1.3.3 液晶显示的电场模式

液晶显示的本质是用液晶控制光的偏振状态，在上下偏光片的作用下获得所需的亮暗（灰阶）效果。通过TFT开关在液晶两端输入一定的电压，可以精确控制液晶的偏转状态，从而精确控制光的偏振状态。因为液晶不发光，所以液晶显示要么利用自然光，要么在显示屏背后加背光源。

如图1-19所示，根据施加在液晶上的电场方向的不同，液晶显示模式可以分为垂直电场模式和水平电场模式两大类。基于垂直电场模式的液晶显示屏，像素电极电压和COM电压分别加在TFT基板和CF基板上，液晶分子存在一个垂直转动的过程。在外界压力作用下，液晶分子会在垂直方向上改变转动状态，从而影响显示效果，所以这种显示屏又称“软屏”。基于水平电场模式的液晶显示屏，像素电极电压和COM电压都加在TFT基板上，液晶分子只在水平方向转动。即使受到外界压力作用，液晶分子还是处在水平状态，显示效果不受影响，所以这种显示屏又称“硬屏”。

图1-19 液晶显示屏的基本结构及工作原理

大部分液晶显示模式都属于垂直电场模式，典型的有TN模式和VA模式。与VA液晶分子纯粹上下转动不同，TN液晶分子除了上下转动外，还存在扭转成分。属于水平电场模式的液晶显示主要有IPS模式和FFS模式。垂直电场模式的液晶显示，透光率都与Δnd/λ因子有关，对透光率影响最大的因素是双折射率Δn。水平电场模式的液晶显示，透光率与液晶分子的转动角度强相关。TN液晶的透光率公式如下，上下层液晶分子的扭曲角θ=90°时的透光率最高。

VA液晶的透光率公式如下，液晶分子长轴与偏光片吸收轴之间的方位角ψ=45°时的透光率最高。

IPS/FFS液晶的透光率公式如下，当相位延迟Δnd为绿光波长的一半时透光率最高。

如图1-20所示，TN模式和VA模式等垂直电场模式的液晶是站起来的，所以从斜视角看，有效Δnd的视角依存性很大，即在不同视角下的透光率变化很大。对于IPS/FFS模式，因为液晶是在面内扭转的，所以从斜视角看的有效Δnd的视角依存性很小，相应的透光率变化很小，几乎不会发生灰阶反转。正是由于IPS/FFS液晶的有效Δnd的视角依存性比TN液晶和VA液晶要小，所以IPS/FFS模式在全视角范围内，特别是在上下左右4个方向上的对比度稳定性要比TN模式好。同时，式（1-36）中Δnd=λ（绿光）/2的设计条件基本成立，IPS/FFS液晶的透光率基本上不存在视角依存性。

图1-20 IPS/FFS液晶和TN/VA液晶的有效Δnd的视角依存性比较