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LCD技术详解

液晶显示器（LCD）英文全称为LiquidCrystalDisplay，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，无论是笔记本电脑还是桌面系统，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品质，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。

一个液晶显示器的好坏首先要看它的面板，因为面板的好坏直接影响到画面的观看效果，并且液晶电视面板占到了整机成本了一半以上，是影响液晶电视的造价的主要因素，所以要选一款好的液晶显示器，首先要选好它的面板。

液晶面板可以在很大程度上决定液晶显示器的亮度、对比度、色彩、可视角度等非常重要的参数。

液晶面板发展的速度很快，从前些年的三代，迅速发展到四代、五代，然后跳过六代达到七代，而更新的第八代面板也在谋划之中。

目前生产液晶面板的厂商主要为三星、LG-Philips、友达等，由于各家技术水平的差异，生产的液晶面板也大致分为机种不同的类型。

常见的有TN面板、MVA和PVA等VA类面板、IPS面板以及CPA面板。

1、TN面板

TN全称为TwistedNematic（扭曲向列型）面板，低廉的生产成本使TN成为了应用最广泛的入门级液晶面板，在目前市面上主流的中低端液晶显示器中被广泛使用。

目前我们看到的TN面板多是改良型的TN+film，film即补偿膜，用于弥补TN面板可视角度的不足，目前改良的TN面板的可视角度都达到160°，当然这是厂商在对比度为10∶1的情况下测得的极限值，实际上在对比度下降到100:

1时图像已经出现失真甚至偏色。

　　作为6Bit的面板，TN面板只能显示红/绿/蓝各64色，最大实际色彩仅有262.144种，通过“抖动”技术可以使其获得超过1600万种色彩的表现能力，只能够显示0到252灰阶的三原色，所以最后得到的色彩显示数信息是16.2M色，而不是我们通常所说的真彩色16.7M色；加上TN面板提高对比度的难度较大，直接暴露出来的问题就是色彩单薄，还原能力差，过渡不自然。

　　TN面板的优点是由于输出灰阶级数较少，液晶分子偏转速度快，响应时间容易提高，目前市场上8ms以下液晶产品基本采用的是TN面板。

另外三星还开发出一种B-TN（Best-TN）面板，它其实是TN面板的一种改良型，主要为了平衡TN面板高速响应必须牺牲画质的矛盾。

同时对比度可达700∶1，已经可以和MVA或者早期PVA的面板相接近了。

台湾很多面板厂商生产TN面板，TN面板属于软屏，用手轻轻划会出现类似的水纹，另外仔细看屏幕大致是这样的：

2、VA类面板

VA类面板是现在高端液晶应用较多的面板类型，属于广视角面板。

和TN面板相比，8bit的面板可以提供16.7M色彩和大可视角度是该类面板定位高端的资本，但是价格也相对TN面板要昂贵一些。

VA类面板又可分为由富士通主导的MVA面板和由三星开发的PVA面板，其中后者是前者的继承和改良。

VA类面板的正面（正视）对比度最高，但是屏幕的均匀度不够好，往往会发生颜色漂移。

锐利的文本是它的杀手锏，黑白对比度相当高。

　　富士通的MVA技术（Multi-domainVerticalAlignment，多象限垂直配向技术）可以说是最早出现的广视角液晶面板技术。

该类面板可以提供更大的可视角度，通常可达到170°。

通过技术授权，我国台湾省的奇美电子（奇晶光电）、友达光电等面板企业均采用了这项面板技术。

改良后的P-MVA类面板可视角度可达接近水平的178°，并且灰阶响应时间可以达到8ms以下

三星Samsung电子的PVA（PatternedVerticalAlignment）技术同样属于VA技术的范畴，它是MVA技术的继承者和发展者。

其综合素质已经全面超过后者，而改良型的S-PVA已经可以和P-MVA并驾齐驱，获得极宽的可视角度和越来越快的响应时间。

PVA采用透明的ITO电极代替MVA中的液晶层凸起物，透明电极可以获得更好的开口率，最大限度减少背光源的浪费。

这种模式大大降低了液晶面板出现“亮点”的可能性，在液晶电视时代的地位就相当于显象管电视时代的“珑管”。

三星主推的PVA模式广视角技术，由于其强大的产能和稳定的质量控制体系，被日美厂商广泛采用。

目前PVA技术广泛应用于中高端液晶显示器或者液晶电视中。

VA类面板也属于软屏，用手轻轻划会出现类似的水纹，仔细看屏幕大致是这样的：

3、IPS面板

IPS（In-PlaneSwitching，平面转换）技术是日立公司于2001推出的液晶面板技术，俗称“SuperTFT”。

IPS阵营以日立为首，聚拢了LG-飞利浦、瀚宇彩晶、IDTech（奇美电子与日本IBM的合资公司）等一批厂商，不过在市场能看到得型号不是很多。

IPS面板最大的特点就是它的两极都在同一个面上，而不象其它液晶模式的电极是在上下两面，立体排列。

由于电极在同一平面上，不管在何种状态下液晶分子始终都与屏幕平行，会使开口率降低，减少透光率，所以IPS应用在LCDTV上会需要更多的背光灯。

此外还有一种S-IPS面板属于IPS的改良型

IPS面板的优势是可视角度高、响应速度快，色彩还原准确，价格便宜。

不过缺点是漏光问题比较严重，黑色纯度不够，要比PVA稍差，因此需要依靠光学膜的补偿来实现更好的黑色。

目前IPS面板主要由LG-飞利浦生产。

和其他类型的面板相比，IPS面板的屏幕较为“硬”，用手轻轻划一下不容易出现水纹样变形，因此又有硬屏之称。

仔细看屏幕时，如果看到是方向朝左的鱼鳞状象素，加上硬屏的话，那么就可以确定是IPS面板了。

4、CPA面板（ASV面板）

CPA（ContinuousPinwheelAlignment,连续焰火状排列）模式广视角技术（软屏），CPA模式广视角技术严格来说也属于VA阵营的一员，各液晶分子朝着中心电极呈放射的焰火状排列。

由于像素电极上的电场是连续变化的，所以这种广视角模式被称为“连续焰火状排列”模式。

而CPA则由“液晶之父”夏普主推，这里需要注意的是夏普一向所宣传的ASV其实并不是指某一种特定的广视角技术，它把所采用过TN+Film、VA、CPA广视角技术的产品统称为ASV。

其实只有CPA模式才是夏普自己创导的广视角技术，该模式的产品与MVA和PVA基本相当。

也就是说，夏普品牌的LCD电视未必就是采用夏普自己生产的CPA模式液晶面板，它有可能采用台湾厂家的VA模式面板或者其他厂家的液晶面板。

夏普的CPA面板色彩还原真实、可视角度优秀、图像细腻，价格比较贵，并且夏普很少向其他厂商出售CPA面板。

CPA面板也属于软屏，用手轻轻划会出现类似的水纹，仔细看屏幕大致是这样的：

此外还有一些其他厂商也有自己的液晶面板技术，比如NEC的ExtraView技术、松下的OCB技术、现代的FFS技术等，这些技术都是对旧的TFT面板的改进，提供了可视角度和响应时间，通常只用在自有品牌的液晶显示器或者液晶电视上使用。

其实以上这些面板都属于TFT类面板，只不过现在各种面板有自己的技术和名称，所以TFT这个名

显示器接口是指显示器和主机之间的接口，通常有DVI、HDMI和15针D-Sub三种：

DVI数字输入接口：

DVI（DigitalVisualInterface，数字视频接口）是近年来随着数字化显示设备的发展而发展起来的一种显示接口。

普通的模拟RGB接口在显示过程中，首先要在计算机的显卡中经过数字/模拟转换，将数字信号转换为模拟信号传输到显示设备中，而在数字化显示设备中，又要经模拟/数字转换将模拟信号转换成数字信号，然后显示。

在经过2次转换后，不可避免地造成了一些信息的丢失，对图像质量也有一定影响。

而DVI接口中，计算机直接以数字信号的方式将显示信息传送到显示设备中，避免了2次转换过程，因此从理论上讲，采用DVI接口的显示设备的图像质量要更好。

另外DVI接口实现了真正的即插即用和热插拔，免除了在连接过程中需关闭计算机和显示设备的麻烦。

现在很多液晶显示器都采用该接口，CRT显示器使用DVI接口的比例比较少。

需要说明的是，现在有些液晶显示器的DVI接口可以支持HDCP协议，为看有版权的高清电影电视打下基础。

HDMI数字输入接口：

HDMI的英文全称是“High DefinitionMultimedia”，中文的意思是高清晰度多媒体接口。

HDMI接口可以提供高达5Gbps的数据传输带宽，可以传送无压缩的音频信号及高分辨率视频信号。

同时无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换，可以保证最高质量的影音信号传送。

应用HDMI的好处是：

只需要一条HDMI线，便可以同时传送影音信号，而不像现在需要多条线材来连接；同时，由于无线进行数/模或者模/数转换，能取得更高的音频和视频传输质量。

对消费者而言，HDMI技术不仅能提供清晰的画质，而且由于音频/视频采用同一电缆，大大简化了家庭影院系统的安装。

HDMI接口支持HDCP协议，为看有版权的高清电影电视打下基础。

2002年的4月，日立、松下、飞利浦、SiliconImage、索尼、汤姆逊、东芝共7家公司成立了HDMI组织开始制定新的专用于数字视频/音频传输标准。

2002年岁末，高清晰数字多媒体接口（High-definitionDigitalMultimediaInterface）HDMI1.0标准颁布，到2006底已经颁布了1.3版本，主要变化在于近一步加大带宽，以便传输更高分辨率和色深。

HDMI在针脚上和DVI兼容，只是采用了不同的封装。

与DVI相比，HDMI可以传输数字音频信号，并增加了对HDCP的支持，同时提供了更好的DDC可选功能。

HDMI支持5Gbps的数据传输率，最远可传输15米，足以应付一个1080p的视频和一个8声道的音频信号。

而因为一个1080p的视频和一个8声道的音频信号需求少于4GB/s，因此HDMI还有很大余量。

这允许它可以用一个电缆分别连接DVD播放器，接收器和PRR。

此外HDMI支持EDID、DDC2B，因此具有HDMI的设备具有“即插即用”的特点，信号源和显示设备之间会自动进行“协商”，自动选择最合适的视频/音频格式。

15针D-Sub输入接口：

也叫VGA接口，CRT彩显因为设计制造上的原因，只能接受模拟信号输入，最基本的包含R\G\B\H\V（分别为红、绿、蓝、行、场）5个分量，不管以何种类型的接口接入，其信号中至少包含以上这5个分量。

大多数PC机显卡最普遍的接口为D-15，即D形三排15针插口，其中有一些是无用的，连接使用的信号线上也是空缺的。

除了这5个必不可少的分量外，最重要的是在96年以后的彩显中还增加入DDC数据分量，用于读取显示器EPROM中记载的有关彩显品牌、型号、生产日期、序列号、指标参数等信息内容，以实现WINDOWS所要求的PnP（即插即用）功能。

除了以上三种常见的接口外，还有一种ADC接口，是苹果机显示器的专用接口。

最大的特点是数据线和电源线做在一起，这样显示器就只需一根线，满足苹果电脑清爽时尚的风

LCD显示器的像素间距（pixelpitch）的意义类似于CRT的点距（dotpitch）。

点距一般是指显示屏相邻两个象素点之间的距离。

我们看到的画面是由许多的点所形成的，而画质的细腻度就是由点距来决定的，点距的计算方式是以面板尺寸除以解析度所得的数值，不过LCD的点距对于产品性能的重要性却远没有对后者那么高。

CRT的点距会因为荫罩或光栅的设计、视频卡的种类、垂直或水平扫描频率的不同而有所改变，而LCD显示器的像素数量则是固定的，因此在尺寸与分辨率都相同的情况下，大多数液晶显示器的像素间距基本相同。

分辨率为1024×768的15英寸LCD显示器，其像素间距均为0.297mm（亦有某些产品标示为0.30mm），而17寸的基本都为0.264mm。

所以对于同尺寸的LCD的价格一般与点距基本没有关系。

亮度是指画面的明亮程度，单位是堪德拉每平米（cd/m2）或称nits，也就是每平方公尺分之烛光。

目前提高亮度的方法有两种，一种是提高LCD面板的光通过率；另一种就是增加背景灯光的亮度，即增加灯管数量。

需要注意的是，较亮的产品不见得就是较好的产品，显示器画面过亮常常会令人感觉不适，一方面容易引起视觉疲劳，同时也使纯黑与纯白的对比降低，影响色阶和灰阶的表现。

因此提高显示器亮度的同时，也要提高其对比度，否则就会出现整个显示屏发白的现象。

此外亮度的均匀性也非常重要，但在液晶显示器产品规格说明书里通常不做标注。

亮度均匀与否，和背光源与反光镜的数量与配置方式息息相关，品质较佳的显示器，画面亮度均匀，柔和不刺目，无明显的暗区。

现在在LCD亮度的技术研究方面，目前已经达到800甚至更高，已经接近CRT显示器水准。

此外液晶显示器的亮度有不同标称方式，例如典型亮度为350，最大亮度可能是400，具体是那种，厂商一般不做说明。

因此会出现在一定范围内不能仅通过参数区分显示器好坏的情况，购买液晶显示器时还要综合考虑对比度等因素，最好实际观看显示效果。

液晶显示器的对比度实际上就是亮度的比值，定义是：

在暗室中，白色画面（最亮时）下的亮度除以黑色画面（最暗时）下的亮度。

更精准地说，对比度就是把白色信号在100%和0%的饱和度相减，再除以用Lux（光照度，即勒克斯，每平方米的流明值）为计量单位下0%的白色值（0%的白色信号实际上就是黑色），所得到的数值。

对比度是最黑与最白亮度单位的相除值。

因此白色越亮、黑色越暗，对比度就越高。

对比度是液晶显示器的一个重要参数，在合理的亮度值下，对比度越高，其所能显示的色彩层次越丰富。

目前提高对比度有两种方法：

1、提高白色画面的亮度。

2、让黑色更黑，降低最低亮度，这个也许有些不好理解，首先，需要知道控制液晶显示器光线的明暗变化，是不可能通过发光灯管开、关来实现的，而液晶又是不能做到100%不漏光的，所以即使调整至纯黑画面，液晶显示器还是会有一些亮度的。

这是个分母、分子的问题，分子小了对比度自然就高了。

提高亮度增加对比度的方法相对简单，不过受到灯管寿命、液晶漏光等问题，亮度不能无限量提高。

第二种方法是很多高端液晶厂家的发展方向，这也是为什么亮度不高的液晶能够达到高对比度的原因。

在购买液晶显示器时，应该注意挑选显示器画面有没有因高亮而色彩失真，因为那样的高对比度是没有参考价值的。

更重要的是，虚高的亮度并不会带来更好的显示效果，它只会使浅色图像变成茫茫一片，而对暗部表现却毫无帮助。

此外，厂商在宣传单上标注的对比度参数分两种，一种是典型值，就是在同一画面下的对比度，另一种是最大值，就是整个显示器在亮度不一定的状态下所取的最大、最小亮度所比的对比度，例如某款液晶最大对比度为550:

1，而典型值为500:

1。

那么其中的最大值也就不具备参考性，典型值才是真正的对比度，最大对比度实际上也就是厂商所玩的数字游戏。

另外，还有些厂商所标注的对比度是所谓的“动态对比度”。

所谓动态对比度，指的是液晶显示器在某些特定情况下测得的对比度数值，例如逐一测试屏幕的每一个区域，将对比度最大的区域的对比度值，作为该产品的对比度参数。

不同厂商对于动态对比度的测量方法可能也不尽相同，但其本质也万变不离其宗。

动态对比度与真正的对比度是两个不同的概念，一般同一台液晶显示器的动态对比度是实际对比度的3-5倍。

所以，动态对比度也不过就是厂商所玩的数字游戏，并没有实际意义。

目前主流液晶显示器的对比度大多集中在400:

1至600:

1的水平上，而加拿大公司Brightside推出的采用LED背光技术的DR-37P超高动态范围液晶显示器居然号称拥有200000:

1的超高对比度，真是令人有点瞠目结舌了。

色彩数就是屏幕上最多显示多少种颜色的总数。

对屏幕上的每一个像素来说，256种颜色要用8位二进制数表示，即2的8次方，因此我们也把256色图形叫做8位图；如果每个像素的颜色用16位二进制数表示，我们就叫它16位图，它可以表达2的16次方即65536种颜色；还有24位彩色图，可以表达16,777,216种颜色。

目前液晶显示器常见的颜色种类有两种，一种是24位色，也叫24位真彩。

这24位真彩是由红绿蓝三原色每种颜色8位色彩组成，所以这种液晶板也叫8bit液晶板。

每种颜色8位，红绿蓝三原色组合起来就是24位真彩，这种液晶显示器的颜色一般标称为16.7M或者16.77M。

另一种液晶显示器三原色每种只有6bit，也叫6bit液晶板，这种液晶板通过“抖动”的技术，通过局部快速切换相近颜色，利用人眼的残留效应获得缺失色彩。

这种抖动的技术不能获得完整的8bit（256色）效果，通常是253种颜色，那么三个253相乘就基本是16.2M色。

也就是说我们通常用16.7M表示真正的24位真彩（8bit板），而用16.2M表示6bit板。

两者实际视觉效果差别不算太大，目前高端液晶显示器以16.7M色占主流。