯示屏上出現黑色。當液晶層不施任何電壓時，液晶是在它的初始狀態，會把入射光的方向扭轉90度，因此讓背光源的入射光能夠通過整個結構，結果在顯示屏上出現白色。為了達到在面板上的每一個獨立像素都能產生你想要的色彩，多個冷陰極燈管必須被使用來當作顯示器的背光源。

常見種類

STN

STN是“Super Teisted Nematic”的縮寫，它屬於無源被動矩陣式LCD，幾乎所有黑白屏手機的液晶屏都是這種材料。彩色STN液晶屏就是在單色的STN液晶屏基礎上加個彩色濾光片，並將單色顯示矩陣中的每個像素分成三個子像素，分別通過彩色濾光片顯示紅、綠、藍三種顏色，從而實現彩色畫面。由於技術的限制，目前STN液晶屏最高只有65536種色彩，市場上見到的大多數都是4096色的STN產品，所以STN也被稱為“偽彩”。

GF

GF是“Glass Fine Color”的縮寫，或許大家對GF液晶屏較為陌生，因為市面上採用GF液晶屏數碼產品非常少，其實GF屬於STN的一種，GF的主要特點是：在保證功耗較小的前提下亮度有所提高，但GF液晶屏有些偏色。

TFT

TFT是“Thin Film Transistor”的縮寫，又稱為“真彩”，它屬於有源矩陣液晶屏，它是由薄膜電晶體組成的螢幕，它的每個液晶像素點都是由薄膜電晶體來驅動，每個像素點後面都有四個相互獨立的薄膜電晶體驅動像素點發出彩色光，可顯示24bit色深的真彩色。在解析度上，TFT液晶屏最大可以達到UXGA（1600×1200）。

TFT的排列方式具有記憶性，所以電流消失後不會馬上恢復原狀，從而改善了STN液晶屏閃爍和模糊的缺點，有效地提高了液晶屏顯示動態畫面的效果，在顯示靜態畫面方面的能力也更加突出，TFT液晶屏的優點是回響時間比效短，並且色彩艷麗，所以它被廣泛使用於筆記本電腦和DV、DC上。而TFT液晶屏的缺點就是比較耗電，並且成本也比較高。

TFD

TFD是“Thin Film Diode”的縮寫，由於TFT液晶屏耗電量較高，而且成本較高，從而大大增加了產品的成本，所以EPSON專門為手機螢幕開發出了TFD技術，它同樣屬於有源矩陣液晶屏，LCD上的每一個像素都配備了一顆單獨的二極體，可以對每個像素進行單獨控制，使每個像素之間不會互相影響，這樣可以明顯提高解析度，可以無拖尾地顯示動態畫面和絢麗的色彩。

在性能方面，TFD液晶屏兼顧了TFT液晶屏和STN液晶屏的優點，TFD液晶屏比STN液晶屏的亮度更高，並且色彩也更鮮艷，同時比TFT液晶屏更省電，不過在色彩和亮度上還是比TFT液晶遜色一些。

OLED

OLED是“Organic Light Emitting Display”的縮寫，也稱有機發光顯示屏，它採用了有機發光技術，這是目前最新的顯示技術，OLED顯示技術與傳統的液晶顯示方式不同，它不需要背光燈，而是採用非常薄的有機材料塗層和玻璃基板，當有電流通過時，這些有機材料就會發光，所以它的視角很大，從各個方向都可以看清楚螢幕上的內容，並且可以做得很薄，而且OLED顯示屏能夠顯著節省電能，被譽為“夢幻顯示器”。

液晶屏（圖7）

嚴格來講，OLED不是液晶屏，是LED的技術。 液晶屏的技術核心在日本；而OLED的技術核心在美國，並且已經大規模在韓國批量生產。就使用在韓國三星的最選進的手機上，售價奇高，甚至比一台智慧型手機的價格都高。

但是OLED也並非沒有缺點，由於它還屬於一種未成熟的技術，所以現階段它的使用壽命還比較短，螢幕面積也比較小。

相關參數

解析度

解析度是一個非常重要的性能指標。它指的是螢幕上水平和垂直方向所能夠顯示的點數（螢幕上顯示的線和面都是由點構成的）的多少，解析度越高，同一螢幕內能夠容納的信息就越多。對於一台能夠支持1280x1024解析度的CRT來說，無論是320x240還是1280x1024解析度，都能夠比較完美地表現出來（因為電子束可以做彈性調整）。但它的最大解析度未必是最合適的解析度，因為如果17寸顯示器上到1280x1024解析度的話，WINDOWS的字型會很小，時間一長眼睛就容易疲勞，所以17寸顯示器的最佳解析度應為1024x768。

液晶屏（圖8）

但對LCD來說則不然。LCD的最大解析度就是它的真實解析度，也就是最佳解析度。一旦所設定的解析度小於真實解析度（比如說15寸LCD，其真實解析度為1024x768，而WINDOWS中設定解析度為800x600）的話，將有兩種顯示方式。一是居中顯示，只有LCD中間的800x600個點會顯示圖象，其他沒有用到的點不會發光，保持黑暗背景，看起來畫面是居中縮小的。另一種是擴展顯示，這種方式會使用到螢幕上每一個像素，但由於像素很容易發生扭曲，所以會對顯示效果造成一定影響。所以說無論如何在選擇LCD時要注意解析度不是越大越好而是適當好用。

視角

大多數純平顯示器的視角都能達到180度，也就是說，從螢幕前的任意一個方向都能清楚地看到所顯示的內容。而LCD則不同，它的可視角度根據工藝先進與否而有所不同。市場上一線品牌，如華碩、三星、LG等產品的可視角度大部分都能達到170度這一水平，而部分採用廣視角的顯示器則能夠達到178度，跟CRT的180度已經非常接近。用戶在使用過程中一旦視角超出其實際可視範圍，畫面的顏色就會減退、變暗，甚至出現正像變成負像的情況。很可能大家為飛利浦的廣告所迷惑其實LCD的視角並不是很大，反而比CRT的小許多，是一個明顯比CRT弱的地方。

可視面積

可視面積指的是在實際套用中，可以用來顯示圖像的那部分螢幕的面積。因為CRT顯示器的尺寸實際上是其顯像管的尺寸，可以用來顯示圖像的部分根本達不到這個尺寸，因為顯像管的框線占了一部分空間。一般來講，17寸CRT顯示器的可視面積約在15.8-16英寸左右，而15寸顯示器的可視面積則只有13.8英寸左右。但對於LCD來說，標稱的尺寸大小基本上就是可視面積的大小，被框線占用的空間非常小，15寸LCD的可視面積大約有14.5英寸左右，這也是為什麼LCD看起來要比同樣尺寸CRT更大一些的原因。所以選購LCD的時候15英寸就基本上夠了.

亮度與對比度

液晶顯示器的顯示功能主要是有一個背光的光源，這個光源的亮度決定整台LCD的畫面亮度及色彩的飽和度。理論上來說，液晶顯示器的亮度是越高越好，亮度的測量單位為cd/m2（每公尺平方燭光），也叫NIT流明TFT螢幕的亮度大部分都是從150Nits開始起步，通常情況下200Nits才能表現出比較好的畫面。對比度也就是黑與白兩種色彩不同層次的對比測量度。對比度120:1時就可以顯示生動、豐富的色彩（因為人眼可分辨的對比度約在100:1左右），對比率達到300:1時便可以支持各階度的顏色，大多數LCD顯示器的對比度都在500:1～800:1左右。而如華碩、三星、LG等一線品牌的液晶顯示器產品對比度則普遍達到了1000:1左右，還沒有一套公正的標準值來衡量亮度與對比的反差值，所以購買LCD全靠一雙銳利的眼睛。所以在選購LCD時要注意這個指標，它也是LCD產品上性能差異最大的一環估計選購上有些難度。

液晶屏（圖9）

反應速度

測量反應速度的時間單位是毫秒（ms），指的是象素由亮轉暗並由暗轉亮所需的時間。這個數值越小越好，數值越小，說明反應速度越快。主流LCD的反應速度都在25ms以上，在一般商業用途中（例如字處理或文本處理）沒有什麼太大關係，因為此類用途不必太在意LCD的反應時間。而如果是用來玩遊戲、觀看VCD/DVD等全螢幕高速動態影象時，反應時間就尤其重要了，如果反應時間較長的話，畫面就會出現拖尾、殘影等現象。舉個簡單的例子，市場上絕大多數LCD顯示器在玩QUAKE3時都會有不同程度的拖尾現象，在畫面高速更新時尤其明顯。而CRT則完全沒有這個問題，因為CRT的反應時間只有1ms，是絕對不會出現拖尾現象的。

色彩

說到色彩，LCD也比不上CRT，從理論上講，CRT可顯示的色彩跟電視機一樣為無限。而LCD只能顯示大約26萬種顏色，絕大部分產品都宣稱能夠顯示1677萬色（16777216色，32位），但實際上都是通過抖動算法（dithering）來實現的，與真正的32位色相比還是有很大差距，所以在色彩的表現力和過渡方面仍然不及傳統CRT。同樣的道理，LCD在表現灰度方面的能力也不如CRT。大家有條件的話可以自己比較一下：找一台17英寸特麗瓏顯像管的顯示器，再擺一台15寸LCD，同時顯示一幅1677萬色的圖象。CRT顯示出來的畫面十分鮮艷，而LCD則顯得有些"假"，雖然說不上來哪裡不對，但看著就是沒有那台瓏管的CRT舒服。

面板構成

液晶面板是液晶屏中最為重要、並且所占據成本最高的一個部件。儘管液晶顯示器的色彩效果最終不是由液晶面板僅僅這一個部件來決定（顯示器的IC晶片也非常關鍵），但其是非常重要的一個部分。

液晶面板主要由以下八大部分組成：

1、背光源（或背光模組）：

由於液晶分子自身是無法發光的，因此若想出現畫面，液晶屏需要專門的發光源來提供光線，然後經過液晶分子的偏轉來產生不同的顏色。而背光源起到的就是提供光能的作用。之前液晶屏採用的都是名叫CCFL的冷陰極射線管，其發光原理與日光燈幾乎完全相同，而新品液晶屏都採用了更加節能、長壽麵的LED背光源。燈管（或LED）發光後藉由導光板將光線分布到各處，通過背面的反射板將所有的光線的方向集中朝向液晶分子。最後光線通過prism sheet以及擴散板將光線均勻的散發出去，避免出現中央亮度過高、四周亮度過低的情況。

液晶屏（圖10）

2、上下層兩個偏光片：

偏光片的作用是讓光線從單方向通過。

3、上層和下層兩塊玻璃基板：

玻璃基板不僅僅是兩塊玻璃那么簡單，其內側具有溝槽結構，並附著配向膜，可以讓液晶分子沿著溝槽整齊的排列。在上、下兩層玻璃兩側會貼有TFT薄膜電晶體和彩色濾光片。

4、ITO透明導電層：

其作用是提供導電通路，分為像素電極（P級）和公共電極（M級）。

5、薄膜電晶體（就是我們經常所說的TFT）：

經常說的TFT-LCD，其實際上指的就是這個薄膜電晶體，它的作用類似於開關，TFT能夠控制IC控制電路上的信號電壓，並將其輸送到液晶分子中，決定液晶分子偏轉的角度大小，因此其是非常重要的一個部件。

6、液晶分子層：

其是改變光線偏光狀態最重要的元素，通過電力和彈性力共同決定其排列和偏光狀態。

7、彩色濾光片：

通過液晶分子偏轉的光線只能顯示不同的灰階，但是不能提供紅、綠、藍（RGB）三原色，而彩色濾光片則由RGB三種過濾片組成，通過三者混喝調節各個顏色與亮度。液晶面板中每一個像素由紅、綠、藍3個點構成，每種顏色的點各自擁有不同的灰階變化。

8、框膠；

其就是讓液晶面板中上下兩層玻璃基板能夠牢固的黏在一起，並將整個內部系統與外接“隔絕”，防止灰塵進入影響色彩效果。

上面所描述的結構為市面上大多數液晶電視和顯示器所使用面板的結構，一些特殊的產品可能會使用不同的配件，但整體架構和工作原理基本不會有太大差異。而通常所說的“LED背光”指的則是其在第一部分背光源所做出的改進，將CCFL冷陰極射線管更換成了LED，而其他部分幾乎沒有任何變化（外部的供電部分會有相應小幅度的調節）。此外液晶屏色域的大小，也主要由液晶屏背光源來決定。

常見損害

螢幕的保護膜，這層保護膜建議在不使用液晶屏的時候將它貼上，使用液晶屏的時候再揭下來，這樣可以有效地保護螢幕外層的化學塗層，使最外層的塗層不會過早的被氧化。用戶在使用筆記本電腦的過程中，千萬不要輕易用手去指/按液晶屏，或者用硬物與螢幕接觸，如果經常不注意，時間長了液晶屏上會出現諸如白印等永遠抹不去的傷疤。新機包裝中一般都會帶有一層棉紙，也可以將這層棉紙放在筆記本電腦的螢幕和鍵盤之間，從而減少螢幕與健帽間的磨損。如果筆記本電腦使用指點桿，建議在長途攜帶筆記本電腦外出時能將指點桿帽取下單獨存放，以避免螢幕受到頂傷。

水分可謂是液晶屏的“天敵”，除了要儘量避免在液晶屏邊喝飲料、吃水果外，還應注意不要將機器保存在潮濕處，嚴重的潮氣會損害液晶顯示屏內部的元器件。特別值得注意的是，在冬天和夏天，進出有暖氣或空調的房間時，較大的溫差也會導致“結露現象”發生，用戶此時給LCD通電也可能會導致液晶電極腐蝕，造成永久性的損害。為此我們也建議您的環境溫度變化不應大於10℃/10min。一旦發生螢幕進水的情況，若只是在開機前發現螢幕表面有霧氣，用軟布輕輕擦掉再開機就可以了。如果水分已經進入LCD，則應把LCD放在較溫暖的地方，比如說檯燈下，將裡面的水分逐漸蒸發掉。在梅雨季節，也要注意定期運行一段時間液晶屏，以便加熱元器件驅散潮氣，最好還能在裝液晶屏的包里放上一小包防潮劑，為愛機創造一個良好的家園。

保養方法

對於螢幕保養來說，除了注意上述問題外，還可以人為或者用soft進行配合，由於液晶屏的壽命相對CRT來說還是短很多，其老化速度也要快很多，需要平常使用的時候要格外的注意。比如在電源管理界面設定一下在電腦無回響的時候自動關閉螢幕的時間間隔，或者乾脆養成一個在長時間不用筆記本電腦時隨手合上螢幕的習慣，減少不必要的螢幕損耗。此外，延緩液晶屏老化還應注意避免強陽光長時直曬螢幕、儘量使用適中的亮度/對比度、減少長期顯示固定圖案(避免局部老化過度)。平時要經常用專用的軟毛刷、眼鏡布、洗耳球等擦拭螢幕，必要時可以使用中性清洗劑或少許清水，對表面污漬進行清潔，請忽用尖銳的東西接處。

清洗方法

在清潔液晶屏時，千萬不可隨意用任何鹼性溶液或化學溶液擦拭螢幕表面。液晶面板的污跡大體分為兩種，一種是因為日積月累所粘留的空氣中的灰塵，一種是使用者在不經意中留下的指紋和油污。很多人在清潔液晶螢幕時存在誤區，家電專家提醒，若是不注意，這些細節對液晶都有一定損壞。

1.用一般軟布或紙巾來擦拭液晶螢幕。千萬不能用一般軟布（如眼鏡布）或紙巾來擦拭液晶螢幕，對於柔軟的液晶螢幕而言，它們的表面還是太粗糙了，很容易劃傷嬌氣的液晶螢幕。

2.用清水清潔液晶螢幕。使用清水清潔時，液體極易滴入液晶螢幕內部，這樣會造成設備電路短路，從而燒壞昂貴的電子設備。

3.用酒精和其他化學溶劑清潔液晶螢幕。液晶螢幕都在螢幕上塗有特殊的塗層，一旦使用酒精擦拭顯示器螢幕，就會溶解這層特殊的塗層，對顯示效果造成不良影響。