目前科技信息产品都朝着轻、薄、短、小的目标发展，在计算机外设中拥有悠久历史的显示器产品当然也不例外。在便于携带与搬运为前题之下，传统的显示方式如CRT映像管显示器及LED显示板等等，皆受制于体积过大或耗电量甚巨等因素，无法达成使用者的实际需求。而液晶显示技术的发展正好切合目前信息产品的潮流，无论是直角显示、低耗电量、体积小、还是零辐射等优点，都能让使用者享受最佳的视觉环境。

一、LCD与CRT显示器的区别

LCD(Liquid Crystal Display)液晶显示器，以这技术所制造的显示器厚度比一般的CRT显示器薄很多，因此在早期主要是用于笔记薄型电脑上，现在市面流行的为TFT-LCD显示器。TFT为薄膜电晶体，其工作原理是在下面我再为大家解释。

CRT阴极管显示器的工作原理与电视机的显像管差不多，在真空的显像管中，把在尾端产生的电子照射到前方的磷质显示器。传统的CRT显示器由于需要内藏真空显像管，因此身形比LCD显示器大很多，此为LCD液晶显示器的其中一个优胜之处，由于体积较小，所以放置时的弹性也较大。而次要考虑的就是用家身体健康问题，由于传统的CRT显示器内含的电子光束在运作时会产生很多静电与幅射，因此长期使用，会对眼睛有损害，造成近视等问题产生。而LCD液晶显示器，由于运作时无须使用电子光束，因此没有静电与幅射这两种影响视力的问题存在。

传统的CRT显示器一般所标示的尺寸不是荧光幕的可视范围，如以一般的15寸显示器为例，虽然标明的尺寸为15寸，但其真正的可视范围可能只有14.1寸左右。如17寸的显示器可能只余下15至16寸的可视范围。但是LCD液晶显示屏所标示的尺寸却是实际的可视范围，如一般的15.1寸的LCD液晶显示器的可视范围是完完全全的15.1寸，可方便用家选择。

由于现今的LCD液晶显示器能够以数字形式运作，但是由于要另购有数字插头的显示卡，所以现时的插头还是以传统的D-Sub为主。到底使用数字介面有何好处？好处就是如果显示器与显示卡双方也使用数字介面的话，在传输的过程中，便不会有信号的流失。同时，由于数字插头生产时所须使用的元件较少，所以可有助减轻成本。虽然现今大多数的液晶显示器能兼容现时流行的D-Sub插头，但其余的类比与数字的显示器插头之多却令人眼花撩乱。是传统的类比式的显示器插头，虽然不论用在传统的CRT显示器或是今次的主题LCD显示器，使用数字化接头的画质绝对比传统类比式的接头佳。但是如要使用新式的数字插头便需要购买设有该插头的显示卡，大大增加了整体的成本，因此厂商依然在设计时保留D-Sub插头，但当使用时可能会受干扰而使影像失真。

注：Digital Flat Panel Group是数间电脑公司所组成，其中包括Compaq及Ati这两间较大的公司。是为数字介面插头中，最早出现的一种，但是由于其解像度限制于最大只能做到1280x1024，因此未来所推出的高解像度LCD显示器便不能使用，所以其前景不太明朗。

DVI-Digital Visual Interface为以Intel为主的Digital Display Working Group(DDWG)研究所发明。由于此介面支援Panel Link技术，因此它的速度是DFP的两倍，同时也能输出高于1280x1024的解像度，及能与DFP接头兼容，是现在最流行的数字介面。

二、什么是液晶

液晶显示器是以液晶材料为基本组件，由于液晶是介于固态和液态之间，不但具有固态晶体光学特性，又具有液态流动特性。而要了解液晶的所产生的光电效应，我们必须来解释液晶的物理特性，包括它的黏性（visco-sity）与弹性（elasticity）和其极化性（polarizalility）。 液晶的黏性和弹性从流体力学的观点来看，可说是一个具有排列性质的液体，依照作用力量不同的方向，应该有不同的效果。就好象是将一把短木棍扔进流动的河水 中，短木棍随着河水流着，起初显得凌乱，过了一会儿，所有短木棍的长轴都自然的变成与河水流动的方向一致，这表示着次黏性最低的流动方式，也是流动自由能 最低的一个物理模型。

此 外，液晶除了有黏性的反应外，还具有弹性的反应，它们都是对于外加的力量，呈现了方向性的效果。也因此光线射入液晶物质中，必然会按照液晶分子的排列方式 行进，产生了自然的偏转现像。至于液晶分子中的电子结构，都具备着很强的电子共轭运动能力，所以当液晶分子受到外加电场的作用，便很容易的被极化产生感应 偶极性（induced dipolar），这也是液晶分子之间互相作用力量的来源。而一般电子产品中所用的液晶显示器，就是是利用液晶的光电效应，藉由外部的电压控制，再通过液晶分子的折射特性，以及对光线的旋转能力来获得亮暗情况（或着称为可视光学的对比），进而达到显像的目的。

三、液晶显示器的种类

       液晶显示器，英文通称为LCD（Liquid Crystal Display），是属于平面显示器的一种，依驱动方式来分类可分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）以及主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。其中，被动矩阵型又可分为扭转式向列型（Twisted Nematic；TN）、超扭转式向列型（Super Twisted Nematic；STN）及其它被动矩阵驱动液晶显示器；而主动矩阵型大致可区分为薄膜式晶体管型（Thin Film Transistor；TFT）及二端子二极管型（Metal/Insulator/Metal；MIM）二种方式。（详细的分类请参考附表）

    液晶显示器，英文通称为LCD（Liquid Crystal Display），是属于平面显示器的一种，依驱动方式来分类可分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）以及主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。其中，被动矩阵型又可分为扭转式向列型（Twisted Nematic；TN）、超扭转式向列型（Super Twisted Nematic；STN）及其它被动矩阵驱动液晶显示器；而主动矩阵型大致可区分为薄膜式晶体管型（Thin Film Transistor；TFT）及二端子二极管型（Metal/Insulator/Metal；MIM）二种方式。（详细的分类请参考附表）

TN、STN及TFT型液晶显示器因其利用液晶分子扭转原理之不同，在视角、彩色、对比及动画显示品质上有高低程次之差别，使其在产品的应用范围分类亦有明显区隔。以目前液晶显示技术所应用的范围以及层次而言，主动式矩阵驱动技术是以薄膜式晶体管型（TFT）为主流，多应用于笔记型计算机及动画、影像处理产品。而单纯矩阵驱动技术目前则以扭转向列（TN）、以及超扭转向列（STN）为主，目前的应用多以文书处理器以及消费性产品为主。在这之中，TFT液晶显示器所需的资金投入以及技术需求较高，而TN及STN所需的技术及资金需求则相对较低。

四、液晶显示器的运作原理

如以上所提，目前液晶显示技术大多以TN、STN、TFT三种技术为主轴，因此我就这从这三种技术来探讨它们的运作原理。

1、TN型的液晶显示器。是液晶显示器中最基本的，而之后其它种类的液晶显示器也可说是以TN型为原点来加以改良。同样的，它的运作原理也较其它技术来的简单，请读者参照下方的图片。图中所表示的是TN型液晶显示器的简易构造图，包括了垂直方向与水平方向的偏光板，具有细纹沟槽的配向膜，液晶材料以及导电的玻璃基板。

     ---不加电场的情况下，入射光经过偏光板后通过液晶层，偏光被分子扭转排列的液 晶层旋转90度，离开液晶层时，其偏光方向恰与另一偏光板的方向一致，因此光线能顺 利通过，整个电极面呈光亮。 

 ---当加入电场的情况时，每个液晶分子的光轴转向与电场方向一致，液晶层因此失去 了旋光的能力，结果来自入射偏光片的偏光，其偏光方向与另一偏光片的偏光方向成垂 直的关系，并无法通过，电极面因此呈现黑暗的状态。

其 显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板之透明导电玻璃间，液晶分子会依配向膜的细沟槽方向依序旋转排列，如果电场未形成，光线会顺利的从偏光板 射入，依液晶分子旋转其行进方向，然后从另一边射出。如果在两片导电玻璃通电之后，两片玻璃间会造成电场，进而影响其间液晶分子的排列，使其分子棒进行扭 转，光线便无法穿透，进而遮住光源。这样所得到光暗对比的现象，叫做扭转式向列场效应，简称TNFE（twisted nematic field effect）。在电子产品中所用的液晶显示器，几乎都是用扭转式向列场效应原理所制成。
     2、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。
   要在这里说明的是，单纯的TN液晶显示器本身只有明暗两种情形（或称黑白），并没有办法做到色彩的变化。而STN液晶显示器牵涉液晶材料的关系，以及光线的干涉现象，因此显示的色调都以淡绿色与橘色为主。但如果在传统单色STN液晶显示器加上一彩色滤光片（color filter），并将单色显示矩阵之任一像素（pixel）分成三个子像素（sub-pixel），分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色，再经由三原色比例之调和，也可以显示出全彩模式的色彩。另外，TN型的液晶显示器如果显示屏幕做的越大，其屏幕对比度就会显得较差，不过藉由STN的改良技术，则可以弥补对比度不足的情况。
    液晶屏幕的驱动方式

---单纯矩阵驱动方式是由垂直与水平方向的电极所构成，选择要驱动的部份由水平方 向电压来控制，垂直方向的电极则负责驱动液晶分子。

　　在TN与STN型的液晶显示器中，所使用单纯驱动电极的方式，都是采用X、Y轴的交叉方式来驱动，如下图所示，因此如果显示部份越做越大的话，那么中心部份的电极反应时间可能就会比较久。而为了让屏幕显示一致，整体速度上就会变慢。讲的简单一点，就好象是CRT显示器的屏幕更新频率不够快，那是使用者就会感到屏幕闪烁、跳动；或着是当需要快速3D动画显示时，但显示器的显示速度却无法跟上，显示出来的要果可能就会有延迟的现象。所以，早期的液晶显示器在尺寸上有一定的限制，而且并不适合拿来看电影、或是玩3D游戏。

---主动式矩阵的驱动方式是让每个画素都对应一个组电极，它个构造有点像DRAM的回路方式，电压以扫描的（或称作一定时间充电）方式，来表示每个画素的状态。

为了改善此一情形，后来液晶显示技术采用了主动式矩阵（active-matrix addressing）的方式来驱动，这是目前达到高资料密度液晶显示效果的理想装置，且分辨率极高。方法是利用薄膜技术所做成的硅晶体管电极，利用扫描法来选择任意一个显示点（pixel）的开与关。这其实是利用薄膜式晶体管的非线性功能来取代不易控制的液晶非线性功能。

如上图，在TFT型 液晶显器中，导电玻璃上画上网状的细小线路，电极则由是薄膜式晶体管所排列而成的矩阵开关，在每个线路相交的地方则有着一弄控制匣，虽然驱动讯号快速地在 各显示点扫瞄而过，但只有电极上晶体管矩阵中被选择的显示点得到足以驱动液晶分子的电压，使液晶分子轴转向而成「亮」的对比，不被选择的显示点自然就是 「暗」的对比，也因此避免了显示功能对液晶电场效应能力的依靠。

3、TFT型液晶显示器的运作原理

TFT型 的液晶显示器较为复杂，主要的构成包括了，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。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进而改变穿透液晶的光线角度。然后这些光线接下来还 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，并进而能在液晶面板上变化出有不同深 浅的颜色组合了。