液晶（Liquid Crystal）是一种介于固态和液态之间的物质，是具有规则性分子排列的有机化合物。液晶按照分子结构排列的不同分为三种：类似黏土状的Smectic液晶、类似细火柴棒的Nematic液晶、类似胆固醇状的Cholestic液晶。用于液晶显示器的是第二类的Nematic液晶，采用此类液晶制造的液晶显示器被称为LCD（Liquid Crystal Display）。
一、LCD的基本结构及工作原理
LCD器件的结构如图1所示。
图1 LCD的基本结构
由于液晶的四壁效应，在定向膜的作用下，液晶分子在正、背玻璃电极上呈水平排列，但排列方向互为正交，而玻璃间的分子呈连续扭转过渡，这样的构造能使液晶对光产生旋光作用，使光的偏振方向旋转90°。
图2显示了液晶显示器的工作过程。
图2 液晶显示工作原理
当外部光线通过上偏振片后形成偏振光，其偏振方向成垂直方向。这种偏振光通过液晶材料之后，被旋转90。，使偏振方向成水平方向，此方向与下偏振片的偏振方向正好一致，因此此光线能完全穿过下偏振片而到达反射板，经反射后能沿原路返回，从而呈现出透明状态。如果在液晶盒的上、下电极加上一定的电压，则电极部分的液晶分子转成垂直排列，从而失去旋光性。因此，从上偏振片入射的偏振光不被旋转，这种偏振光到达下偏振片时，其偏振方向与下偏振片的偏振方向垂直，从而被下偏振片吸收，而无法到达反射板形成反射，所以呈现出黑色。由此，我们可根据需要将电极做成各种文字、数字或点阵，就可获得所需的各种显示。
LCD是基于液晶电光效应的显示器件，它包括段显示方式的字符段显示器件，矩阵显示方式的字符、图形、图像显示器件，矩阵显示方式的大屏幕液晶投影电视液晶屏等。液晶显示器的原理是利用液晶的物理特性，在通电时导通，使液晶排列变得有秩序，从而使光线容易通过；不通电时，排列则变得混乱，而阻止光线通过。LCD就是利用此原理来制成的。
二、液晶显示器的类型及比较
（1）液晶显示器的分类。
①按使用范围分为两种。
•笔记本电脑液晶显示器（NotebookLCD），是目前我国最为常见的液晶显示器产品，它与笔记本电脑的其他部分连为一体，以其轻便和小巧给使用者带来了方便。
•桌面计算机液晶显示器（DesktopLCD），是CRT传统显示器的替代产品。
②按物理结构分为四种。
•扭曲向列型（TwistedNematic，TN）；
•超扭曲向列型（SuperTN，STN）；
•双层超扭曲向列型（DualScanTortuosityNomograph，DSTN）；
•薄膜晶体管型（ThinFilmTransistor，TFT）。
前三种类型在名称上只有细微的差别，说明它们的显示原理具有许多共性，不同之处是液晶分子的扭曲角度各异。其中，DSTN可以算是这三种的“杰出”代表，由这种液晶体所构成的液晶显示器对比度和亮度仍比较差、可视角度较小、色彩也欠丰富，而它的结构简单、价格低廉，因此还占有着一定的市场。第四种TFT是现在最为常用的类型。
（2）几种液晶显示器的比较。TN、STN、TFT三种类型液晶显示器的比较如表1所示。
TFT是指液晶显示器上的每个液晶像素点都由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。TFT液晶显示器具有屏幕反应速度快、对比度好、亮度高、可视角度大、色彩丰富等特点，比其他三种类型更具优势。同时还克服了DSTN液晶显示器固有的一些缺点，确实可以算是当前液晶显示器的主流设备。因此，目前已广泛应用于监视器、笔记本电脑、可视门铃、汽车VCD、可视电话、数码相机、安全监控等产品中。
新型的TFT液晶显示器与TN型的结构基本上相同，同样采用两夹层间填充液晶分子的设计，只不过把TN上部夹层的电极改为FET晶体管，而下层改为共同电极。但两者的工作原理还是有一定的差别的。在光源设计上，TFT的显示采用“背透式”照射方式，即假想的光源路径不是像TN液晶那样从上至下，而是从下向上，即在液晶的背部设置类似日光灯的光管。光源照射时先通过下偏光板向上透出，并借助液晶分子来传导光线，由于上下夹层的
电极改成FET电极和共同电极，在FET电极导通时，液晶分子的表现如TN液晶的排列状态一样会发生改变，它也是通过遮光和透光来达到显示的目的的。其不同的是，因FET晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到FET电极下一次再加电时才改变其排列方式。而TN就没有这个特性，液晶分子一但没有施压，就立即返回原始状态。这就是TFT液晶和TN液晶显示的最大不同之处，也是TFT液晶的优越之处。
三、大尺寸TFT液晶显示屏
大尺寸TFT LCD显示屏的每个像素都是由红、绿、蓝三个基本光点组成的，这与CRT显示器荧光屏涂红、绿、蓝荧光粉的原理是一样的。每个颜色光点由若干比特的数字信号控制，其比特数的多少与屏的分辨率有关。数字信号控制的是每色点的发光强度，红、绿、蓝就组成不同的色彩。对于一个800x600的屏就有480000个像素。一个800x600分辨率的液晶屏的结构，如图3所示。
图3 800x600液晶屏的结构
大尺寸液晶显示屏是由屏、矩阵电路和背光源组成的，一般矩阵电路是围在屏的四周，但也有电路在屏的背后，这种屏就不适宜去掉背光源用于投影。屏的后面是散射膜，再后面是反射膜，在散射膜与反射膜之间的上部，是细长的冷阴极荧光管。反射膜的作用是增加光效率，散射膜的作用是使光能均匀透过，使正面观看时整个液晶屏亮度均匀。15英寸以上的屏用到2根、4根，甚至6根冷阴极荧光管（目前，新的液晶显示器的背光源已改为白光LED灯）。
如果将液晶屏用于投影，则要将背光源拆掉，并且屏的结构还要合适才行。一般，日立的所有屏结构都适宜做投影，而东芝、夏普、三星、爱普生的屏有的行，有的不行。
液晶屏的显示也同传统的CRT一样是一行一行和一场一场地扫描的，但它是逐行扫描。液晶屏靠有源矩阵电路来选通一个个像素，所以除了行同步信号和场同步信号外，还需要一个像素时钟，把每个像素所需要的数字色彩信息施加上。
液晶屏控制驱动电路就是将模拟的图像信号数字化，选通屏上的对应像素，用数字信号控制像素的亮度和色彩，显示完整和连续的图像。一个液晶屏的像素数是由其物理结构决定的，是固定不变的，这也就决定了液晶屏的最大分辨率。如一个分辨率为800x600的屏，可以显示640x480的图像，但不能满屏显示，如果要显示1024x768的图像，则只能显示一部分，所以一个液晶屏的最大分辨率也是其最佳分辨率。控制电路的一个重要作用就是对输入的图像信号进行识别，如果不符合液晶屏最佳分辨率的，就要进行再加工，使图像能在最佳分辨率下完整显示。液晶屏控制驱动电路都有微处理器进行控制。图4所示为液晶屏控制驱动电路内部结构图。
图4 液晶屏控制驱动电路
液晶屏显示发光靠屏后的一根或两根冷阴极荧光管作为光源，通过散射膜使光均匀照射在屏的背后。冷阴极荧光管需要背光电源点亮，背光电源实际上就是一个小型逆变器，它产生荧光管所需要1000V左右、30~60kHz的高压脉冲。
三星公司推出了两款大型LCD显示器：第一款显示器Sync Master 403 TN是一款40英寸LCD监视器，其显示分辨率为1280x768，水平和垂直视角分别为170°，亮度500cd/m2，对比度600:1，具有以太网连接，安装了三星的MagicNet软件，该软件允许用户同时控制多台显示器，并由一台计算机向多部显示器提供信号；第二款显示器SyncMaster460P是三星面向商用推出的最大显示器，规格为46英寸，其分辨率1366x768，对比度800：1，亮度500cd/m2，响应时间8mso这两款显示器提供多种接口，包括复合视频、S视频、HDTV组合视频，以及PC的RGB模拟和数字接口等。
此外，还可用LCD液晶拼接大屏幕墙，这种“数字液晶拼接墙”由多个专业液晶屏作为显示单元，以矩阵排列（如2x2、3x3、4x4及更大的自由无限拼接）组成的一个大屏幕显示屏；每个子屏幕显示大图像的一部分，共同显示一个大的图像，也可分屏显示不同图像。
大屏幕显示墙由三大部分组成，即拼接显示墙、多屏拼接处理器和信号源。其中多屏拼接处理器是关键技术的核心，支持不同像素的图像在大屏显示墙上显示，以及在大屏显示墙上任意开窗口、窗口放大缩小、跨屏漫游显示。
液晶拼接显示屏，除了拼接数量任意选择外，屏幕组合方式亦有多种选择，可满足不同使用场所的需要。大屏幕拼接画面宏大、视觉冲击强烈，具有很好的展示、演示、广告、宣传的效果。并且安装简便、不受空间限制，广泛应用于视频监控、电信、公共事业、过程处理、交通控制，以及国防、舞台娱乐、电视演播厅、股票证券、大型会展、商场、银行、办公大厅、公司迎客屏、专卖店、调度指挥等。
四、液晶显示器的优缺点
（1）相对CRT显示器来说，液晶显示器具有以下的优点。
•工作电压低、功耗小；
•没有丝毫辐射、对人体健康无损害；
•完全平面、又薄又轻，LCD同尺寸比纯平CRT可视面积大；
•显示字苻锐利、画面稳定无闪烁、环保护眼；
•精确还原图像，无失真，屏幕边沿图像清晰度与屏幕中心相同；
•屏幕调节方便；
•抗干扰能力比CRT强；
•寿命长，至少可达5万小时以上；
•可达到高清晰度电视200万像素的显示格式。
（2）LCD的缺点如下。
•需靠背光源发光、亮度和对比度低；
•可视角度小、最多达140°；
•对输入信号响应速度偏慢、一般在40ms左右；
•大部分低价LCD采用模拟接口、数字接口尚未形成统一标准：
•与CRT相比价格偏高；
•出现坏点无法维修。
随着科学技术的不断发展与提高，现在最新的TFT-LCD显示器，在克服这些缺点方面己有了相当的进步。当前，LCD已经成为平板显示领域的主导技术，其产品从直视的超小型头盔显示（Head Mount）到40英寸的高清晰度（HDTV）LCD显示。目前，LCD显示已基本取代CRT而得到更广泛的应用。
由于液晶是一种自身不能发光的物质，需借助背光源才能工作，这一物理特性是无法改变的，因此液晶技术的“进化”自然需要从背光系统下手。液晶技术的背光系统主要经历了冷阴极荧光灯管（Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL）和白色发光二极管（White Light Emitting Diode.WLED）两个阶段，目前量子点发光二极管（Quantum DotsLight Emitting Diode，QD-LED或QLED）背光极有可能是继CCFL背光和WLED背光之后，液晶发展史上的最后一次革命。因此有人称，量子点QLED技术，将会把液晶技术进化至“完美的终极形态”，详情可参见后面介绍QLED的文章。
