液晶显示器为什么能用很少的排线去控制几百万的像素独立工作？
▎▾液晶显示器为什么能用很少的排线去控制几百万的像素独立工作？
如果你看了别人的解释更懵了，可以看看我这个通俗一点的解释。首先并不是你们想的那样分辨率为1920*1080的显示器＝2073600，就需要两百多万根排线！绝对不是，但是理论上需要至少1920＋1080＝3000根排线。可实际上却是少于3000根排线的，怎么做到的？往下看。
先说说以前的CRT大屁股电视，实际只有三束光（黑白的只有一束）在屏幕上来回的扫就能呈现各种图像，也就是说加上地线只需四根线连接三个通道基本足矣，但是这三个根排线里的电压却是在高速变化的，我们看到完整的画面实际上是因为视觉残留，如果没有视觉残留我们在静止的时间里看到的只是荧光屏上的一个像素点。而整个电视接收来的信息仅有一根信号线，一个高速不断变化的信号最终就成为了精彩的视频节目。
是不是还是有点懵？要想知道为什么液晶用很少的排线就能控制几百万像素工作之前先得引入“时间”这个概念，你认为的一瞬间，液晶的屏幕可以干太多的事了，人类要搞出一面墙需要一块砖一块砖的垒，垒完一行再垒下一行，垒出一面墙需要很久，但是电视却可以很快的显示一副画面。电视好比是一台高速的打印机，一行一行的打印图像，但是进入打印机的信号线却仅仅是一根USB线材。为什么一根信号线能做到这些？先从编程的角度来说说，生成图像的数据是无数个16进制的数字信号的方队组成的，最终这些数字信号通过转换器变成的是一个个模拟信号组成的庞大方队，每一个数字只为生成一个微弱的模拟电压，用以控制屏幕上一个像素的亮度，而这些还要额外加一个“快”字！快到无法想象！
干货来了，因为快，在我们的眨眼之间图像的数据就已经在很少的排线中被传输完成了，接着数据会在存储器，处理器和解码器中被解码和排序，这个处理和解码的过程类似一个排队功能，就像小学生去电影院，电影院的进口只有一个，但是小学生会在老师的指挥下逐渐一排一排的坐满影院里的座位，这个好理解吧！进去的小学生是一排，但座位上的小学生却是很多排，横排竖排组成方阵。处理器就是干这个活的组织委员，让他们能有序的对号入坐。而解码器负责按接收的数据计算和转换出模拟量，负责给每一个小学生发放一盏不同亮度和颜色的灯。这样就组成完整的图像了。但是液晶屏幕和CRT一样，并不是屏幕上所有的像素同时点亮的，而是实进行扫描的，所以还得说一个叫“矩阵”的玩意，通俗点说就是屏幕上的像素的排列方式，每一个像素即对应横排的一个电极，也对应竖排的一个电极，就好像地球的经纬度，说出经纬度就可以找到地球上面的位置，液晶屏也一样，点亮某一个点虽说是从几百万个像素往下数的，但并不是从1数到几百万，而是像地球仪经纬度那样，横排和竖排的第几根线形成回路就可以精确的点亮某个像素或者发光二极管。也就是说1920*1080像素并非从1数到2073600，而是这样数：第一排，：1-1920。第二排：1-1920。……第1080排：1-1920……于是电视机就可以这样工作：老师（处理器）手指第一排座位，小学生（数据信号）顺序往里走，发灯人（解码器）发灯，红的，绿的，篮的，白的，黄的，黑的……第一排坐满后老师让后面的学生进入第二排坐位，小学生拿好灯顺第二拍座位往里走，然后三排四排………………1080排。所以1920*1080需要老师数到1920个同学通知下一个同学换行，但只让同学坐满座位还不行，实际上使用1920加1080＝3000根信号线也太多了，还得想办法继续简化。根据CRT的原理我们可以进行扫描处理，这里再引入一个概念：“时钟”，有了这个时钟概念我们可以让同学们进行“击鼓传花”，时钟相当于鼓点，每敲一下鼓同学就把花传给下一位同学，也就是液晶电视点亮下一个像素，因为每个像素小同学已经拿到了各自颜色的灯，所以只需随着鼓点报数就可以依次点亮像素，像击鼓传花那样进行，所以也简化了很多排线，只需听到鼓点小同学就会自觉的把花往下传递，老师这边只要敲1920下鼓就可以让花传到下一行，这样就又少了很多排线。同理，老师每数到1920就在心里加1一直加到1080就数完了所有的学生，这样高速的运行再加上视觉残留，我们就看到了完整的画面。
实际上液晶电视要想完美的显示还需要有一些精密的算法，这些算法可以进一步减少排线和压缩视频信号的容量，比如从1数到1920需要1920根排线，就可以让这1920个同学每10个人抱成团，在每个时钟信号内想办法让小同学自动跳转10次，这样1920根排线就又省略到192＋10。说的再通俗一点，为了优化排线和算法还会另外想一些办法，已经不再是逐个像素的扫描，分区块的扫描可以进一步节省排线，就是我说的10个小朋友（像素）组成一个区块，然后再逐块进行扫描就可以省更多排线。可以这样演算，原本200多万个像素理论上需要200多万根排线，但是利用横纵矩阵就可以将1920X1080缩减成1920＋1080＝3000根排线，再来一次分解，192X10X1080分解成192＋10＋1080几百万像素的控制就可以简化到更少根排线上进行工作。（最后这个算法跟电子表原理差不多，你以为四个数字是同时显示的，实际上四个数字是按时段轮流显示的）当然，液晶电视的设计者会根据实际情况进一步优化电视线路的排列。
说到这里你们应该明白了把，只所以液晶显示器用很少的排线控制很多的像素主要的原因就是“液晶显示器并非所有像素都是同时工作的”，它们会像小学生一样，在处理器的安排下陆续工作，液晶屏幕上的排线在不同的时间里只点亮一个像素绰绰有余！只不过电的速度太快了，快到我们完全感觉不到小学生入坐的速度。最终就呈现出了视频画面。最后也感谢那些液晶的研发者们，感谢他们为世界带来美好！
▎↝液晶显示器为什么能用很少的排线去控制几百万的像素独立工作？
朋友们好，我是电子及工控技术，我来回答这个问题。说到显示器最初我是在上世纪90年代上学的时候接触到的，当时的显示器又笨又重，在显示器的后面都有一个摄像管，后来学到了电子专业课才明白这个摄像管名叫阴极射线显示器(CRT)，现在CRT型的显示器都已经淘汰了，就在前一段时间我们单位又处理了一批这种老式的电脑显示器。随着显示技术的进步，现在显示器都使用了液晶显示器（LCD）和等离子显示器（PDP）了，在有的大型公共场合都运用了超大屏幕的LED显示技术了。
说到显示器，顾名思义它就是将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射到人眼的一种显示工具。我认为要回答这个问题首先要从显示器色彩的显示工作原理来说起，下面我与朋友们一起谈谈这个问题。
液晶显示器控制排线输送的是什么信号
1、液晶显示器主要的接口类型
液晶显示器的任务主要是显示图像及电子文件等信息，现在电脑主机与显示器的接口常见的有VGA接口，它是视频图像适配器接口，这种接口一般是15针或者15孔的梯形接口；另一种是VDI接口，我们称它为视频数字接口；最后一种是HDMI接口，我们称它是高清晰度多媒体接口,这种接口是目前比较流行的一种，在一些笔记本电脑和触摸一体化机上都配备了这种接口，这些接口的外观图如下图所表示的那样。
2、VGA（视频图像适配器）接口的针脚定义
我们从以上接口的外观示意图中可以看到这些接口的引脚多少是有差别的，下面我们以使用最早，现在仍然广泛在液晶显示器上使用的VGA接口为例，来探寻一下每个引脚所代表的意义。从下图看VGA接口有15个针脚，在这些针脚中起到控制液晶显示器图像的针脚是前三个针脚，其分别是红基色控制信号线、绿基色控制信号线、蓝基色控制信号线，我们在中学物理关于光学知识中就了解到在大自然中，成千上万种颜色都是由红（R）、绿（G）和蓝（B）这三种基本颜色组合而成的。我们只要控制好这三种信号的配比关系送给液晶显示器，就很容易控制液晶显示器像素独立工作了。
除了红、绿、蓝三基色信号针脚外，这些信号是图像出现彩色的必要条件，要想使图像完整显示并且能够不间断连续显示，我们还需要有时钟信号、行扫描同步信号和场扫描同步信号以及背光灯的启动控制信号等，其接口针脚定义如下图所示。
其它的针脚就是接地保护屏蔽线和接地线等。这十多根线是由电脑主板处理过后送到液晶显示器里的，然后电路板再进一步处理。由液晶显示器电路处理后会有24组红、绿、蓝数字驱动信号，最后这些信号要送给液晶显示板组件。
与它们同步送去的还有时钟信号、行扫描同步信号和场扫描同步信号以及背光灯的启动控制信号，另外还有电源信号也要送到液晶显示板组件当中。这样就为液晶显示器显示各种颜色的图像提供了外部条件，其示意图如下图所示。
液晶显示器显示彩色的原因
1、液晶显示器显示彩色的原因
下面我们再看看当所有显示条件都完备的情况下，显示器是如何发出绚烂夺目的彩色。我们从液晶显示组件的结构可以看出，它是由背光板、滤色玻璃、配向膜、液晶分子、偏光板以及导光板和背光灯等多层组成的，其示意图如下图所示。
当液晶显示器加上电压之后，这时背光板上的背光灯发出的光线穿过第一层偏光板后，就进入了包含成千上万液晶液滴的液晶层。在液晶层中每一个单元格就构成了屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，这个电极可以分成行与列，在行与列的交叉点上，加上由VGA送过来的各种控制信号去改变它们的电压，我们通过电压的改变再改变液晶的旋光状态，从而就能将穿越其中的光的振动方向形成偏转，然后再通过TFT-R（红）G（绿）B（蓝）彩色滤光片，最后通过第二层偏光板在屏幕上就显示出各种各样的颜色了。这个电极的行与列分的格数越多其像素就越高，图像就越清晰。
我们要知道，当我们说液晶显示器的清晰度时一般都是采用分辨率来表示的，例如在1024×768这样的分辨率中，这个“1024”就表示了屏幕上水平方向显示的像素数，而“768”则表示垂直方向的像素数。很显然象素构成数值越大，图像也就越清晰了。我们就是通过以上两种方法来解决液晶显示器的像素问题和清晰度问题。
当然在液晶显示器显示图像方面还有其它要求，比如颜色的对比度、亮度的均匀性以及点距等参数。
2、等离子显示器显示彩色的原因
对于等离子显示器PDP，在它的每个单元里面都填充氖气这种惰性气体有时也用其它气体的混合物，例如氙气（Xe）和氦气（He)这两种惰性气体的混合物。透明电极使惰性气体电离产生紫外线，就可以让涂在阻隔壁上的荧光体所吸收并发光。如果在绿色像素单元上的透明电极加电压放电，就会发出绿色可见光透过前面的基板，其它没有加电的电极上就不会发生放电现象，像素也就不会发光了。
显示器种类及今后发展趋势
上面我们分析了LCD液晶显示器显示图像的工作过程，这种显示器自身可以做的很薄因此占地小，由于发光体是液晶微颗粒因此它的辐射比较小，所以现在使用液晶显示器的比较多。 当然现在还有其它的显示方式比如LED显示屏，它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，可以用来显示文字、图像、动画、行情、视频、等各种信息的显示屏幕，这种显示屏可以进行拼接，屏幕可以做的很大，一般在车站、广场等场合使用。
对于PDP等离子显示器是也是近年来的新一代显示设备。这种显示器可以具有很多优点，比如也可以做的很薄、超宽视角、无辐射等、可以挂在墙壁上作为电视使用，它也代表了未来显示器的发展趋势。另外还有电子纸EPD，它具有可卷性、高对比、180度视角、尺寸大小可自由截剪或拼合、节省电源（影像固定显示时不需用电）、耐磨、耐撞等优点，今后显示器可以发展成像画一样，可以粘贴在墙壁上。
总之，随着技术不断向前迈进，显示技术会越来越先进，会给我们的生活和工作带来很大的便利。以上就是我对这个问题的解答，希望能帮你解惑。欢迎朋友参与讨论，敬请关注电子及工控技术，答题不易，感谢点赞。
▎╀液晶显示器为什么能用很少的排线去控制几百万的像素独立工作？
（经评论区朋友提醒，为了简化模型，在这增加几个假设，只分析一般原理，不考虑三原色、灰度等因素）
我猜测一个可能的答案，大学微机原理中讲过一个内容：编码。
举个例子，假如不考虑供电线和时序线，如果有两根传输线，那么一共可以提供00、01、10、11，也就是2^2＝4种不同的信号，可以控制4个像素点。
因此，如果有21根传输线那么就能控制2^21＝2097150个独立像素点。对与1080P的显示器，其共有1080×1920＝2073600个像素点，因此，21根线刚好够用。
当然，上述都是基于我的猜测。
▎✒液晶显示器为什么能用很少的排线去控制几百万的像素独立工作？
（本文为电子技术类科普，欢迎爱好者交流探讨，传播科技知识。）
我们从数据传输，图像显示两大部分阐述。
图像显示首先介绍液晶(平板)显示器原理，这里我们先以计算器显示屏(黑白二元)为例，分点(像素)，行，面三阶段介绍原理。然后拓展到黑白灰度显示以及彩色显示。
无论是一个点、一行点、一面点，每个点至少都有一根控制线连接，且要与电源构成闭合回路。
1.基础（二元）显示
a.图像的基本单位是像素，我们把它简化为一点，用一只电灯表示，通电即亮断电即灭。
b.将多个灯排成一行，组成灯带，每个灯正极有独立的开关控制，所有灯负极共用一条导线。
所有的开关功能可集成于芯片中，根据程序逻辑运行，自动开关。常见的场景有装饰流水灯等。
c.将灯一行一行排列起来，构成一个平面显示屏，每行每列均有各自独立开关控制，如下面6x4灯矩阵。
如此一来，我们通过开合一个列开关和一个行开关就可以单独控制平面内每个灯的亮灭。
但是，这样同一时刻只能有一个点亮。如果行开关s9闭合，列开关按需求闭合，那么就是有零散的几个点会亮。
为了显示出一幅平面图像，我们称它为1帧，那么在1帧图像显示过程中，为了不冲突，每个行开关都需要轮流闭合，且每个行开关闭合期间，列开关也需要根据需求闭合，一行一行依次进行，这个过程称为“扫描”。当所有的行开关依次执行完依次开关动作后，一行一行的点拼合成为一张图像了，那么这1帧图像就显示完成了，继续进行下一帧的扫描。
至此，我们会想到，开关的闭合必然有亮灭的过程，会”闪烁“。实际上，一帧的扫描速度非常快，在1s内有24帧图像显示出来，我们人眼就会将它视为连续的，就没有闪烁感了，专业的仪器可以检测出来。这种最基本的屏幕，多用于计算器，只能显示黑色的点。
当然，这并不代表人眼没有感觉，大家都有长时间看手机amoled屏幕后，眼睛干涩，这其实就是闪烁造成的。
amoled屏幕中这一现象称为”频闪“，而且我们经常听到”DC调光“和”PWM调光“，后面内容将简单阐述。
2.黑白（灰度）显示
进一步的，一盏灯，1秒内开关开合50次，简单将其视为每秒50帧，这个速度已远大于人眼的24帧/秒了，人们的观感已经很好了。那么一帧时间持续0.02秒，如果在0.02秒内，开关始终闭合，那么这个灯在这0.02秒内所运行的功率为100%，如果开关只闭合了0.01秒，那么平均在这一帧里，0.02秒内所运行的功率为50%，在1秒内的平均功率也是50%，我们的观感上会觉得暗了不少。如此，经过调校，控制适当的每帧内开关闭合时间，就能达到控制亮度的效果了。在黑白显示器中，越亮就对应着越白，越暗就对应着越黑，一半的亮度就是灰色。现实中，这类显示屏不是很常用，不过可以拿黑白电子墨水屏的效果来示例，其中的基本原理一致，但仍然略有不同。
（图片来源于网络，侵删）
专业术语PWM：可简单理解为，在电子技术中，开关闭合时间控制在电路中表现为长短不一的方波：__|￣|_|￣￣￣|__|￣|__，程序会控制着方波中高电平的持续时间，即占空比。
3.彩色显示
色光三原色红R、绿G、蓝B，可按不同比例混合出各种颜色，彩色显示器的每个像素都有RGB三种点组成，每个RGB点可视为一个灯，被单独控制，其余原理与上节中的黑白灰度显示原理相同。
由此，彩色显示器的控制线是相同分辨率下黑白灰度显示器的至少3倍，以1080p全高清分辨率1920x1080为例。共有1080行，1920x3=5760列，那么至少需要1080+5760=6840条线与芯片相连。这里的连接线是在液晶面板与显示驱动电路之间的，有专业的名字”TAB“，它确实有很多条。它的损坏就会导致屏幕显示坏线条，这种问题出现后，屏幕一般就报废了。
回到问题，我们通常称的排线，一般为信号线，它一般比较少，少则两条，多则三十几条，且一般为线束。
信号传输说到信号，我们会想到手机信号，电视信号等。在古代有烽火狼烟，摔杯为号。其本质是指示方发信号，接收方接受到信号并解释为信息。现代电子产品中的信号传输同样遵循这个原理。我们从软件和硬件两方面阐述。
1.软件层面
我们类比人们的日常交流，我们从小学习说话、写字，使我们能够和本语种人交流。这其中，本语种的文字、语音、语法即是我们共同遵守的“协议”，而文字、语音就是信号传输的载体，它一般为某种“现象”，能够被人的眼睛、耳朵乃至触觉、味觉等感知到。
同样，在电脑、电视、手机等电子产品中，这些协议在大多的电子产品中共同遵守，一个人在电脑浏览器上编写文章，发布后，同样的内容可以在头条、微博、搜索引擎、电脑、手机、广告牌等上面显示。因为这些设备中都有软件APP等支撑。
（图片来源于网络，侵删）
2.硬件层面
刚出生的婴儿，除了吃、睡还有哭，什么都不会，甚至看不清东西。它需要漫长的时间通过学习来“安装”必要的软件，才能逐步具备正常的交流能力。
电子产品的核心是芯片，芯片可以机械性地进行运算、存储等功能。本节第一段最后使用”正常的“这个词是因为，即使是婴儿，他与生俱来的哭喊、吮吸奶头等动作，就已经可以为大人传递一些信息了。同样，芯片在设计制作中，同样会将着类电路集成到里面，使人们可以通过特定的仪器将软件写入，扩展芯片的功能。
3.通讯原理
课堂中，老师要学生们听写汉字，老师看着书本上的文字，大脑想到这个字的读音并通过嘴说出，声音传到同学们的耳朵中，同学们大脑中找到这个读音的字并通过手书写在纸上。
在图像显示中，图像通过软件硬件等按照协议进行编码，发送芯片将编码转化为高低不同的电压信号给连接电线，接受芯片读取电线中的电压信号并将其逆转化为编码，至此，对于显示器而言，显示器的像素控制芯片即可根据编码执行，如此不停，图像即显示出来。
4.数据传输
同样以日常生活为例，人的眼睛可以一眼看到一幅画，包括颜色、距离等，但人们说话只能一个字一个字的说。
显示过程中，发送端给接收端的信息如同一幅画面，信号线中的内容如同一幅画面，但由于像素对单个画面没有感觉，只能通过显示芯片一句一句被告知来工作。信号线的数量一般不会很多，因为它里面的刷新速度很高。根据第一章介绍，显示器上的图像并不是连续的，是一张一张甚至是一行一行离散的。信号同样是一段一段不连续的，信号会以比显示器行扫描更快的扫描速度来传播，以满足数据量的需求。实际中，这个速度是很快的，我们常听到的某CPU主频3.5GHz，它的速度是每秒35亿次，显示器刷新率60Hz，即每秒60次。其它功能芯片也一般有MHz的速度，即每秒百万次。当然，任务越多，需要的速度也就越高，就像CPU要负责所有的处理计算任务与控制任务，它的速度是所有芯片中最高的。
（图片来源于网络，侵删）
“至此，显示基础原理已介绍完毕。希望能用简洁通俗的语言为更多的爱好者了解，作为技术爱好者的作者也将继续努力，不定期编写一些电子、电气、机械、物理等文章，共同交流。”
（原创内容，转载请注明。 头条@HyperD）
▎⇄液晶显示器为什么能用很少的排线去控制几百万的像素独立工作？
液晶显示器内部有专门的驱动芯片控制图像的显示
液晶显示器的英文全称是Liquid Crystal Display，就是我们常说的LCD。手机、电脑、电视上用的LCD是TFT，是一种利用于薄膜晶体管(TFT)驱动的有源矩阵液晶显示器，TFT也是LCD（液晶显示器）的一种。其实液晶显示器除了液晶面板外，还内置了驱动芯片，我们只需要通过通讯接口把需要显示的图像数据传送给LCD驱动芯片，它就会控制液晶显示器工作。
液晶显示器(LCD)是什么？
液晶是一种可以像液体一样流动的结晶物质，平常它是无序排列的，显得混乱，当给液晶施加电场时，它的排列会变得有序。液晶显示器(LCD)需要由液晶、偏光片、取向膜等组成。
液晶显示器(LCD)为什么可以显示？
在没有通电的时候，液晶表现为无序排列状态，光线透过上方X方向的偏光片后，可以跟着液晶做90度的扭转，就可以穿过下面Y方向的偏光片，液晶显示器显示为白色。在给液晶施加电压后，液晶就会变得有序排列，光线透过上方X方向的偏光片，然后通过液晶，但最后被下方Y方向的偏光片遮挡，液晶显示器显示为黑色。其实液晶本身是不会发光的，我们需要在LCD的背面安装背光片，LCD没有通电时，背光可以穿透LCD，我们就看不到显示的内容了，当LCD通电后，背光被液晶阻挡，就会看到黑色的显示内容了。
液晶显示器(LCD)为什么可以显示彩色图案？
这种彩色的LCD就是我们平常所说的TFT了，复杂很多，需要加入滤光片，它的每个小点(像素)都由红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色组成。利用红(R)、绿(G)、蓝(B)不同的比例和亮度就可以混和出各种各样的颜色了。
图像和文字都是由点阵（像素）排列组成的，所以液晶显示器像素越高，显示的图案就越精细。液晶显示器需要通过LCD驱动芯片来控制。液晶显示器上的排线其实是液晶驱动芯片的通讯接口，常见的接口有RGB、I2C、SPI、8080。CPU只要通过通讯接口把需要显示的数据按定的指令和格式传送给LCD驱动芯片就可以了，LCD驱动芯片就会进行动态的扫描显示，这个动态扫描的频率就是我们平常所说的刷新率了。
所以，液晶显示器上几百万的像素并不是直接通过它的排线控制的。区区的几条或者是十几条的排线是无法控制几百万像素的独立工作的。LCD驱动芯片的引脚其实是非常多的，像素高的LCD还需要多个LCD驱动芯片进行协同驱动。
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