LCD显示技术发展及应用浅析 - 安防知识网

作为终端监控设备的监视器，其已从CRT发展到LCD，而LCD以其体积小、寿命长、无辐射、清晰度高等特点获得不少用户的青睐。本文浅要分析LCD技术发展及应用面，以供读者参考。

随着视频监控的广泛应用，人们不仅追求终端监视设备的显示效果，而且还对监视设备的无辐射、无闪烁、环保、节能等指标也越来越关注。正是在这市场需求的催化下，伴随LCD显示技术的长足进步，LCD监视器应用得到了极大的发展。早期的LCD在亮度、响应时间、对比度和可视角度上都还不能达到主流显示设备的需求，特别是有的LCD监视器响应时间甚至在40ms以上，拖尾现象严重，仅适用于对静止图像的监视，这些局限性大大限制了LCD监视器的应用。

随着TFT面板技术和工艺的逐渐成熟，使得TFT-LCD在响应时间、对比度、亮度、可视角度等方面都有了很大的进步，缩小了与传统CRT监视器的差距。如：SAMSUNG的LCD监视器响应时间已经做到了5ms，对比度达到了1000：1，亮度做到了300cd/m2，基本上杜绝了拖尾残影的现象，LCD的最大障碍已经被技术前进的车轮碾得粉碎。回顾LCD技术的进步，始终围绕着同样一个主题——“追求视觉舒适性的极限”。

LCD技术的发展
1888年澳大利亚植物学家莱尼茨尔（Reinitzer）首先发现液态晶体的存在，之后，便开启了相关基础技术的研究。1968年美国RCA公司科学家G.H.Heilmeier根据液晶动态散射(Dynamic scattering)效应，将液晶做成显示器，液晶显示器(Liquid crystal display，LCD)产业便开始成形。美国是LCD技术的原始推动者，日本是最先将此技术商品化的国家之一，1973年，Sharp公司成功开发出以LCD为显示面板的计算器与手表，并带动许多厂商(如Hitachi、NEC、Toshiba等)加入到LCD产品开发的生产行列。而日本在LCD市场的独占情况一直延续到1995年，直到韩国厂商推出TFT (Thin film transistor)LCD而终结。韩国厂商包括SAMSUNG、Hyundai等延续其在半导体产业的发展经验，利用反向工程(Reverse engineering)原理，学习日本的TFT-LCD技术，于90年代未已达到超过30%的市场占有率，并取代日本成为此产业的领先者。而同时，台湾也掀起了一股TFT-LCD研发和生产的热潮。

LCD显示技术回顾
目前常用的LCD监视器多采用TFT面板（薄膜晶体管液晶）制成，尽管LCD有多个类型，但有的类型并不适合用作彩色监视器，下面简单介绍LCD技术。

LCD屏主要分为TN（Twisted Nematic－LCD，扭曲向列LCD）型、STN(Supertwisted nematic)型和TFT(Thin film transistor)型三种。（其实在TN类中还包括双层超扭曲向列型（DSTN，全称Dual Scan Tortuosity Nomograph，早期笔记本电脑和目前手机等数码设备上皆有采用）。

其中TN、STN二种的显示原理相同，为被动矩阵式，只是液晶分子的扭曲角度不同，TN扭曲角度为90度，STN的液晶分子扭曲角度为180度~270度。 [nextpage]

TN屏包括玻璃基板、ITO膜、配向膜、偏光板等制成的夹板，上下二夹层，每个夹层都包含电极和配向膜形成的沟槽，上下夹层中是液晶分子，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。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。一旦给液晶分子加电后，由于受到电压的影响，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，这便是最简单的显示原理。

而STN-LCD与TN-LCD的最主要差别是在于液晶分子排列从TN型的90度扩大180度~270度，其目的在于增加显像对比。由于STN型属于复屈折射性，故其背景颜色通常为黄色或蓝色，为达到彩色化之功能，常以加上一层色补偿板使其颜色变为黑白色板，再加彩色滤光片而呈彩色功能。截至1993年以前，办公室自动化产品包括膝上型PC、笔记型PC等产品之平面显示器，以使用黑白色或16及64色的STN-LCD为主。

TFT-LCD则采用与TN系列LCD截然不同的显示方式，为主动矩阵式。TFT-LCD的结构与TN-LCD液晶显示器基本相同，只不过将TN-LCD上夹层的电极改为FET晶体管，而下夹层改为共通电极。TFT-LCD液晶显示器的显像原理是采用“背透式”照射方式。当光源照射时，先通过下偏光板向上透出，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，液晶分子的排列状态同样会发生改变，也通过遮光和透光来达到显示的目的。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为止。

TFT型以薄膜晶体管对像素寻址，置于显示行列之交叉点作为启闭像素的开关，亦即其彩色滤光片是内藏在TFT中每一像素中，直接以晶体管驱动，控制其电压，使其达到高对比，快速反应及较广视角等特性，故其显像品质较TN型为佳。由于TFT型LCD在响应速度、彩色度等效果上可与CRT相比，价格差距虽仍偏大，但已逐渐成为平面显示设备的主流。
从图1可看到这三种显示技术的不同之处。

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LCD监视器关键部件面板的生产线
LCD监视器主要是由液晶面板、显示模组、电源、机壳等四部分组成，其中液晶面板是其最重要的元器件，监视器厂家的面板主要是从专业生产LCD液晶屏的厂家处购买，而在生产过程中，LCD监视器的响应时间、分辨率、亮度、视角范围等因素均由液晶屏来决定，因此液晶屏的生产线是非常重要的，在生产过程中液晶屏的切割技术也至关重要。

生产TFT-LCD面板的生产线可分为三代线、四代线、五代线、六代线、七代线、八代线等生产线，不同生产线的切割技术不同，相应生产出的液晶屏也是不同的。其中第三代生产线TFT玻璃基板尺寸为550mm×650mm，可切割成4片15寸液晶监视器面板；第四代的玻璃基板尺寸为680mm×880mm，可切割成6片15寸面板；五代线生产基板尺寸为1100×1250mm，可以切割12片17寸面板或6片24英寸面板；六代线生产基板尺寸为1100×1250mm，可以切割12片17寸面板或6片24英寸面板；七代线生产基板尺寸为1100×1250mm，可以切割12片17寸面板或6片24英寸面板；而八代线生产的基板则可以切割8张46英寸面板或6张52英寸面板。

目前大多面板厂商如三星电子面板厂的八代线已经投产，除了一些技术的革新（例如亮度对比度、响应时间的改进）外，由于面板在整个LCD显示器的总成本中要占到80％，所以面板成本的下降会直接影响着LCD监视器价格的下降。

LCD监视器应用现状
目前虽然LCD在清晰度、对比度、色彩方面未完全达到CRT的效果，但是LCD产品已与CRT的区别已经不太明显，相反LCD由于其自有的一些特点，已受到不少用户的青睐。如LCD具有无辐射、无闪烁、无失真等特点，用户长时间观看不易疲劳，效率较高，具有绿色、环保、健康的新概念。又如其采用纯平面的超薄设计，可节省更大空间。还有节能，LCD监视器只有CRT五分之一的耗电量。在这些方面，LCD监视器拥有CRT监视器不可比拟的优势，因此其市场占有率已在逐渐扩大。

当前主流的LCD监视器的主流尺寸是17寸/19寸，部分厂家也顺应用户的需求，推出更大尺寸的监视器，如三星电子推出的32寸/40寸（SAMSUNG），以满足用户大画面的需求。

但当前LCD应用较之CRT还是较少，其受制的主要原因主要是成本太高，另外是由当前行业的应用惯性和模拟监控时代的特征所决定，因此在一定程度上还限制着LCD监视器的发展。

结语
笔者认为，目前虽LCD监视器取代CRT监视器产品还要有待整个行业的发展，但这个趋势已非常明确。相信随着数字前端的逐步使用，LCD监视器将会得到更加广泛的应用，而未来，更有向网络显示终端发展之势。