電腦螢幕面板差異詳解,IPS、VA、TN面板差在哪裡?

電腦螢幕面板差異詳解,IPS、VA、TN面板差在哪裡?

不管是電腦顯示器還是電視,在新興 LED 技術出現前,家用的LCD幾乎都是採用TFT-LCD原理,而裡頭液晶排列模式的不同,就形成了我們一般所說的TN、VA、IPS面板。而現在我們上網採購螢幕時,也常常會看到標榜這三種不同的面板。事實上,由於這三種面板的特性不同,像是你想要比較廣的視角、或是比較好的對比,其實從面板種類開始就決定了一切。

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TFT-LCD的全名是薄膜電晶體液晶顯示器(Thin Film Transistor LCD)。TFT-LCD在面板部分,主要可拆分為LCD面板、驅動基體電路與背光模組三個部分。

LCD面板的基本結構為兩塊玻璃基板,其中上層玻璃基板的下方貼有RGB三原色的彩色濾光片,稱為彩色濾光片基板,下層玻璃基板的上方則有TFT(薄膜電晶體),因此又稱為薄膜電晶體基板,兩層玻璃基板的中間就夾著液晶,液晶是一種介於液態跟固態之間的晶體,擁有固態的光學特性,又有液態的流動特性;啟動驅動電路會輸出電壓,就會影響LCD面板液晶分子排列,進而影響背光模組所發射光線的角度,最後產生了各種不同的問題。

電腦螢幕面板差異詳解,IPS、VA、TN面板差在哪裡?

▲TFT-LCD面板構造分為三個部分,驅動積體電路、由兩塊玻璃基板合在一起的LCD面板,以及發射光源的背光模組。(圖片來源:奇美電子)

然而早期的TFT-LCD顯示器,中間的液晶排列多是採用TN(Twisted Nematic)模式,其應用上最大的缺點是可視角問題,也就是在使用者非正對TN模式TFT-LCD螢幕時,不管是亮度、對比或色彩都會產生偏離,針對這個問題,各家廠商就想出在玻璃基板上加上補償膜,或者改進玻璃基板中液晶分子排列方式來改善缺點,這也形成了現在常見的TN加廣視角補償膜,或MVA或IPS面板,這些新的液晶分子排列方式的差別。

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▲液晶分子開關影響光線進出:液晶分子施加電壓後,會造成偏轉,影響光線進出。(圖片來源:奇美電子)

視角越廣越好是什麼意思?

談到「視角」,我們可以大略瞭解意思就是在不同角度觀賞時,畫面品質仍然要在可接受的程度,而所謂「可接受的程度」,比較專業的會從對比分明、降低灰階反轉、減少色差這三方面來看。

第一種是對比分明,當我們正視顯示器時都能達到最佳對比,但是越往側邊看,對比會越差,目前顯示器規格上所標示的可視角度數,指的就是在這個角度以內,對比能在多少以上,但是沒有一個共通的對比標準,一般是指在10:1以內;第二種指的是降低灰階反轉,灰階指的是顯示器層全黑到全白間會有255階層,理論上越白,顯示器會越亮,但是非廣視角的面板,可能會在較大的角度產生較白的階層亮度比較暗的階層低,這種現象就是灰階反轉;第三種是減少色差,也就是在不同角度看顯示器的畫面時,色彩要能盡量保持一致。

最省錢的TN加廣視角補償膜

TN指的是液晶分子扭轉產生亮暗對比的方式,由於TN施加電壓後,最靠近上下玻璃基板邊界的液晶分子不動,但是中間的液晶分子會朝下傾斜,使得各角度入設光線的穿透率不一,產生某些角度觀看時會偏亮,某個角度會偏暗,甚至產生灰階反轉,這種早期的TN模式,只能應用在亟需要輕薄的筆記型電腦面板上。

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▲傳統TN模式排列:左邊是未施加電壓時的TN液晶分子狀態,右邊是施加電壓後液晶分子會朝下傾斜,使得不同角度光線的透光率不同,造成TFT-LCD的視角問題。

針對這些缺陷,日本富士(Fuji Film)首先提出改善技術,就是在TN液晶盒,也就是兩層玻璃基板外部,另外貼上一層廣視角補償膜,將原本左右各45度的視角,改良到目前顯示器都可以號稱上下160度以內。初步解決視角問題,目前市面上看到的TN面板顯示器幾乎都是這種改良型的TN。

這種方式雖然簡單,但只能初步改善視角問題,使用者如果從這種改良式TN液晶面板螢幕的下方往上看,依然會看到影像中的白色部份變暗,黑色部份反而變亮的灰階反轉現象,因此雖然TN模式液晶分子轉動速度快,近年來更開發出高速TN液晶,使得反應時間增快許多,許多號稱電玩機種的顯示器甚至號稱灰階反應時間可以快到2毫秒以下,但是這種TN模式面板,仍然多只用在單人使用的電腦顯示器上,用途為多人觀賞的電視,還是不適合採用TN加補償膜面板。

 

對比最好的VA面板

VA(Vertical Alignment)其實是一種歷史悠久的液晶排列模式,當未施加電壓時,液晶分子與玻璃基版呈垂直排列,背光模組入射的光線通過液晶分子後會被偏光片擋住,呈現全黑色態,對液晶分子施加電壓後就會傾斜、倒下,允許光線通過,因此在對比的呈現上,VA天生就能強過TN,但視角過於狹窄問題嚴重,並未受到採用,直到日本富士的MVA(Multi-domain Vertical Alignment)技術產生,才解決視角問題,進而成為主流的面板液晶模式之一。

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▲VA模式排列:左邊是未施加電壓時的VA液晶分子狀態,這時如果背光模組注入光線,會完全背偏光板擋住,呈現全黑,右邊是施加電壓後液晶分子產生傾斜。但是亮度仍然會隨視角不同,依然無法達到廣視角。

MVA是由富士於1998年提出的新液晶操作模式,在VA模式下進行改良,於面板下方設計突起物,控制液晶分子在兩側形成相對應的排列狀態,不管從左視角或右視角都能看到相同的光學特性,達成了廣視角的目的,在臨界極限狀態下,視角目前已經可以到170度以上,反應時間雖然不比TN加廣視角補償膜,但仍然勝過IPS,加上對比佳的天生優勢,除了應用在液晶電視上之外,也已經漸漸成為現在許多電腦顯示器所採用的面板。台灣廠商友達光電的AMVA、奇美電子的Super MVA,韓國廠商三星電子的PVA、Super PVA、VPVA以及日商夏普的ASV,這些都是改良後的MVA技術,接續改善了色偏、反應時間等問題。

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▲MVA模式排列:改良後的MVA模式,全視角都能獲得相近光學特性,改善視角問題。

視角最廣的IPS面板

最後一種改善廣視角問題的技術稱為IPS(In-plane Switching),這是由日立開發的專利技術,後來又衍生出S-IPS、AS-IPS等。其與TN技術不同之處在兩處,第一個是液晶分子的排列方向,從傳統TN的立體排列方式,轉換成與玻璃基板平行,且電極也會放在玻璃基板同一側,電壓施加後,液晶分子也會維持平躺轉動,因此使用者不論從哪一個視角觀賞都不會失真,可視角最大,色彩還原性也最好,但是反應時間卻也是三種液晶模式中最慢的。早期IPS還有一個缺點就是透光率低,相較其他面板要增加背光源亮度,否則無法達到其他面板所能達到的亮度,但相對更耗電、廢熱更多,顯示器的某些角度也還是會有灰階反轉現象。

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▲IPS模式排列:日立為了改良TN模式的視角與色彩再現而發展出IPS模式,未通電狀態時,液晶分子與基板平行,通電後會水平轉動。IPS模式雖解決上述兩問題,但卻反而增加了反應時間,面板也相對較昂貴。

因此,就像VA改進為MVA一樣,IPS技術後來也由日立藉由劃分液晶分子區域的方式,改進為S-IPS(Super IPS)技術,進一步改善灰階反轉問題,目前多數由LG所生產,Apple iPad使用的液晶面板也是屬於S-IPS,目前像是e-IPS、H-IPS、p-IPS都是屬於此類技術。另外韓廠現代所開發的FFS面板也是IPS技術的一種,能在更省電的狀態下提高透光率,視角也更大,甚至逼近180度視角極限。

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▲S-IPS模式:S-IPS液晶模式,改善了反應時間,也解決灰階反轉問題。

針對使用需求,尋找最佳面板

以上三種廣視角改善技術,其實各有各的優勢跟劣勢,沒有一種是絕對完美的,使用者必須考量自身的需求後,選擇搭配該種面板的液晶顯示器。

如果從電腦顯示器市場來看,早期以及現在多數的消費型顯示器都是採用TN液晶面板或TN加廣視角補償膜面板,原因不外乎這是一種最經濟就可以達成廣視角的方式,而且就算視角最窄,對於小螢幕的顯示器來說也無妨,因為不會有太多人同時觀看同一個電腦螢幕,但是隨著電腦顯示器尺寸也越做越大,就算是一個人使用,也可能會有多個觀看角度,因此TN液晶面板問題就開始浮現。

現在採用MVA、IPS面板的顯示器開始多了起來,專業美工用途的液晶顯示器採用的面板就幾乎都是IPS面板,原因就是它的色彩還原能力最強,但是成本也最貴,所以多數用在價格昂貴的專業市場。此外,在液晶電視市場也到處看的到號稱採用IPS面板的機種,這時原因就多數來自它的廣視角能力,因為電視的大尺寸因素,需要容納越多人同時觀賞而畫面不失真,因此IPS就是最直接的好選擇。

但是IPS並不是適合所有的人,比如在對比跟反應時間方面就比不上MVA,面板價格也比MVA貴,但是MVA面板同時具備廣視角能力,相較之下就是比較合宜的選擇了。

最後也需要強調,面板只是液晶顯示器的其中一項重要元件,驅動電路、背光模組也是另外兩個影響最後成像的元件,加上各家廠商調色的功力,一樣的面板給兩家廠商使用也不可能產生一樣的影像效果,使用者除了選購時首先了解各面板的特性之外,最好能多角度實機觀賞,買到最適合自己的顯示器。

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▲圖中「富士通」為誤植,應為「富士」。

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螢幕面板怎麼挑?TN、MVA、IPS 各有什麼特色與優點
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愛輪米
作者

每個月都想不出新梗的 老梗王 兼 前PC home雜誌 電腦週邊、軟體與遊戲線編輯

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阿婆
1.  阿婆 (發表於 2012年7月24日 11:24)
如果最下面再放上各種面板優缺點的表格那就更好了<( ̄︶ ̄)>
8e774e354c5d2335e05d9186ddf4da92?size=48&default=wavatar
1人給推

3.  POWERXP (發表於 2012年7月24日 13:38)
※ 引述《smallchou》的留言:
> 富士通,Fujitsu,
> http://jp.fujitsu.com/
>
> 富士,Fujifilm,
> http://fujifilm.jp/
>
> 這兩廠牌好容易被搞混~
>
還有一個 叫 富士丸 FUJIMARU 燦坤的 ╯-__-)╯ ╩╩

超超超容易搞混囧rz
Vincent_Taipei
4.  Vincent_Taipei (發表於 2012年7月24日 14:14)
※ 引述《POWERXP》的留言:
> ※ 引述《smallchou》的留言:
> > 富士通,Fujitsu,
> > http://jp.fujitsu.com/
> >
> > 富士,Fujifilm,
> > http://fujifilm.jp/
> >
> > 這兩廠牌好容易被搞混~
> >
> 還有一個 叫 富士丸 FUJIMARU 燦坤的 ╯-__-)╯ ╩╩
>
> 超超超容易搞混囧rz

富士丸真的太太太好笑了..............

crihy
7.  crihy (發表於 2014年11月18日 15:58)
╯-__-)╯ ╩╩
請問
1.對比600:1與1000:1哪一種較佳?
2.對比50000:1與5000:1哪一種較佳?
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