“轻薄”的液晶显示器 刘炜 1999年 第42期 17版 　　显示器作为标准的电脑输出设备，经历了从12英寸到目前流行的15或17英寸大屏幕的换代，显像管却仍采用的是传统的CRT（阴极射线显像管）。虽然CRT显示器的技术处于稳定的成熟期，大屏幕也正成为主流，但不可避免地也使显示器的体积加大，功耗增加。由于物理结构上的限制，CRT显示器的应用范围也有限。因而，对新型显示设备的呼声也越来越高。在新型显示设备中，液晶显示器的技术逐渐成熟，它的应用已从笔记本电脑转移到台式机上，成为新的热点。 #1　　一、液晶显示器的显示原理 　　1.液晶显示器的分类。液晶产品其实早已存在于我们的生活之中，如电子表、计算器、掌上游戏机等，它们都是采用液晶显示。那到底什么是液晶呢？它是一种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，如果把它加热会呈现透明状的液体状态，把它冷却则会出现结晶颗粒的混浊固体状态。正是由于它的这种特性，所以被称之为液晶（Liquid Crystal）。 　　液晶按照分子结构排列的不同分为三种：类似粘土状的Smectic液晶、类似细火柴棒的Nematic液晶、类似胆固醇状的Cholestic液晶。这三种液晶的物理特性都不尽相同，用于液晶显示器的是第二类的Nematic液晶，采用此类液晶制造的液晶显示器也就称为LCD（Liquid Crystal Display）。常见的液晶显示器分为TN－LCD（Twisted Nematic－LCD，扭曲向列LCD）、STN－LCD（Super TN－LCD，超扭曲向列LCD）、DSTN－LCD（Double layer STN－LCD，双层超扭曲向列LCD）和TFT－LCD（Thin Film Transistor－LCD，薄膜晶体管LCD）四种。其中TN－LCD、STN－LCD和DSYN－LCD三种基本的显示原理都相同，只是液晶分子的扭曲角度不同而已。STN－LCD的液晶分子扭曲角度为180度甚至270度。而TFT－LCD则采用与TN系列LCD截然不同的显示方式。 　　2.TN液晶显示器的原理。尽管TN系列的液晶显示器已基本被淘汰，但TN液晶的显示原理仍是新一代的TFT液晶显示的基础。对于一台成型的TN液晶显示屏，它通常包括玻璃基板、ITO膜、配向膜、偏光板等制成的夹板，共有两层，称为上下夹层，每个夹层都包含电极和配向膜上形成的沟槽，上下夹层中的是液晶分子，在接近上部夹层的液晶分子按照上部沟槽的方向来排列，而下部夹层的液晶分子按照下部沟槽的方向排列。在生产过程中，上下沟槽呈十字交错，即上层的液晶分子的排列是横向的，下层的液晶分子排列是纵向的，而位于上下之间的液晶分子接近上层的就呈横向排列，接近下层的则呈纵向排列。整体看起来，液晶分子的排列就像螺旋形的扭转排列，因而TN－LCD被称为扭曲向列显示器。 　　一旦通过电极给液晶分子加电之后，由于受到外界电压的影响，不再按照正常的方式排列，而变成竖立的状态。而液晶显示器的夹层贴附了两块偏光板，这两块偏光板的排列和透光角度与上下夹层的沟槽排列相同，在正常情况下光线从上向下照射时，通常只有一个角度的光线能够穿透下来，通过上偏光板导入上部夹层的沟槽中，再通过液晶分子扭转排列的通路从下偏光板穿出，形成一个完整的光线穿透途径。当液晶分子竖立时光线就无法通过，结果在显示屏上出现黑色。这样会形成透光时为白、不透光时为黑，字符就可以显示在屏幕上了。 　　3.TFT液晶显示器的原理。TFT液晶显示器与TN系列液晶显示器的原理大不相同，但在构造上和TN液晶仍有相似之处，如玻璃基板、ITO膜、配向膜、偏光板等，它也同样采用两夹层间填充液晶分子的设计，只不过把TN上部夹层的电极改为FET晶体管，而下层改为共同电极。 　　在光源设计上，TFT的显示采用“背透式”照射方式，即假想的光源路径不是像TN液晶那样的从上至下，而是从下向上，这样的作法是在液晶的背部设置类似日光灯的光管。光源照射时先通过下偏光板向上透出，它也借助液晶分子来传导光线，由于上下夹层的电极改成FET电极和共通电极。在FET电极导通时，液晶分子的表现如TN液晶的排列状态一样会发生改变，也通过遮光和透光来达到显示的目的。但不同的是，由于FET晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到FET电极下一次再加电改变其排列方式。相对而言，TN就没有这个特性，液晶分子一旦没有施压，立刻就返回原始状态，这是TFT液晶和TN液晶显示的最大不同之处。 　　4.液晶显示设备的应用。从1971年的第一代TN液晶显示设备诞生到现在第三代的TFT显示器，液晶显示技术也在高速发展。TN由于无法显示细腻的字符，通常应用在电子表、计算器上。STN由于扭转角度较大，字符显示比TN细腻，同时也支持基本的彩色显示，多用于液晶电视、摄像机的液晶显示器、掌上游戏机等。而随后的DSTN和TFT则被广泛制作成电脑中的液晶显示设备，DSTN液晶显示屏多用于早期的笔记本电脑，由于支持的彩色数有限，所以也称为伪彩显。TFT则既应用在笔记本电脑上，又逐步进入主流台式显示器市场。 　　5.显示接口。现在的LCD显示器有模拟和数字接口两种形式。模拟接口的液晶显示器只需要使用一条信号线连接到电脑上的VGA接头即可。数字接口显示器的价格比模拟机稍便宜一点，因为数字机不需使用信号转换器，但是数字LCD显示器更加难以安装，因为你必须要安装一块特殊的带有数字接口的显示卡与驱动程序。现在市场上有两种数字接口标准：DDWG联盟的DVI标准和传统显示标准领导者VESA协会所推行的DFP标准。许多制造厂商目前仍然在等待单一的标准出现，才决定要推出哪一种的数字LCD显示器，以便更容易在不同系统间互相使用，就如同传统的CRT显示器一样。 #1　　二、液晶显示器和传统显示器的比较 　　虽然产品构造和显示原理都不相同，液晶显示器（LCD）和传统显示器（CRT）的共同目的仍然是达到优良的显示效果。我们对流行的传统显示器和TFT液晶显示器作一比较。 　　1.结构和产品体积。传统显示器由于使用CRT，必须通过电子枪发射电子束到屏幕，因而显像管的管颈不能做得很短，当屏幕增加时也必然增大整个显示器的体积。TFT液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示目的，即使屏幕加大，它的体积也不会成正比的增加，而且在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。同时TFT液晶显示器由于功耗只在于电极和驱动IC上，因而耗电量比传统显示器也要小得多。 　　2.幅射和电磁波干扰。传统显示器由于采用电子枪发射电子束，在打到屏幕上后会产生幅射源，尽管现有产品在技术上有很大的提高，把幅射损害降到最小，但仍然是根除不掉的。在这一点上，TFT液晶显示器具有先天的优势，它根本没有幅射可言。至于电磁波的干扰，TFT液晶显示器只有来自驱动电路的少量电磁波，只要将外壳严格密封即可排除电磁波外泄，而传统显示器为了散热，不得不将外壳钻上散热孔，所以电磁波干扰就不可避免了。 　　3.平面直角和分辨率。传统显示器一直在使用球面管，尽管现有技术和发展逐渐在向平面直角的产品过渡，但发展仍不尽如人意。而TFT液晶显示器一开始就使用纯平面的玻璃板，其平面直角的显示效果比传统显示器看起来好得多。不过在分辨率上，TFT液晶显示器理论上可提供更高的分辨率，但实际显示效果却差得多。而传统显示器在显示卡的支持下可以达到更好的显示效果。 　　4.显示品质。传统显示器的显示屏幕采用荧光粉，通过电子束打击荧光粉而显示，因而显示的明亮度比液晶的透光式显示更为明亮，在可视角度上也比TFT液晶显示器要好得多。而在显示反应速度上，传统显示器由于技术上的优势，反应速度很好。TFT液晶显示器由于显示特性，反应速度也很不错。 #1　　三、液晶显示器的发展趋势 　　正因为TFT液晶显器的技术有着不少传统显示器无法替代的优势，液晶显示器正逐步成为下一代桌面台式显示器的主流。最简单的液晶显示器也和传统显示器一样，只要接上电源就可使用，但实际上随着产品的发展，液晶显示器同样具有自己的特色。 　　可壁挂式设计。由于TFT液晶显示器体积小、可视面积大、而且重量较轻，所以不少产品提供了壁挂功能，可以让使用者更节省空间。 　　内建USB Hub。USB Hub有时需要外接的独立电源，而液晶显示器也需要外接的电源，因而内建USB Hub也是一种趋势，这样Hub可以直接使用液晶显示器内提供的电源，而不需要再另加变压器之类的装置。 　　内置音箱或麦克风。传统显示器内置音箱或麦克风也正成趋势，而随着平面式音箱等的问世，液晶显示器内置音箱或麦克风也成为可能。甚至可以做到可弹性拆卸，放置到一定范围内的适当位置摆放，以取得较好的声响效果。 　　大屏幕纯平面的液晶显示器作为未来显示器的发展趋势，在完成从单一的笔记本专用到桌面型显示器的转变后，伴随其产品设计本身而来的优势，使得它较传统显示器具有更好的发展前景。不过在现阶段，由于设计和工艺的原因，TFT液晶显示器仍不尽如人意，首先是在显示效果上还无法超过传统CRT显示器，其次是高成本造成价格昂贵，不利于普及。但我们有理由相信，技术的发展永远是无止境的，现有的模拟液晶显示器甚至是数字型液晶显示器在不久将会成为我们电脑的标准配置。