LCD显出精彩 张长青 1999年 第5期 19版 LCD（Liquid Crystal Display液晶显示器）主要有三类应用，即笔记本电脑显示屏、显示屏主机一体化台式电脑显示器和单独应用的专用显示器。 LCD的特点是体积小、形状薄、重量轻、耗能少（1～10微瓦/平方厘米）、低发热、工作电压低（1.5～6伏）、无污染，无辐射、无静电感应，尤其是视域宽、显示信息量大、无闪烁，并能直接与CMOS集成电路相匹配，同时还是真正的“平板”式显示设备。这些特点正在使显示领域从传统CRT走向LCD。 #1 一、LCD的基本类型和特性 在现在流行的应用领域中，LCD基本上是无源矩阵显示器中的双扫描无源阵列彩显DSTN－LCD（俗称伪彩显）和有源矩阵显示器中的薄膜晶体管有源阵列彩显TFT－LCD（俗称真彩显）。 DSTN（Dual－Layer Super Twist Nematic）是指双扫描扭曲向列，意即通过双扫描方式来扫描扭曲向列型液晶显示屏，达到完成显示的目的。DSTN显示屏上每个像素点的亮度和对比度因不能独立控制，显示效果欠佳，但它结构简单，耗能较少，价格便宜。 DSTN－LCD并非真正的彩色显示器，它只能显示一定的颜色深度，与CRT的颜色显示特性相距较远，因而叫“伪彩显”。其工作特点是：扫描屏幕被分为上下两部分，CPU同时并行对这两部分进行刷新（双扫描），这样的刷新频率虽然要比单扫描（STN）重绘整个屏幕快一倍，但当元件的性能不佳时，难免因上下两部分刷新不同步而在屏幕中央出现模糊水平线。不过，现在采用DSTN－LCD的电脑因CPU和RAM速率高且性能稳定，这种不同步现象已经极少见到。又因屏幕上的像素信息是由屏幕左右两侧的晶体管控制一整行像素来显示，每个像素点不能自身发光，是无源像点，所以反应速度不快，屏幕刷新后会留下幻影，其对比度和亮度也低，图像要比CRT显示器暗得多。 由于DSTN－LCD的对比度和亮度较差，屏幕观察范围较小，色彩不丰富，特别是反应速度慢，不适于高速全动图像、视频播放等应用，一般只用于文字、表格和静态图像处理，现在已不多见。但因价格相对低廉，耗能较TFT－LCD少，而视角小可以防止窥视屏幕内容达到保密作用，结构简单可以减小整机体积，所以，在少数笔记本电脑中仍采用它作为显示设备，其价格一般要比同等配置下的TFT笔记本电脑低3千元左右。 TFT（Thin Film Transistor）是指薄膜晶体管，意即每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动，从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息。TFT－LCD是目前最好的LCD彩色显示设备之一，其效果接近CRT显示器，是现在笔记本电脑和台式机上的主流显示设备。 由于彩色显示器中所需要的像素点数目是黑白显示器的4倍，在彩色显示器中像素大量增加，若仍然采用双扫描形式，屏幕不能正常工作，必须采用有源驱动方式代替无源扫描方式来激活像素。这样就出现了将薄膜晶体管（TFT）、或薄膜二极管、或金属－绝缘体－金属（MIM）等非线性有源元件集成到显示组件中的有源技术，用来驱动每个像素点，使每个像素都能保持一定电压，达到100％的占空化。无疑，这将增加设备的功耗。 TFT－LCD的每个像素点都是由集成在自身上的TFT来控制，是有源像素点。因此，不但速度可以极大提高，而且对比度和亮度也大大提高了，同时分辨率也达到了空前程度。所以，TFT－LCD的优点主要是：屏幕反应速度快、对比度和亮度都高、屏幕观察角度大、色彩丰富、分辨率高，在色彩显示性能方面与CRT显示器相当，凡CRT显示器所能显示的各种信息都能同样显示。在有源矩阵LCD中，除了TFT－LCD外，还有一种黑矩阵LCD，是当前的高品质显示技术产品。其原理是将有源矩阵技术与特殊镀膜技术相结合，既可以充分利用LCD的有源显示特点，又可以利用特殊镀膜技术，在减少背景光泄漏、增加屏幕黑度、提高对比度的同时，可减小在日常工作中明亮环境下的眩光现象。 #1 二、LCD的性能参数 LCD的性能参数与CRT有较大区别，主要反映在真彩或伪彩、色度（色彩多少种或多少位）、分辨率、像素点距、刷新频率、防眩防反、观察屏幕视角等方面。 LCD的色度层次比较丰富，但DSTN－LCD与TFT－LCD有较大差别。TFT－LCD一般有16位64K种色彩和24位16M种色彩，由于亮度和对比度高，彩色十分鲜艳。而DSTN－LCD只有256K种色彩，不但亮度和对比度较差，彩色也不够艳丽明亮。 LCD的分辨率与CRT显示器不同，一般不能任意调整，它是制造商所设置和规定的。分辨率是指屏幕上每行有多少像素点、每列有多少像素点，一般用矩阵行列式来表示，其中每个像素点都能被计算机单独访问。现在LCD的分辨率一般是800点×600行的SVGA显示模式和1024点×768行的XGA显示模式。 LCD刷新频率是指显示帧频，亦即每个像素为该频率所刷新的时间，与屏幕扫描速度及避免屏幕闪烁的能力相关。也就是说刷新频率过低，可能出现屏幕图像闪烁或抖动。 防眩光防反射主要是为了减轻用户眼睛疲劳所增设的功能。由于LCD屏幕的物理结构特点，屏幕的前景反光，屏幕的背景光与漏光，以及像素自身的对比度和亮度都将对用户眼睛产生不同程度的反射和眩光。特别是视角改变时，表现更明显。在防眩光防反射功能方面，DSNT－LCD较差、TFT－LCD较好、黑矩阵LCD最好。 观察屏幕视角是指操作员可以从不同的方向清晰地观察屏幕上所有内容的角度，这与LCD是DSTN还是TFT有很大关系。因为前者是靠屏幕两边的晶体管扫描屏幕发光，后者是靠自身每个像素后面的晶体管发光，其对比度和亮度的差别，决定了它们观察屏幕的视角有较大区别。DSTN－LCD一般只有60度，TFT－LCD则有160度。 #1 三、LCD的应用领域 由于LCD生产工艺难度较大，使得LCD的价位居高不下。同时，最大显示面也要比CRT显示器小得多，对比度、亮度以及色调均落后于CRT显示器。这些都在不同程度上影响了LCD显示器的普及。LCD在相关行业中受到重视的主要原因是体积小、无辐射、无静电、低耗能。这些性能适用于那些防辐射和静电的特殊场合，如医疗、电力等控制与显示应用领域。特别是LCD显示器的豪华外表和高新技术所表现的秀丽与轻巧，对某些讲究气派的特殊领域、行业有一定的吸引力。如星级宾馆、酒店的主管台，既要反映现代化管理水平，又要讲究档次，还要节省空间，更要考虑漂亮，惟LCD莫属。 在从事CAD、CAE和CAM设计的工作中，要求显示面越平越好，因为在绘图尺寸取样或比例缩放中，可以收到与制图板上同样的效果。作为真正的平面显示设备，LCD显示器要远远超过CRT。当然， 要想胜任CAD、CAM等工作环境，现有LCD屏宽还不够，还有待于进一步增大。我们相信，既可作为显示屏，又可作为制图板的大面积LCD显示屏将会彻底改变CAD、CAE和CAM的工作环境和工作方法。 虽然在分辨率、色彩种类和视角等方面，真彩TFT要比伪彩DSTN优越得多，但价格却比DSTN显示器高2千～3千元。现在DSTN显示器的分辨率普遍能达到800×600，色彩数也能达到256K种以上，这些都使得DSTN显示器完全可以适用于办公系统中的日常文字、表格处理，甚至可以用来看VCD，进行图形、图像和动画处理。因此，专家们建议，不是专业从事图形色彩设计的工作环境，完全可以用DSTN代替TFT，这不但可以节约硬件成本，还可以降低使用成本，因为DSTN的功耗更低，屏幕出现坏死像点较少，维修率低，便于管理。 由于LCD显示器结构的特殊性，特别适合于显示器形状的任意设计，又因LCD的外形很容易改变，所以在市场上流行的LCD显示器，基本上是形态各异、设计独特、别开生面，一改CRT老模样。LCD显示屏不但可以做成4:3，也可方便做成16:9；显示器不但可以左右上下全方位转动，还可以上下滑动，以适应不同人士和不同场合的需求。特别是TFT－LCD已经达到了1600×1024高分辨率，这标志着高档图形工作站显示器完全可以用LCD代替。 LCD显示器所带来的不仅是显示器领域的新变革，同时还引起了电脑制造和使用的新变化。随着微电子技术和液晶工艺制造技术的不断发展，研制成本的不断下降，人们对显示系统要求的越来越高（包括屏幕越来越大、分辨率越来越高、功耗越来越低、体积越来越小），可以肯定，LCD最终将会取代CRT显示器，在计算机领域中独领风骚，发挥极其重要的作用。