液晶最早是奧地利植物學家萊尼茨爾(F.Reinitzer)于1888年發現的,他在測定有機物的熔點時,發現某些有機物(膽甾醇的苯甲酸脂和醋酸脂)熔化后會經歷一個不透明的呈白色渾濁液體狀態,并發出多彩而美麗的珍珠光澤,只有繼續加熱到某一溫度才會變成透明清亮的液體。第二年,德國物理學家萊曼(O.Lehmann)使用他親自設計,在當時作為最新式的附有加熱裝置的偏光顯微鏡對這些脂類化合物進行了觀察。他發現,這類白而渾濁的液體外觀上雖然屬于液體,但卻顯示出各向異性晶體特有的雙折射性。于是萊曼將其命名為“液態晶體”,這就是“液晶”名稱的由來。
液晶是一種介于固體與液體之間,具有規則性分子排列的有機化合物,一般最常用的液晶型式為向列液晶,分子形狀為細長棒形,長寬約1nm~10nm,在不同電流電場作用下,液晶分子會做規則旋轉90度排列,產生透光度的差別,如此在電源ON/OFF下產生明暗的區別,依此原理控制每個像素,便可構成所需圖像。
液晶分子形狀子構造
1963年,RCA公司的威利阿姆斯發現了用電刺激液晶時,其透光方式會改變。5年后,同一公司的哈伊盧馬以亞小組,發明了應用此性質的顯示裝置。這就是液晶顯示屏(LiquidCrystalDisplay)的開端。而當初,液晶作為顯示屏的材料來說,是很不穩定的。因此作為商業利用,尚存在著問題。然而,1973年,格雷教授(英國哈爾大學)發現了穩定的液晶材料(聯苯系)。1976年,由SHARP公司在世界上首次,將其應用于計算器(EL-8025)的顯示屏中,此材料目前已成為LCD材料的基礎。
LCD( Liquid Crystal Display),對于許多的用戶而言可能是一個并不算新鮮的名詞了,不過這種技術存在的歷史可能遠遠超過了我們的想像。早在19世紀末,奧地利植物學家就發現了液晶,即液態的晶體,也就是說一種物質同時具備了液體的流動性和類似晶體的某種排列特性。在電場的作用下,液晶分子的排列會產生變化,從而影響到它的光學性質,這種現象叫做電光效應。利用液晶的電光效應,英國科學家在上世紀制造了第一塊液晶顯示器即LCD。今天的液晶顯示器中廣泛采用的是定線狀液晶,如果我們微觀去看它,會發現它特像棉花棒。與傳統的CRT相比,LCD不但體積小,厚度薄(14.1英寸的整機厚度可做到只有5厘米),重量輕、耗能少(1到10 微瓦/平方厘米)、工作電壓低(1.5到6V)且無輻射,無閃爍并能直接與CMOS集成電路匹配。由于優點眾多,LCD從1998年開始進入臺式機應用領域。第一臺可操作的LCD基于動態散射模式(Dynamic Scattering Mode,DSM),RCA公司喬治·海爾曼帶領的小組開發了這種LCD。海爾曼創建了奧普泰公司,這個公司開發了一系列基于這種技術的的LCD。 1970年12月,液晶的旋轉向列場效應在瑞士被仙特和赫爾弗里希霍夫曼-勒羅克中央實驗室注冊為專利。
1969年,詹姆士·福格森在美國俄亥俄州肯特州立大學(Ohio University)發現了液晶的旋轉向列場效應并于1971年2月在美國注冊了相同的專利。1971年他的公司(ILIXCO)生產了第一臺基于這種特性的LCD,很快的替代了性能較差的DSM型LCD。在1985年之后,這一發現才產生了商業價值,1973年日本的聲寶公司首次將它運用于制作電子計算器的數字顯示。LCD是筆記本電腦和掌上計算機的主要顯示設備,在投影機中,它也扮演著非常重要的角色,而且它開始逐漸滲入到桌面顯示器市場中。 一直以來,追求更完美的視覺享受都是我們桌面顯示設備的目標,回顧顯示技術發展歷程,我們不難發現它都是圍繞著同樣一個主題-“追求更佳的人類肉眼視覺舒適性”!作為近幾年才突然新興起的新產品,液晶顯示器已經全面取代笨重的CRT顯示器成為主流的顯示設備。可是,液晶顯示器的發展之路并不是我們想象中的那樣一帆風順。
下面,我們與新老用戶一起回顧一下LCD發展的艱辛曲折之路。LCD早期發展(1986~2001)—過高成本抑制其發展之路技術不成熟的早期,LCD主要應用于電子表、計算器等領域。我們平時所說的LCD,它的英文全稱為Liquid Crystal Display,直譯成中文就是液態晶體顯示器,簡稱為液晶顯示器。液晶是一種幾乎完全透明的物質。它的分子排列決定了光線穿透液晶的路徑。到20世紀60年代,人們發現給液晶充電會改變它的分子排列,繼而造成光線的扭曲或折射,由此引發了人們發明液晶顯示設備的念頭。世界上第一臺液晶顯示設備出現在20世紀70年代初,被稱之為TN-LCD(扭曲向列)液晶顯示器。盡管是單色顯示,它仍被推廣到了電子表、計算器等領域。 機身薄,節省空間與比較笨重的CRT顯示器相比,液晶顯示器只要前者三分之一的空間。省電,不產生高溫它屬于低耗電產品,可以做到完全不發熱(主要耗電和發熱部分存在于背光燈管或LED),而CRT顯示器,因顯像技術不可避免產生高溫。
低輻射,益健康液晶顯示器的輻射遠低于CRT顯示器(僅僅是低,并不是完全沒有輻射,電子產品多多少少都有輻射),這對于整天在電腦前工作的人來說是一個福音。畫面柔和不傷眼不同于CRT技術,液晶顯示器畫面不會閃爍,可以減少顯示器對眼睛的傷害,眼睛不容易疲勞。液晶顯示器綠色環保,它的能源消耗相對于傳統的CRT來說,簡直是太小了(17''''功率大概在65-12W之間);對于逐漸引起國人重視的噪音污染也與它無緣,因為它的自身的工作特點決定了它不會產生噪音(對于那種喜歡一邊使用電腦,一邊有節奏的敲打顯示器的用戶發出的噪音,這里不予以考慮);液晶顯示器還有一個好處就是發熱量比較低,長時間使用不會有烤熱的感覺,這一點也是以前的顯示器無可比擬的,以前的顯示器可是寶貴,尤其是夏天,家里的空調、電扇都得為它服務給它降溫。使用液晶顯示器無形中為大氣降了溫,也為阻止日益升溫的大氣作貢獻。同時減少輻射,降低環境污染。當然了,環保也不會少了輻射這個指數的,雖然我們不能說液晶顯示器就完全沒有輻射,但是相對于輻射大戶CRT,以及日常家電的輻射來說,液晶顯示器那一點點輻射簡直可以忽略不計。時代其實還是模擬時代,而未來的時代從發展趨勢來看是數字時代。顯示器智能化操作,數字控制、數碼顯示是未來顯示器的必要條件。
隨著數字時代的來臨,數字技術必將全面取代模擬技術,LCD不久就會全面取代模擬CRT顯示器。不過從另一個方面講液晶顯示器的數字接口并不普及,還遠遠沒有到應用領域。從理論上說,液晶顯示器是純數字設備,與電腦主機的連接也應該是采用數字式接口,采用數字接口的優點是不言而喻的。首先可以減少在模數轉換過程中的信號損失和干擾;減少相應的轉化電路和元件;其次不需要進行時鐘頻率、向量的調整。市場上大部分液晶顯示器的接口是模擬接口,存在著傳輸信號易受干擾、顯示器內部需要加入模數轉換電路、無法升級到數字接口等問題。并且,為了避免像素閃爍的出現,必須做到時鐘頻率、向量與模擬信號的完全一致。此外,液晶顯示器的數字接口尚未形成統一標準,帶有數字輸出的顯示卡在市面上并不多見。這樣一來,液晶顯示器的關鍵性的優勢卻很難充分發揮。這個問題可能不是很好理解,我們舉例子說明一下吧。
使用過液晶顯示器的人都知道液晶顯示器很容易產生影像拖尾現象。響應時間是液晶顯示器的一個特殊指標。液晶顯示器的響應時間指的是顯示器各像素點對輸入信號反應的速度,響應時間短,則顯示運動畫面時就不會產生影像拖尾的現象。這一點在玩游戲、看快速動作的影像時十分重要。足夠快的響應時間才能保證畫面的連貫。市面上一般的液晶顯示器,響應時間與以前相比已經有了很大的突破,一般為40ms左右。不過隨著技術的日益發展LCD和CRT的這個差距在逐漸的被彌補上,一款液晶顯示器的響應時間就已經縮短到了5ms.從外形上看液晶顯示器的外觀輕巧超薄,與傳統球面顯示器相比,其厚度、體積僅是CRT顯示器的一半(比如華碩的MS系列產品,其厚度更是達到了讓人驚訝的1.65cm),大大減少了占地空間。香港和東京是世界上液晶顯示器普及率最高的地區,香港液晶顯示器的出貨量占到了顯示器總出貨量的七成。我們觀察一下液晶顯示器普及率高的地區就不難發現,這些地方大多是比較繁華,比較擁擠,生活水平比較高,而且寫字樓、金融大廈林立的地方。在這些地方可謂是寸土寸金。顯示器節省下來的空間的地皮價格遠遠高于液晶顯示器和CRT顯示器的差價。我國大陸的一些大城市的繁華區域也有向著這個方向發展的趨勢。這個問題其實是問您對顯示器的用途。
眾所周知,由于液晶分子不能自已發光,所以,液晶顯示器需要靠外界光源輔助發光。一般來講140流明每平方米才夠。有些廠商的參數標準和實際標準還存在差距。這里要說明一下,就是一些小尺寸的液晶顯示器以往主要應用于筆記本電腦當中,采用兩燈調節,因此它們的亮度和對比度都不是很好。不過主流的桌面版本的液晶顯示器的亮度一般都可以達到250流明到400流明,已經開始逐漸接近CRT的水平了。對于大多數人來說,如果把CRT和LCD擺放在一起的話,可以比較輕松的分辨出液晶顯示器和普通的CRT顯示器的亮度和對比度以及色彩飽和度的不同,但是就一般使用來說,這一點點差距并不會影響您的工作。但是對于專業的美工等要求準確色彩的工作來說,液晶顯示器還不能完全達到其工作的要求。