液晶显示中IPS的含义及显示原理

液晶显示中IPS的含义及显示原理IPS面板(IN-PLANE-SWITCHING，板内切换）技术主要生产厂商：日立，LG-Display，NEC，IPSα，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LGDisplay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LG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（SuperIPS）178度广视角技术。不仅在左右视角广度达到178°，仰角俯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。▲AOCiF23（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AOCiF23采用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(VERTICALalignMENT，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-DOMAINVERTICALalignMENT，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(ContinuousPinwheelAlignment，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）”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。