液晶显示器的显像原理，是将液晶置于两片导电玻璃之间，靠两个电极间电场的驱动，引起液晶分子扭曲向列的电场效应，以控制光源透射或遮蔽功能，在电源关开之间产生明暗而将影像显示出来，若加上彩色滤光片，则可显示彩色影像。在两片玻璃基板上装有配向膜，所以液晶会沿着沟槽配向，由于玻璃基板配向膜沟槽偏离90度，所以液晶分子成为扭转型，当玻璃基板没有加入电场时，光线透过偏光板跟着液晶做90度扭转，通过下方偏光板，液晶面板显示白色；当玻璃基板加入电场时，液晶分子产生配列变化，光线通过液晶分子空隙维持原方向，被下方偏光板遮蔽，光线被吸收无法透出，液晶面板显示黑色。液晶显示器便是根据此电压有无，使面板达到显示效果。
图1 LCD 显像原理图
3、液晶显示器的分类
常见的液晶显示器按物理结构分为四种 (见表1)：
表1
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中文名 |
英文名 |
简称 |
属性 |
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扭曲项列型 |
Twisted Nematic |
TN |
无源矩阵LCD |
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超扭曲项列型 |
Super TN |
STN |
无源矩阵LCD |
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双层超扭曲项列型 |
Dual Scan Tortuosity
Nomograph |
DSTN |
无源矩阵LCD |
|
薄膜晶体管型 |
Thin Film Transistor |
TFT |
有源矩阵LCD |
从上面就可看出TN、STN、DSTN三种液晶都属于无源矩阵LCD，它们的原理基本相同，不同之处只是各个液晶分子的扭曲角度略有差异而已，其中DSTN（俗称“伪彩”）在早期的笔记本电脑显示器及掌上游戏机上广为应用，但由于其必须借用外界光源来显像所以其有很大的应用局限性。
TN型采用的是液晶显示器中最基本的显示技术，而之后其它种类的液晶显示器也是以TN型为基础来进行改良。TN型的显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板的透明导电玻璃间，液晶分子会依附向膜的细沟槽方向，按序旋转排列。如果电场未形成，光线就会顺利的从偏光板射入，液晶分子将其行进方向旋转，然后从另一边射出。如果在两片导电玻璃通电之后，玻璃间就会造成电场，进而影响其间液晶分子的排列，使分子棒进行扭转，光线便无法穿透，进而遮住光源。这样得到光暗对比的现象，就叫做扭转式向列场效应，简称TNFE（twisted nematic field effect）。电子领域中所用的液晶显示器，几乎都是用扭转式向列场效应原理制成的。
STN型的显示原理与TN相类似。不同的是，TN扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转 90度，而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180~270度。
DSTN是通过双扫描方式来扫描扭曲向列型液晶显示屏，从而达到完成显示目的。DSTN是由超扭曲向列型显示器（STN）发展而来的。由于DSTN采用双扫描技术，因此显示效果相对STN来说，有大幅度提高。从液晶显示原理来看，STN的原理是通过电场改变原为180度以上扭曲的液晶分子的排列，达到改变旋光状态的目的。外加电场则通过逐行扫描的方式改变电场，因此在电场反复改变电压的过程中，每一点的恢复过程都较慢，这样就会产生余辉现象。用户能感觉到拖尾（余辉）现象，也就是一般俗称的“伪彩”。
与DSTN相比，TFT的主要特点是在每个像素配置一个半导体开关器件，其加工工艺类似于大规模集成电路。由于每个像素都可通过点脉冲直接控制，使得每个节点相对独立，并可以连续控制。这样不仅提高了反应时间，同时在灰度控制上也可以做到非常精确，这就是TFT色彩较DSTN更为逼真的原因。TFT-LCD是目前最好的LCD彩色显示设备之一，TFT-LCD具有屏幕反应速度快、对比度和亮度都较高、屏幕可视角度大、色彩丰富、分辨率高等特点，克服了两者的原有的许多缺点，是目前桌面型 LCD显示器和笔记本电脑LCD显示屏的主流显示设备。在色彩显示性能方面与CRT显示器相当，凡CRT显示器所能显示的各种信息都能同样显示，其显示效果已经接近CRT显示器。
图2 TFT液晶显示器的象素结构
TFT型的液晶显示器较为复杂，主要是由：萤光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等构成。首先，液晶显示器必须先利用背光源，也就是萤光灯管投射出光源，这些光源会先经过一个偏光板然后再经过液晶。这时液晶分子的排列方式就会改变穿透液晶的光线角度，然后这些光线还必须经过前方的彩色的滤光膜与另一块偏光板。因此我们只要改变刺激液晶的电压值就可以控制最后出现的光线强度与色彩，这样就能在液晶面板上变化出有不同色调的颜色组合了。
TFT-LCD的每个像素点都是由集成在自身上的TFT来控制的，它们是有源像素点。因此，不但反应时间可以极大地加快；对比度和亮度也大大提高了；同时分辨率也得到了空前的提升。因为它具有更高的对比度和更丰富的色彩，荧屏更新频率也更快，所以我们称之为“真彩”。
4 、应用于液晶显示器的新技术
由于液晶显示器与CRT显示器相比有众多的优点，因此最近十年它的发展十分迅速，大有取代CRT显示器而成为新一代霸主的趋势。目前应用在液晶显示器上的新技术主要有以下一些方面：
（1）采用TFT型Active素子进行驱动
为了创造更优质画面构造，新技术采用了用独有TFT型Active素子进行驱动。在每一个液晶像素上加装上了Active素子来进行点对点控制，使得显示屏幕与全统的CRT显示屏相比有天壤之别，这种控制模式在显示的精度上，会比以往的控制方式高得多。
（2）利用色滤光镜制作工艺创造色彩斑澜的画面
在色滤光镜本体还没被制作成型以前，就先把构成其主体的材料加以染色，之后再加以灌膜制造。与同其他普通的LCD显示屏相比，用这种类型的制造出来的LCD，无论在解析度，色彩特性还是使用的寿命来说，都有着非常优异的表现。从而使LCD能在高分辨率环境下创造色彩斑澜的画面。
（3）低反射液晶显示技术
目前很多LCD显示器即使分辨率再高，其反射技术没处理好，由此对实际工作中的应用都是不实用的。单凭一些纯粹的数据，其实是一种有偏差的去引导用户的行为。而新款的LCD显示器就采用的“低反射液晶显示屏幕”技术就是在液晶显示屏的最外层施以反射防止涂装技术 （AR coat），有了这一层涂料，液晶显示屏幕所发出的光泽感、液晶显示屏幕本身的透光率、液晶显示屏幕的分辨率、防止反射等这四个方面都但到了更好的改善。
（4）先进的“连续料界结晶矽”液晶显示方式
在一些LCD产品中，在观看动态影片的时候会出现画面的延迟现象，这是由于整个液晶显示屏幕的像素反应速度显得不足所造成的。为了提高像素反应速度，新技术的LCD采用目前最先进的Si TFT液晶显示方式，具有比旧式LCD屏快600倍的像素反应速度，效果真是不可同日而语。先进的“连续料界结晶矽”技术是利用特殊的制造方式，把原有的非结晶型透明矽电极，在以平常速率600倍的速度下进行移动，从而大大加快了液晶屏幕的像素反应速度，减少画面出现的延缓现象。
四、结束语
由于CRT显示器技术已经相当成熟，要想在技术上和显示效果上有所突破已经相当困难，在这种情况下， LCD显示器获得了极大的发展，随着LCD显示器（液晶显示器）技术的成熟以及LCD价格的下调，越来越多的消费者可以买得起LCD显示器，市场的巨大需求会进一步对动LCD显示器的发展，它必将成为新一代显示器的主流。
未来LCD显示器将朝着大屏幕、绿色、环保、健康方向迈进，并且LCD响应时间也将随着技术的发展朝着更快速的方向发展。人类享受更高品质的视频显示效果的时代即将到来。
参考文献
[1] 刘永智. 液晶显示技术. 电子科技大学出版社,2000
[2] 王学恩. 液晶显示应用手册. 电子工业出版社,2002
作者介绍：
邢 钧：国家数字电视用户端产品测试实验室工程师，信息产业部数字电视测量方法标准工作组成员。主要从事信源技术及测量方法的研究，参加起草多项国家标准的制订。
吴 昕：国家数字电视用户端产品测试实验室工程师，信息产业部数字电视测量方法标准工作组成员。主要从事信源、信道和显示技术及测量方法的研究，参加起草多项国家标准的制订。
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