IPS屏幕技术探究121202

1、IPS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

2、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

3、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。IPS摸式建针对在玻璃墓板上水畢配前液晶.隸加水平方向的横向 电场，使祷液晶分子在平行干玻璃基扳的方向上旋转“说P了主要 的特点球是港晶分子以保持水平狀蠢族转来调整每个子W貫皋啊尧僅. 也因此拥有了离可枫角度的特点*顶視图KSWffi擁加电压光线遥过）未施加电压;

4、无光线遥过）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）。大家都知道光学上R、G. B红绿篮三色昱显示设备的基础，通过 调St三色的明躇就可以组合任何颜色

5、.我们可以将液晶分于理解 碇快门，通过调整液晶分子的排列可以像怏门一样遮捋宿面的光 源”遮挡后的光透过前面的RGB三色觀质切砖搏鶴一一但是这种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。 A 玺(W IPS &目前主流的改进型的液晶技术包装与IPS两种.VAJWS液晶在未通 电状态下就眾垂直状恋f不锤避、全H),带

6、来了先天的刑比鹰优势| 以JL后来改进酒晶分子的倾斜角度也达J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

7、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LTPSTFT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

8、，常见的液晶电视采用了 a-Si TFT非晶硅驱动。CltamflSomeGabs kEHuhCN"TFT驱动结构图nra每介愧素都可被独立控制事霎上目痢我忙I在主潼涓费电子产品上暑到的液晶面板都STFT液忑, TFT液晶屏尊全隸应该昙薄瞳晶体管液晶国示St也就STFT-LCDo 逹种屛幕廉于主动式短阵LCD也就是AMLCD,要解轉起来片狡亘棗， 大取上就昱实现了毎个標St都可檢独立控制.帝来了更好的feK«现 二可初yt衣喘。el,ecfcin$ com电孑碱烧直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(

9、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

10、IPS屏幕并面市，98年时发布了改进版的S-IPS (SuperIPS)，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LGDisplay 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-P

11、RO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。（幵RIB始年;ips卜 5-1PSA5-IPS -. IPS-Pio00蛇基/ ESOM蛋!（«a対创100100itselecfan$ com

12、屯各g烧敌日立.松下与东芝成立IPS Al时w公司.共同开发生产IPS屏JL其公 司主要生产的IPS为经过改进的IPS-PRO屏壽（第四世）.图中晨示 的是日立系的IPS面板发展史*目前日立的专翟已舉虫鮭卞（士歴寸! 与日本显示器中小尺寸）所继承口HITACHIInspire the liextTOSHIBALeading Innovation ->丄純1空島IU8FH电孑疚烧產然而生产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

13、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。1Pad2 潭 H*one4s.gaUxy Ub 10| =粤里我10直以为由LGD供货ffiiPhone. IPadMIPS面板出处要比JH象的 条得塞。三屋的PLS屏摧（类似IPS,左下），4iPad2的于像素非 常相似 New iPad也非常相似，鉴于麵来越多面板产生弄始生产 中小尺寸IPS面flJi不仅仅只有LGD-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

14、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勺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、IPSPRO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dM叫里州曲3法血黑m甘MM和引器>藩凱c&昔k*里 斗H >LG37K>smc&。丄PS迥PSTH糰寻潯甲 需900曲0哥SS丄PS曙#T莒序PSJS333

15、®»型4>州绥亠_宙柳熬帯号劭讎跑刖蹒酗画剂册常斤撇8!M喰sMOs-LGDswy-asTElaae4»>»lftle副Mft1* _AS-IPS (Advaneed 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，

16、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。ii >H » > a »>i n »»>» » » n ii n ii w n m 萌i!隔蹦验蹶锤换» 皿而板确周近:拍图心册專IT IT脈矗rami：» n n »>i »： m» miKH » M H »MMNn沙 n wn >mw* > ii n第四代IPS PRO面板在AS-IPS面板的基础上

17、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( Horiz on tai IPS)最为明显的区别就是改变了 S-IPS的鱼鳞状子

18、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。H-IPS ( Horizontal IPS )最为明显的区别就罷改变了鱼鲫状子像薰排列，每个慷素都呈笔首排列像秦之间连成一条从上 到不的直壤*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

19、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。H-IPS> + 18%S4P&E3* + 11.6 %©(ecfcins com 4 a S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 I

20、PS 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。说起与IPS同级的液晶面板*广义上讲能齡同样实規广視曲的液晶 面板只能是X/A阵营了在液晶电視击

21、烦上-”血谨冠両祐占推了報SKIPS的外资晶牌中踪了LG几乎1T卢阳垃麺吏甑1寸在原理上，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

22、，在3D技术流行前画质上其实略逊于IPS。qtff f空S细）他础皿IPS 9在原理上，VA （ Vertical Alignment liquid crystal垂直排列液晶） 横式是利用垂直方向前纵向电场，来驱动垂亶配鬣于玻璃蔘板上的 液晶分子。不箱加电伍时为黑色靈示状态。施加电EW,便液晶分子倒向水平方向成*为白色显状态也&l.&cfans corn i 8 S Ai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

23、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。妙屮出II心(b). On state(a) Off state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，也京液晶分子的倾斜方向，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

24、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 PSM术的三星的S-PVAW板HX920采用了 PSA技术的S-PVA屏幕不过与三星ES7000略有差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的技术的IPS样本。IIBiMHVLCD-60X50A液晶电视 面板懂素点近拍图nttlTIIH h II RRII IIV w M *» jb it (I N f VA皿II 11入a IftIIIiv f