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首先我们来看一下LCD(液晶显示器)的原理,LCD(LiquidCrystalDisplay)对于许多的用户而言可能已经不是一个新鲜的名词,不过这种技术存在的历史可能远远超过了我们的想象 D D在1888年,一位奥地利的植物学家F.Renitzer便发现了液晶特殊的物理特性。
在85年之后,这一发现才产生了商业价值,1973年日本的夏普公司首次将它运用于制作电子计算器的数字显示。现在,LCD是笔记型计算机和掌上计算机的主要显示设备,在投影机中,它也扮演着非常重要的角色,而且它开始逐渐渗入到桌面显示器市场中。
为什么叫液晶?
液晶得名于其物理特性:它的分子晶体,不过以液态存在而非固态。大多数液晶都属于有机复合物。这些晶体分子的液体特性使得它具有两种非常有用的特点:如果你让电流通过液晶层,这些分子将会以电流的流向方向进行排列,如果没有电流,它们将会彼此平行排列。如果你提供了带有细小沟槽的外层,将液晶倒入后,液晶分子会顺着槽排列,并且内层与外层以同样的方式进行排列。
液晶的第三个特性是很神奇的:液晶层能够使光线发生扭转。液晶层表现的有些类似偏光器,这就意味着它能够过滤掉除了那些从特殊方向射入之外的所有光线。此外,如果液晶层发生了扭转,光线将会随之扭转,以不同的方向从另外一个面中射出。
液晶的这些特点使得它可以被用来当作一种开关-即可以阻碍光线,也可以允许光线通过。液晶单元的底层是由细小的脊构成的,这些脊的作用是让分子呈平行排列。上表面也是如此,在这两侧之间的分子平行排列,不过当上下两个表面之间呈一定的角度时,液晶成了随着两个不同方向的表面进行排列,就会发生扭曲。结果便是这个扭曲了的螺旋层使通过的光线也发生扭曲。如果电流通过液晶,所有的分子将会按照电流的方向进行排列,这样就会消除光线的扭转。如果将一个偏振滤光器放置在液晶层的上表面,扭转的光线通过了,而没有发生扭转的光线将被阻碍。因此可以通过电流的通断改变LCD中的液晶排列,使光线在加电时射出,而不加电时被阻断。也有某些设计了省电的需要,有电流时,光线不能通过,没有电流时,光线通过。
显示技术由于不同的应用目的而分成不同的类型。有的是成了静态显示,比如道路标志和显示牌,它们的显示信息是不变的。平面显示技术则被用于传递发生变化的显示信息,所以显示信息量的大小就决定了所采用的显示技术类型。对于便携式的计算器等设备而言,由于所传递的信息量相对较低,被称为「低信息密度」显示技术;对于计算机显示器而言,由于传递的信息量大,则相应被称为「高信息密度」显示技术。
被动矩阵液晶显示技术
高信息密度显示技术中首先商品化的是「被动矩阵显示技术」。它得名于控制液晶单元的开和关的简单设计。
被动矩阵液晶显示的驱动方式是由垂直与水平方向的电极所构成,单独的液晶单元夹在彼此垂直的电极中间。因此,任何一组电极的驱动就会在特定的单元中引起电流通过。
被动矩阵显示画面的原理就是输入的信号依次去驱动每一排的电极,于是当某一排被选定的时候,列向上的电极将被触发打开位于排和列交叉上的那些像素。这种方法比较简单,而且对液晶屏幕的成本增加也不多。不过它也有缺点,如果有太大的电流通过某个单元,附近的单元都会受到影响,引起虚影。如果电流太小,单元的开和关就会变得迟缓,降低对比度和丢失移动画面的细节。
早期,被动矩阵板依赖于扭转向列的设计。上层和下层的偏光板的偏振光方向呈90度,因此中间的液晶以90度进行扭转。这样制造的液晶板对比度很低、响应时间也很慢。这种方式运用在低信息量显示时很好,不过被证明不适合计算机显示。
超扭转向列(SuperTwistedNematic)方法是通过改变液晶材料的化学成分,使液晶分子发生不止一次的扭转,光线扭转达到180度到270度,这样便可大大地改善画面的显示品质。80年代初期STN技术一度非常流行,至今它还在可携式设备如PDA,手机中使用。虽然STN技术提高了显示的对比度,不过它会引起光线的色彩偏差,尤其是在屏幕偏离主轴的位置上。这就是为什么早期的笔记型计算机屏幕总是偏蓝和偏黄的原因。
再来看crt的原理,尽管现在市面上的CRT显示器新品层出不穷,但CRT(Cathode Ray Tube,阴极射线管)的基本工作原理从几十年前一直沿用至今,也没有太大的变化。
在分析CRT显示器工作原理之前,我们先来了解一下三原色的原理。还记得我们小时候画画,经常将红、黄、蓝色的水彩颜料以不同的分量混合成各种各样的色彩吗?这就是利用了三原色的原理,只是我们当时不知道而已。在多姿多彩的自然界中蕴含了五彩斑斓的颜色,而这都是通过对光的反射来反映给我们的。而所有的色彩都可以由选定的三种单色光以适当的比例混合得到,而且绝大多数的彩色光也可以分解成特定的三种单色光。这三种选定的颜色被称为三原色,各三原色相互独立,其中任一种基色是不能由另外两种基色混合而得到,但它们相互以不同的比例混合,就可以得到不同的颜色,例如大家都很熟悉的黄色加蓝色合成绿色。
理解了三原色,聪明的你一定会想到,可以用这个原理来制作彩色显示器呀。没错,我们今天的色彩丰富的CRT显示器正是根据三原色原理制造出来的。刚才我们提到,三原色的选择在原则上是任意的,但是通过实验研究发现,人们的眼睛对红、绿、蓝三种颜色反应最灵敏,而且它们的配色范围比较广,用这三种颜色可以随意配出自然界中的大部分颜色,因此在CRT显示器中,选用红、绿、蓝三种颜色作为三原色,还分别用R、G、B三个字母来表示。现在问题来了,怎样可以把这三原色的光表现出来呢,我们需要一个机电装置来完成这一表现过程。
CRT显示器(学名为“阴极射线显像管”)就是这样一种装置,它主要由电子枪(Electron gun)、偏转线圈(Deflection coils)、荫罩(Shadow mask)、荧光粉层(phosphor)和玻璃外壳五部分组成。其中给我们印象最直接的肯定是玻璃外壳,这也可以叫做荧光屏,因为它的内表面可以显示丰富的色彩图像和清晰的文字。CRT显示器是怎样将三原色原理用在其中的呢?当然,并不是直接将这三原色画在荧光屏上,而是用电子束来进行控制和表现的。
那么,电子枪是如何工作的?这首先要依赖荧光粉层,在荧光屏上涂满了按一定方式紧密排列的红、绿、蓝三种颜色的荧光粉点或荧光粉条,称为荧光粉单元,相邻的红、绿、蓝荧光粉单元各一个为一组,学名称之为像素。每个像素中都拥有红、绿、蓝(R、G、B)三原色,根据我们刚才所说的三原色理论,这就有了形成千变万化色彩的基础。然而,怎样把这三原色混合成丰富的色彩呢?
我们通过电子枪(Electron gun)来解决这个问题。它就好像手枪一样,可以发射,不过发射的不是子弹,而是非常高速的电子束。其工作原理是由灯丝加热阴极,阴极发射电子,然后在加速极电场的作用下,经聚焦极聚成很细的电子束,在阳极高压作用下,获得巨大的能量,以极高的速度去轰击荧光粉层。这些电子束轰击的目标就是荧光屏上的三原色。为此,电子枪发射的电子束不是一束,而是三束,它们分别受电脑显卡R、 G、 B三个基色视频信号电压的控制,去轰击各自的荧光粉单元。
我个人认为液晶显示器能耗低,不发热,女孩子不玩太多游戏,对响应时间要求不高(当然高端的lcd的响应时间也很短),LCD的辐射确实低,对皮肤和身体伤害小,我用的是LCD,有时看久了也很累,这是因为同尺寸的LCD的字体比CRT小,如果资金充足建议买一个大尺寸的液晶显示器
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