早在1888年，奥地利植物学家莱尼茨尔(F. Reinitzer)在加热胆甾醇的苯甲酯和醋酸酯的结晶时,发现它不是直接由晶体变为液体，而是加热到 时先熔化成混浊粘稠状液体，直至温度升到 时才突然全部变成清亮的液体。在 之间，物质处于既非固体，也非液体的特殊中间态。1889年，德国物理学家莱曼(O. Lehmann)使用自己设计的附有加热装置的偏光显微镜对这些酯类化合物进行了观察。他发现这些混浊液体具有各向异性晶体所特有的双折射性。于是，他把这种化合物命名为 File Bende Krystalle, 德语即“液晶”之意。

现在，对液晶的研究现已发展成为一个引人注目的学科。随着人们对物质结构和性质研究的深入，已经认识到，液晶是一种介于固体与液体之间、具有规则性分子排列的有机化合物。它除了兼有液体和晶体的某些性质如流动性、各向异性等外，还有其独特的物理性质。

事实证明，液晶是一门综合性的边缘学科，它涉及物理、化学、生物等多门基础学科。液晶技术已被广泛应于许多高科技领域，如层状液晶与溶致型液晶的研究与生物系统如细胞膜的机能研究有关；液晶显示(LCD)技术已大量用于电子钟表、袖珍计算器、商场广告、体育场馆计时、数字仪表等，液晶显示器使得液晶受到了大众的注意。液晶越来越受人们的青睐。

液晶材料主要是脂肪族、芳香族、硬脂酸等有机物。液晶也存在于生物结构中。日常生活中，适当浓度的肥皂水溶液就是一种液晶。目前已经发现或人工合成的液晶材料已达五千多中。按照液晶形成的条件不同，可分为热致液晶和溶致液晶两大类。只存在于某一温度范围内的液晶相称为热致液晶，某些化合物溶解于水或有机溶剂后而呈现的液晶相称为溶致液晶。溶致液晶和生物组织有关，研究液晶和活细胞的关系，是当今生物物理研究的内容之一。

根据分子排列方式的不同，热致液晶可分为向列相(nematics)、近晶相(亦称层状相Smectics)和胆甾相(Cholesterics)三类，如图3、4、5所示。

1. 层状液晶态：它不但具有方向的有序性，连分子的质心排列也有部分有序性。如图3所示。小棒子表示分子，有层状排列。分子长轴几乎与层面垂直，其分子可以在本层能前后、左右或绕自身长轴转动，但不能上下层间运动。

  

2. 向列型液晶态: 分子平均起来有一个特定方向，此平均方向通常用一个单位向量来表示，如图4所示。其分子形状为细长棒形，长宽约1nm~10nm，在不同电流电场作用下，液晶分子会做规则旋转排列，产生透光度的差别，如在电源ON/OFF下产生明暗的区别。依此原理控制每个像素，便可构成所需图像。

3. 胆甾型液晶态: 这一型液晶的分子是分层排列的，各层会如图5般沿着某一个方向随着位置缓慢旋转，其螺距随温度、电场等因素灵敏地变化。

溶致液晶按其含水量不同形成层状结构、多角形结构或立方结构，如下图所示。目前认为，人体的大脑、肌肉、眼睛视网膜等中都存在溶致液晶结构。

从宏观物理性质看，液晶既具有液体的可流动性、粘滞性，又具有晶体的各向异性，能如同晶体一样，发生双折射、布拉格反射、衍射等，也能在外电场作用下产生热光、电光或磁光效应，它的折射率、导热率、磁导率、介电常数等物理参数都类似于晶体，是各向异性的。

从微观结构上看，晶体具有一定的长程有序性，即分子按某一从优方向排列，这是其物理性质各向异性的主要原因。然而，液晶又是平移无序或部分平移无序的，因而也具有某些类似液体的性质。

如果要改变固态晶体方向必须旋转整个晶体。液晶就不同了，它的方向可经由电场或磁场来控制，这是一般的晶体无法达到的功能。 利用电场来控制液晶中分子排列方向是在技术应用上常用的方法。有的液晶和电场平行时电势能较低，所以当有一外加电场时 会朝着电场方向转动。有的液晶和电场垂直时电势能较低，所以在有外加电场时 会向着与电场垂直的方向转动。所以，用液晶制作的组件，通常都将液晶包在两片玻璃中。而玻璃的表面镀有一层物质，这层物质叫做配向剂，由它的种类及处理方法可控制在没有外场时液晶的排列情形。

1. 液晶的偏振片特性

已知光是一种电磁波，将其电场方向称为光的偏振方向。我们可以用偏振片来选择某一特定方向的偏振光。偏振光经过偏振片时可全部通过或部分通过或完全不能通过，视偏振光的方向和偏振片的偏振化方向而定。图6定性说明了偏振片的这一功能。光经过物质时，折射率与光偏振方向有关。在大部分向列型液晶中，光偏振方向与分子长轴方向相同时折射率较大；光偏振方向与分子长轴方向垂直时折射率较小。一偏振光经过一液晶后其偏振方向有时会改变。到底会不会改变则视液态晶体之排列而定,如图7所示。 所以改变液晶的排列方式即可改变通过光的偏振性。若在液晶后面再加一个偏振片，则通过的光强会发生变化。

2. 液晶的双折射性一束光射入液晶后分裂成两束光的现象即是液晶的双折射现象，如图8所示。这个现象实际上表示液晶中不同方向上的介电常数和折射率是不同的。多数液晶只有一个光轴方向，在液晶中光沿光轴方向传播时，不发生双折射现象。一般液晶的光轴沿分子长轴方向，胆甾相液晶的光轴垂直于层面。由于其螺旋状结构，胆甾相液晶具有强烈的旋光性，其旋光率可达。

3. 胆甾相液晶的选择反射胆甾相液晶在白光照射下呈现美丽的色彩，这是它选择反射某些波长的光的结果。反射哪种波长的光取决于液晶的种类和它的温度以及光线的入射角。我们可以用晶体衍射的布拉格公式解释液晶的这一现象。式中为反射光的波长，p表示胆甾相液晶的螺距，n为平均折射率，是入射光与液晶表面间的夹角(如图9所示)。由此可见，沿不同角度可以观察到不同颜色的光。温度发生变化时，胆甾相液晶的螺距敏锐地变化，因而反射光的颜色也随之变化。胆甾相液晶的这一特性被广泛用于温度计和各种测量温度变化的显示装置中。

4. 向列相液晶的动态散射把向列相液晶注入带有透明电极的液晶盒内，未加电场时液晶盒透明。施加电场并超过某一数值(域值)时，液晶盒由透明变成不透明。这种现象称为动态散射。这是因为盒内离子和液晶分子在电场作用下互相碰撞，使液晶分子产生紊乱运动，使折射率随时变化，因而使光发生强烈散射的结果。图10为液晶显示数码板：向列相液晶在其中组成七段互相分离的数字笔画，并与公共电极相对。当其中某几段电极加上电压时，这几段就显示出来，组成某一数字。

液晶显示器(LCD)是现在非常普遍的显示器。它具有体积小、重量轻、省电、辐射低、易于携带等优点。液晶显示器（LCD）的原理与阴极射线管显示器（CRT）大不相同。LCD是基于液晶电光效应的显示器件。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。液晶显示器的工作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，使光线容易通过；不通电时，排列则变得混乱，阻止光线通过。下面介绍三种液晶显示器的工作原理。

1.“扭曲向列型液晶显示器”（Twisted Nematic Liquid crystal display）,简称“TN型液晶显示器”。这种显示器的液晶组件构造如图11所示。向列型液晶夹在两片玻璃中间。这种玻璃的表面上先镀有一层透明而导电的薄膜以作电极之用。这种薄膜通常是一种铟（Indium）和锡（Tin）的氧化物（Oxide），简称ITO。然后再在有ITO的玻璃上镀表面配向剂，以使液晶顺着一个特定且平行于玻璃表面之方向排列。（图11 a）中左边玻璃使液晶排成上下的方向，右边玻璃则使液晶排成垂直于图面之方向。此组件中之液晶的自然状态具有从左到右共的扭曲, 这也是为什么被称为扭曲型液晶显示器的原因。利用电场可使液晶旋转的原理，在两电极上加上电压则会使得液晶偏振化方向转向与电场方向平行。因为液态晶的折射率随液晶的方向而改变，其结果是光经过TN型液晶盒以后其偏振性会发生变化。我们可以选择适当的厚度使光的偏振化方向刚好改变。那么，我们就可利用两个平行偏振片使得光完全不能通过（如图12所示）。若外加足够大的电压Ｖ使得液晶方向转成与电场方向平行，光的偏振性就不会改变。因此光可顺利通过第二个偏光器。于是，我们可利用电的开关达到控制光的明暗。这样会形成透光时为白、不透光时为黑，字符就可以显示在屏幕上了。

2.TFT型液晶显示器的原理 TFT型液晶显示器也采用了两夹层间填充液晶分子的设计。只不过是把左边夹层的电极改为了FET晶体管，而右边夹层的电极改为了共通电极。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液晶那样的从左至右，而是从右向左，这样的作法是在液晶的背部设置了类似日光灯的光管。 光源照射时先通过右偏振片向左透出，借助液晶分子来传导光线。由于左右夹层的电极改成FET电极和共通电极，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，也通过遮光和透光来达到显示的目的。但不同的是，由于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电极下一次再加电改变其排列方式为止。 相对而言，TN就没有这个特性，液晶分子一旦没有被施压，立刻就返回原始状态，这是TFT液晶和TN液晶显示原理的最大不同。

3. “高分子散布型液晶显示器”（Polymer dispersed liquid crystal liquid crystal display），简称“PDLC型液晶显示器”。这种显示器的液晶组件构造如图13所示。高分子的单体(monomer)与液晶混合后夹在两片玻璃中间，做成一液晶盒。这种玻璃与上面所用的相同，是表面上先镀有一层透明而导电的薄膜作电极。但是不需要在玻璃上镀表面配向剂。此时将液晶盒放在紫外灯下照射使个单体连结成高分子聚合物。在高分子形成的同时，液晶与高分子分开而形成许多液晶小颗粒。这些小颗粒被高分子聚合物固定住。当光照射在此液晶盒上，因折射率不同，而在颗粒表面处产生折射及反射。经过多次反射与折射，就产生了散射(scattering)。此液晶盒就像牛奶一样呈现出不透明的乳白色。

足够大电压加在液晶盒两侧的玻璃上﹐液晶顺着电场方向排列，而使每颗液晶的排列均相同。对正面入射光而言，这些液晶有着相同的折射率n。如果我们可以选用的高分子材料的折射率与n相同，对光而言这些液晶颗粒与高分子材料是相同的；因而在液晶盒内部没有任何折射或反射的现象产生。此时的液晶盒就像透明的清水一样。

液晶显示器的主要参数如下：

1. 可视角度

LCD的可视角度左右对称，而上下则不一定对称。一般情况是上下角度小于或等于左右角度。不过可以肯定的是：可视角愈大愈好。若可视角为左右，表示在始于屏幕法线的位置时可以清晰地看见屏幕图像。但由于人的视力范围不同，则还需要以对比度为准。可视角度过小是LCD的一大弊病。不过很多新产品通过贴上补偿膜及提高配向分割次数，可视角度已经能够达到左右，跟CRT的已经非常接近了。

2. 亮度与对比度

LCD背光光源的亮度决定整台LCD的画面亮度及色彩的饱和度，亮度越高越好，测量单位为（每公尺平方烛光），也叫NIT流明。通常情况下200Nits才能表现出比较好的画面。在对比度120:1时就可以显示生动丰富的色彩，因为人眼可分辨的对比度约在100:1左右，对比率高达300:1时便可以支持各阶度的颜色。大多数LCD显示器的对比度都在200:1左右。目前还没有一套公正的标准值来衡量亮度与对比的反差值，所以购买LCD全靠一双锐利的眼睛。TFT液晶显示器的可接受亮度为以上，目前国内能见到的TFT液晶显示器亮度基本在左右。液晶显示器的亮度略低，会觉得发暗；而稍亮一些，就会好很多。

3.响应时间

在动态画面显示方面，LCD的反应会有一个不小的时间延迟，因此会有拖影或者是跳帧的现象。计算响应时间与所能播放的最大帧数关系的公式是：F(帧数)=1秒/T（响应时间ms）。响应时间反应了液晶显示器各像素点对输入信号反应的速度，此值愈小愈好。响应时间越小，运动画面才不会使用户有尾影拖拽的感觉。

4. 色彩

LCD的色彩表现要远逊于CRT。从理论上讲CRT可显示的色彩是无限的。而绝大部分LCD产品都宣称能够显示1677万色，但实际上都是通过所谓的FRC (Frame Rate Control)技术以仿真的方式来实现的，与真正的32位色相比有很大差距，所以在色彩的表现力和过渡方面仍然不及传统CRT。同样的道理，LCD在表现灰度方面的能力也不如CRT。 　　

LCD在文本表现以及环保方面比CRT强得多，但在色彩、反应速度等问题上仍然与CRT存在有明显的差距。长远看来，随着生产工艺不断改进、成本的不断降低，LCD的价格也会不断下降。在注重文本效果的商业用途，LCD是最好的选择。而一般家庭因侧重点不同可以选择CRT或LCD，玩游戏、看DVD当然还是CRT好；而做文字处理则最好选用LCD。

5. 分辨率 　　

分辨率概念来源于CRT显示器，LCD不存在这种说法，应该用像素来表示液晶显示器的图像分辨能力。LCD在制作过程中就已经将像素固定了，不可被更改，所以它的最佳分辨率也就是最大分辨率。目前的LCD能支持标准分辨率以外的分辨率，一旦所设定的分辨率小于真实分辨率将有两种显示方式：一是居中显示，只有LCD中间的像素会显示图象，其他没有用到的点不会发光，看起来画面是居中缩小的。另一种是用的是类似插值算法扩展显示，这种方式会使用到屏幕上每一个像素，但由于像素很容易发生扭曲，所以会对显示效果造成一定影响。

6. 刷新率 　　

对于CRT来讲，屏幕上的图像由一个个因电子束击打而发光的荧光点组成，由于显像管内荧光粉受到电子束击打后发光的时间很短，所以电子束必须不断击打荧光粉使其持续发光。电子枪从屏幕的左上角的第一行开始，从左至右逐行扫描，一直到扫描完整个屏幕，周而复始。这样我们就能够理解，为什么显示器的分辨率越高，其所能达到的刷新率最大值就越低。对于LCD来说则不存在刷新率的问题，它根本就不需要刷新。因为LCD中每个像素都在持续不断地发光，所以LCD不会有闪烁现象。