LCD的原理及规格（通俗篇）
出处：- 作者：- 中国节能发展网 2006年08月01日
何谓LCD
LCD（Liquid Crystal Display）也就是我们俗称的液晶显示器，液晶显示器的原料主要就是\液晶\，液晶材料早在1888年就被发现了，但是真正在生活中应用已是1970年以后的事情了。液晶显示器被广泛应用于一般的电子产品中，比如电子表、手机屏幕、仪器或是数码相机等产品，但是LCD究竟是怎样成像的呢？
液晶的物理化学性质笔者觉得有点像冰，它具备液态流体的流动性与固态晶体的光学性质，简单的说，当液晶受到电压的影响，液晶就会改变它的物理性质而产生变形，于是折射出的角度就会有所不同，进而产生色彩的变化。液晶显示器的概念，从技术面来说，液晶面板包含两片无钠玻璃素材（Substrates），中间夹着一层液晶，当光束通过这层液晶时，液晶体会并排或呈不规则扭转形状，所以液晶更像是一个个闸门，选择光线穿透是否，我们才能在屏幕看到深浅不一，错落有致的图像。
液晶屏幕显像基本原理
LCD本身只有黑白双色，并没有色彩的变化（我们常用的手机、电子表等屏幕就是它的原色），其色彩之产生原理相似于传统阴极射线CRT屏幕的磷光点作用机制，液晶屏幕一定有一个背光，这个光源一定会打在第一层偏光板上，然后来光到液晶体，而当光线穿过液晶体时，就会产生光线的色泽改变，穿过液晶体射出来的光线，还必需经过一个彩色滤光片以及第二块偏光板，第一块的偏光板和第二块的偏光板分别在液晶的前方和后方，两块偏光板相差的90度，加上根据液晶的物理特性我们可以知道，液晶体可以利用电压来改变它的晶体形状，这同时通过加电，我们就能从屏幕上看到色彩变化了。
也正因为液晶屏幕的显示方式和CRT的电子枪完全不同，所以多半液晶屏幕在角度过大的时候会呈现不清楚或看不到的情况，虽然能加装一些设备改良，但可视角度依然比不上传统的阴极射线管，这也是未来LCD显示器技术上要积极解决的问题。
主动及被动LCD
接触过LCD的人，多少都应该听说过DSTN、TFT等规格，这两种显示方式究竟有何不同？严格来说，LCD分成主动矩阵式（又称薄膜电晶体Active Matrix），也就是TFT的LCD，另一种就是被动矩阵式（又称超转距显示Passive Matrix）。主动式屏幕一般为TFT，而被动式的平民百姓则有TN、STN、DSTN等分别（其间有过如ESTN等规格，但并没有成为主流），首先我们来了解一下比较早期的被动式屏幕。
被动式屏幕的显像原理比较复杂，简单的说，就是原来的液晶体的排列顺序可供背版的光线顺利通过，但一但有电压改变，液晶体就会产生扭曲变形，将背板的光线做相当程度的改变，我们此时看到的画面就会产生颜色上的变化了。被动式屏幕常见于一些小型的电子产品上象是电子表或手机的屏幕，多半是采用被动式屏幕中的TN显示，也就是纯粹的黑白双色显示，但是后来应需求上的定位，又研发出了STN（super TN）以及DSTN
（Double layer Super TN）。DSTN是将TN、STN的液晶体的变形扭曲角度变大，让液晶屏幕能以更多色彩来表达画面的精致度，所以笔记本电脑大约在一、两年前还被分为DSTN和TFT两种，当时由于TFT的价格较高，所以DSTN产品一度地位很高。至于主动式屏幕TFT（Thin Film Transistor薄膜电晶体）的显像方式就和DSTH有所不同，但大致的显像原理是相同的，不过在背光源以及偏光板等设计位置及方向有所改变，而且使用FET场效电晶体以及共通电极，所以TFT屏幕可以让液晶体保持电位状态，直到下一次的电压改变，这种设计上的不同，让TFT屏幕不会产生像DSTN的鬼影、或是画面延迟的残像。由于排列及设计和用料上的不同，所以TFT屏幕的色彩或是可视角度都比DSTN来得好。
LCD的可视角度
说到可视角度，对于液晶显示器相当重要，如果一台液晶显示器的可视角度只有60度，那么使用者就得不停的改变眼睛的位置，也就是说得不停的转头，才能看到最正常的色彩表现。可视角度的算法是当液晶显示器放在桌面上时，在多大的角度您能清楚的看到屏幕显像，确切的说你当时站在液晶显示器的左右两方各50度时可以看到清楚的画面，那这个LCD的水平可视角度就是100度（可视角度是指左右相加、上下相加的和），垂直可视角度也是如此。
LCD的分辨率和点距
点距在CRT显示器上的解释是两个相邻像素点之间的最短距离，目前CRT的显示器点距大部分都是0.28-0.25左右，但是目前LCD显示器的设计和技术和CRT不同，以点距多半为0.32-0.297mm左右（仔细看LCD显示器的表面，可以看到一颗一颗的小光点）。
至于LCD显示器的分辨率解释起来就相当有意思了，显示器的影像主要是图素（Pixels）所组成的点和线所产生，因此图素的多少便是影响分辨率的重要因素了。一般CRT显示器是采用阴极射线，一个支持到1024×768的CTR显示器，它无论在640×480还是800×600的分辨率下，都可以表现出比较出色的色彩画面（使用电子光束做弹性调整），但是LCD就不能这样了，因为LCD液晶显示器只支持所谓的\真实分辨率\（分辨率为定点形式），其余都是模拟显示（scaling），可比喻为一般显像管显示器的最高分辨率。
所以LCD液晶显示器只有在真实分辨率下才能显示最佳的效果。一但分辨率低于真实分辨率时，图像虽然可以显示，只是效果不佳而已，LCD对于真实分辨率的设定，有两种显示方式，按照LCD的设计不同，一种是居中显示，也就是图像显示在屏幕中央，其它没有被显示出来的像素与网格纹，就维持黑暗背景，于是整个画面看起来就好像是居中缩小，而且图像外围还有阴影环绕。
另一种显示方式为扩展显示，这种显示方法是将图像扩展至屏幕上的每一个像素，就不会产生阴影边缘环绕，但是一但所设置的分辨率要比真实分辨率低，那么LCD呈现的图像就会受到影响，不但像素容易扭曲，画面的精致清晰也会被破坏，这也是LCD技术先天上比CRT弱的地方。
LCD显示器的刷新率问题
由于设计原理上的不同，LCD显示器不会像CRT因为刷新率的高低而产生闪烁的状况，对于CRT显示器来说，刷新率关系到画面显示的稳定性，刷新越高画面越不容易闪烁，一般CRT刷新率在75Hz以上，使用者就不会感受到图像明显的闪烁，CRT显示器之所以如此，是因为在于CRT上的荧光质通过电子束的扫描而不断的产生亮暗的光线反应，而此变化的频率若过低，使用者就会察觉出来。对于LCD显示器来说，刷新率在60Hz时画面就能得到比较好的效果了，为什么这么说呢？因为LCD中每个像素都在持续不断的发光，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。 LCD的亮度与对比度
我们在之前的LCD原理中说过，液晶显示器的显示功能主要是有一个背光的光源，这个光源的亮度主宰整台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）亦被称作NIT流明。目前TFT屏幕的亮度大部分都是从150Nits起跳，通常情况下200Nits才能表现出比较好的画面，但在CRT上就不太一样，同为150Nits亮度，CRT显示效果就会比LCD好；但在200Nits的亮度下，LCD的画质要比CRT来得艳丽。
如果LCD屏幕在制造或设计上有暇疵的话，亮度的表现也会大打折扣，一般表现不好的LCD会有四周边缘稍暗的情况，所以在购买LCD时要让屏幕呈现反白的状况，这样就最能看出亮度的差异了。对比度也就是黑与白两种色彩不同层次的对比测量度，好的对比度120:1就可以显示生动、丰富的色彩（因为人眼可分辨的对比约100:1左右），对比率高达300:1时便可以支持各阶度的颜色，这样以来画面在我们的肉眼当中就会显得更加丰富生动！我们可以用CPU Mark来测试CPU，可以用3D Mark来测试显示卡，但目前却没有一套公正的标准值来衡量亮度与对比的反差值（原因有多方面的，比如东西方人生理上的不同决定了对色度对比适应的不同，东方人色调偏冷，西方人色调偏暖，再加上每个人的视力状况的不同，根本无法找到一个平衡点，所以在几乎所有的显示器上都有色温调节及调节度很大的亮度及对比度项），所以购买LCD全靠一双锐利的眼睛。
坏点、相位和水波纹问题
LCD显示器最怕的就是坏点，所谓的坏点，就是不管屏幕显示出来的图像如何，LCD上某一点永远显示同一种颜色（一般坏点以绿色及蓝色为多，不过也见过彩色和灰色的色斑），检查坏点的方式很简单，只要将LCD显示器的亮度及对比度调节到最大（让屏幕呈反白画面），以及调成最小（让屏幕呈全黑画面），就可以轻易找出无法显示颜色的坏点。
以LCD生产量最大的地区之一台湾LCD检验标准为例（LCD生产量台湾2000年居全球第二），一个LCD显示器中有三个以内的坏点都算是合格的产品；而日本就要严格得多，只能有一个以内的坏点存在，所以两地LCD产品的价格和品质的口碑还是有一定差距的。
另外，LCD显示器制造的成本不菲，其中绝大部分的成本都是在液晶面板上。液晶面板的面积越大就越贵，这个价格差距要远高于CRT显示器尺寸差别上价格的比例，你知道这是为什么吗？工厂所制造的液晶屏都是有一定规格的，如果要制造一大片液晶为40寸，就可以分割成四片18、19寸的液晶面板，但是这么大一片的液晶屏幕总会有坏点的产生，如果坏点过多，厂商就会选择将其切割成较小的尺寸，以免流失大量的成本，这样以来，
没有坏点或坏点较少的大屏幕液晶屏幕就显得比较珍贵了，价格奇高也是自然的。
LCD的基本检测项除了坏点外，还有所谓的\相位\和\波纹\。相位（Phase）是可以通过LCD上的OSD功能来调整，最容易看出相位不好的时机是观察Windows中选择关机的画面，这时屏幕画面应被一曾阴影遮罩，如果相位不佳，这时显示器就会像电视的收视画面的不良效果一样，如果这种情况通过OSD菜单无法调整的话，劝你还是不要购买这个LCD为好，不过相位差异好坏，在一般情况下是看不出来的。 水波纹（Moire），也和相位一样在普通情况下是看不出来的，它所表现出的症状是在屏幕上显示出像水波漣渏一般的效果，有时候只要站远一点就能观察出来，当然有水波纹并不是一件好事，应该尽量避免，通过OSD菜单可以消除这种状况。液晶显示器的特殊接头
显示卡的DFP接口
液晶显示器为了更逼真的效果，有一套特殊的接头标准，这种标准名为\DFP\（Digital Flat Panel即数码影像讯号接头），目前DFP已进入第二代，不过笔者在使用支持DFP接头的LCD和显示卡时（多款都是如此），效果却不近人意，总是有轻微的鬼影和色偏现象，而且目前的显示卡支持DFP接头的很少，所以未来DFP的发展及导向笔者也说不清楚。
LCD的未来发展方向
比起CRT来说LCD技术虽然有一定程度的成熟，但离发展到完全普及的程度还需要很长的时间，主要的问题当然还是在价格上。话虽如此，LCD在部分应用领域取代CRT的脚步却是越来越快。LCD显示器的优势主要是体积和耗电小、辐射为零。但LCD的分辨率不高是个问题，加上点距过大容易产生图形距齿，所以对于一些游戏及图形设计工作者来说并不合适。
LCD的附加功能是LCD未来发展的一个重要部分，除了USB HUB、内建喇叭、麦克风之外，还新加入了可旋转、挂壁等功能（12月Acer发布的最新款LCD就带有这些特征），LCD画面的旋转好处在于使用者可以看到垂直的全画面显示，可以完全的展示A4画面，视野非常广阔。
LCD与CRT之完全比较
先让我们来看看CRT和LCD各自的工作原理吧：
LCD（Liquid Crystal Display）也就是我们俗称的液晶显示器，LCD不光应用在显示器方面，象电子表、手持游戏机以及PDA等产品中都能见到LCD的影子。LCD可分为扭曲向列型（TN-LCD）、超扭曲向列型（STN-LCD）、薄膜晶体管（TFT-LCD）等几种，现在笔记本电脑上和绝大多数桌面型LCD都是TFT-LCD，它已经成为目前液晶显示器的主要发展方向。就象CRT的主要部件是显像管一样，LCD的主要部件是它的液晶板，液晶板包含两片无钠玻璃素材（Substrates），中间夹着一层液晶，当光束通过这层液晶时，液晶体会并排或呈不规则扭转形状，所以液晶更像是一个个闸门，选择光线穿透是否，我们才能在屏幕看到深浅不一，错落有致的图像。
而CRT则完全不同，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象。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。
现在我们来比较一下LCD和CRT的各个方面：
一、点距。
所谓点距就是指同一象素中两个颜色相近的磷光体之间的距离。屏幕是由许多个像素组成，而每个像素又是由红绿蓝三个磷光体组成，因为像素与像素是挨着的，所以相临的像素中相同颜色的磷光体之间的距离就是点距。目前CRT显示器的点距大多为0.22-0.26毫米，而LCD由于其技术与CRT不同，点距多为0.297-0.32毫米。
二、分辨率。
分辨率是一个非常重要的性能指标。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个点会显示图象，其他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。 三、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。
四、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。
五、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14.9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。
六、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。
七、反应速度。
测量反应速度的时间单位是毫秒（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等全屏高速动态影象时，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。
八、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1677万色的图象。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。
九、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他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。
十、其它问题。
CRT都宣称自己通过了\TCOXX\认证，以表明其辐射之低，对人体危害之小，但辐射无论怎么小，也是一定会有的。而LCD的工作原理决定了它根本不存在任何辐射，所以LCD往往都标明自己\零辐射\等字样。在体积方面，CRT的深度约等于它的对角线长度，也就是说，CRT的显示面积越大，它的体积也越大，往往占据了用户们大量桌面空间。而LCD无论是15寸的还是19寸的，其厚度都只有几厘米或十几厘米，甚至可以挂在墙上，这是CRT无论如何也做不到的。价格方面，目前采用特丽珑显像管的17寸纯平显示器的价格大约在2500-3000元左右，而与其可视面积大致相等的LCD最少也要将近4000元，稍微高档一些的LCD动辄就是六七千元，并不是普通家庭能够接受得了的。
综上所述，LCD在文本表现以及环保方面比CRT强得多，但其色彩、反应速度等问题也是远不如CRT的。从长远看来，随着生产工艺不断改进，LCD的价格也会不断下降，它一定会逐渐走向一般用户。但绝不是说它能够取代CRT，在注重文本效果的商业用途，它是最好的选择。而一般家庭既可以选择CRT也可以选择LCD，因为用户们的主要侧重点不同，玩游戏、看DVD当然是CRT最好。而主要用途是文字处理、炒股票和上网的话则最好选用LCD。不管怎么说，现在廉价LCD的性能还远不如CRT，而且价格也较贵，所以大家还是先用CRT比较好，等LCD技术成熟了，价格降低了再换也不迟。