1、解读液晶显示器显示技术前言：液晶面板就是液晶显示器的屏幕，它的产量、优劣以及市场环境等多种因素都关系着液晶显示器自身的质量、价格和市场走向，因为一台液晶显示器其 80左右的成本都集中在了面板上。总之，面板一直是液晶显示器最重要的部件，在显示器玩家的眼里，面板更是他们选择的重点。现在市场的主流面板有 3 类型，分别是 TN、IPS 和 VA。众所周知，TN 效果是最差的，但 VA 和 IPS 究竟谁好一直被争论，它们究竟好在哪里？它们的工作原理是什么？相信不少普通消费者不知道，下面笔者就为大家详细介绍一下 TN、IPS 以及 VA 屏的工作原理以及一些技术特性，让菜鸟也能赶快进阶。TN 面板：T
2、wisted Nematic（扭曲向列型）面板主要生产厂商：三星，LG-Display，奇美，友达广电，瀚宇彩晶TN 全称为 Twisted Nematic（扭曲向列型）面板，低廉的生产成本使 TN 成为了应用最广泛的入门级液晶面板。更确切地说，在目前市面上主流的中低端液晶显示器中被广泛使用的 TN 面板为 TN+Film 类型面板。这种类型的液晶面板应该算是应用于入门级和中端的面板产品，最为重要的有一点就是价格实惠、低廉，成为众多厂商选用的产品。TN+film 液晶面板主要应用于入门级和中端产品，它基于早期可视角度很小的 TN 技术（视角最大 90度），但在面板上增加了一层转向膜，将可视角度
3、提高到了 170 度左右，成为了一种视角较广的产品，所以严格的说，TN+film 也算是一种广角技术。工作原理图动态工作原理图 断开（亮） 动态工作原理图 （暗） 这是最普遍的液晶模式，当没有施加电压的时候，液晶分子按初始状态排列，这时光线就可以顺利的通过取向层，显示为亮。而在施加电压后，液晶分子的排列作出了相应改变，光线便不能通过取向层，最终显示为暗。在上面我们举的例子，只是最简单情况的表现，因为这只是一个象素，而且并没有考虑到色彩，实际情况要复杂的多。TN 屏液晶分子排列由于其液晶分子排列固有结构，对比度很难得到比较大的提升。当然市面上出现了数百甚至上千万比一的对比度有一定忽悠成分，因为动
4、态对比度是由全白/全黑计算得出的，而这个比值只需简单调整一下全黑环境下的亮度就能提升不少。在技术上，TN 面板的技术性能上略为逊色，它不能表现真正的 16.7M 艳丽色彩（某些 TN 面板标称能达到 16.7M 色，实际是通过液晶显示器内部的电路 ic 芯片实现的，我们俗称为 16.7M 色彩，但并非艳丽色彩），并且可视角度也受到了一定的限制。之所以 TN 型这种面板产品仍然是众多厂商采用的主力还是因为由于他的输出灰接级数较少，液晶分子偏转速度快，致使它的响应时间容易提高，出于成本控制，现在市场上大部分产品大多都采用的是 TN 液晶面板。正在挤压 挤压过后如上图，大家可以看到，但压力施加到 T
5、N 面板时，面板上是呈现出涟漪状的颜色变化（俗称水波纹），但压力点离开后，留下的形状也不是十分鲜明。可视角度测试大部分 TN 屏的显示器，上下可视角度标称是 170 度/170 度，但从这么多的测试中，发现只要达到130 度左右，图像颜色就开始变化，只是文字还能看到而已（因为文字是黑色）。正是由于可是角度的问题，TN 屏的显示器底座设计相对简单，可调整角度一般只是-15 度到 30 度之间。下面我们一起简单总结一下 TN 屏的优缺点：优点：价格便宜（最重要的优势），面板液晶分子响应时间快，开机速度快，功耗较低；缺点：可视角度窄，色域偏低（NTSC 色域在 70%左右）。IPS 面板(IN-PL
6、ANE -SWITCHING，板内切换）技术主要生产厂商：日立，LG-Display，NEC，IPS，智基它也是目前主要的一种主流的液晶面板类型，由日本日立于 2001 年推出，液晶分子平面切换的方式来改善视角，利用空间厚度、摩擦强度并有效利用横向电场驱动的改变让液晶分子做最大的平面旋转角度来增加视角；在商品的制造上不须额外加补偿膜，显示视觉上对比也很高。在视角的提升上可达到 178 度。IPS 型液晶面板具有可视角度大、颜色细腻等优点，看上去比较通透，不过响应时间较慢和对比度较难提高也是这类型面板一个比较明显的缺点。IPS 即第一代 IPS 技术，它已经实现了较好的可视角度。后来，日立又推出
7、了 S-IPS（super-IPS）技术，很好的改善了响应时间过长的问题，但是开口率低的问题依然存在。虽然 IPS、S-IPS 都是日立公司的杰作，但是 LG Display 公司生产的 S-IPS 面板应用更广泛，目前液晶电视采用的 S-IPS 面板，普遍都出自 LG-Display 公司。IPS 改变了液晶分子的排列和电极的分布，工作时的情况也有了改变。当不施加电压的时，液晶完全不会旋转，两个取向层成 90 度垂直，就会显示出比较纯的黑色，这也是 IPS 比 TN+FILM 的强项。施加电压后，液晶分子旋转到垂直的为止，光线便可以通过。所以大家看到，IPS 与 TN-LCD 在施加和不施加
8、电压的显示效果是正好相反的。不过值得一提的是，不管加不加电压，IPS 的液晶分子都是平躺着转的，由于它天生的这项特性，所以它在大视角下的对比与色偏表现是三种液晶技术中最好的，不需要额外动啥手脚。S-IPSH-IPSIPS 面板现在有数个分支结构，包括常见的鱼鳞状液晶分子的 S-IPS，竖直条纹状的 H-IPS。它的全黑状态漏光控制得很好，色彩均匀，而且大多数此类面板都会搭配 10bit 甚至更强得驱动 IC，色彩更为鲜艳。当然，它的缺点就是液晶分子响应速度比较慢。目前最快的 H-IPS 面板响应时间也仅为灰阶 5ms，而大部分 S-IPS 都还在灰阶 8ms 徘徊。IPS 是由日立研发的。其特
9、点就是液晶分子适中平行于屏幕，有效控制漏光。另外它的面板是属于“常闭”类型，即不通电状态下，面板是完全关闭呈黑色的，而 TN 属于“常开”型，非通电状态液晶分子完全打开，光线可以自由通过。经过多年发展，目前显示器用 IPS 面板主要由韩国的 LGD 研发和生产。挤压过后如上图，大家可以看到，压力施加到 IPS 面板时，由于属于硬屏设计，所以需要施加的力更大，出现的梅花印比较淡，松开后能迅速消失。与早期 IPS 面板想比，通过导入人字形电极和双畴模式，改善了特定角度的灰阶逆转现象并进一步拓宽视角，实现了 S-IPS（Super IPS）178 度广视角技术。不仅在左右视角广度达到 178，仰角俯
10、角有效收视范围也能达了 178。确保在任意角度观看时，都能真实再现精彩画面，很好的解决了相对而言视角范围较小、侧面观看时画面略有失真的问题。此外，LG 利用独有的 TR 波形校正技术，将对比度提升到10000：1，极大改善了屏幕的明暗对比度，透光性能突出，从而使亮度、对比度提高，确保任何场景都可以完美展示最细腻的画面。AOC iF23（100%亮度） 戴尔 2209WA（100%亮度）广角液晶分子需要更高的电压才能驱动偏转，所以要保证一定的亮度，必须要加大耗电量。不过16：9 设计的显示器，灯管数量降低，并且部分显示器默认最大亮度调低了，所以会出现比较理想的情况。如上图的 AOC iF23 采
11、用 2 灯管的 16：9 设计，所以功耗得到较好控制，但总的来说 IPS 面板的功耗还是比 TN 高不少的。下面我们一起简单总结一下 IPS 屏的优缺点：优点：178 度的宽可视角度，S-IPS、H-IPS 色域广，硬屏（一定的防刮伤）；缺点：功耗较高，良品率较低，价格偏高。VA 面板(VERTICAL alignMENT，垂直排列）主要生产厂商：三星，友达光电，奇美电子，Fuijtsu，爱普生VA 型液晶面板在目前的显示器产品中应用较为广泛，16.7M 色彩和大可视角度是它最为明显的技术特点，目前 VA 型面板主要分为两种，一种为 MVA 型，另外一种为 PVA 型。MVA（MULTI-DO
12、MAIN VERTICAL alignMENT，多区域垂直排列）技术，原理是增加突出物来形成多个可视区域。液晶分子在静态的时候并不是完全垂直排列，在施加电压后液晶分子成水平排列，这样光便可以通过各层。MVA 技术将可视角度提高到 160 度以上，并且提供比 IPS 和 TN+FILM 更短的响应时间。这项技术是富士通公司开发的，目前我国台湾的奇美、友达光电等面板厂都有获得授权使用。PVA 则是三星推出的一种面板类型，它在富士通 MVA 面板的基础上有了进一步的发展和提高，是一种图像垂直调整技术，该技术直接改变液晶单元结构，让显示效能大幅提升可以获得优于 MVA 的亮度输出和对比度。此外在这两种
13、类型基础上又延出改进型 S-PVA 和 P-MVA 两种面板类型，主要是在色彩、响应时间和可视角度等方面，继续作出有效改善。PVA 型则是三星推出的一种面板类型，是一种图像垂直调整技术，该技术直接改变液晶单元结构，让显示效能大幅提升可以获得优于 MVA 的亮度输出和对比度。此外在这两种类型基础上又延出改进型 S-PVA和 P-MVA 两种面板类型，在技术发展上更趋向上，可视角度可达 178 度，响应时间被控制在 20 毫秒以内（目前多数采用 Overdrive 加速达到 6ms 以内），而对比度可轻易超过 1000:1 较高的水准。PVA 广视角技术原理分析PVA 广视角技术同样属于 VA 技
14、术的范畴，实际上它跟 MVA 极其相似，可以说是 MVA 的一种变形。PVA采用透明的 ITO 层代替 MVA 中的凸起物，制造工艺与 TN 模式相容性较好。透明电极可以获得更好的开口率，最大限度减少背光源的浪费。PVA 和 MVA 毕竟一脉相承，在实际性能表现上两者都是相当的。PVA 也属于 NB（常暗）模式液晶，在 TFT 受损坏而未能受电时，该像素呈现暗态。这种模式大大降低了液晶面板出现“亮点”的可能性。不用屋脊形的凸起物如何生成倾斜的电场呢？PVA 很巧妙的解决了这一问题。如图，PVA 上的 ITO 不再是一个完整的薄膜，而是被光刻了一道道的缝，上下两层的缝并不对应，从剖面上看，上下两
15、端的电极正好依次错开，平行的电极之间也恰好形成一个倾斜的电场来调制光线。CPA (Continuous Pinwheel Alignment，连续焰火状排列) 模式广视角技术CPA 模式广视角技术严格来说也属于 VA 阵营的一员。在未加电状态下，液晶分子跟 VA 模式一惯特性一样都是分子长轴垂直于面板方向互相平行排列。如图，CPA 模式的每个像素都具有多个方形圆角的次像素电极，当电压加到液晶层次像素电极和另一面的电极上时，形成一个对角的电场驱使液晶向中心电极方向倾斜。各液晶分子朝着中心电极呈放射的焰火状排列。由于像素电极上的电场是连续变化的，所以这种广视角模式被称作“连续焰火状排列（CPA）”
16、模式。在性能上，CPA 模式与 MVA 基本相当，而且 CPA 也属于 NB（常黑）模式液晶，在未受电情况下屏幕为黑色，在生产导致 TFT 损坏时也同样不易产生“亮点”。因为 CPA 模式在各个方向均有相应的液晶分子作补偿，所以在视角表现上除了水平和垂直两方向外在其他倾斜角也有不错的表现。除了 IPS 规格面板外，常见广视角液晶还有 VA 面板。它的特点是采用垂直多畴液晶分子，所以总能看到相交的液晶晶格。具有代表性的是三星的 S-PVA 和友达光电/奇美电的 MVA。注意下凸中三星 S-PVA面板中的三角形晶格是有两个垂直相交的小三角形组成，并且不可单独工作，上下连续两排晶格凸起方向交错，如果
17、全开就会组成类似长条形颗粒晶格。VA 屏同样拥有广角特色，在围观之下色彩正在挤压 挤压过后更重要的一点就是，但压力点消失的时候，在面板上会留下著名的“梅花烙印”，VA 屏属于软屏，梅花印的色彩会偏深，不过消失速度也较快。三星 275T+ 100%亮度 110W 三星 275T+ 80%亮度 89W下面我们一起简单总结一下 VA 屏的优缺点：优点：广角设计（高达 178 度/178 度），色域广，亮点率较低；缺点：功耗较高，价格偏高。总结：上面介绍了目前主流的 3 类面板的一些技术特点。相信不少消费者都有一定了解，在了解的基础上就要理性看待上述这些产品。这里再次说明 TN 屏虽然技术不怎样，但它
18、的历史意义在于廉价的它推动了液晶显示器的普及，它对液晶显示器进入平民百姓家有较大的推动作用。这也恰恰反映了存在则合理的道理。至于 IPS 和 PVA，相信受到不少显示器玩家的关注，在现在主流的 IPS 和 PVA 面板中，由于定位问题，两者性能相差不大。但 IPS 的鼻祖是日立，拥有更强悍的技术，在真正的专业领域里更强大。（其实很多专业级的液晶显示器大多还是采用 IPS 面板设计的，如艺卓、NEC 一些万元以上的显示器。）当然，除了面板外，液晶显示器还需要其他部件的配合，所以千万别以为基于广视角面板的 LCD 画质就一定如何如何好，没这么简单，设计到的 IC 驱动、芯片和电路设计那可是相当复杂的，正因为驱动电路复杂，因此专业级 LCD 功耗往往都不低，这一点从 EIZO、NEC 等高端产品上就能够佐证。
