圖1 液晶分子的排列結構

 

液晶就是介于液體與固體之間的一種混合體物質，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行排列；當電場力消失的時候，液晶分子極化帶電的現象并不會立即消失（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，這種現象就是所謂的液晶向列扭曲，圖1是液晶分子的排列結構。

所謂液晶分子極化帶電，實際上就是電介質帶電，因為液晶也屬于電介質。液晶顯示器中的每個像素點都相當于一個電容，當液晶顯示器工作時，就相當于驅動電路輸出電壓對電容器進行充電，此時液晶分子就相當于電容器中的電介質。

圖2是液晶點陣（像素點）的工作原理圖，在沒有驅動信號的情況下，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度來工作的。

圖2 液晶點陣的工作原理

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具有更高路數的驅動能力和優異的電光性能。[page]FSTN與STN的區別，是FSTN在STN的基礎上加上一層補償膜，可以補償掉STN的干涉顏色，實現真正的黑白顯示。根據補償膜角度的不同，可以分為正極性（白底黑字）和負極性（黑底白字）圖像顯示。全息FSTN是在FSTN基礎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。

DSTN在本質上與STN沒有很大區別，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，同時進行掃描，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行極化充電，因此這種液晶顯示器的時間響應特性比較好，動態亮度比較高，因此，用TFT-LCD顯示活動圖像時，不會出現圖像拖尾現象，圖像輪廓比較清晰。

圖3 TFT-LCD液晶顯示器的工作原理

LCD從字符顯示器發展到圖像顯示器，已經有30多年的歷史，它的技術一直在進步，技術性能也一直在提高，原來很多致命缺點現在已經基本被克服，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也存在很嚴重的缺點，就是背光燈損耗能量比較大，因為液晶本身不發光，而液晶的透光率比較低，背光系統的光損耗也很大，真正用于圖像顯示的光強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亮的時候需要很高的電壓（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），需要單獨配一個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%，因為諧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廠都準備把CCFL背光燈改換成LED發光二極管。由于發光二極管可以直接用直流來供電，直流穩壓電源的工作效率一般都很高，可達90%以上，再加上LED燈背光系統比CCFL燈的背光系統簡單很多，光學損耗也比較小，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穩坐第一把交椅。TFT-LCD的性能價格比大幅提高的主要原因，是因為十幾年前LCD顯示屏的生產技術突然由日本轉移到臺灣人手中，特別是2000年以后，大陸突然放松對進口電子產品的限制，大陸對LCD顯示屏需求的大幅增加，同時也刺激了臺灣LCD產業鏈的快速建立和生產效率的膨脹，LCD的生產規模，幾年來一直沿著每年新增一代生產線的直線速度增長，目前臺灣的七家LCD顯示屏生產企業（友達光電、奇美電子、中華映管、廣輝電子、元太科技、聯友光電、康寧）的產量已經占去世界的半邊江山。