1888年，奥地利植物学家伦尼茨发现了液晶，这是一种奇怪的有机化合物，有两个熔点。当它的固体晶体加热到145时，熔化成液体，但混浊，而所有纯物质熔化时都是透明的。如果加热到175，它似乎又融化了，变成了清澈透明的液体。后来德国物理学家莱曼用自己设计的偏光显微镜观察到了这些脂质化合物，这是当时最新的一种带有加热装置的偏光显微镜。他发现这种白色浑浊的液体虽然在外观上属于液体，但却表现出各向异性晶体特有的双折射。于是莱曼将其命名为“结晶液体”，这也是“液晶”这个名字的由来。列宁泽和雷曼后来被称为液晶之父。自从液晶被发现以来，人们不知道它是用来做什么的。直到1968年，人们才把它作为电子工业的一种材料。
自1968年第一台液晶显示器诞生以来，LCD的技术发展经历了五个阶段：
第一阶段(1968-1972年)
1968年，美国RCA公司研制出动态散射液晶显示器，1972年制造出动态散射液晶手表。从此，液晶技术走向实用阶段。
第二阶段(1971-1984年)
1971年，瑞士发明家发明扭曲向列(TN)液晶显示器，日本厂商将其产业化。由于TN-LCD制造成本低，在20世纪七八十年代成为液晶产品的主流。
第三阶段(1985-1990年)
1985年以后，由于超扭曲(STN)液晶显示的发展和非晶硅薄膜晶体管液晶显示技术的发明，液晶显示技术的发展进入了大容量显示阶段。
第四阶段(1990-1995年)
基于有源矩阵液晶显示的快速发展，液晶显示技术开始进入高品质液晶显示阶段。
第五阶段(1996年以后)
液晶显示器已广泛应用于笔记本电脑。从1998年开始，TFT—LCD产品进入显示器市场，你基本解决了困扰LCD很久的视角、色彩饱和度、亮度三大难题。
液晶及其分类
在机械上具有液体流动性，在光学上具有晶体性质的物质形态，称为流晶——液晶。
液晶分为溶致液晶和热致液晶两大类；用作显示技术的液晶是热致液晶。
在温度T1以下变成固体(晶体)，称为液晶的熔点，在温度T2以上变成清澈透明各向同性的液态，称为液晶的清亮点。LCD可以工作的极限温度范围基本上是由T1和T2决定的。
近晶液晶分子呈二维有序，分子呈层状排列。层中分子的长轴相互平行并有序排列。重心位于同一平面，其方向可以与层垂直，也可以与层倾斜排列。层的厚度等于分子的长度，层与层之间的距离可以改变。分子只能在层内前后左右滑动，不能在上下两层之间移动。近晶液晶的粘度和表面张力比较大，对外电、磁、温度的变化不敏感。
向列型液晶分子只在一维上有序排列，其长轴相互平行，但不呈层状排列。它们可以上下、左右、前后滑动，并且仅在它们的长轴方向上彼此保持平行或接近平行。分子间的短程相互作用较弱，向列相液晶分子的排列和运动相对自由，对外界的电、磁场、温度和应力比较敏感。目前，它们是显示器件的主要材料。
胆甾醇型液晶是由胆固醇衍生的液晶。分子呈层状排列，层内分子相互平行，不同层内分子的长轴平行于层所在平面。相邻两层分子的长轴有轻微的扭转角(约15分钟)，各层扭转成螺旋状。旋转360的层间距离称为节距，大致相当于可见光的波长。胆甾相实际上是向列相的扭曲状态，因为胆甾相层中分子的长轴也彼此平行取向，并且通过向胆甾相中加入外消旋向列型液晶或者以适当的比例混合左旋和右旋胆甾相，仅仅通过从一层到另一层以固定角度均匀地旋转优选取向，并且将它们堆叠起来，就可以将胆甾相转变成向列相。一定强度的电场和磁场也可以将胆甾型液晶转变为向列型液晶。胆甾相易受外力影响，尤其对温度敏感。温度可以改变螺距，其反射光的波长与螺距有关。所以胆甾相液晶随冷热变色。
液晶屏的基本结构和成像原理
1、背光板：LCD的开发原理是通过液晶阻挡光线成分来控制明暗，所以需要有光源才能看到屏幕上的图像，所以背光板负责为LCD开发提供最基本的光源。
2、下偏振片：来自背光板的光在方向性和径向上不一致。如果这样的光被液晶分子扭曲，我们仍然看不到屏幕上正常的图像，看到的可能是一片白色，或者是一个彩色的块，而不是我们想看到的图像。下面的偏振片承担了规范光线方向的工作，然后将其发送到液晶层。
3、薄膜基板：液晶分子的扭转角度由TFT控制。
4、液晶：这一层的液晶分子在TFT的控制下发生扭曲，从而开启和控制同方向的光，改变通向后面像素单元的光的亮度。
5、彩色滤光片：如果你有幸还记得上世纪80年代，相信你会记得那时候的黑白电视屏幕前，经常会有一层彩色的塑料薄膜。装上这种塑料薄膜后，黑白电视好像变成了彩色电视。我们可以看到，有时人的脸会变成粉红色，嘴唇会变成红色，其他场景也有颜色，尽管有时颜色与现实不符。事实上，这块塑料是一个彩色滤光片。
液晶本身是没有颜色的，所以用滤色器来产生各种颜色。LCD屏幕中每个液晶子像素显示的颜色取决于滤色器，而不是子像素。背光发射白光。白光通过滤色器后，我们可以看到与滤色器对应颜色的光被发射出来。所以在液晶屏中，滤色片的作用是着色，对应的是CRT显示器的荧光粉作用。液晶子像素只能通过控制光的强度来调整灰度。有源矩阵显示器只有少部分是模拟信号控制的，大部分是数字信号控制的。大多数数控液晶使用8位控制器(部分数控液晶使用10位控制器)，可以产生256个灰度。每个子像素可以代表256级，那么你就可以得到2563种颜色，每个像素可以代表16777216种颜色，也就是我们常见的所谓16771600种颜色。因为人眼对亮度的感知不是线性的，人眼对低亮度的变化更敏感，所以这个24位色度完全可以满足理想的要求。工程师调整脉冲电压，使颜色变化看起来更均匀。
6、上偏振镜：原来方向相同的光经过液晶层的扭曲后变成了不同的方向，所以如果漫射光没有再次正则化，在屏幕前仍然是白色的，液晶扭曲的光没有被反射，所以这里漫射光必须正则化，液晶扭曲的光心被与下偏振镜偏振方向正交的偏振镜再次偏转。不同角度的光通过上偏光镜的亮度是不同的，所以我们可以在屏幕上看到明暗交替的画面。因为偏转的光是通过彩色滤光片的彩色光，所以我们可以在屏幕前看到我们需要的图像。
顶部偏振片
上偏光镜和非上偏光镜的效果比较
加上偏光镜的完整画面。
LCD的彩色成像原理和CRT一样，各种颜色都是由红、绿、蓝三原色组成的。不同的是，CRT是通过高速电子束撞击三原色的荧光粉来产生彩色光，而LCD是通过三原色有规律地涂覆滤色片来产生颜色。通过控制彩色滤光片各原色中的液晶分子透过液晶分子的光的亮度，可以实现不同亮度的原色，以模拟自然界中的各种颜色。因为彩色滤光片在上偏光片下面，所以液晶屏有可视角度要求，不过这个问题现在已经解决的相当好了。
我们知道，滤色片的原色排列是不同的。根据彩色滤光片原色位置的不同，其下方相应液晶分子单元的控制顺序也必须相应改变，否则显示的图像只能是花屏。
条形排列是上图三种滤色器原色排列中最简单的一种，因为原色排列只是简单的竖线和横线，所以控制起来相对简单。但这种排列顺序得到的图像并不完美，显示的线条粗细可能会不均匀，图像对角线表面锯齿现象严重。所以开发了马赛克形状的绿带，可以解决图像锯齿的问题，但是这种排列顺序还是不能解决线条精细显示的问题。这种排列得到的线条有时可能是正常的，但有时会粗细不一，于是就产生了戴尔形状排列的彩色滤光片。这种排列可以解决图像锯齿和线条均匀的问题，但这种排列中液晶分子的控制是最复杂的。
液晶显示器的主要工作模式
液晶显示的基本原理衍生出多种工作模式，主要包括TN模式、STN模式、FLC模式和液晶聚合物模式。目前扭曲向列液晶(TN)即将被淘汰，而超扭曲向列液晶(STN)和有源矩阵(TFT)已经成熟并普及。
扭曲向列型液晶显示器
扭曲向列(TN是扭曲向列的缩写)液晶是一种扭曲90的向列液晶。扭曲向列液晶显示器(twisted nematic liquid crystal display)出现于20世纪70年代。它除了具有液晶显示器的基本特性外，还具有对比度高、制造工艺简单、成本低等特点。目前，这种类型的液晶显示器广泛应用于便携式计算器、时钟和仪表。目前国内大部分液晶厂商都生产这类产品。
扭曲向列(TN)液晶显示器通过将扭曲向列(TN)液晶材料夹在两个ITO玻璃板之间而形成。液晶的厚度一般为5m，具体厚度与液晶材料的双折射有关。在上、下ITO玻璃基板上涂有取向层，利用液晶分子与取向层表面的相互作用力，取向方向与表面摩擦力平行排列，倾角为2-3，如图所示。上下基板摩擦取向方向为90，使液晶分子扭曲至90。同时在液晶中掺杂少量手性剂材料，起到决定液晶分子扭曲方向的作用。偏振镜贴在上下玻璃基板的外侧，偏振镜的光轴与玻璃基板的摩擦方向一致，从而可以在液晶显示屏上获得常白显示。当入射光的偏振面随液晶分子旋转90度时，偏振光通过偏振片，得到亮态。当施加电压时，正液晶分子与电场方向一致，线偏振光的偏振面保持不变，偏振光无法通过出射光一侧的偏振片得到暗态，因此液晶显示器是一种电控光阀。但目前扭曲向列(TN)液晶显示器，在参数优化的情况下，实际只有32条扫描线，信息容量很小。而且因为只能做成黑白、单色、低对比度(20: 1)的液晶显示器，视角只有30，比较窄，最大面板尺寸也只有三英寸，所以应用范围很大程度上受到限制。目前只能用在电子表、计算器和简单的掌上游戏机上。
薄膜晶体管(TFT)液晶显示器
薄膜晶体管(TFT)液晶显示器是在扭曲向列(TN)液晶显示器中引入TFT开关形成的有源矩阵显示器，从而克服了无源矩阵显示中交叉干扰、信息量少、写入速度慢的缺点，大大提高了显示质量，使其适用于计算机高分辨率全彩显示等领域。目前，薄膜晶体管(TFT)是基于非晶硅薄膜晶体管(-Si TFTAM-LCD)的。
在下玻璃基板上搭建TFT阵列，每个像素的ITO电极与TFT的漏极连接，栅极与扫描总线连接，主电源与信号总线连接。当施加扫描信号电压时，原始源极被导通，从而信号电压被施加到存储电容器并被充电。在帧速率中，存储电容器的信号电压被施加到液晶像素，使其处于选通状态。当再次寻址时，通过信号电压对其充电或放电。这样像素被薄膜晶体管开关元件隔离，既防止了交叉干扰又保证了液晶的响应速度满足帧率。同时，可以根据存储信息的大小获得灰度。目前灰度已经达到256，可以获得1670万色，几乎可以获得全彩色显示。自90年代产业形成以来，薄膜晶体管(TFT)液晶显示器的生产线已经从第一代发展到第六代。无需更换的基板玻璃面积大幅增加，产量不断提高，成本不断降低。比如第七代薄膜晶体管(TFT) LCD生产线的玻璃基板尺寸将达到1870*2200mm。目前，液晶电视屏幕最大可制成94厘米(37英寸)，笔记本电脑屏幕最大尺寸为38.1厘米(15英寸)，显示器屏幕最大尺寸为63.5厘米(25英寸)。薄膜晶体管(TFT)液晶显示器的另一个发展趋势是薄型化、轻量化和低功耗。基于新材料的发展、制造技术的创新、设备精度和自动化程度的提高以及软件技术的进步，薄膜晶体管(TFT)液晶显示产品的更新换代速度越来越快
TFT-LCD B/L光源使用的灯管是阴极荧光灯，从外部供给一定的电压，在阴极上发射电子，扫描荧光粉，制成可见光源。CFL的结构一般由玻璃板、电极、密封气体(汞、氩、氖)和荧光粉组成。CFL是将自密封水银产生的紫外线扫描到涂在玻璃管内壁的荧光粉上产生的可见光。为了使少量的汞易于启动，并抑制阴极物质的蒸发，有两种释放电子的机制：CCFL(冷阴极荧光灯)和HCFL(热阴极荧光灯)。
1、Lamp:它是一个从逆变器接收高压并产生可见光的光源。主要使用CCFL(冷阴极荧光灯)和HCFL(热阴极荧光灯)。
灯).
2、灯外壳：反射来自灯的入射到导光板上的光的光源。使用黄铜、铝和附着在黄铜上的银的薄膜反射。
3、导光板：主要由丙烯(PMMA)注塑或浇铸而成，引导入射光源，具有均匀分布光源的作用。
4、反光板：主要用在聚醚(PET)设备上，减少导光板的光源损耗，具有反射功能。
5、Diffuser Down(扩散片):主要是由丙烯树脂在聚醚(PET)设备上形成的球形，将导光板发出的光均匀扩散，起到集光的作用。
6、底棱镜：丙烯酸树脂主要用于聚醚(PET)设备中，有规律地形成棱镜形状并聚光，亮度增加率是用户面的1.55倍。
7、顶棱镜：与底棱镜功能相同，增加亮度为底棱镜表面的1.33倍。
棱镜以交叉模式排列，以收集X轴和Y轴方向上的光源。
8、扩散器Up(保护膜):与扩散器Down结构相同，主要用途是保护棱镜，也称保护膜。应该使用透明的漫射器，它会给顶棱镜带来一些光源损失，但用来减少棱镜的不良特性。
液晶显示技术展望
近年来，有机发光二极管、DMD、FED等非LCD平板显示器相继上市。鉴于LCD的一些缺点，如亮度低，大屏幕显示困难等，他们向LCD发起了挑战。最近，有人声称有机发光二极管将取代液晶显示器。
事实上，由于各种显示器都有不同的优缺点和各自的特点，一般是无法互相替代的。但是，用自身的某个特殊部分来替代或冲击另一类显示设备是完全现实的。液晶显示器不得不面对这种挑战和竞争。这种挑战和竞争不仅是对LCD产业的威胁，也是其发展的动力。
未来，LCD将努力在以下几个方面取得重大突破，以应对其他显示器件的挑战：
1、通过发展反射式显示、改善背光、提高开口率、增加偏光片透射比来提高显示亮度和对比度。
2、改善材料、器件结构和工艺，提高液晶显示的响应速度。同时，还将努力开发一些响应迅速的新型液晶显示模式，使液晶显示更理想地满足文章显示的要求。
3、工作温度范围窄是液晶材料决定的一大缺陷，所以只能靠液晶材料来克服。目前已经开发出可以在零下50度和90度以上工作的液晶材料。此外，辅助加热系统的发展也将保证液晶显示器的工作温度范围大大拓宽。
4、为了实现大屏幕显示，液晶显示开辟了一条新路：——投影显示。在原来的透射式非晶硅TFT投影显示的基础上，近年来过渡到多晶硅TFT投影显示。虽然多晶硅可以提高10%~15%以上的开口率，大幅提高显示亮度和清晰度，但仍然不理想。为了与诸如PDP的大屏幕显示器竞争，近年来已经开发了一种用于液晶显示器的“硅上液晶”LCOS。以大规模集成电路为基板，与液晶组装，制成反射式微型液晶显示器。通过外部光源的反射投影，可以实现50-100英寸以上的大屏幕显示。
