LCD显示器：计算机组成原理中的液晶显示器

液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）由于体积小、重量轻和无电磁辐射，目前已在平面显示领域中占据了重要的地位，几乎是笔记本和台式机的必备部分。

1.LCD显示原理

液晶显示器以液晶材料为基本组件。液晶是一种介于固体和液体之间的中间状态物质，它是既具有液体的流动性又具有光学特性的有机化合物。如果把它加热，则会呈现透明的液体状态，把它冷却，则会出现结晶颗粒的混浊固体状态。当液晶通电时，分子排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时分子排列混乱，阻止光线通过，即液晶具有像闸门一样阻隔或让光线穿透的能力。

液晶显示器根据驱动方式可分为静态驱动、单纯矩阵（也称无源矩阵）驱动以及主动矩阵（也称有源矩阵）驱动3种。无源矩阵驱动又可分为扭曲向列阵（TN）、超扭曲向列阵（STN）以及双层超扭曲向列阵（DSTN）；有源矩阵驱动一般以薄膜式晶体管型（TFT）为主。TN-LCD、STN-LCD及DSTN-LCD的显示原理都相同，只是液晶分子的扭曲角度不同而已。

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。大多数液晶都由长棒状的分子构成，在自然状态下，这些棒状分子的长轴大致平行。把液晶灌入夹层后，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、不透光时为黑的效果，字符就可以显示在屏幕上了，这便是最简单的显示原理。

而TFT-LCD则采用与TN系列LCD截然不同的显示方式。它的构成较为复杂，主要包括荧光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄膜式晶体管等。首先液晶显示器必须先利用背光源，也就是荧光灯管投射出光源，这些光源会先经过一个偏光板，然后再经过液晶，这时液晶分子的排列方式不同，则光线穿透液晶的角度也不同。最后这些光线还必须经过前方的彩色滤光膜与另一块偏光板。因此只要改变激励液晶的电压值就可以控制最后出现的光线强度与色彩，并进而在液晶面板上变化出有不同深浅的颜色组合了。

TFT液晶显示器的工作原理是建立在TN原理的基础上的。两者的结构也基本上相同，同样采用两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TFT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，这样的做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TFT电极和共通电极，TFT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TFT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TFT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，也是TFT液晶的优越之处。

目前，TN-LCD已经被淘汰，STN-LCD和DSTN-LCD只能用于低端产品，TFT-LCD是目前的主流，多应用在计算机显示器、动画及图像处理产品上。(www.xing528.com)

2.LCD的技术指标

（1）分辨率：LCD的分辨率与CRT显示器不同，它是制造商所设置和规定的，一般不能任意调整。

（2）点距：LCD也有点距这一指标，也直接影响到LCD适用的分辨率。主流的LCD点距在0.3mm左右，尽管在数值上看逊色于CRT显示器，但是由于LCD不存在聚焦不准的问题，因此，LCD给人的感觉仍然清晰、锐利。

（3）可视角度：可视角度是指人们清晰观察显示屏幕的范围，这是LCD重要的技术指标，因为LCD从侧向观看时，亮度、对比度都会有明显的下降。可视角度参数可用水平、垂直来衡量，也可以用左右、上下分别来衡量。

（4）亮度：由于LCD是被动式发光，因此在亮度、对比度方面的指标自然不如主动发光的CRT显示器。LCD的亮度取决丁LCD的结构和背景照明的类型。亮度的测量单位通常为坎德拉/平方米（cd/m2），一些有源阵列TFT LCD亮度高达200～330cd/m2。

（5）对比度：对比度通常是指开状态像素与关状态像素亮度的比率，范围为200：1～300：1。

（6）响应时间：响应时间反映液晶显示器各像素点对输入信号反应的速度，即每个像素由暗转亮或由亮转暗的速度。响应时间一般被分为上升时间和下降时间，而表示时应以两者之和为准。响应时间小，在看运动画面时就不会出现尾影拖拽的感觉。有源阵列LCD的响应时间在30～50ms范围内。