2.2.1 TN液晶显示模式

1971年，瑞士Roche公司发布了一款TN液晶显示器，标志着TN液晶显示模式的诞生。TN液晶显示模式是最早应用于图像显示的液晶显示模式，直到今天还广泛应用于对视角要求不高的笔记本电脑和监视器。

1.TN液晶显示器的工作原理

常白型TN液晶显示器在不加电压时的透光状态和加电压后的不透光状态下的液晶排列情况如图2-14所示。在图2-14（a）中，液晶在上下玻璃基板之间均匀扭曲90°，当液晶层的Δnd满足Gooch-Tarry透光率最高的极值条件时，入射的线偏振光就会随着液晶分子的旋转而旋转，从而透过正交的检偏偏光片，呈现为亮态。在图2-14（b）中，液晶分子在电场作用下大多数处于垂直于基板的状态，扭曲结构解体，线偏振光在液晶内不再旋转传播，保持偏振方向到达检偏偏光片，被检偏偏光片吸收，呈现为暗态。TN液晶显示模式通常使用常白模式，可以实现非常好的暗态，这是因为：在驱动电压作用下的液晶层中，处于基板表面的液晶分子方向是互相正交的，残留的相位是互相补偿的，所以可以在较低的驱动电压下实现暗态，并且暗态的透光率与可见光波长无关。

在制作TN液晶显示器时，为了防止出现扭曲缺陷，通常在向列相液晶中添加少量的手性材料来获得左旋或右旋，旋转方向对TN液晶显示器的驱动电压和响应时间没有影响，但会影响到显示器的视角特性。

2.TN液晶显示器的电光特性

对于90°扭曲的TN液晶显示器，当偏光片的透光轴与邻近基板表面的液晶分子取向相同时，该液晶显示器的透光率可表示为

式中，Г=2πΔnd/λ；。λ为光波长。由上式可知，当cos2X=1时，T_⊥=1为最高透光率，这样可以得到Gooch-Tarry条件：

当m=1时，，这是90°扭曲TN液晶显示器的Gooch-Tarry第一最大条件，是普通液晶显示器制作的优选条件；对于m=2及以上的条件，仅用于一些特殊需求的液晶显示器件。

在液晶显示器上施加电压后，只有电压超过一个临界值后，液晶分子才有明显的转动，这个临界值称为阈值电压，该阈值电压与液晶材料的3个弹性常数和介电各向异性相关，表示为

式中，ε₀为真空中的介电常数；Δε为液晶的介电各向异性；K₁₁、K₂₂和K₃₃分别为液晶的展曲、扭曲和弯曲弹性常数。

对于TN液晶显示器的响应时间，一般用式（2-11）和式（2-12）来表示下降时间和上升时间：

其中，γ₁为旋转黏滞系数（rotational viscosity coefficient）。

在设计TN液晶显示器时，考虑到人眼对光波长的敏感特性，一般选择λ=550nm来优化设计，从式（2-9）可以得知，Δnd约为480nm为最佳值。常白TN液晶显示器透光率随电压的变化（电光特性曲线）如图2-15所示。当不加电压时，不同波长光的透光率不相同，与液晶材料双折射率的色散特性相关；在较高的驱动电压下，所有波长光的透光率都趋向于零。显示器的对比度随着驱动电压的升高而升高，可以达到400:1，对于一般的液晶材料，其光学响应时间大约是20～30 ms。这些显示特性对于从显示静态画面为主的笔记本电脑是可以接受的。TN液晶显示器的主要缺点是视角窄和由于液晶分子倾斜造成的灰阶反转，如图2-16所示。

为了获得较宽视角的TN液晶显示器，通常使用为TN液晶显示器设计的宽视角补偿膜，如图2-17所示的盘状结构和补偿膜结构。用这种补偿膜补偿后的TN液晶显示器的对比度视角图如图2-18所示，水平视角达到120°以上，上下视角可以超过80°。用这种补偿膜补偿后的TN液晶显示器可以应用在对角线尺寸为20英寸左右的显示器中，但是因为视角还是有限制，所以在大尺寸电视机器件中不能应用。