2024年5月24日发(作者：鄢鸿畅)
LCD显示技术详解
LCD（Liquid Crystal Display）对于许多的用户而言可能是一个比较新鲜的名词，不过
这种技术存在的历史可能远远超过了我们的想象——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是笔记本电
脑和掌上电脑的主要显示设备，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。
液晶得名于其物理特性：它的分子为晶体，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为方向进行排列，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的光线以外所有的光线。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
晶为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。也有某些设计为了省电的需要，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为不同的类型。有的是为了静态显示，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实现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（SuperTwisted Nematic）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，这样便会极大地改善画面的显示
质量。80年代初期STN技术一度非常流行，至今它还在便携设备如PDA，蜂窝电话中使
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本电脑屏幕总是偏蓝和偏黄的原因。为了解
决这一问题，双层超扭曲向列型显示技术DSTN出现了，它具有两层扭转方向相对的LCD
层，第二层使得第一层遗留的色偏问题得以解决。当然它的制造工艺比前两种方式要复杂
的多。
后来人们发现了比DSTN更简单易行的方法——在底层和顶层的外表面加上补偿膜，
来改善STN技术中所产生的特定波段光线的散射和反射现象，这就是补偿膜超扭转向列
Film-compensated STN（FSTN）。FSTN的显示效果和DSTN相当，但价格和工艺难度大
大降低，所以现在大多数被动式LCD都采用了FSTN技术。
为了进一步改善FSTN 技术的LCD显示效果，人们又于90年代初期提出了双扫描概
念。所谓双扫描，就是将面板水平对等地分为两部分，顶端和底端相对应的部分同时扫描，
这就大大提高了扫描的频率。双扫描解决了小电流、长时间使用的情况下常常产生的虚影
现象。和主动矩阵显示相比显著提高了对比度、画质和响应时间，所以现在还广为低价位
的笔记本电脑所采用。
主动矩阵（Active Matrix）LCD
被动矩阵LCD的最大问题是难以快速地控制单独的液晶单元，并以足够大的电流保
证来获得好的对比度、足够的灰度级和较快的响应时间，从而影响了动态影像的显示效果。
主动矩阵LCD通过单独地控制每个单元，很好地解决了上面的问题。
与被动矩阵LCD相似，主动矩阵LCD的上下表层也纵横有序排列着用铟锡氧化物做
成的透明电极。所不同的是在每个单元中都加入了很小的晶体管，由晶体管来控制电流的
开和断。晶体管电极是利用薄膜技术而做成的。晶体管利用了薄膜来形成半导体。薄膜晶
体管LCD（TFT—LCD）也因此得名。
晶体管可以迅速地控制每个单元，由于单元之间的电干扰很小，所以你可以使用大电
流，而不会有虚影和拖尾现象。更大的电流会提供更好的对比度、更锐利的和更明亮的图
像。
标准主动矩阵显示技术的缺点
1.视角
在传统的CRT显示器或电视机中，图像的显示是通过发光物体——磷来实现的，光
线从这一层向各个方向发射，只是强弱稍有不同而已。因此，你可以从一个很大的可视角
范围来观看屏幕，无论从哪个角度去观察，显示的亮度、色彩都和正视效果相近。
LCD和其它大多数显示技术，都需要强的背景光线穿过液晶层或者其它显示层来形
成图像，从而完成图像的传递过程。LCD的特性决定了它所需的背景光是定向的。举一
个形象的例子来说，就好比你手中握有一把吸管，它们的一端对准光源。如果你通过另一
端直视吸管，你将会看到光源射出的光线。但是如果你稍微移开眼睛，从其他的方向去看
的话，你就无法观察到光线了。LCD技术正是如此。虽然液晶分子并不象吸管一样是中
空的，但是它们的有序排列阻止了光线向其它方向发射。
为了解决视角问题，制造商们也想出了许多方法。直接在显示屏外面附加一层漫射膜
是办法之一，漫射膜可以将特定传播方向的光线散射向各个方向，从而增大可视角度。不
过这种方法只能达到一定程度的改善。另一种做法是改变通过液晶的电流方向来增大可视
角度。电流不再是从顶端流向底端，而是从侧面方向流过。这就使得液晶分子在水平方向
上有序排列，从而增大了传递光线的可视角度。这两种技术通常用在水平可视角度的改善
上。
第三种解决方案比较复杂，而且会使制造成本大大增加。主要方法是将每个液晶单元
分割成大量微小的部分，事先将这些微小子单元以不同的方向倾斜，这就使得传播光线在
到达这些微小面板的时候向各个方向散射，从而增大可视角度。昂贵的成本限制了它的广
泛使用，仅在一些具有需要同时从远处和近处观察的桌面显示器中应用了这种技术。
2.显示色彩
LCD显示的一个重要的技术指标是显示色彩。CRT显示器所能表现出的色彩几乎是
无穷的，因为它是模拟设备。只需改变红绿蓝三种模拟信号的强度，你就可以得到不同的
色彩。与CRT一样，LCD技术也是根据电压的大小来改变亮度，但是只有主动矩阵LCD
可以单独控制每个像素，被动矩阵LCD每次都要驱动整行或整列像素，因此它的灰度级
表现能力很差。
每个LCD的子像素显示的颜色取决于色彩过滤器。由于液晶本身没有颜色，所以用
滤色片产生各种颜色，而不是子像素，子像素只能通过控制光线的通过强度来调节灰度，
只有少数主动矩阵显示采用模拟信号控制，大多数则采用数字信号控制技术。大部分数字
控制的LCD都采用了8位控制器，可以产生256级灰度。每个子像素能够表现256级，
那么你就能够得到256×3种色彩，每个像素能够表现16,777,216种颜色。因为人的眼睛对
亮度的感觉并不是线性变化的，人眼对低亮度的变化更加敏感，所以这种24位的色度并
不能完全达到理想要求。工程师们通过脉冲电压调节的方法以使色彩变化看起来更加统
一。
制造商还采用了两种技术来提高主动矩阵显示中每个液晶单元的灰度显示数目。第一
种是抖动方法。将四个毗连呈正方形的像素作为一个单元，如果其中一个的灰度太低，那
么相邻的像素就会提高自身的亮度，从而显示出一个比较适中的灰度，四个像素最后会显
示出三个适中的最终灰度作为显示结果。这种方法的最大缺点在于降低了显示的分辨率。
另一项技术是框架速率控制（FRC）或者暂时的高频振动。这种方法在显示每屏图像
时多次刷新像素。与高频振动中将灰度的混合用空间来显示不同，这种方法通过时间控制。
如果显示一幅画面需要的时间分为很多帧,像素就可以在帧的切换当中造成一种灰度的过
渡态，四帧就可以造成三个过渡态。这种设计的优点是可以不降低图像的分辨率，被广泛
应用于现代的主动矩阵显示屏中。
3.响应速度
LCD单元在控制信号到达与变化完成之间存在滞后现象，这使得LCD在显示快速移
动图像时与CRT相比具有一种先天的缺陷。CRT的电子枪发射电子束到被激发的荧光粉
发光之间几乎是瞬间的。
这种时间滞后被称为“响应时间”，其单位通常是毫秒。被动矩阵显示屏响应时间很长，
约有150毫秒或更多，所以不适于显示诸如电影的移动画面。
在主动矩阵显示屏中像素响应时间随设计的不同而异，主要受到几个因素影响，包括
用来驱动单元的电压，单元的厚度和使用的液晶材料。标准的主动矩阵显示屏一般有40
毫秒的响应时间，也就是说每秒能显示25帧。平面内转换增加了可视角度，但显示会变
慢，一般有70毫秒反应时间。Multi-domain显示屏更快一些，有25毫秒反应时间。
4.耗电量
主动矩阵式LCD显示屏与CRT相比较小，需要很少的电量。事实上，它已经变成了
便携式设备的标准显示器，从PDA到笔记本电脑均广泛运用。但不管怎样，LCD技术还
是可悲的效率低下：即使你将屏幕显示白色，从背景光源中发射的光也只有不到10%穿过
屏幕发出，其它的都被吸收。
笔记本电脑的低效迫使其设计者面临一些艰难的选择。如果你希望在户外这样强光环
境下图像更明亮，你就需要一个更亮的背景光源，这比暗一些的要求更多的电力。如果你
使用的电池容量一定，更亮的背景光源就会在较短的时间内耗尽电源。
设计者用更大的电池容量解决这个问题，但是对于目前的电池技术来说，就意味着设
备重量的增加，对消费者的吸引力就会下降。这三者之间的三角平衡推动着显示屏、电池
及节能技术的研究。
总而言之，背景光源所耗能量是LCD显示屏总耗电量的最大部分。更大的屏幕、更
高的亮度和更高的分辨率都将使笔记本显示屏的耗电量大大增加。另一方面，技术进步通
过降低系统电压和提高孔径比使更多的光能通过液晶单元，降低系统的电源需求。结果是，
笔记本显示屏的总耗电量维持在2到5瓦之间。一根管子的背景光源大约需要1.2瓦，所
以根据使用一只或两只管子一个屏幕中共需要1.2或2.4瓦的能量。
PDA，如Palm和Compaq iPAQ常使用反射显示屏。这意味着环境光射进显示器中，
穿过极化的液晶层，碰撞反射层，再反射出来显示成图像。据估计，在此过程中84%的光
被吸收，所以只有六分之一的光起作用，虽然还有待改进，但已足以提供可视影像需要的
对比度。单向反射和反射显示屏使得不同光照条件下耗费最少能源使用LCD显示屏成为
可能。
LCD显示器的关键因素之一是它的价格。如果比CRT更加便宜，它将会占据几乎全
部的显示器市场。但不幸的是，对于桌上电脑经常使用的15、17寸显示器来说，相同显
示面积的LCD的造价几乎是CRT的3到5倍。显示面积越大，造价差距越大。
为什么LCD造价如此之高？这取决于它们的制造方式。它的制造工艺异常复杂，维
持高合格率需要不断努力。
传统工艺流程
LCD的面板最早使用非常薄的玻璃制造。大约只有1.1-0.4毫米厚，由于玻璃生产中，
设备不同会造成玻璃厚度不同。所以，显示屏只能在一套模具中制造。玻璃底层镀有一层
非晶硅，从而在每个像素单元上可以制造半导体元件。经过一系列的平板照相、蚀刻、覆
膜和沉积步骤，在每个像素上都生成了开关晶体管、滤色器及其它部分。
在所有的元器件上沉积有一个透明阵列膜，在顶层上贴上另一个相似的透明的阵列
膜。这些膜运用光化学工艺流程进行刻蚀或印刷，在每层膜上形成极小的刻槽。当液晶材
料注入时，液晶分子就在这些槽中有序排列。在屏幕的两面间喷洒小隔片，保证在每个像
素位置上有一到两个隔片。这样就可以分隔开玻璃层的上下面，为液晶材料提供一个存在
的空间。接着，在每个显示器的底层玻璃的边沿涂上密封剂，同时在一边上留下一个缺口。
最顶层和底层焊接在一起，最后切割成型。先抽出夹层中的空气，然后使用氮气压力将液
晶材料从预先留下的缺口注入。密封缺口后经过检测保证其品质。偏振片和其他膜层材料
在测试合格后添加。最后的步骤是将电子线路和与电脑或其他设备的接口装上，从而完成
显示器的功能配设。
LCD技术中最引人瞩目的是低温多晶硅的使用。传统工艺中使用非晶硅制造LCD单
元元器件，相对来说制造成本较低，但是相比半导体芯片制造所使用的单晶硅其电子活性
较低。电子活性随着硅结晶度的提高而增加，这样晶体管就可以越来越小，而这又意味着
更大的孔径比——更多光线将通过液晶显示屏单元——所以显示屏耗电量更低，也就是说
电池使用寿命将延长或整机重量降低。多晶硅用于小型LCD显示器——例如数据读取设
备中的面板—但它们都需要可抵抗高温的特殊玻璃。覆盖在底层的硅被加热到一定温度然
后冷却，从而产生单晶硅。
近几年，技术已经发展到了可以制造标准的玻璃底层和在室温下制造晶体硅。使用激
光扫描硅膜，可以使膜表面特定的极小区域产生高温，冷却后生成单晶硅。这种工艺比传
统的镀膜更加昂贵，但是它带来了一些其他的利益。除了孔径比增加之外，多晶硅层的使
用使得在面板的边缘构造驱动电路成为可能。从而大部分与电路的接头能够无需接片
（TAB）就能够在底层很好的实现连接。这就意味着连接到面板上的接头数目减少95％以
上，而且同时增加显示的物理可靠性。
如上所述，LCD面板的制造工艺非常复杂、所需设备非常昂贵，这些因素导致了显
示器价格相对较高．
2024年5月24日发(作者：鄢鸿畅)
LCD显示技术详解
LCD（Liquid Crystal Display）对于许多的用户而言可能是一个比较新鲜的名词，不过
这种技术存在的历史可能远远超过了我们的想象——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是笔记本电
脑和掌上电脑的主要显示设备，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。
液晶得名于其物理特性：它的分子为晶体，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为方向进行排列，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的光线以外所有的光线。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
晶为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。也有某些设计为了省电的需要，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为不同的类型。有的是为了静态显示，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实现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（SuperTwisted Nematic）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，这样便会极大地改善画面的显示
质量。80年代初期STN技术一度非常流行，至今它还在便携设备如PDA，蜂窝电话中使
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本电脑屏幕总是偏蓝和偏黄的原因。为了解
决这一问题，双层超扭曲向列型显示技术DSTN出现了，它具有两层扭转方向相对的LCD
层，第二层使得第一层遗留的色偏问题得以解决。当然它的制造工艺比前两种方式要复杂
的多。
后来人们发现了比DSTN更简单易行的方法——在底层和顶层的外表面加上补偿膜，
来改善STN技术中所产生的特定波段光线的散射和反射现象，这就是补偿膜超扭转向列
Film-compensated STN（FSTN）。FSTN的显示效果和DSTN相当，但价格和工艺难度大
大降低，所以现在大多数被动式LCD都采用了FSTN技术。
为了进一步改善FSTN 技术的LCD显示效果，人们又于90年代初期提出了双扫描概
念。所谓双扫描，就是将面板水平对等地分为两部分，顶端和底端相对应的部分同时扫描，
这就大大提高了扫描的频率。双扫描解决了小电流、长时间使用的情况下常常产生的虚影
现象。和主动矩阵显示相比显著提高了对比度、画质和响应时间，所以现在还广为低价位
的笔记本电脑所采用。
主动矩阵（Active Matrix）LCD
被动矩阵LCD的最大问题是难以快速地控制单独的液晶单元，并以足够大的电流保
证来获得好的对比度、足够的灰度级和较快的响应时间，从而影响了动态影像的显示效果。
主动矩阵LCD通过单独地控制每个单元，很好地解决了上面的问题。
与被动矩阵LCD相似，主动矩阵LCD的上下表层也纵横有序排列着用铟锡氧化物做
成的透明电极。所不同的是在每个单元中都加入了很小的晶体管，由晶体管来控制电流的
开和断。晶体管电极是利用薄膜技术而做成的。晶体管利用了薄膜来形成半导体。薄膜晶
体管LCD（TFT—LCD）也因此得名。
晶体管可以迅速地控制每个单元，由于单元之间的电干扰很小，所以你可以使用大电
流，而不会有虚影和拖尾现象。更大的电流会提供更好的对比度、更锐利的和更明亮的图
像。
标准主动矩阵显示技术的缺点
1.视角
在传统的CRT显示器或电视机中，图像的显示是通过发光物体——磷来实现的，光
线从这一层向各个方向发射，只是强弱稍有不同而已。因此，你可以从一个很大的可视角
范围来观看屏幕，无论从哪个角度去观察，显示的亮度、色彩都和正视效果相近。
LCD和其它大多数显示技术，都需要强的背景光线穿过液晶层或者其它显示层来形
成图像，从而完成图像的传递过程。LCD的特性决定了它所需的背景光是定向的。举一
个形象的例子来说，就好比你手中握有一把吸管，它们的一端对准光源。如果你通过另一
端直视吸管，你将会看到光源射出的光线。但是如果你稍微移开眼睛，从其他的方向去看
的话，你就无法观察到光线了。LCD技术正是如此。虽然液晶分子并不象吸管一样是中
空的，但是它们的有序排列阻止了光线向其它方向发射。
为了解决视角问题，制造商们也想出了许多方法。直接在显示屏外面附加一层漫射膜
是办法之一，漫射膜可以将特定传播方向的光线散射向各个方向，从而增大可视角度。不
过这种方法只能达到一定程度的改善。另一种做法是改变通过液晶的电流方向来增大可视
角度。电流不再是从顶端流向底端，而是从侧面方向流过。这就使得液晶分子在水平方向
上有序排列，从而增大了传递光线的可视角度。这两种技术通常用在水平可视角度的改善
上。
第三种解决方案比较复杂，而且会使制造成本大大增加。主要方法是将每个液晶单元
分割成大量微小的部分，事先将这些微小子单元以不同的方向倾斜，这就使得传播光线在
到达这些微小面板的时候向各个方向散射，从而增大可视角度。昂贵的成本限制了它的广
泛使用，仅在一些具有需要同时从远处和近处观察的桌面显示器中应用了这种技术。
2.显示色彩
LCD显示的一个重要的技术指标是显示色彩。CRT显示器所能表现出的色彩几乎是
无穷的，因为它是模拟设备。只需改变红绿蓝三种模拟信号的强度，你就可以得到不同的
色彩。与CRT一样，LCD技术也是根据电压的大小来改变亮度，但是只有主动矩阵LCD
可以单独控制每个像素，被动矩阵LCD每次都要驱动整行或整列像素，因此它的灰度级
表现能力很差。
每个LCD的子像素显示的颜色取决于色彩过滤器。由于液晶本身没有颜色，所以用
滤色片产生各种颜色，而不是子像素，子像素只能通过控制光线的通过强度来调节灰度，
只有少数主动矩阵显示采用模拟信号控制，大多数则采用数字信号控制技术。大部分数字
控制的LCD都采用了8位控制器，可以产生256级灰度。每个子像素能够表现256级，
那么你就能够得到256×3种色彩，每个像素能够表现16,777,216种颜色。因为人的眼睛对
亮度的感觉并不是线性变化的，人眼对低亮度的变化更加敏感，所以这种24位的色度并
不能完全达到理想要求。工程师们通过脉冲电压调节的方法以使色彩变化看起来更加统
一。
制造商还采用了两种技术来提高主动矩阵显示中每个液晶单元的灰度显示数目。第一
种是抖动方法。将四个毗连呈正方形的像素作为一个单元，如果其中一个的灰度太低，那
么相邻的像素就会提高自身的亮度，从而显示出一个比较适中的灰度，四个像素最后会显
示出三个适中的最终灰度作为显示结果。这种方法的最大缺点在于降低了显示的分辨率。
另一项技术是框架速率控制（FRC）或者暂时的高频振动。这种方法在显示每屏图像
时多次刷新像素。与高频振动中将灰度的混合用空间来显示不同，这种方法通过时间控制。
如果显示一幅画面需要的时间分为很多帧,像素就可以在帧的切换当中造成一种灰度的过
渡态，四帧就可以造成三个过渡态。这种设计的优点是可以不降低图像的分辨率，被广泛
应用于现代的主动矩阵显示屏中。
3.响应速度
LCD单元在控制信号到达与变化完成之间存在滞后现象，这使得LCD在显示快速移
动图像时与CRT相比具有一种先天的缺陷。CRT的电子枪发射电子束到被激发的荧光粉
发光之间几乎是瞬间的。
这种时间滞后被称为“响应时间”，其单位通常是毫秒。被动矩阵显示屏响应时间很长，
约有150毫秒或更多，所以不适于显示诸如电影的移动画面。
在主动矩阵显示屏中像素响应时间随设计的不同而异，主要受到几个因素影响，包括
用来驱动单元的电压，单元的厚度和使用的液晶材料。标准的主动矩阵显示屏一般有40
毫秒的响应时间，也就是说每秒能显示25帧。平面内转换增加了可视角度，但显示会变
慢，一般有70毫秒反应时间。Multi-domain显示屏更快一些，有25毫秒反应时间。
4.耗电量
主动矩阵式LCD显示屏与CRT相比较小，需要很少的电量。事实上，它已经变成了
便携式设备的标准显示器，从PDA到笔记本电脑均广泛运用。但不管怎样，LCD技术还
是可悲的效率低下：即使你将屏幕显示白色，从背景光源中发射的光也只有不到10%穿过
屏幕发出，其它的都被吸收。
笔记本电脑的低效迫使其设计者面临一些艰难的选择。如果你希望在户外这样强光环
境下图像更明亮，你就需要一个更亮的背景光源，这比暗一些的要求更多的电力。如果你
使用的电池容量一定，更亮的背景光源就会在较短的时间内耗尽电源。
设计者用更大的电池容量解决这个问题，但是对于目前的电池技术来说，就意味着设
备重量的增加，对消费者的吸引力就会下降。这三者之间的三角平衡推动着显示屏、电池
及节能技术的研究。
总而言之，背景光源所耗能量是LCD显示屏总耗电量的最大部分。更大的屏幕、更
高的亮度和更高的分辨率都将使笔记本显示屏的耗电量大大增加。另一方面，技术进步通
过降低系统电压和提高孔径比使更多的光能通过液晶单元，降低系统的电源需求。结果是，
笔记本显示屏的总耗电量维持在2到5瓦之间。一根管子的背景光源大约需要1.2瓦，所
以根据使用一只或两只管子一个屏幕中共需要1.2或2.4瓦的能量。
PDA，如Palm和Compaq iPAQ常使用反射显示屏。这意味着环境光射进显示器中，
穿过极化的液晶层，碰撞反射层，再反射出来显示成图像。据估计，在此过程中84%的光
被吸收，所以只有六分之一的光起作用，虽然还有待改进，但已足以提供可视影像需要的
对比度。单向反射和反射显示屏使得不同光照条件下耗费最少能源使用LCD显示屏成为
可能。
LCD显示器的关键因素之一是它的价格。如果比CRT更加便宜，它将会占据几乎全
部的显示器市场。但不幸的是，对于桌上电脑经常使用的15、17寸显示器来说，相同显
示面积的LCD的造价几乎是CRT的3到5倍。显示面积越大，造价差距越大。
为什么LCD造价如此之高？这取决于它们的制造方式。它的制造工艺异常复杂，维
持高合格率需要不断努力。
传统工艺流程
LCD的面板最早使用非常薄的玻璃制造。大约只有1.1-0.4毫米厚，由于玻璃生产中，
设备不同会造成玻璃厚度不同。所以，显示屏只能在一套模具中制造。玻璃底层镀有一层
非晶硅，从而在每个像素单元上可以制造半导体元件。经过一系列的平板照相、蚀刻、覆
膜和沉积步骤，在每个像素上都生成了开关晶体管、滤色器及其它部分。
在所有的元器件上沉积有一个透明阵列膜，在顶层上贴上另一个相似的透明的阵列
膜。这些膜运用光化学工艺流程进行刻蚀或印刷，在每层膜上形成极小的刻槽。当液晶材
料注入时，液晶分子就在这些槽中有序排列。在屏幕的两面间喷洒小隔片，保证在每个像
素位置上有一到两个隔片。这样就可以分隔开玻璃层的上下面，为液晶材料提供一个存在
的空间。接着，在每个显示器的底层玻璃的边沿涂上密封剂，同时在一边上留下一个缺口。
最顶层和底层焊接在一起，最后切割成型。先抽出夹层中的空气，然后使用氮气压力将液
晶材料从预先留下的缺口注入。密封缺口后经过检测保证其品质。偏振片和其他膜层材料
在测试合格后添加。最后的步骤是将电子线路和与电脑或其他设备的接口装上，从而完成
显示器的功能配设。
LCD技术中最引人瞩目的是低温多晶硅的使用。传统工艺中使用非晶硅制造LCD单
元元器件，相对来说制造成本较低，但是相比半导体芯片制造所使用的单晶硅其电子活性
较低。电子活性随着硅结晶度的提高而增加，这样晶体管就可以越来越小，而这又意味着
更大的孔径比——更多光线将通过液晶显示屏单元——所以显示屏耗电量更低，也就是说
电池使用寿命将延长或整机重量降低。多晶硅用于小型LCD显示器——例如数据读取设
备中的面板—但它们都需要可抵抗高温的特殊玻璃。覆盖在底层的硅被加热到一定温度然
后冷却，从而产生单晶硅。
近几年，技术已经发展到了可以制造标准的玻璃底层和在室温下制造晶体硅。使用激
光扫描硅膜，可以使膜表面特定的极小区域产生高温，冷却后生成单晶硅。这种工艺比传
统的镀膜更加昂贵，但是它带来了一些其他的利益。除了孔径比增加之外，多晶硅层的使
用使得在面板的边缘构造驱动电路成为可能。从而大部分与电路的接头能够无需接片
（TAB）就能够在底层很好的实现连接。这就意味着连接到面板上的接头数目减少95％以
上，而且同时增加显示的物理可靠性。
如上所述，LCD面板的制造工艺非常复杂、所需设备非常昂贵，这些因素导致了显
示器价格相对较高．