液晶显示器简史介绍及运作原理

液晶显示器，或称LCD(Liquid Crystal Display)，为平面超薄的显示设备，它由一定数量的彩色或黑白画素组成，放置于光源或者反射面前方。液晶显示器功耗很低，因此倍受工程师青睐，适用于使用电池的电子设备。

每个画素由以下几个部分构成：悬浮于两个透明电极(氧化铟锡)间的一列液晶分子，两个偏振方向互相垂直的偏振过滤片，如果没有电极间的液晶，光通过其中一个过滤片势必被另一个阻挡，通过一个过滤片的光线偏振方向被液晶旋转，从而能够通过另一个。

液晶分子本身带有电荷，将少量的电荷加到每个画素或者子画素的透明电极，则液晶的分子将被静电力旋转，通过的光线同时也被旋转，改变一定的角度，从而能够通过偏振过滤片。

在将电荷加到透明电极之前，液晶分子处于无约束状态，分子上的电荷使得这些分子组成了螺旋形或者环形（晶体状），在有些LCD中，电极的化学物质表面可作为晶体的晶种，因此分子按照需要的角度结晶，通过一个过滤片的光线在通过液芯片后偏振防线发生旋转，从而使光线能够通过另一个偏振片，一小部分光线被偏振片吸收，但其余的设备都是透明的。

将电荷加到透明电极上后，液晶分子将顺着电场方向排列，因此限制了透过光线偏振方向的旋转，假如液晶分子被完全打散，通过的光线其偏振方向将和第二个偏振片完全垂直，因此被光线完全阻挡了，此时画素不发光，通过控制每个画素中液晶的旋转方向，我们可以控制照亮画素的光线，可多可少。

许多LCD在交流电作用下变黑，交流电破坏了液晶的螺旋效应，而关闭电流后，LCD会变亮或者透明。

为了省电，LCD显示采用复用的方法，在复用模式下，一端的电极分组连接在一起，每一组电极连接到一个电源，另一端的电极也分组连接，每一组连接到电源另一端，分组设计保证每个画素由一个独立的电源控制，电子设备或者驱动电子设备的软件通过控制电源的开/关序列，从而控制画素的显示。

检验LCD显示器的指标包括以下几个重要方面：显示大小，响应时间(同步速率)，阵列类型（主动和被动），视角，所支持的颜色，亮度和对比度，分辨率和屏幕高宽比，以及输入接口（例如视觉接口和视频显示阵列）。

简史

第一台可操作的LCD基于动态散射模式(Dynamic Scattering Mode,DSM)，RCA公司乔治·海尔曼带领的小组开发了这种LCD。海尔曼创建了奥普泰公司，这个公司开发了一系列基于这种技术的的LCD。1969年，詹姆士·福格森在美国俄亥俄州肯特州立大学发现了液晶的旋转向列场效应。在1971年他的公司（ILIXCO）生产了第一台基于这种特性的LCD，很快取代了性能较差的DSM型LCD。

透射和反射显示

LCD可透射显示，也可反射显示，决定于它的光源放哪里。投射型LCD由一个屏幕背后的光源照亮，而观看则在屏幕另一边(前面)。这种类型的LCD多用在需高亮度显示的应用中，例如电脑显示器、PDA和手机中。用于照亮LCD的照明设备的功耗往往高于LCD本身。

反射型LCD，常见于电子钟表和计算机中，（有时候）由后面的散射的反射面将外部的光反射回来照亮屏幕。这种类型的LCD具有较高的对比度，因为光线要经过液晶两次，所以被削减了两次。不使用照明设备明显降低了功耗，因此使用电池的设备电池使用更久。小型的反射型LCD功耗如此之低，我们用光电池就可以给它供电，因此常用于袖珍型计算器。

半穿透反射式LCD既可以当作透射型使用，也可当作反射型使用。当外部光线很足的时候，该LCD按照反射型工作，而当外部光线不足的时候，它又能当作透射型使用。

彩色显示

彩色LCD中，每个画素分成三个单元，或称子画素，附加的滤光片分别标记红色，绿色和蓝色。三个子画素可独立进行控制，对应的画素便产生了成千上万甚至上百万种颜色。老式的CRT采用同样的方法显示颜色。根据需要，颜色组件按照不同的画素几何原理进行排列。

主动阵列和被动阵列

常见于电子表及口袋型计算机的以少量片段构成之LCD, 其各片段均具有单一电极接点。An external dedicated circuit supplies an electric charge to control each segment. This display structure is unwieldy for more than a few display elements.

Small monochrome displays such as those found in personal organizers, or older laptop screens have a passive-matrix structure employing supertwist nematic (STN) or double-layer STN (DSTN) technology (DSTN corrects a color-shifting problem with STN). Each row or column of the display has a single electrical circuit. The pixels are addressed one at a time by row and column addresses. This type of display is called a passive matrix because the pixel must retain its state between refreshes without the benefit of a steady electrical charge. As the number of pixels (and, correspondingly, columns and rows) increases, this type of display becomes increasingly less feasible. 被动阵列LCD的特性为非常慢的反应时间及低劣的对比。

现行高分辨率彩色显示器，例如計算機萤幕或电视，皆采用主动阵列架构。薄膜晶体管阵列(见薄膜晶体管液晶显示器)会被添加到偏光板与色彩滤镜上。每个画素都有自己的晶体管，允许每条行线路操控单一画素。当一条列线路被开启时，所有行线路会连接到一整列的画素，而每条行线会有正确的电压驱动。然后，这条列线路会关掉而另一列被开启。在一次完整的画面更新运作中，所有列线路会依照时间序列被开启。同等大小的主动阵列显示器比起被动阵列显示器会显得更亮，更锐利，而且一般而言，具有更短的反应时间。

品质控制

有些液晶萤幕面板中含有缺陷的晶体管，而造成永久性的亮点与暗点。跟IC不同的是，液晶面板即使有坏点依旧可以正常显示，这也可以避免只因出现少数坏点而将比IC面积还要大多了的液晶面板丢弃形成浪费。面板制造商有不同的坏点判定标准。下表是目前IBM ThinkPad笔记型电脑产品线的最大容许坏点数。

分辨率 光点 死点 总数
QXGA(2048x1536) 15 16 16
UXGA(1600x1200) 11 16 16
SXGA+(1400x1050) 11 13 16
XGA(1024x768) 8 8 9
SVGA(800x600)5 5 9

有些生产商提供零死点保证。

零功率显示器

在2000年开发出零功率显示器，可以在待机时不需要使用电力，但是这个技术目前无法量产。

荷兰的Nemoptic公司开发出另一个零功率薄型液晶显示技术，而该技术在2003年7月在台湾量产。此技术针对像是电子书和wearable电脑这类的低耗能的行动装置。零功率液晶显示器也跟电子纸竞争。

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