液晶电视的显示原理及技术特点

摘要：结合液晶电视的显示原理，对液晶电视的技术特点进行了分析，并与PDP、CRT显示技术进行了比对。

关键词：高清电视；液晶显示技术；亮度；对比度

中图分类号：TN141.9 文献标识码：B

引 言

液晶电视技术的发展这些年来可谓突飞猛进，在许多消费者还没有完全弄懂它背后深含的技术理论时，液晶电视已飞入千万寻常百姓家。本文结合液晶显示原理，对液晶电视的技术特点进行分析与比对。

1　液晶显示原理

1.1 TFT-LCD液晶屏的结构

TFT-LCD液晶屏在结构上由里到外主要由背光源、偏光片、透明电极(控制电路)、液晶、彩色滤光片、偏光片所构成，如图1所示。

1.2　液晶的光学效果

液晶包含在两个槽状表面中间，且槽的方向互相垂直，如图2所示。液晶分子的排列为：上表面分子沿a方向，下表面分子沿b方向，介于上下表面中间的分子产生旋转的效应，因此液晶分子在两槽状表面间产生90°的旋转。

当线性偏振光射入上层槽状表面时，此光线随着液晶分子的旋转也产生旋转：当线性偏振光射出下层槽状表面时，此光线已经产生了90°的旋转。

当在上下表面之间加电压时，液晶分子会顺着电场方向排列，形成直立排列的现象。此时入射光线不受

液晶分子影响，直线射出下表面。不同电压值，决定液晶偏转的角度。

1.3　偏光片的光学效果

如图3所示。第一片偏光片可以将非偏振光(一般光线)过滤成偏振光；第二片偏光片实现取向功能，即仅允许该偏光片方向分量的光线通过。当非偏振光通过第一片a方向的偏光片时，光线被过滤成与a方向平行的线性偏振光：当通过第二片偏光片时，如果两片偏光片放置方向一致时，如图3左图所示，光线可以顺利通过。当两片偏光片放置方向相互垂直时，如图3右图所示，光线被完全阻挡。改变偏振光与第二片偏光片的夹角，可实现透光率的控制。

1.4　彩色滤光膜的光学效果

彩色滤光膜的各像素对应液晶屏的各像素，每像素包含红、绿、蓝三个子像素，光线透过彩色滤光膜形成红、绿、蓝三基色分量，如图4所示。

1.5 TFT-LCD电路控制原理

TFT-LCD电路的主要作用是控制液晶两表面的电压值，以控制液晶的偏转角度，改变液晶分子对线性偏振光的扭转角度，并通过前面偏光片的取向作用，最终实现控制通过光线的强弱。薄膜场效应晶体管(thin film transistor，TFT)对应控制的每一个子像素，薄膜晶体管TFT是开关器件，它的导通与截止状态接近理想开关。以分辨率为1，024×768像素的显示屏为例，每个像素由R、G、B三基色的子像素组成，每个TFT晶体管控制每个R、G、B子像素，即合计有1，024×768×3TFT晶体管，如图5。门极线有768，源极线有1，024×3。控制电路采用分时驱动的方式，按顺序分别置门极线高电平，从而控制打开该行TFT晶体管，此时源极线上的电压即加到该行液晶各子像素上，从而控制该行液晶的偏转角度和最终实现光线的透射率的控制。

1.6　TFT-LCD显示原理

以1，024×768像素的液晶屏为例。液晶板后面的背光源投射出纯白光源，光源经过第一个a方向的偏光片，过滤成a方向的偏极光，通过透明电极(TFT控制电路)，经过液晶，这时液晶分子偏转角度和透射率受TFT控制电路控制，通过液晶后，经过彩色滤光片，形成1，024×768×3束偏转方向受控的RGB基色光线，再通过第二个b

方向的偏光片，把偏转方向受控的各束RGB基色光线过滤成强弱受控的RGB基色光线，投射出屏幕。通过改变驱动液晶的电压值就可以控制最后出现的光线强度与色彩，并进而能在液晶面板上变化出有不同深浅的颜色组合。

2　液晶电视显示特点与分析

2.1　可视角度

LCD有视角各向异性和视角范围比较小的弱点，宽视角技术一直是液晶技术的重要研究课题。这是因为当背光源之入射光通过偏光片、液晶及所谓的取向膜后，输出光便具备了特定的方向特性，也就是说，大多数从屏幕射出的光具备了垂直方向。即如果偏离显示屏法线方向观察，对比度明显下降，观看一个全白的画面，我们可能会看到黑色或是色彩失真。

2.2　亮度与对比度

与PDP相比，LCD的亮度稍低。LCD靠背光源发光，最大的亮度主要由背光源决定。LCD屏的亮度一般在300～500cd／m2，加大背光源的亮度，可提高LCD的亮度，但过分提高背光源的亮度，会加速老化，降低寿命。

LCD的对比度也比PDP低。LCD背光源是持续发光，显示全白图像和显示全黑图像是通过液晶的偏转以及第二片偏光片的方向性而实现的，但要完全阻隔背光源的光线，实现屏幕完全黑下来比较困难，所以对比度(全白亮度／全黑亮度)相对较低。

但LCD的对比度受环境光亮度的影响不大。在高亮度环境光下，LCD偏光片和彩色滤光片能阻止反射来的环境光，使LCD的对比度受环境亮度的影响比较小。如在卖场、户外等环境亮度较高的场合，LCD比PDP的对比度效果反而更好。

另外，LCD的对比度受观看角度影响较大，对比度随观看角度增加而急剧下降。

2.3　色彩表现力

LCD的色彩表现力不如PDP。LCD显示色彩是通过改变液晶两侧的电压控制液晶分子扭转而产生不同的光学透过率而实现的。但液晶的控制电压与透光率并非完全线性的关系，如图6所示。因此，特别是在接近最大亮度和最小亮度的区域范围内，色阶表现差。

2.4　响应时间

响应速度慢是液晶的一大弊病。液晶的响应时间表示液晶显示器各像素点，对于信号输入后的反应速度，就是每点由暗转亮或由亮转暗所需的时间，响应时间当然是越小越好。这样用户在观看运动的画面时就不会出现类似尾影拖拽的感觉。液晶显示器的这项指标直接影响到对动态画面的还原，跟其它显示方式相比，如CRT、PDP，液晶显示器由于过长的响应时间，导致其在还原动态画面时有比较明显的拖尾现象，画面不够生动。

这是由于液晶显示屏是利用液晶分子扭转控制光的通断，而液晶分子的扭转需要一个过程，所以LCD显示器的响应时间明显比其它显示方式长。特别在介于全黑、全白间的较小幅度灰阶变化，需施加较小电压来进行准确而精细的角度控制，因此液晶分子扭转速度反而要慢一些。

2.5　闪烁与辐射

LCD是靠背光源持续发光，并通过液晶扭转控制光线的色彩与强弱，显示状态稳定，一般不存在噪点、闪烁等现象。

而且背光源发出的仅是普通的可视白光，从显示原理上，不存在其它如紫外光、电子粒子等辐射。在温度方面，LCD的背光源在LCD屏后部，屏前温度较PDP明显低。

2.5　分辨率与尺寸

LCD在制作工艺上，可以比较容易地在中小尺寸上实现高分辨率。如电脑的显示器，在小尺寸上也容易实现1，920×1，080像素的高分辨率。

但由于LCD的结构非常复杂，从结构上看涉及的部件和上下游资源很多，薄膜制造生产工艺复杂，实现大屏幕的成本较PDP高。随着LCD产业的发展与投入，大尺寸、超大尺寸的LCD产品在近年也相继推出了。

2.6　功耗

液晶电视的功耗主要与背光亮度有关，不管显示内容如何变化，甚至显示为全黑画面，背光管同样是全部点亮。在室内环境的日常使用中，可通过适当降低背光亮度，有效降低LCD电视的功耗；而让视频源进入全黑画面的屏保状态，对功耗并无明显降低作用。

3 LCD与PDP、CRT的比对

见表1。

4　结 论

近年来，LCD凭着体积小、功耗低、无辐射、无闪烁、分辨率高等无可比拟的技术优势，在提高亮度、对比度、可视角度、缩短响应时间的新技术上得到了发展与应用，逐步缩短了与PDP、CRT电视在这些指标上的差距。在各大LCD厂商的推动下，其生产工艺与制造成本也得到了极大地优化，大尺寸、低成本的LCD广泛生产与推广，LCD已成为电视机的主流显示技术。

参考文献

1　应根裕等，平板显示技术[M]，北京：人民邮电出版社，2002：103-270。

2　刘斌，PDPvs LCD：两大平板显示技术特点的深入比较[J]，家庭影院技术，2006(4)：44-49。

3　李国良，马俊兴，等离子显示器与液晶显示器的特点与发展趋势[J]，电脑与电信，2006,(06)。