IPS屏幕技术探究121202

IPSIPS 屏幕的探究屏幕的探究 2012 年 07 月 23 日 IPS 屏幕自从在市场上露面以来一直顶着高画质的光环 在电 视领域 LG Display 在 08 年时与国产 6 品牌合作 推出了 IPS 240Hz 伙伴企业 而在移动设备领域 由于从 iPhone4 开始 采 用了 IPS 屏幕得到了广泛的认同 由于苹果产品与 IPS 面板的捆绑 宣传效应 越来越多的产品也开始采用 IPS 面板 那么 IPS 面板究 竟有什么魅力呢 选择 IPS 是否就代表着高画质呢 我们将在下文 作出解答 踢爆卖场黑导购 IPS 屏究竟是个什么玩意 IPS 液晶面板固有的优势包括可视角度大 并且由于液晶分子 的排列样式保持水平排列 因而触摸时基本不出现色差 水波纹 因而更适合目前触屏设备使用 不过仅凭以上两点并不足以证明其 拥有高画质 只是更为适应便携设备的发展趋势 这里要说明的 中小尺寸的 IPS 面板其实和显示器上所使用的技术并不完全一致 常见的 iPad 等产品采用了 FFS Fringe Field Switching 边界电场 切换广视角技术 这里就不详细解释 只解释 IPS 方面的问题 IPS 屏幕是怎么一回事 许多朋友对 IPS In Plane Switching 平面内切换液晶 的认 识 应该都是从 硬屏 这个名词开始的 硬屏就像前面所说的那 样 是液晶分子排列所导致的 这其实已经明确说明了 IPS 的本质 是改变传统液晶分子的方式的技术 IPS 模式是针对在玻璃基板上 水平配置的液晶 添加水平方向的横向电场 使得液晶分子在平行 于玻璃基板的方向上旋转 说白了主要的特点就是液晶分子以保持 水平状态旋转来调整每个子像素的亮度 也因此拥有了高可视角度 的特点 一般 IPS 屏幕可以实现至少上下左右 160 度的可视角度 最高可以实现接近 180 度的可视角度 那么为什么会有可视角度这个说法 也许我们要从液晶面板的 成像原理开始说明了 这简单说一下 大家都知道 R G B 红绿蓝 三色是显示设备的基础 通过调整三色的明暗就可以组合任何颜色 我们可以讲液晶分子理解成快门 通过调整液晶分子的排列可以像 快门一样遮挡后面的光源 遮挡后的光透过前面的 RGB 三色滤光片 就可以产生颜色 像 TN 屏幕就是将螺旋状排列的液晶分子旋转 90 度来实现快门作用 通电时旋转液晶造成垂直状态遮挡光线 由于 在液晶层前后置入了偏光镜 只有非 90 度状态才能让光线通过 但是这种 TN 液晶技术有着一些缺陷 最主要的一个就是施加电 压时 液晶分子要扭曲至 90 度才能遮挡光线 但是实际上完全实现 完全垂直并不容易 因而较难实现全黑状态 也因而对比度较低 另外液晶分子排列方式 使得可视角度较低 而响应速度 液晶分 子改变状态需要时间 与自身不发光是液晶材质的固有缺陷 无论 如何都是不可能完美解决的 了解这一原理我们就知道为啥要改进液晶面板 目前主流的改 进型的液晶技术包装 VA 与 IPS 两种 IPS 采用旋转水平排列的液晶 分子来实现快门动作 从根本上避免了液晶从垂直到倾斜角度的旋 转动作 因此可视角度是 IPS 固有的最大优势 VA 则是液晶在未通 电状态下就是垂直状态 不透光 全黑 带来了先天的对比度优 势 以及后来改进液晶分子的倾斜角度也达到了接近 IPS 的可视角 度 因此 IPS 并不是仅仅 LG 所生产的面板 而是指很庞大的一个液 晶面板类型 而分类的依据就是液晶分子产生快门作用的方法 也 就是显示方式 事实上 IPS 在面市伊始还有糟糕的响应速度与不 敌 VA 液晶高对比度的问题 TFT 液晶与 IPS 屏幕的关系 那么 Retina 视网膜屏幕又是如何和 IPS 发生关系的呢 其实 IPS 隶属于 TFT 液晶 但是高精度液晶屏幕并不一定要是 IPS 模式 这个问题主要是和液晶面板的驱动方式 选择低温多结晶硅 LTPS TFT 驱动能够实现很高的屏幕精度 PPI 原因是 LTPS TFT 的载流子迁移率高达 100cm2 Vs 以上 即使像素高精细化 也 容易确保开口率 所以讲 Retina 与 IPS 画上等号并不正确 就像夏 普所生产的 IGZO TFT 液晶屏幕 因为解决了驱动的问题实现了高精 度 即使不采用 IPS 显示模式也一样可行 这里还要加一句 常见 的液晶电视采用了 a Si TFT 非晶硅驱动 事实上目前我们在主流消费电子产品上看到的液晶面板都是 TFT 液晶 TFT 液晶屏幕全称应该是薄膜晶体管液晶显示器 Thin film transistor liquid crystal display 也就是 TFT LCD 这种屏幕属于主动式矩阵 LCD 也就是 AMLCD 要解释起来比较复杂 大致上就是实现了每个像素都可被独立控制 带来了更好的色彩表 现与相应速度 由于液晶技术已经发展良久 即使是我们常见的 TN 电脑显示屏也是采用了 TN TFT 的形式 因此很多时候我们强调 TFT 液晶这一名词有点多余 因为现在消费电子产品中非 TFT 液晶已经 很少见 IPS 屏幕的历史 目前我们在市面上看到的 IPS 厂商似乎主要就是 LG Display 然而在 IPS 面市的十几年间 LGD 却还是个后加入者 日立研究所 在 1996 年量产 IPS 屏幕并面市 98 年时发布了改进版的 S IPS Super IPS 直到 1999 年 LG 飞利浦才以合资厂商的身份加 入了 IPS 阵营 直接使用了 S IPS 的技术 LG 飞利浦在 06 年时宣 告破产 之前飞利浦已经将所持有的公司股份大量出售 其后 IPS 屏幕的业务由 LG Display 公司打理 所以后期我们能看到高举着 硬屏 进行宣传的已经是 LGD 了 而曾经 NEC BOE ID TECH 等 厂商也在 S IPS 的基础上研发过 IPS 不过目前并不常见 屏幕技术一直在不断发展 日立 松下与东芝成立 IPS Alpha 公司 共同开发生产 IPS 屏幕 其公司主要生产的 IPS 为经过改进 的 IPS PRO 屏幕 在子像素排列上和我们常见的 S IPS 并不一样 从 鱼鳞状变成了矩形的常规外形 然而此后在一连串的收购 动作后 IPS Alpha 成为了松下的子公司 松下也由此拥有了 IPS 液晶面板的生产能力 除此之外 日立研究所的显示器部门在去年的合并动作中和东 芝显示示 索尼移动显示共同组成了 日本显示器 所以 IPS 显 示技术也成为该公司的所有 由于日本显示器主要着眼于中小尺寸 液晶面板 在手机和平板上我们将会看到它的屏幕 然而生产 IPS 屏幕的厂商远远不止这些 虽然当初 IPS 阵营厂 商不多 更多的液晶厂商选择了 VA 阵营 不过随着 IPS 屏幕在 iPhone iPad 上的成功 越来越来厂商选择生产中 小尺寸的 IPS 面板 除了上面所说的已经合并的索尼移动显示以外 奇美电子也 接受日立显示器的 IPS 技术生产 IPS 屏幕 除此之外三星也有相似 的 PLS 技术 在原理上和 IPS 一致 所以我们一直以为由 LGD 供货的 iPhone iPad 的 IPS 面板出处 要比想象的复杂得多 日本显示器必然是生产厂商之一 而三星显 示 台湾的奇美等厂商也可能参与生产 以后谈到苹果所使用的 IPS 屏幕也许我们并不能信心满满地说这是 LGD 的 IPS 屏幕 唯一 准确的验证方式可能就是拆机查看屏幕的序列号等信息 日立系 IPS 面板发展 从日立的 IPS 演进图中我们可以看到 IPS S IPS AS IPS IPS PRO 的发展方向 S IPS 是 IPS 一个重要的改进 在 98 年 面市的 S IPS 改善了初代 IPS 响应时间问题 鱼鳞状子像素 是个醒目的识别方式 直到今天我们还是能在中高端显示器与液晶 电视上看到 尤其是 LG 的显示器与液晶电视 AS IPS Advanced Super IPS 虽然在日立 IPS 演进图占据一 席之地 然而使用它的设备屈指可数 甚至这个名字是由 NEC 20WGX2 专业显示器宣传中出现的 拥有小于 5ms 响应时间与 1600 1 动态对比度 即使在今天也很出色 这块出色的液晶面板目前只能 在三菱 NEC 日立等天价显示器中可以看到 目前 LGD 也生产 AS IPS 屏幕 也有说法是 LG 将 AS IPS 使用在了自家高端液晶电视上 笔者对比去年的 LG 高端电视 LW9500 评测文章发现 在子像素排列 上更近似于 AS IPS 而不是 S IPS 第四代 IPS PRO 面板在 AS IPS 面板的基础上引入了新技术来改 善某些特定角度的灰阶逆转现象 加强了面板的响应时间 常常被 认为是最强大的液晶面板类型 在子像素外形上已经没有了鱼鳞状 排列 主要出现在松下的液晶电视上 像是今年的 WT5 DT5 ET5 等松下液晶电视上都采用了 IPS PRO 液晶面板 松下 WT50 液晶电视 不过在国外媒体的画质对比中 使用这一面板的松下液晶电视 名次并不算靠前 LG 系 IPS 常见面板 在 LGD 这一边 IPS 也同样经历了技术的革新 从开始继承自日 立的 S IPS 后 还有 H IPS e IPS P IPS AH IPS 等 H IPS Horizontal IPS 最为明显的区别就是改变了 S IPS 的 鱼鳞状子像素排列 每个像素都呈笔直排列像素之间连成一 条从上到下的直线 同时每个像素之间都拥有较以往更小的电极宽 度 在定位上处于和 S IPS 相当的画质水平 小幅改进了对比度 色彩表现 一般在中高端显示器与液晶电视中见得到 还有 e IPS 可以注意到这个 e 为小写 被称为 economic IPS 其实国外玩家都认为这块面板无非是经济版的 H IPS 在对比 度与色彩上都要差上一截 一般被使用在中低端显示器上 在液晶 电视上比较少见 色域达到了 72 开口率减小 从而使得可视角 度提高 除了广角可视外在画质上没有什么建树 另外还有 LG 在 2012 年主推的 AH IPS 屏幕 显示效果上没有很 大提升 也许可以被认为是 e IPS 的色彩 对比度 能耗的小升级 版 除此之外还有 UH IPS S IPS2 等面板 在画面上和 H IPS 有着 相似的 仅在很少的电脑显示器上可见 可以看出 日立系的 IPS 面板进化远比 LGD 方面要来得重大而提升明显 不过目前占据显示 市场着主要是 LG 系的 IPS 面板 那些与 IPS 同级的液晶面板 说起与 IPS 同级的液晶面板 广义上讲能够同样实现广视角的 液晶面板只能是 VA 阵营了 与 IPS 相似 VA 液晶模式的产生也是 为了弥补 TN 屏幕在可视角度 色彩 对比度等方面的不足 说起 VA 可真是个大家族 现在常见夏普 三星 奇美 友达光电等重要 的液晶面板厂商都属于这一阵营 也因此国内销售的外资品牌的液 晶电视绝大多数都是 VA 屏幕的 这其中有很多耳熟能详的面板类型 像是曾经大名鼎鼎的夏普 ASV 三星 S PVA 友达光电的 A MVA 等 新的包括夏普 UV2A 贵丽泷四色技术 东芝 PSA 等也都是 VA 阵营 的 在原理上 VA Vertical Alignment liquid crystal 垂直排 列液晶 模式是利用垂直方向的纵向电场 来驱动垂直配置于玻璃 基板上的液晶分子 不施加电压时为黑色显示状态 施加电压时 使液晶分子倒向水平方向 成为白色显示状态 在显示原理上正好 和 TN 屏幕相反 由于不施加电压时即为全黑状态 因此拥有先天的 对比度优势 施加电压时 可以依据电压大小能控制液晶分子倒伏 程度 实现颜色和亮度的调节 其实在原理上比 IPS 在色彩 对比 度上都有先天的优势 而可视角度也在后期发展中不断改善 接近 IPS 屏幕 在 3D 技术流行前画质上其实略逊于 IPS 液晶屏幕有一个很明显的特点我们可以从像素的近拍图中观察 到 几年前的液晶屏幕的像素微距图中都有明显的斜纹结构 这是 在彩色滤光片上形成控制配向的树脂突起 也就是配向膜 它的作 用是控制液晶分子的倾斜方向 液晶分子像多米诺骨牌那样沿着配 向倒下 在 VA 的屏幕中很是明显 像是 PVA 三星 MVA 友达 以及 ASV 夏普 都有各自不同的斜纹结构 这里就不一一介绍这 些 VA 液晶面板的工作原理了 可以说每一个厂商要实现面板画质的 提升都不是一件简单的事 其实上面说了这么多 笔者想说的是 这种斜纹的配向膜实际 上阻挡了光线的透过 影响了液晶屏幕的对比度 这也是一个 MVA 要逊于 IPS 的一个原因 然而这一问题在 2010 以后得到了很大的改 善 VA 厂商开始使用名为 PSA Polymer Sustained Alignment 聚 合物稳定配向 的显示技术 这一技术采用了 UV 光来给液晶分子配 向 减少了突起 也因此获得了更完整的子像素 提高了对比度等 画质参数 采用了 PSA 技术的三星 S PVA 面板近拍图 三星 ES7000 采用了 PSA 技术的三星的 S PVA 面板 HX920 采用了 PSA 技术的 S PVA 屏幕不过与三星 ES7000 略有差 异 在这上面走得更远的是夏普 UV2A 光配向技术夏普目前最为重 用的 其原理也是利用 UV 光线来充当配向膜的用处 以此提高了液 晶面板的响应速度 4ms 以及对比度 也难怪夏普会称自家的面板 高速液晶面板 从子像素上 也可以看到 现在 UV2A 技术的液晶面 板都是非常齐整没有斜纹结构的 实际上 UV2A 这个名称也是 UVVA 的缩写 也就是 UV 光线的 VA 面板 在技术上已经超越了 LG 的 IPS 屏幕 与 IPS a 屏幕则不相上下 在光配向技术上 目前 LGD 还仅 仅公布了采用了光配向