走进LCD显示器的世界（一）
整机外设
液晶显示器凭借无闪烁、低辐射等优点而成为了众多家庭用户的首选。在这里，我们将从液晶显示器的原理、响应时间、背光技术等几方面一步步将大家引入液晶显示器的世界。
一、LCD显示原理
LCD，英文全称为Liquid Crystal Display，也就是我们常说的液晶显示器。与传统的CRT显示器不同，液晶显示器是以液晶材料为基本组件。那么我们是如何利用液晶的特性来制造显示器呢？
我们先来看看液晶的物理特性。液晶是介于固态和液态之间的物质，是具有规则性分子排列的有机化合物，不但具有固态晶体光学特性，又具有液态流动特性。具体来说，液晶具有黏性、弹性和极化性，这是液晶能产生光电效应而成为显示器制造材料的关键。液晶的黏性和弹性用流体力学的观点来看，可以说液晶是具有可排列性质的液体，如果施加不同方向的外力，应该有不同的排列效果。就好像是将一把短木棍扔进流动的河水中，短木棍随着河水流动，起初显得凌乱，但顺着河水流动方向的力量，过了一会儿，所有短木棍的长轴都自然地变成与河水流动的方向一致。此外，液晶除了有黏性的反应外，还具有弹性的反应，它们都是对于外加的力量，呈现了方向性的效果。至于液晶分子中的电子结构，都具备着很强的电子共轭运动能力，所以当液晶分子受到外加电场的作用，便很容易被极化产生感应偶极性，这也是液晶分子之间互相作用力量的来源。
而液晶显示器就是根据以上液晶特性，通过电场作用来实现显示效果：将液晶置于两片导电玻璃之间，靠两个电极间电场的驱动(施加外力)，引起液晶分子扭转排列(利用液晶的黏性等特性)，而此时光线射入液晶物质中，必然会因液晶分子的排列方式受到影响，产生自然的偏转现象。这样，通过控制液晶分子的排列，就可以控制光线通过或阻止光线通过，产生透光度的差别，在电源关开之间产生明暗而将影像显示出来。
液晶显示器按驱动方式来分类可分为静态驱动(Static)、单纯矩阵驱动(Simple Matrix)以及主动矩阵驱动(Active Matrix)三种。其中，单纯矩阵驱动(也叫被动矩阵型)又可分为扭转式向列型(Twisted Nematic；TN)、超扭转式向列型(Super Twisted Nematic；STN)及其他被动矩阵驱动液晶显示器；而主动矩阵型大致可区分为薄膜式晶体管型(Thin Film Transistor；TFT)及二端子二极管型(Metal/Insulator/Metal；MIM)二种方式。目前TFT液晶显示器已经成为主流产品。
TFT型的液晶显示器较为复杂，它的内部就好像一块夹心饼(图1)，主要的构成包括荧光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等。TFT的显示采用“背透式”照射方式，光源路径是从下向上，这样的做法是在液晶的背部设置类似日光灯的灯管。光源照射时先通过下偏光板向上透出，它主要利用液晶的物理特性来进行显示──即通电时液晶排列有序，光线容易通过；不通电时液晶排列混乱，光线很难通过。TFT LCD最大特点就是利用薄膜技术所做成的硅晶体管电极来产生电压以控制液晶转向，并利用扫描法来选择任意一个像素的开与关。
附注：除了TFT-LCD外，还有一种黑矩阵LCD，它的原理是采用防光泄漏的特殊镀膜，结合TFT技术，用以加深黑度、提高对比度、减少高亮眩光的高新显示技术，主要用于高档笔记本电脑。
二、LCD如何显示色彩
CRT显示器所能表现出的色彩几乎是无穷的，因为它是模拟设备。只需改变红绿蓝三种模拟信号的强度，你就可以得到不同的色彩。与CRT一样，LCD技术也是根据电压的大小来改变亮度，但是只有主动矩阵LCD可以单独控制每个像素，被动矩阵LCD每次都要驱动整行或整列像素，因此它的灰度表现能力很差。
但由于液晶本身是没有颜色的，而子像素只能通过控制光线的通过强度来调节灰度，那么LCD是如何正确显示出色彩的呢？荧光灯管投射出的光源必须经过前方的彩色滤光片与另一块偏光板，而液晶显示器是否能正确显示出颜色就要靠这块彩色的滤光片了。彩色的滤光片其实是一片很多很多电晶体的玻璃，具有红绿蓝(R.G.B)三种颜色的彩色滤光(注：这RGB三种颜色分成独立的三个点，如图2，各自拥有不同的灰度变化，然后把邻近的三个RGB显示的点，当做一个像素的基本单位，这个像素就可以拥有不同的色彩变化)。
例如当屏幕显示蓝天的时候，有电晶体的玻璃就会发出信号，只让蓝光可以穿透彩色滤光片，而将红色光及黄色光留在显示器里面，这样我们在显示器上就只能看到蓝色的光了。因此我们只要改变刺激液晶的电压值就可以控制最后出现的光线强度与色彩，并进而能在液晶面板上变化出有不同深浅的颜色组合了。以前这个过程一般采用模拟信号控制，而目前主流LCD显示器已经采用更先进的数字信号控制技术。数字控制的LCD都采用了8位控制器，可以产生256级灰度。每个子像素能够表现256级，那么你就能够得到2563种色彩，每个像素能够表现16777216种颜色。因为人的眼睛对亮度的感觉并不是线性变化的，人眼对低亮度的变化更加敏感，所以这种24位的色度并不能完全达到理想要求。工程师们通过脉冲电压调节的方法以使色彩变化看起来更加统一。
厂商还采用了两种技术来提高主动矩阵显示中每个液晶单元的灰度显示数目。第一种是抖动方法。将四个毗连呈正方形的像素作为一个单元，如果其中一个的灰度太低，那么相邻的像素就会提高自身的亮度，从而显示出一个比较适中的灰度，四个像素最后会显示出三个适中的最终灰度作为显示结果。这种方法的最大缺点在于降低了显示的分辨率。另一项技术是框架速率控制(FRC)或者暂时的高频振动。这种方法在显示每屏图像时多次刷新像素。与高频振动中将灰度的混合用空间来显示不同，这种方法通过时间控制。如果显示一幅画面需要的时间分为很多帧，像素就可以在帧的切换当中造成一种灰度的过渡态，四帧就可以造成三个过渡态。这种设计的优点是可以不降低图像的分辨率，被广泛应用于现代的主动矩阵显示器中。
三、LCD显示器的特色──亮点与暗点
TFT-LCD的每个像素点都是由集成在自身上的TFT来控制的，它们是有源像素点，分辨率正是由这些点形成，如果液晶显示器的分辨率是1024×768像素，那么这个平面就由1024×768个像素组成，便可正确显示画面。(注：每款LCD显示器的像素值都是固定的，这也是为什么液晶显示器只有在显示跟该液晶显示板的分辨率完全一样的画面时才能达到最佳效果的原因)每个像素都配置一个半导体开关器件，利用扫描法来选择任意一个像素的开(亮)与关(暗)，这其实是利用薄膜式晶体管的非线性功能来取代不易控制的液晶非线性功能。
在TFT型液晶显器中，导电玻璃上画上网状的细小线路，电极则是由薄膜式晶体管所排列而成的矩阵开关，在每个线路相交的地方则有着一个控制匣，虽然驱动讯号快速地在各显示点扫描而过，但只有电极上晶体管矩阵中被选择的显示点得到足以驱动液晶分子的电压，使液晶分子轴转向而成亮的对比，不被选择的显示点自然就是“暗”的对比，也因此避免了显示功能对液晶电场效应能力的依靠。(注：这些不被选择的点也叫Black Matrix，其实它们主要被用来遮住不打算透光的部分。)因此TFT-LCD的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，使得每个节点相对独立，并可以连续控制，这样不仅提高了反应时间，同时在灰度控制上也可以做到非常精确，这就是TFT色彩更为逼真的原因。
LCD的面板一般使用非常薄的玻璃制造，大约只有0.4mm～1.1mm厚。由于玻璃生产中，设备不同会造成玻璃厚度不同，所以显示器只能在一套模具中制造。玻璃底层镀有一层非晶硅，从而在每个像素单元上可以制造半导体组件。经过一系列的平板照相、蚀刻、覆膜等步骤，在每个像素上都生成了开关晶体管、滤色器及其他部分。但由于生产技术的局限性，在生产程序中会损坏几个为像素点配置的半导体开关器件，这样在接通电源时这些像素就会持续发亮或熄灭，无法接收正确的控制信号。这些就是我们常说的亮点(持续发亮的像素点)或暗点(不能发亮的像素点)，亮点(暗点)可说是液晶显示器独特的问题。
亮点(暗点)通常不易发觉，使用者必须在全黑(全白)的画面下仔细观看才能发现。一般来说，A级面板的亮点数会限制在3个以下，有些品牌显示器更提出无亮点保证，如果亮点超出厂商保证的数量，通常都可以更换新品。
在下一期里，我们将为大家介绍一下液晶显示器的可视角度和与亮度有关的背光技术。