2.2.3 VA液晶显示模式

VA液晶显示模式指液晶分子初始排列状态为垂直于玻璃基板的状态，在上下透明电极之间的电场驱动下，液晶分子倾斜倒下产生双折射，从而控制光透过的显示模式。VA液晶显示模式最早是在1971年提出的。1997年，日本的富士通公司提出了具有突起结构的MVA（Multi-domain Vertical Alignment，多畴垂直取向）液晶显示模式，之后又陆续出现了其他的VA液晶显示模式，如CPA（Continuous Pinwheel Alignment，连续火焰状取向）、PVA（Patterned Vertical Alignment，图形化垂直取向）、PSVA（Polymer Sustained Vertical Alignment，聚合物稳定垂直取向）、UV2A（Ultra Violet Vertical Alignment，紫外光垂直取向）等。它们的工作机制是相同的，区别是实现液晶分子在垂直面内旋转的结构或制造工艺不同，但实现多畴结构是它们的共同目的。使用补偿膜补偿的多畴VA液晶显示模式具有高对比度和宽视角特性，以及快速的响应速度和工艺制造中不需要摩擦取向等优点，是大尺寸液晶电视产品中常用的液晶显示模式。

1.VA显示器的工作原理

如图2-22所示，液晶盒夹在正交偏光片之间，液晶的初始排列为垂面排列。当没有加电压时，光源发出的自然光经过上偏光片后变成平行于上偏光片透光轴的线偏振光，线偏振光进入液晶层，这时线偏振光的偏振方向平行于液晶分子的短轴方向，保持偏振方向到达下偏光片，偏振方向垂直于下偏光片的透光轴，光线被下偏光片吸收，表现为暗态（关态）。在加电压后，由于液晶的介电各向异性为负，液晶分子向垂直于电场方向旋转，线偏振光进入液晶层后偏振方向与液晶分子所在平面成45°夹角，在液晶层中形成双折射效应，从而可以将光的偏振方向旋转到下偏光片的透光轴方向，透过下偏光片，表现为亮态（开态）。不同的电压作用下，液晶分子的倾斜程度不同，液晶显示器的透光率也不同，与液晶层的相位延迟相关。透光率与相位延迟之间的关系为

图2-2 2 VA液晶显示器结构图

2.VA液晶显示器的电光特性

图2-23所示为VA液晶显示器的电光特性曲线。从图2-23中可以看到，当电压低于某个值时，透光率为零，随着电压升高，透光率从零开始升高，红、绿、蓝三种波长光的透光率随电压的变化而变化。

图2-2 3 VA液晶显示器的电光特性曲线

VA液晶显示器的阈值电压为

式中，ε₀为真空中的介电常数；Δε为液晶的介电各向异性；K₃₃为弯曲弹性常数。

当忽略掉液晶中的流动效应和惯性效应时，VA液晶显示器的光学下降时间和上升时间分别为

其中，；δ₀为加电压状态下的相位延迟量。当δ₀≪1时，上面两个式子可简化为

由此，可以简单计算VA液晶显示器的光学响应时间。实际产品中，响应时间还与表面预倾角、表面锚泊能等参数相关，这里不再赘述。

对于无补偿膜补偿和单畴VA液晶显示器，其视角既不对称也不宽，因此，在实际应用的VA液晶显示器中都是有补偿膜补偿的多畴VA液晶显示模式。虽然有很多种不同形态的多畴VA结构，但其光学本质是相同的，在这里，使用普通的4畴VA液晶显示器的结构来给出无补偿膜补偿和有补偿膜补偿的视角特性，如图2-24所示。在无补偿膜的情况下，尽管在水平和垂直两个方向（偏光片的透光轴方向）具有很好的视角，但在其他方位角度上视角很差；在某种补偿膜补偿方案下，可以在所有方位角度上都具有很好的对比度视角结果。

在实现多畴VA液晶显示器的实际显示时，不管如何设计突起结构，设计电极狭缝结构，或者使用聚合物稳定技术（如图2-25所示），都是为了实现多方向的液晶分子倾斜。在补偿膜补偿方案上，也有多种方案来实现各个方向观看的一致性，实现更佳的显示效果，如低伽马偏移和宽色域特性等。

图2-2 4 无补偿膜补偿和有补偿膜补偿4畴VA液晶显示器的对比度视角图（λ=550nm）

图2-25 实现多畴结构的突起结构、电极狭缝结构和聚合物表面取向