IPS屏幕技术探究121202

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的技术的IPS样本。

那么采用这些新技术的液晶面板都有哪些产品呢？目前可以生产PSA技术面板的厂商包括三星、友达光电、夏普等，也因此主要集中在中高端的外资、部分国产品牌电视中，像是索尼HX850、HX750，三星ES8000、ES7000、D8000、D7000，夏普近两年大多数产品品等
等，TCL等国产厂商也有部分采用三星面板的型号。

然而这里要提醒的是不同批次的液晶电视会采用不同厂商的面板。

总结：
其实本文想要借着IPS向液晶屏幕知识扫扫盲，IPS并不是一项完美的液晶技术，不同类型的IPS有着很大的画质差异，最差的IPS面板在画质表现上甚至赶不上TN屏幕，不过广视角上的优势是任何液晶类型都无法媲美的。

其次IPS屏幕幸运地符合手持设备对屏幕的要求，高可视角度与触摸时不产生波纹，所以未来智能手机、平板电脑上的屏幕将会是IPS的天下，当然不排除以后OLED的赶超。

不过在画质面前手持设备所采用的屏幕一般都较弱，跟液晶电视拼画质显然不现实，在液晶电视面板领域，夏普、三星等采用新技术的VA屏幕有着超越IPS屏幕的水平。

最后要说的是随着越来越多厂商量产IPS屏幕，我们完全没有必要有LG屏幕较好的错觉，在技术上不少液晶厂商都有着完全不落后LG的技术。

而且有时候不打着IPS旗号并不一定就不是IPS，像是Galaxy Tab 10.1、HTC ONE X等其实都采用了类似IPS的技术。