圖1 液晶分子的排列結(jié)構(gòu)

 

液晶就是介于液體與固體之間的一種混合體物質(zhì)，在沒有電場力的情況下，液晶分子的排列一般是雜亂無章的；在電場力的作用下，液晶分子就會被極化帶電，極化帶電的液晶分子就會按電力線的方向有序地進(jìn)行排列；當(dāng)電場力消失的時(shí)候，液晶分子極化帶電的現(xiàn)象并不會立即消失（與駐極體相似），因此，液晶分子還是按一定的方向排列，只不過是沒有在電場力的情況下排列得那么整齊，這種現(xiàn)象就是所謂的液晶向列扭曲，圖1是液晶分子的排列結(jié)構(gòu)。

所謂液晶分子極化帶電，實(shí)際上就是電介質(zhì)帶電，因?yàn)橐壕б矊儆陔娊橘|(zhì)。液晶顯示器中的每個(gè)像素點(diǎn)都相當(dāng)于一個(gè)電容，當(dāng)液晶顯示器工作時(shí)，就相當(dāng)于驅(qū)動電路輸出電壓對電容器進(jìn)行充電，此時(shí)液晶分子就相當(dāng)于電容器中的電介質(zhì)。

圖2是液晶點(diǎn)陣（像素點(diǎn)）的工作原理圖，在沒有驅(qū)動信號的情況下，液晶分子按一定扭曲角排列，因此，光線很難通過液晶；在驅(qū)動信號的作用下，液晶分子就會被極化帶電，極化帶電的液晶分子就會按電力線的方向有序地進(jìn)行排列，即扭曲角將會變小，這樣光線就很容易通過。液晶顯示器就是通過控制液晶分子的扭曲角大小，從而控制光的穿透強(qiáng)度來工作的。

圖2 液晶點(diǎn)陣的工作原理

由此可知，液晶分子的扭曲角越大，液晶顯示器的控制特性就越好。TN和STN的主要區(qū)別是液晶分子的扭曲角大小不同，TN的扭曲角為90°，STN的扭曲角為90°~270°。因此，STN比TN具有更高路數(shù)的驅(qū)動能力和優(yōu)異的電光性能。[page]FSTN與STN的區(qū)別，是FSTN在STN的基礎(chǔ)上加上一層補(bǔ)償膜，可以補(bǔ)償?shù)鬝TN的干涉顏色，實(shí)現(xiàn)真正的黑白顯示。根據(jù)補(bǔ)償膜角度的不同，可以分為正極性（白底黑字）和負(fù)極性（黑底白字）圖像顯示。全息FSTN是在FSTN基礎(chǔ)上再加上一層全息膜使顯示效果更加悅目漂亮，并且具有更高的電光參數(shù)。

DSTN在本質(zhì)上與STN沒有很大區(qū)別，只是顯示器的掃描方式不同，DSTN顯示器把圖像分成上下兩部份，同時(shí)進(jìn)行掃描，使圖像掃描的刷新率提高，從而增加液晶顯示器的平均亮度。

TFT-LCD的主要特征是把晶體管（驅(qū)動放大電路）直接安裝在玻璃基板上，因此，把它稱為薄膜晶體管型(Thin Film Transistor)液晶顯示器，如圖3所示。由于晶體管放大器瞬間可以提供比較的電流給液晶分子進(jìn)行極化充電，因此這種液晶顯示器的時(shí)間響應(yīng)特性比較好，動態(tài)亮度比較高，因此，用TFT-LCD顯示活動圖像時(shí)，不會出現(xiàn)圖像拖尾現(xiàn)象，圖像輪廓比較清晰。

圖3 TFT-LCD液晶顯示器的工作原理

LCD從字符顯示器發(fā)展到圖像顯示器，已經(jīng)有30多年的歷史，它的技術(shù)一直在進(jìn)步，技術(shù)性能也一直在提高，原來很多致命缺點(diǎn)現(xiàn)在已經(jīng)基本被克服，圖4就是各種矩陣液晶顯示器性能的比較。從圖4中可以看出，TFT-LCD是目前各種液晶顯示器中性能最好的。但TFT-LCD也存在很嚴(yán)重的缺點(diǎn)，就是背光燈損耗能量比較大，因?yàn)橐壕П旧聿话l(fā)光，而液晶的透光率比較低，背光系統(tǒng)的光損耗也很大，真正用于圖像顯示的光強(qiáng)度一般只有背光源的5%左右。

另外，目前大部份液晶顯示器都是采用冷陰極熒光燈（CCFL）做光源，這種冷陰極熒光燈開始點(diǎn)亮的時(shí)候需要很高的電壓（2000～5000V），而正常工作電壓大約只有一兩百伏（與顯示器的尺寸有關(guān)），需要單獨(dú)配一個(gè)交流逆變電源對它供電，這種交流逆變電源的工作效率一般比較低，大約只有70%，因?yàn)橹C振式電源變壓器的漏感很大。

圖4 各種矩陣液晶顯示器性能比較
 

為了降低能耗，目前很多液晶電視生產(chǎn)廠都準(zhǔn)備把CCFL背光燈改換成LED發(fā)光二極管。由于發(fā)光二極管可以直接用直流來供電，直流穩(wěn)壓電源的工作效率一般都很高，可達(dá)90%以上，再加上LED燈背光系統(tǒng)比CCFL燈的背光系統(tǒng)簡單很多，光學(xué)損耗也比較小，所以，采用LED做液晶顯示器背光燈要比CCFL背光燈節(jié)省電30%以上，但LED背光燈的成本要CCFL背光燈高很多。

最近幾年，由于TFT-LCD的性能價(jià)格比大幅提高，使它在大屏幕電視顯示器中的地位急激上升，目前，TFT-LCD在大屏幕電視顯示器中已經(jīng)穩(wěn)坐第一把交椅。TFT-LCD的性能價(jià)格比大幅提高的主要原因，是因?yàn)槭畮啄昵癓CD顯示屏的生產(chǎn)技術(shù)突然由日本轉(zhuǎn)移到臺灣人手中，特別是2000年以后，大陸突然放松對進(jìn)口電子產(chǎn)品的限制，大陸對LCD顯示屏需求的大幅增加，同時(shí)也刺激了臺灣LCD產(chǎn)業(yè)鏈的快速建立和生產(chǎn)效率的膨脹，LCD的生產(chǎn)規(guī)模，幾年來一直沿著每年新增一代生產(chǎn)線的直線速度增長，目前臺灣的七家LCD顯示屏生產(chǎn)企業(yè)（友達(dá)光電、奇美電子、中華映管、廣輝電子、元太科技、聯(lián)友光電、康寧）的產(chǎn)量已經(jīng)占去世界的半邊江山。