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液晶屏幕技术简析
名盛汽车电子 发表于 2005-11-28 21:28:00
液晶（Liquid Crystal）屏幕技术的发展经历了相当漫长的过程，由最原始的黑白屏到如今正风行的彩屏，每一次的技术革新，无不惊起骇浪一片。每每聊起屏幕，也总离不开TFT、STN、OLED、真彩、伪彩等等术语，是不是常常感到一头雾水？不用着急，其实了解这些知识不难的。
先讲讲液晶的原理（虽然枯燥，但是只有先认识了它的结构和原理，了解了它的技术和工艺特点，才能在选购时有的放矢，在应用和维护时更加科学合理，耐心看吧），1888年，澳大利亚植物学者莱尼茨尔(Reinitzer)研究胆甾醇在植物中的作用时，用胆甾基苯进行试验，无意间发现了液晶，它是一种几乎完全透明的物质，同时呈现固体与液体的某些特征。液晶从形状和外观看上去都是一种液体，但它的水晶式分子结构又表现出固体的形态。像磁场中的金属一样，当受到外界电场影响时，其分子会产生精确的有序排列；如对分子的排列加以适当的控制，液晶分子将会允许光线穿透；光线穿透液晶的路径可由构成它的分子排列来决定，这又是固体的一种特征。液晶是一种有机复合物，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。液晶屏（Liquid Crystal Display，以下简称LCD）第一个特点是必须将液晶灌入两个列有细槽的平面之间才能正常工作。这两个平面上的槽互相垂直（90度相交），也就是说，若一个平面上的分子南北向排列，则另一平面上的分子东西向排列，而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90度。但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。LCD的第二个特点是它依赖极化滤光片和光线本身，自然光线是朝四面八方随机发散的，极化滤光片实际是一系列越来越细的平行线。这些线形成一张网，阻断不与这些线平行的所有光线，极化滤光片的线正好与第一个垂直，所以能完全阻断那些已经极化的光线。 只有两个滤光片的线完全平行，或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光片相匹配，光线才得以穿透。LCD正是由这样两个相互垂直的极化滤光片构成，所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是，由于两个滤光片之间充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个滤光片后，会被液晶分子扭转90度，最后从第二个滤光片中穿出。另一方面，若为液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光片挡住。总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射出。当然，也可以改变LCD中的液晶排列，使光线在加电时射出，而不加电时被阻断。但由于液晶屏幕几乎总是亮着的，所以只有"加电将光线阻断"的方案才能达到最省电的目的。
液晶屏幕大体上可分为液晶黑白屏幕和液晶彩色屏幕，液晶黑白屏幕又叫TN（Twisted Nematic）屏，主要运用于电子手表、计算器、手持式游戏机等设备，液晶黑白屏幕除了在功耗和制造成本上低于液晶彩色屏幕外，其它都不及彩屏。而且随着彩屏技术的日益成熟，液晶黑白屏幕最终会退出历史舞台。
液晶彩色屏幕在便携式电子产品(如手机、MP3等)中的应用，决定其优劣主要有颜色数、材质、解析度这几个方面。我们常听到彩屏256色、4096色、65536色和26万色就是颜色数，标准的叫法应该叫色阶，也叫发色数，理论上是越大越好。65536色虽然还不能表达自然界中所有的颜色，但足以骗得过我们的眼睛，所以叫它真彩色。从发色数来看，65536色只不过是26万色的零头，但是在肉眼的范围内，它们的区别并不像数字上体现的差距那么大，不过65536色和4096色的差别就较为明显了。价格上， 26万色要高于65536色，其实65536色已经能足够满足日常使用的需要了。
接下来看看大家不怎么关心的材质问题，其实材质很重要，目前在国内常见的有OLED、STN、DSTN、UFB、TFD、TFT几种，TFT显示效果最好，但也是最费电的，可参看下图：
最后看看解析度，解析度关系着显示图片的细腻程度。我们知道，彩色液晶显示屏是由一个个像素点组成的，像素点发出不同的光线而显示出不同的色彩。除了发光也很大，这个概念也叫解析度。比如在一个同样大小显示面积的区域里，120*146像素分辨率显示出来的图片，在细腻程度方面就要比80*120像素分辨率的彩色液晶屏幕强，而且这种感受是呈几何态势增长。
实际上液晶彩色屏幕（以下简称液晶彩屏或彩屏）还有三个比较重要的指标，亮度、对比度和可视角度，只是因为其受材质的影响，所以没有分开来讲，亮度是反映屏幕发光程度的重要指标，亮度值越高，屏幕对周围环境抗干扰能力越强，画面更为亮丽，而亮度过低就感觉屏幕较暗。与色阶不同，并不是亮度越高就越好，而是要和对比度搭配得恰到好处，才能显示美观画面。对比度是指在规定的照明条件和观察条件下，液晶彩屏亮区与暗区的亮度之比。对比度越高，色彩越鲜艳饱和，还会呈现立体感。可视角度指当背光源的入射光通过偏极片、液晶及所谓的取向膜后，输出光便具备了特定的方向特性，大多数从屏幕射出的光具备了垂直方向。假如从一个非常斜的角度观看一个画面，我们看不到屏幕的画面或是色彩严重失“真”。一般来讲，TFT的可视角度最大，STN的最差。我们常常画面显示的细腻、逼真，除了亮度、对比度外，液晶彩屏本身的解析度更是关键。
下面我们来看一下这几种屏幕的具体比较：
TFT液晶屏
TFT（Thin-Film Transistor）薄膜晶体管的英文缩写，喜欢彩屏的人一定不陌生，这也是目前的顶级材质液晶屏，属于有源矩阵类型液晶屏，背部设有特殊灯管，可以“主动地”对屏幕上的各个独立的像素进行控制，这也就是我们常说的主动矩阵TFT，反应时间比较快，约80毫秒，而且可视角度大，通常达到130度左右，运用在一些高端机型上（如iRiver 1095就是采用26万色TFT）。由于TFT液晶屏的排列方式具有记忆性，所以在电流消失后不会马上恢复原状，有效地提高了播放动态画面的能力。和STN相比TFT有出色的色彩饱和度、还原能力和更高的对比度。但是缺点是比较耗电，制造成本也比较高。
TFD液晶屏
TFD（Thin Film Diode）薄膜二极管的英文缩写。这是精工爱普生专为手机等小型手持设备开发的产物，由于采用二极管与屏幕像素一一对应的控制原理。TFD在画质、功耗、体积和响应时间方面均有不俗表现。它是TFT和STN屏的折中，比STN亮度和色彩饱和度好，比TFT省电。优点是高画质、低功耗、小型化、动态影像的显示能力以及快速的反应时间。但是可视角度和综合显示效果仍不及TFT。
UFB液晶屏
UFB（Ultra Fine & Bright）的英文缩写，超精高亮液晶屏，它采用了特别的光栅设计，可以减小像素的间距，以获得更佳的图像质量。通常UFB LCD可显示65536种色彩，对比度是STN的两倍，在65536色时亮度与TFT不相上下，耗电量却比TFT低，能够达到128×160像素的分辨率，色彩还原较差。UFB是三星手机的专用彩色显示技术。
DSTN液晶屏
DSTN（Double STN），双层STN。过去曾用在一些笔记本电脑上，它解决了传统STN的显示飘移问题，显示效果比STN有了提高，而且也比较省电。只是因为DSTN分上下两层扫描，所以在日光下，很难辨清所显示的内容，且播放GIF时有拖尾现象。NOKIA手机常用这种材质。
STN液晶屏
STN（Super Twisted Nematic）超扭曲向列，最最常见的材质，4096色的液晶屏常用这种材质。由于STN属于反射式LCD器件，功耗较小，因此相比TFT屏在产品待机时间上有较大幅度提高，然而这却是以牺牲其他方面性能作为代价的：STN屏幕画面较之TFT逊色不少，在色彩鲜艳度与画面明亮度两方面表现的尤为明显。STN有CSTN和DSTN之分，STN反应时间较慢，约200毫秒，同样在日光下看不清内容，且在播放动画时有拖尾现象。
OLED液晶屏
OLED（Organic Light Emitting Display） 有机发光显示屏，与前面提到的传统LCD显示方式有着本质的不同，即无需背光源，它采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。因此OLED液晶屏可以做得更轻更薄，可视角度更大，同时也更省电。不过使用寿命短、而且没法把屏幕做得更大等。OLED多被用于折叠式手机外屏。
除了以上介绍的六种材质的液晶屏外，还有诸如GF、CG等多种改进型材质的液晶显示屏，不过因为某些原因还没有大批量进入商业生产。科技总是能带给人类幸福，相信不久就会有更好材质的新型液晶屏，让我们拭目以待吧。
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