液晶顯示器

LCD（ Liquid Crystal Display），對於許多的用户而言可能是一個並不算新鮮的名詞了，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，也就是説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製造了第一塊液晶顯示器即LCD。 ^[2] 

世界上第一台液晶顯示設備出現20世紀70年代初，被稱之為TN-LCD（扭曲向列）液晶顯示器。儘管是單色顯示，它仍被推廣到了電子錶、計算器等領域。 ^[2] 

液晶面板包括偏振膜、玻璃基板、黑色矩陣、彩色濾光片、保護膜、普通電極、校準層、液晶層(液晶、間隔、密封劑)、電容、顯示電極、稜鏡層、散光層。 ^[3] 

偏振膜又稱偏光片(Polarizer)，偏光片分為上偏光片和下偏光片，上下兩偏光片的偏振功能相互垂直，其作用就像是柵欄一般，按照要求阻隔光波分量，例如阻隔掉與偏光片柵欄垂直的光波分量，而只准許與柵欄平行的光波分量通過。 ^[3] 

玻璃基板(Glass Substrate)在液晶顯示器中可分為上基板和下基板，其主要作用在於兩基板之間的間隔空間夾持液晶材料。玻璃基板的材料一般採用機械性能優良、耐熱與耐化學腐蝕的無鹼硼硅玻璃。對於TFT-LCD而言，一層玻璃基板分佈有TFT，另一層玻璃基板則沉積彩色濾光片。 ^[3] 

黑色矩陣(Black Matrix)藉助於高度遮光性能的材料，用以分隔彩色濾光片中紅、綠、藍三原色(防止色混淆)、防止漏光，從而有利於提高各個色塊的對比度。此外，在TFT-LCD中，黑色矩陣還能遮掩內部電極走線或者薄膜晶體管。 ^[3] 

彩色濾光片(Color Filter)又稱濾色膜，其作用是產生紅、綠、藍3種基色光，實現液晶顯示器的全彩色顯示。 ^[3] 

取向膜(Alignment Layer)又稱配向膜或定向層，其作用是讓液晶分子能夠在微觀尺寸的層面上實現均勻的排列和取向。 ^[3] 

透明電極(Transparent Electrode)分為公共電極與像素電極，輸入信號電壓就是加載在像素電極與公共電極兩電極之間。透明電極通常是在玻璃基板上沉積氧化銦錫(ITO)材料構成透明導電層。 ^[3] 

液晶材料(Liquid Crystal Material)在LCD中起到一種類似光閥的作用，可以控制透射光的明暗，從而取得信息顯示的效果。 ^[3] 

驅動IC其實就是一套集成電路芯片裝置，用來對透明電極上電位信號的相位、峯值、頻率等進行調整與控制，建立起驅動電場，最終實現液晶的信息顯示。 ^[3] 

在液晶面板中，有源矩陣液晶顯示屏是在兩塊玻璃基板之間封入扭曲向列(TN)型液晶材料構成的。其中，接近顯示屏的上玻璃基板沉積有紅、綠、藍(RGB)三色彩色濾光片(或稱彩色濾色膜)、黑色矩陣和公共透明電極。下玻璃基板(距離顯示屏較遠的基板)，則安裝有薄膜晶體管(TFT)器件、透明像素電極、存儲電容、柵線、信號線等。兩玻璃基板內側製備取向膜(或稱取向層)，使液晶分子定向排列。兩玻璃基板之間灌注液晶材料，散佈襯墊(Spacer)，以保證間隙的均勻性。四周藉助於封框膠黏結，起到密封作用；藉助於點銀膠工藝使上下兩玻璃基板公共電極連接。 ^[3] 

上下兩玻璃基板的外側，分別貼有偏光片(或稱偏光膜)。當像素透明電極與公共透明電極之間加上電壓時，液晶分子的排列狀態會發生改變。此時，入射光透過液晶的強度也隨之發生變化。液晶顯示器正是根據液晶材料的旋光性，再配合上電場的控制，便能實現信息顯示。 ^[3] 

LCD產品是一種非主動發光電子器件，本身並不具有發光特性，必須依賴背光模組中光源的發射才能獲得顯示性能，因此LCD的亮度要由其背光模組來決定。由此可見，背光模組的性能好壞直接影響到液晶面板的顯示品質。 ^[3] 

背光模組包括照明光源、反射板、導光板、擴散片、增亮膜(稜鏡片)及框架等。LCD採用的背光模組主要可分為側光式背光模組和直射式背光模組兩大類。手機、筆記本電腦與監視器(15英寸)主要採用側光式背光模組，而液晶電視大多采用直射式背光模組光源。背光模組光源，主要以冷陰極熒光燈(Cold CathodeFluorescent Lamp，CCFL)和發光二極管(LED)光源為LCD的背光源。 ^[3] 

反射板(Reflector Sheet)又稱反射罩，主要作用是將光源發出的光線完全送入導光板，儘可能地減少無益的耗損。 ^[3] 

導光板(Light Guide Plate)主要作用是將側面光源發出的光線導向面板的正面。 ^[3] 

稜鏡片(Prism Film)又稱增亮膜(Brightness Enhancement Film)，主要作用是將各散射光線通過該膜片層的折射和全反射，集中於一定的角度再從背光源發射出去，起到屏幕增亮的顯示效果。 ^[3] 

擴散片(Diffuser)主要作用是把背光模組的側光式光線修正為均勻的面光源，以達到光學擴散的效果。擴散片有上擴散片與下擴散片之分。上擴散片，處於稜鏡片與液晶組件之間，更接近於顯示面板。而下擴散片處於導光板與稜鏡片之間，更接近於背光源。 ^[3] 

LCD是一種採用液晶為材料的顯示器。液晶是一類介於固態和液態間的有機化合物，在常温條件下，呈現出既有液體的流動性，又有晶體的光學各向異性，加熱會變成透明液態，冷卻後會變成結晶的混濁固態。 ^[3] 

在電場作用下，液晶分子會發生排列上的變化，從而影響入射光束透過液晶產生強度上的變化，這種光強度的變化，進一步通過偏光片的作用表現為明暗的變化。據此，通過對液晶電場的控制可以實現光線的明暗變化，從而達到信息顯示的目的。因此，液晶材料的作用類似於一個個小的“光閥”。 ^[3] 

由於在液晶材料周邊存在控制電路和驅動電路。當LCD中的電極產生電場時，液晶分子就會發生扭曲，從而將穿越其中的光線進行有規則的折射(液晶材料的旋光性)，再經過第二層偏光片的過濾而顯示在屏幕上。

值得指出的是，液晶材料因為本身並不發光，所以LCD通常都需要為顯示面板配置額外的光源，主要光源系統稱之為“背光模組”，其中，背光板是由熒光物質組成，可以發射光線，其作用主要是提供均勻的背光源。 ^[3] 

LCD技術是把液晶灌入兩個列有細槽的平面之間。這兩個平面上的槽互相垂直(相交成90度)。也就是説，若一個平面上的分子南北向排列，則另一平面上的分子東西向排列，而位於兩個平面之間的分子被強迫進入一種90度扭轉的狀態。由於光線順着分子的排列方向傳播，所以光線經過液晶時也被扭轉90度。當液晶上加一個電壓時，液晶分子便會轉動，改變光透過率，從而實現多灰階顯示。 ^[3] 

LCD通常由兩個相互垂直的偏光片構成。偏光片的作用就像是柵欄一般，按照要求阻隔光波分量。例如阻隔掉與偏光片柵欄垂直的光波分量，而只准許與柵欄平行的光波分量通過。自然光線是朝四面八方隨機發散的。兩個相互垂直的偏光片，在正常情況下應該阻斷所有試圖穿透的自然光線。但是，由於兩個偏光片之間充滿了扭曲液晶，所以在光線穿出第一個偏光片後，會被液晶分子扭轉90度，最後從第二個偏光片中穿出。 ^[3] 

對於筆記本電腦或者桌面型的LCD，需要採用更加複雜的彩色顯示器。 ^[3] 

就彩色LCD而言，還需要具備專門處理彩色顯示的色彩過濾層，即所謂的“彩色濾光片(Color Filter)”，又稱“濾色膜”。在彩色LCD面板中，每一個像素通常都是由3個液晶單元格構成，其中每一個單元格前面都分別有紅色、綠色或藍色(RGB)的三色濾光片。這樣，通過不同單元格的光線就可以在屏幕上顯示出不同的顏色。 ^[3] 

彩色濾光片與黑色矩陣和公共透明電極一般都沉積在顯示屏的前玻璃基板上。彩色LCD能在高分辨率環境下創造色彩斑斕的畫面。 ^[3] 

人類視覺器官(眼睛)對動態影像的感知存在所謂“視覺殘留”的現象，即高速運動的畫面在人腦中會形成短暫的印象。早期的動畫片、電影，一直到當下最新的遊戲節目正是應用了“視覺殘留”的原理，讓一系列漸變的圖像在人眼前快速連續顯示，便形成動態的影像。 ^[3] 

當多幅影像產生的速度超過24幀/s，人的眼睛會感覺到連續的畫面。這也是電影每秒24幀播放速度的由來。如果顯示速度低於這一標準，人就會明顯感到畫面的停頓和不適。按照這一指標計算，每張畫面顯示的時間需要小於40ms。快速活動畫面高清晰顯示，一般影像的運動速度超過60幀/s。這就是説，活動畫面每幀的間隔時間為16.67ms。 ^[3] 

如果液晶的響應時間大於畫面每幀的間隔時間，人們在觀看快速運動的影像時，就會感覺到畫面有些模糊。響應時間是LCD的一個特殊指標。LCD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，就是液晶由“暗轉亮”或由“亮轉暗”的反應時間。此值是越小越好，足夠快的響應時間才能保證畫面的連貫。如果響應時間太長了，就有可能使LCD在顯示動態圖像時，有尾影拖曳的感覺。LCD一般的響應時間在2～5ms。 ^[3] 

所謂TFT是指液晶面板玻璃基片上的晶體管陣列，讓LCD每個像素都設有自身的一個半導體開關。每個像素都可以通過點脈衝控制兩片玻璃基板之間的液晶，即通過有源開關來實現對各個像素“點對點”的獨立精確控制。因此，像素的每一個節點都是相對獨立的，並且可以進行連續控制。 ^[3] 

TFT型LCD主要由玻璃基板、 柵極、 漏極、 源極、 半導體活性層(a-Si)等組成。 ^[4] 

TFT陣列一般與透明像素電極、存儲電容、柵線、信號線等，共同沉積在顯示屏的後玻璃基板(距離顯示屏較遠的基板)上。這樣一種晶體管陣列的配製，有助於提高液晶顯示屏的反應速度，而且還可以控制顯示灰度，從而保證LCD的影像色彩更為逼真、畫面品質更為賞心悦目。因此，大多數的LCD、液晶電視及部分手機均採用TFT實施驅動，無論是採用窄視角扭曲向列(TN)模式的中小尺寸LCD，還是採用寬視角的平行排列(IPS)等模式的大尺寸液晶電視(LCD-TV)，它們通稱為“TFT—LCD”。 ^[3] 

IPS屏幕（In-Plane Switching，平面轉換）技術是日立公司於2001推出的液晶面板技術，俗稱“Super TFT”。IPS屏幕就是基於TFT的一種技術，其實質還是TFT屏幕。IPS是通過使分子在各方向表觀長度相同來解決視角問題。 ^[5] 

IPS硬屏之所以具有清晰超穩的動態顯示效果，取決於其創新性的水平轉換分子排列，改變了VA軟屏垂直的分子排列，因而具有更加堅固穩定的液晶結構。並非表面意義上的，硬屏就是在液晶面板上加上一層硬的保護膜，為了避免液晶屏幕受外界硬物的戳傷。 ^[5] 

S- LCD 面板就是 PVA 面板，三星主推的 PVA 模式廣視角技術，S- LCD 面板採用PVA 技術，該技術採用透明的 ITO 電極層，因此其更高的開口率可獲得優於 MVA 的亮度輸出；PVA 技術還具有 500:1 的高對比能力以及高達 70%的原色顯示能力。 ^[6] 

液晶顯示器的最大亮度，通常由背光源來決定，技術上可以達到高亮度，但是這並不代表亮度值越高越好，因為太高亮度的顯示器有可能使觀看者眼睛受傷。 LCD是一種介於固態與液態之間的物質，本身是不能發光的，需藉助要額外的光源才行。因此，燈管數目關係着液晶顯示器亮度。 ^[7] 

分辨率是指單位面積顯示像素的數量。液晶顯示器的物理分辨率是固定不變的，對於CRT顯示器而言，只要調整電子束的偏轉電壓，就可以改變不同的分辨率。但是在液晶顯示器裏面實現起來就複雜得多了，必須要通過運算來模擬出顯示效果，實際上的分辨率是沒有改變的。由於並不是所有的像素同時放大，這就存在着縮放誤差。當液晶顯示器使用在非標準分辨率時，文本顯示效果就會變差，文字的邊緣就會被虛化。 ^[7] 

LCD重要的當然是的色彩表現度。我們知道自然界的任何一種色彩都是由紅、綠、藍三種基本色組成的。例如分辨率1024×768的LCD面板上是由1024×768個像素點組成顯像的，每個獨立的像素色彩是由紅、綠、藍(R、G、B)三種基本色來控制。大部分廠商生產出來的液晶顯示器，每個基本色(R、G、B)達到6位，即64種表現度，那麼每個獨立的像素就有64×64×64=262144種色彩。也有不少廠商使用了所謂的FRC(Frame Rate Control)技術以仿真的方式來表現出全綵的畫面，也就是每個基本色(R、G、B)能達到8位，即256種表現度，那麼每個獨立的像素就有高達256×256×256=16777216種色彩了。 ^[7] 

對比度是定義最大亮度值(全白)除以最小亮度值(全黑)的比值。LCD製造時選用的控制IC、濾光片和定向膜等配件，與面板的對比度有關。 ^[7] 

響應時間指的是液晶顯示器對於輸入信號的反應速度，也就是液晶由暗轉亮或由亮轉暗的反應時間,通常是以毫秒為單位。此值當然是越小越好。如果響應時間太長了，就有可能使液晶顯示器在顯示動態圖像時，有尾影拖曳的感覺。 ^[7] 

液晶顯示器的可視角度左右對稱，而上下則不一定對稱。舉個例子，當背光源的入射光通過偏光板、液晶及取向膜後，輸出光便具備了特定的方向特性，也就是説，大多數從屏幕射出的光具備了垂直方向。假如從一個非常斜的角度觀看一個全白的畫面，我們可能會看到黑色或是色彩失真。一般來説，上下角度要小於或等於左右角度。如果可視角度為左右80度，表示在始於屏幕法線80度的位置時可以清晰地看見屏幕圖像。但是，由於人的視力範圍不同，如果沒有站在最佳的可視角度內，所看到的顏色和亮度將會有誤差。 ^[7] 

液晶顯示器所標示的尺寸就是實際可以使用的屏幕範圍一致。例如，一個15.1英寸的液晶顯示器約等於17英寸CRT屏幕的可視範圍。 ^[7] 

液晶顯示器的主要原理是以電流刺激液晶分子產生點、線、面配合背部燈管構成畫面，它具有以下四個特點： ^[8] 

（1）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； ^[8] 

（2）省電，不產生高温，它屬於低耗電產品，相比CRT顯示器可以做到完全不發燙； ^[8] 

（3）無輻射，有利於身體健康，液晶顯示器完全無輻射； ^[8] 

（4）畫面柔和不傷眼，不同於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。 ^[8] 

（1）可視偏轉角度小；

（2）容易產生影像拖尾現象(例如鼠標指針快速晃動)，這是由於普通液晶屏多為60Hz(每秒顯示60幀)，不過這個問題主要出現在液晶顯示器剛流行時的遊戲中（即“畫面撕裂”）；

（3）液晶顯示器的亮度和對比度不是很好；

（4）液晶“壞點”問題；

（5）壽命有限； ^[9] 

（6）當分辨率低於顯示器的默認分辨率時，畫面模糊會非常明顯；

（7）當分辨率大於顯示器的默認分辨率時（需要軟件強制設定），細節處的色彩會丟失。 ^[10] 

如果顯示器屏幕面板上有灰塵，要在專業維修人員的建議下進行操作，個人不要隨便找塊抹布、或者比較粗糙的東西去擦，因為由於個人操作的不當很容易損壞液晶屏，正確的擦拭方法應該選取比較清潔柔軟的布去擦拭，這樣就不會對顯示器屏幕面板造成傷害。在擦拭過程中，不要把水或清潔劑直接噴到屏幕上，可以在軟布上蘸上少許專用清潔劑，輕輕地擦拭屏幕，這就避免了清潔劑流到屏幕裏造成短路。擦拭顯示器屏幕面板時注意用力要輕，更不要用硬物去碰刮面板等，一定不要讓任何液體進入顯示器邊界的縫隙裏，因液體不慎進入縫隙而造成顯示器損壞的例子比比皆是。 ^[11] 

建議在清理時，電源、數據線物理分離20分鐘後，平放顯示器（避免液體因重力流入縫隙），擦屏布稍稍潤濕後，輕輕擦拭時注意邊界處，千萬不要將清潔劑或水直接噴到屏幕上（避免形成液體而流入縫隙）。當液體揮發乾淨後，稍後即可使用。 ^[11] 

千萬不要讓任何帶有水分的東西進入液晶顯示器。當然，一旦發生這種情況也不要驚慌失措，如果在開機前發現只是屏幕表面有霧氣，用軟布輕輕擦掉就可以了，如果水分已經進入液晶顯示器，那就把液晶顯示器放在通風乾燥的地方，將裏面的水分逐漸蒸發掉，如果發生屏幕“泛潮”的情況較嚴重時，普通用户還是打電話請服務商幫助為好，因為較嚴重的潮氣會損害液晶顯示器的元器件，會導致液晶電極腐蝕，造成永久性的損害。另外，平時也要儘量避免在潮濕的環境中使用LCD顯示器。 ^[11] 

LCD顯示器比較脆弱，平時使用時應當注意不要被其他器件“碰傷”。在使用清潔劑的時候也要注意，不要把清潔劑直接噴到屏幕上，它有可能流到屏幕裏造成短路，正確的做法是用軟布粘上清潔劑輕輕地擦拭屏幕，記住，液晶顯示器抗“撞擊”的能力是很小的，許多晶體和靈敏的電器元件在遭受撞擊時會被損壞，所以請匆碰撞尖鋭物品。 ^[11] 

液晶顯示器的像素是由許許多多的液晶體構成的，過長時間的連續使用，會使晶體老化或燒壞，損害一旦發生，就是永久性的、不可修復的。一般來説，不要使液晶顯示器長時間處於開機狀態(連續72小時以上)，如果在不用的時候，關掉顯示器。 ^[11] 

液晶顯示器超負荷工作主要包括以下幾點：

（1）長時間工作；

（2）高亮度；

（3）不注意關閉電源；

（4）長時間地連續顯示一種固定的內容。 ^[11] 

保護措施：

（1）讓液晶顯示器顯示一種全白的屏幕內容；

（2）將液晶顯示器的顯示屏亮度減小到比較暗的水平；

（3）經常以不同的時間間隔改變液晶顯示器屏幕上的顯示內容；

（4）沒事的時候請關掉顯示器。 ^[11] 

一般濕度保持在30%～80%之間，顯示器都能正常工作，但一旦室內濕度高於80%後，顯示器內部就會產生結露現象。其內部的電源變壓器和其他線圈受潮後也易產生漏電，甚至有可能造成連線短路。因此，LCD顯示器必須注意防潮，長時間不用的顯示器，可以定期通電工作一段時間，讓顯示器工作時產生的熱量將機內的潮氣驅趕出去。 ^[11] 

白屏是由於背光正常，屏沒正確接收到主板送過來的信號而引起的，這説明高壓部分是好的，白屏是因為液晶屏上部的T-CON板停止工作，或者工作異常。可能由驅動板上給液晶屏T-CON板供電（電壓一般為5V，少數液晶屏使用12V或3.3V供電）的迴路的相關故障引起或顯示器主板控制主芯片和MCU特性不良或損壞。市場上都有已經寫進各種型號MCU程序的芯片發售，只要將原先主控板上的芯片取下，更換已經刷好程序的新芯片，這種故障均可解決。 ^[8] 

在實際的維修過程中，以黑屏的情況居多，黑屏又分電源燈閃、長亮或滅三種。 ^[8] 

（1）液晶顯示器電源燈閃電源燈閃在維修過程中多屬於高壓板後級開關管短路，當液晶驅動板發出開啓高壓板的控制電壓後，升壓電路開始工作，但是某一或一對開關管對地短路，拉低主供電，導致液晶驅動板供電也隨着拉低，當液晶板供電不正常後，也就隨即撤銷了對高壓板的開啓信號，電源板電壓輸出又回覆正常，因此，反反覆覆，電源燈就一亮一滅了，更換相應故障的元件故障應能解決。 ^[8] 

（2）液晶顯示器電源燈長亮電源燈長亮可以確定電源部分是正常的，主要是高壓逆變電路末級或者供電級元件發熱量大，長期工作造成虛焊所致；該電路最容易出故障的是升壓線圈，一般是接觸不良的問題，應重點檢查該電路。 ^[8] 

（3）液晶顯示器電源燈不亮電源燈不亮應重點檢查電源部分，主要應該檢測12V、5V電壓正常否，電源燈不亮12V、5V電壓應該是沒有輸出，重點應檢查開關管是否熱穩定性不佳，或基極虛焊，電容是否有鼓包現象，另外脈寬調製的單片開關電源，所用到的脈寬調製集成控制器一般有SG6841、UC3842、UC3843也是故障率較高的元件。 ^[8] 

除上述故障現象外，液晶顯示器背光燈故障也是常有的，主要表現為老化和徹底損壞，即不發光。背光燈老化後可以看到圖像發黃，調節色温及白平衡都不能很好解決，同時屏亮度調節到最大也難以達到使用要求，這就提示你，該換燈了。 ^[8] 

單燈管結構的顯示器損壞後，開機在日光下斜視屏幕，可以看見暗淡的圖文顯示。新型多燈管顯示器損壞某個燈管後表現為圖像亮度不均勻，比如上方暗淡一些，那就是上方的燈管損壞了，用手摸顯示屏燈管位置，通過温度對比也可以判斷燈管是否損壞，正常的顯示屏燈管位置温度應該是一致的。但由於新型顯示器大都有高壓平衡保護電路，所以一隻燈管損壞後表現的往往並不是亮度不均衡，而是顯示器不能開機或開機後黑屏，這要根據具體的顯示器電路來區別了。 ^[8]