一種技術(shù)從運(yùn)用到成熟竟然長達(dá)20年之久，這種現(xiàn)象在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域里是罕見的。從1986年NEC制造了第一款有液晶屏幕的便攜式計(jì)算機(jī)，到2005年末液晶顯示器的市場占有率首次與CRT持平，液晶顯示技術(shù)在PC中的應(yīng)用經(jīng)歷了20年的緩慢成長過程。
　　液晶顯示器的歷史雖然不算太短，但因長期只用于便攜設(shè)備的靜態(tài)圖文顯示，響應(yīng)速度慢的問題沒有引起足夠重視。近年來，液晶顯示器在臺(tái)式機(jī)中應(yīng)用越來越普遍，視頻播放、游戲的應(yīng)用也呈爆發(fā)性增長，此時(shí)響應(yīng)時(shí)間問題才因此倍受關(guān)注。
　　有人曾提出，電腦的速度已經(jīng)足夠快，不用再花力氣去提高CPU頻率了。這樣的預(yù)言家現(xiàn)在仍不乏其人，幾年前就有些人認(rèn)為，響應(yīng)時(shí)間已經(jīng)到了終極，而事實(shí)并非如此。雖然液晶顯示器響應(yīng)時(shí)間從早期上百ms縮短到了4ms，但與CRT顯示器相比依然遜色不少。就目前來說，3D加速顯示卡每秒可以運(yùn)算出的畫面幀數(shù)都在200以上，要玩Quake3等游戲，更是需要300幀/s的刷新率才會(huì)非常流暢，4ms的響應(yīng)時(shí)間顯然是不夠的。而在即將到來的高清電視時(shí)代，短響應(yīng)時(shí)間仍然是液晶電視的賣點(diǎn)。

圖1 響應(yīng)時(shí)間由上升時(shí)間(Rise time)和下降時(shí)間(Fall time)兩部分構(gòu)成 　　響應(yīng)時(shí)間，這個(gè)看似簡單的問題為何遲遲不能一下子搞定，為什么會(huì)歷時(shí)多年仍緩慢前進(jìn)，是哪些因素阻礙了LCD響應(yīng)速度的提升？這還得從頭說起。
　　響應(yīng)時(shí)間的三種表述 　　響應(yīng)時(shí)間是描述顯示器亮度變化滯后于電場變化(施加或撤除)一個(gè)參數(shù)，業(yè)界對這個(gè)參數(shù)有三種表述法： 　　(1)黑白響應(yīng)時(shí)間，也稱作全程響應(yīng)時(shí)間，是上升時(shí)間tr(全黑到全白)與下降時(shí)間td(全白到全黑)之和； 　　(2)ISO響應(yīng)時(shí)間，既國際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布的ISO13406-2； 　　(3)灰階響應(yīng)時(shí)間(GTG，gray to gray)，由于畫面變化是由灰階到灰階的轉(zhuǎn)換，因此這時(shí)的LCD響應(yīng)時(shí)間則應(yīng)該被稱為從灰階到灰階的響應(yīng)時(shí)間，表示液晶單元從一個(gè)角度轉(zhuǎn)到另一角度所需時(shí)間，而非全開/全閉這種極端狀態(tài)。 　　用不同標(biāo)準(zhǔn)去衡量同一臺(tái)顯示器，會(huì)得出不同的結(jié)果。例如，對于圖2所示的常黑型顯示面板，按照“全黑到全白”的計(jì)算方法，上升時(shí)間應(yīng)該是40ms，而按照ISO標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算亮度從10％上升到90％時(shí)的響應(yīng)時(shí)間，上升時(shí)間就只有28.5-12=16.5ms。

圖2 ISO定義的響應(yīng)時(shí)間 　　響應(yīng)時(shí)間與刷新率之間既有聯(lián)系，又有區(qū)別。應(yīng)該說，任何響應(yīng)時(shí)間的顯示器，都可以相同的刷新率工作，只是響應(yīng)時(shí)間低于要求的數(shù)值時(shí)，會(huì)產(chǎn)生拖尾。因此，與刷新率所對應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間數(shù)值，只是對響應(yīng)時(shí)間的最低要求。譬如，當(dāng)刷新率為60Hz時(shí)，對應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間為1/60≈0.017s(17ms)。 　　應(yīng)該指出的是：(1)刷新率所要求的響應(yīng)時(shí)間數(shù)值，應(yīng)是全程響應(yīng)時(shí)間，而不是上升時(shí)間tr或下降時(shí)間td。(2)從數(shù)值上看，某些顯示器給出響應(yīng)時(shí)間可能已經(jīng)符合刷新率的要求，但還是出現(xiàn)了拖尾現(xiàn)象，這是灰階響應(yīng)時(shí)間較長的緣故。正因?yàn)槿绱?，即使?ms的液晶顯示器，也仍然存在響應(yīng)時(shí)間的問題。 　　生性笨拙的顯示介質(zhì)
　　液晶作為彈性連續(xù)體，具有可沿展性、可扭曲性和可彎曲性。液晶顯示主要利用了液晶分子能夠扭曲的特性，以及扭曲液晶的旋光性，入射光的偏振面沿液晶的扭曲螺旋軸旋轉(zhuǎn)，液晶旋轉(zhuǎn)角度就決定了液晶盒的透光量，從而決定了該像素的亮度高低。
　　液晶材料可以分成高分子液晶與低分子液晶兩種，想要提高液晶顯示器的響應(yīng)速度，就要選擇分子量較小的液晶。這好比跳水運(yùn)動(dòng)員，小巧的身體能使動(dòng)作更敏捷，能夠更靈活地完成空中轉(zhuǎn)體等高難度動(dòng)作。
　　液晶是一種有機(jī)分子，由于其分子結(jié)構(gòu)具有對稱性，使得分子集合體在沒有外界干擾的情況下形成分子相互平行排列，以使系統(tǒng)自由能最小。液晶按結(jié)構(gòu)的不同可分為三類：向列相、膽甾相和近晶相，目前用于顯示器件中的通常為向列相液晶和膽甾相液晶。向列相液晶的排列方式是分子重心無平移周期性，具有分子取向有序性。膽甾相實(shí)際是向列相的特殊形式，分子重心無平移周期性，具有分子取向有序性。
　　無論向列相，還是膽甾相液晶，均存在響應(yīng)速度慢的問題，其中轉(zhuǎn)矩大小和粘性高低是影響LCD動(dòng)態(tài)性能的兩個(gè)內(nèi)在因素。雖然在實(shí)際應(yīng)用上，通常選擇的都是低分子液晶，其分子長2～3納米，直徑約0.5納米，但利用這種分子級別的材料制成的顯示器，其響應(yīng)速度只能達(dá)到ms級，而CRT、OLED等屬于電子級別工作原理，響應(yīng)速度一般都可達(dá)到μs級別，PDP為原子級，速度稍慢，也不存在響應(yīng)時(shí)間問題。
　　首選TN型，只因扭曲角度小
　　向列相液晶沿分子的長軸方向運(yùn)動(dòng)自如，粘滯系數(shù)只是水的粘滯系數(shù)的數(shù)倍。未加電壓時(shí)，液晶扭曲的角度由液晶盒兩端相互平行的配向膜上的溝槽方向決定，TN(Twisted Nematic，扭曲向列)型液晶盒中兩個(gè)配向模呈正交(兩個(gè)面在空間垂直但不相交)分布，液晶分子相應(yīng)地扭曲了90°。一旦有電壓施加于液晶盒兩端，線狀液晶的扭曲度會(huì)依電場的強(qiáng)弱在0°～90°之間變化，這就是液晶的“扭轉(zhuǎn)式場效應(yīng)”。當(dāng)電場強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，液晶的扭曲度變?yōu)?°，此時(shí)扭曲的線被完全拉直，因?yàn)橥该麟姌O外面兩片正交偏光板的作用，所以幾乎不透光。

　　STN(Super Twisted Nematic，超扭曲向列)LCD與TN型LCD主要差別在于，TN型LCD的液晶分子排列由上到下旋轉(zhuǎn)的角度總共為90°，而STN型LCD的液晶分子排列，其旋轉(zhuǎn)的角度會(huì)大于180°～270°。在扭曲向列顯示器件中，除了TN和STN這兩種主要的類型，還有扭曲角在100°～120°之間的HTN(High Twist Nematic)，以及扭曲角為70°的LTN(Low Twist Nematic)等，他們的制作工藝基本相同，只是配向膜的角度有所不同而已。

　　TN與STN旋轉(zhuǎn)角度的差異，造成特性上的差別，具體表現(xiàn)在：TN型液晶扭曲角度小，圖像對比度較低，響應(yīng)時(shí)間較短(50ms以下)，而STN型LCD因?yàn)橐壕Х肿优で嵌却?，圖像質(zhì)量明顯提高，但響應(yīng)時(shí)間較長(100ms以上)。

　　常言道，有得必有失。TN與STN之間各有短長，選擇時(shí)就只有“擇其善而從之”了。筆記本電腦史上，一個(gè)時(shí)期內(nèi)曾大量使用STN型液晶顯示器，不過后來TN型顯示器的圖像質(zhì)量問題通過使用更好的液晶材料解決了，所以STN被TFT-TN所取得，STN以及它的變種DSTN、CSTN液晶面板目前仍在手機(jī)和PDA這些不太強(qiáng)調(diào)速度的設(shè)備中占有一席之地。

　　向列相液晶
　　“向列相液晶”的介電常數(shù)具有各向異性的特點(diǎn)，這使得用電場來控制光學(xué)性能成為可能，而且其粘滯系數(shù)小，流動(dòng)性好，因而成為液晶顯示器常用的材料，TN型、STN型及TFT顯示器所用的液晶材料均屬向列相液晶。

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