图1 液晶分子的排列结构

 

液晶就是介于液体与固体之间的一种混合体物质，在没有电场力的情况下，液晶分子的排列一般是杂乱无章的；在电场力的作用下，液晶分子就会被极化带电，极化带电的液晶分子就会按电力线的方向有序地进行排列；当电场力消失的时候，液晶分子极化带电的现象并不会立即消失（与驻极体相似），因此，液晶分子还是按一定的方向排列，只不过是没有在电场力的情况下排列得那么整齐，这种现象就是所谓的液晶向列扭曲，图1是液晶分子的排列结构。

所谓液晶分子极化带电，实际上就是电介质带电，因为液晶也属于电介质。液晶显示器中的每个像素点都相当于一个电容，当液晶显示器工作时，就相当于驱动电路输出电压对电容器进行充电，此时液晶分子就相当于电容器中的电介质。

图2是液晶点阵（像素点）的工作原理图，在没有驱动信号的情况下，液晶分子按一定扭曲角排列，因此，光线很难通过液晶；在驱动信号的作用下，液晶分子就会被极化带电，极化带电的液晶分子就会按电力线的方向有序地进行排列，即扭曲角将会变小，这样光线就很容易通过。液晶显示器就是通过控制液晶分子的扭曲角大小，从而控制光的穿透强度来工作的。

图2 液晶点阵的工作原理

由此可知，液晶分子的扭曲角越大，液晶显示器的控制特性就越好。TN和STN的主要区别是液晶分子的扭曲角大小不同，TN的扭曲角为90°，STN的扭曲角为90°~270°。因此，STN比TN具有更高路数的驱动能力和优异的电光性能。[page]FSTN与STN的区别，是FSTN在STN的基础上加上一层补偿膜，可以补偿掉STN的干涉颜色，实现真正的黑白显示。根据补偿膜角度的不同，可以分为正极性（白底黑字）和负极性（黑底白字）图像显示。全息FSTN是在FSTN基础上再加上一层全息膜使显示效果更加悦目漂亮，并且具有更高的电光参数。

DSTN在本质上与STN没有很大区别，只是显示器的扫描方式不同，DSTN显示器把图像分成上下两部份，同时进行扫描，使图像扫描的刷新率提高，从而增加液晶显示器的平均亮度。

TFT-LCD的主要特征是把晶体管（驱动放大电路）直接安装在玻璃基板上，因此，把它称为薄膜晶体管型(Thin Film Transistor)液晶显示器，如图3所示。由于晶体管放大器瞬间可以提供比较的电流给液晶分子进行极化充电，因此这种液晶显示器的时间响应特性比较好，动态亮度比较高，因此，用TFT-LCD显示活动图像时，不会出现图像拖尾现象，图像轮廓比较清晰。

图3 TFT-LCD液晶显示器的工作原理

LCD从字符显示器发展到图像显示器，已经有30多年的历史，它的技术一直在进步，技术性能也一直在提高，原来很多致命缺点现在已经基本被克服，图4就是各种矩阵液晶显示器性能的比较。从图4中可以看出，TFT-LCD是目前各种液晶显示器中性能最好的。但TFT-LCD也存在很严重的缺点，就是背光灯损耗能量比较大，因为液晶本身不发光，而液晶的透光率比较低，背光系统的光损耗也很大，真正用于图像显示的光强度一般只有背光源的5%左右。

另外，目前大部份液晶显示器都是采用冷阴极荧光灯（CCFL）做光源，这种冷阴极荧光灯开始点亮的时候需要很高的电压（2000～5000V），而正常工作电压大约只有一两百伏（与显示器的尺寸有关），需要单独配一个交流逆变电源对它供电，这种交流逆变电源的工作效率一般比较低，大约只有70%，因为谐振式电源变压器的漏感很大。

图4 各种矩阵液晶显示器性能比较
 

为了降低能耗，目前很多液晶电视生产厂都准备把CCFL背光灯改换成LED发光二极管。由于发光二极管可以直接用直流来供电，直流稳压电源的工作效率一般都很高，可达90%以上，再加上LED灯背光系统比CCFL灯的背光系统简单很多，光学损耗也比较小，所以，采用LED做液晶显示器背光灯要比CCFL背光灯节省电30%以上，但LED背光灯的成本要CCFL背光灯高很多。

最近几年，由于TFT-LCD的性能价格比大幅提高，使它在大屏幕电视显示器中的地位急激上升，目前，TFT-LCD在大屏幕电视显示器中已经稳坐第一把交椅。TFT-LCD的性能价格比大幅提高的主要原因，是因为十几年前LCD显示屏的生产技术突然由日本转移到台湾人手中，特别是2000年以后，大陆突然放松对进口电子产品的限制，大陆对LCD显示屏需求的大幅增加，同时也刺激了台湾LCD产业链的快速建立和生产效率的膨胀，LCD的生产规模，几年来一直沿着每年新增一代生产线的直线速度增长，目前台湾的七家LCD显示屏生产企业（友达光电、奇美电子、中华映管、广辉电子、元太科技、联友光电、康宁）的产量已经占去世界的半边江山。