各类液晶显示器面板技术特点整理

  • 2019-04-03
  • 743
  • 0
  • 1

前言:本文纯粹本人最近段时间为了追求更好的显示体验,关注显示器比较多,故将当下最流行的晶显示器面板的效果、技术特点整理于此,供自己以后参考之用,若觉得对各位有价值更好,没有价值就直接忽略本文吧~~

1.TN面板

TN全称为Twisted Nematic(扭曲向列型)面板,低廉的生产成本使TN成为了应用最广泛的入门级液晶面板,在目前市面上主流的中低端液晶显示器中被广泛使用。目前我们看到的TN面板多是改良型的TN+film,film即补偿膜,用于弥补TN面板可视角度的不足,目前改良的TN面板的可视角度都达到160°,当然这是厂商在对比度为10:1的情况下测得的极限值,实际上在对比度下降到100:1时图像已经出现失真甚至偏色。

  作为6Bit的面板,TN面板只能显示红/绿/蓝各64色,最大实际色彩仅有262.144种,通过“抖动”技术可以使其获得超过1600万种色彩的表现能力,只能够显示0到252灰阶的三原色,所以最后得到的色彩显示数信息是16.2 M色,而不是我们通常所说的真彩色16.7M色;加上TN面板提高对比度的难度较大,直接暴露出来的问题就是色彩单薄,还原能力差,过渡不自然。

TN面板的优点是由于输出灰阶级数较少,液晶分子偏转速度快,响应时间容易提高,目前市场上8ms以下液晶产品基本采用的是TN面板。另外三星还开发出一种B-TN(Best-TN)面板,它其实是TN面板的一种改良型,主要为了平衡TN面板高速响应必须牺牲画质的矛盾。同时对比度可达700:1,已经可以和MVA或者早期PVA的面板相接近了。台湾很多面板厂商生产TN面板,TN面板属于软屏,用手轻轻划会出现类似的水纹,另外仔细看屏幕大致是这样的:

2. VA类面板

VA类面板是现在高端液晶应用较多的面板类型,属于广视角面板。和TN面板相比,原生8bit的面板可以提供16.7M色彩和大可视角度是该类面板定位高端的资本,但是价格也相对TN面板要昂贵一些。VA类面板又可分为由富士通主导的MVA面板和由三星开发的PVA面板,其中后者是前者的继承和改良。VA类面板的正面(正视)对比度最高,但是屏幕的均匀度不够好,往往会发生颜色漂移。锐利的文本是它的杀手锏,黑白对比度相当高。
富士通的MVA技术(Multi-domain Vertical Alignment,多象限垂直配向技术)可以说是最早出现的广视角液晶面板技术。该类面板可以提供更大的可视角度,通常可达到170°。通过技术授权,台湾的奇美电子(奇晶光电)、友达光电等面板企业均采用了这项面板技术。改良后的P-MVA类面板可视角度可达接近水平的178°,并且灰阶响应时间可以达到8ms以下

  三星Samsung电子的PVA(Patterned Vertical Alignment)技术同样属于VA技术的范畴,它是MVA技术的继承者和发展者。其综合素质已经全面超过后者,而改良型的S-PVA已经可以和P-MVA并驾齐驱,获得极宽的可视角度和越来越快的响应时间。PVA采用透明的ITO电极代替MVA中的液晶层凸起物,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。这种模式大大降低了液晶面板出现“亮点”的可能性,在液晶电视时代的地位就相当于显象管电视时代的“珑管”。三星主推的PVA模式广视角技术,由于其强大的产能和稳定的质量控制体系,被日美厂商广泛采用。目前PVA技术广泛应用于中高端液晶显示器或者液晶电视中。VA类面板也属于软屏,用手轻轻划会出现类似的水纹,仔细看屏幕大致是这样的:

3.IPS面板

 IPS(In-Plane Switching,平面转换)技术是日立公司于2001推出的液晶面板技术,俗称“Super TFT”。IPS阵营以日立为首,聚拢了LG-飞利浦、瀚宇彩晶、IDTech(奇美电子与日本IBM的合资公司)等一批厂商,不过在市场能看到得型号不是很多。IPS面板最大的特点就是它的两极都在同一个面上,而不象其它液晶模式的电极是在上下两面,立体排列。由于电极在同一平面上,不管在何种状态下液晶分子始终都与屏幕平行,会使开口率降低,减少透光率,所以IPS应用在LCD TV上会需要更多的背光灯。此外还有一种S-IPS面板属于IPS的改良型。

  IPS面板的优势是可视角度高、响应速度快,色彩还原准确,价格便宜。不过缺点是漏光问题比较严重,黑色纯度不够,要比PVA稍差,因此需要依靠光学膜的补偿来实现更好的黑色。目前IPS面板主要由LG-飞利浦生产。和其他类型的面板相比,IPS面板的屏幕较为“硬”,用手轻轻划一下不容易出现水纹样变形,因此又有硬屏之称。仔细看屏幕时,如果看到是方向朝左的鱼鳞状象素,加上硬屏的话,那么就可以确定是IPS面板了。

  由于IPS面板经历了多年的发展,流派品种很多,这里对IPS面板后来改进后的分支作分别介绍:

日系IPS分支:

最早IPS技术从日立公司发展而来,因此日系的IPS路线可以看作是一种比较正统的路线,如下图:

(1)S-IPS:

 S-IPS是针对IPS存在的一些技术问题研发出来的。它改变了液晶分子的排列和电极的分布,当不施加电压时,液晶不会旋转,光线无法通过;而当施加电压后,液晶分子会旋转到垂直角度,光线此时即可通过。这种将液晶分子改成水平旋转切换是通过背光的方式,在不额外增加补偿的情况下,能将可视角度大幅度提高。

  然而在S-IPS时代,日立却转让了S-IPS技术基础给LG。针对原本S-IPS的视角、对比度和大角度下发紫等问题进行了修正,同时大幅度提高了响应时间,减小了色彩漂移,提升了色彩还原度,LG最终创造了H-IPS。IPS屏幕也开始了韩系这一分支。韩系分支稍后会作介绍。

(2)AS-IPS

  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,总之,该技术离消费者相对较远。

(3)IPS-Pro

  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,如WT5、DT5、ET5等松下液晶电视上都采用了IPS-PRO液晶面板。

IPS-PRO像素排列

韩系IPS分支:

(1)H-IPS/E-IPS

  韩系IPS分支以LG为代表,自S-IPS以来,先后开发了H-IPS与E-IPS。后者实际上是前者的经济版、超级简化版,E-IPS拥有178度广视角、面板无压痕、颜色更锐丽、图像无拖尾的特点。E-IPS不仅拥有IPS的所有优点,而且响应速度更快,显示效果更好。

(2)AH-IPS

  最新的AH-IPS(Advanced High Performance In-Plane Switching),即“高分辨率硬屏”,它是由LG Display公司研发的应用于智能手机的高端LCD技术。该技术以高色彩准确度、高分辨率和良好的节能特性而著称。采用AH-IPS的智能手机在以色彩准确度(Color Accuracy)和色彩均一性为主的色度特性方面占据全面优势。AH-IPS显示的图像更加清晰自然,在一般光照下的色彩对比度(Contrast)、清晰度(Sharpness)、可读性等方面以及整体画质上表现尤为突出。作为高端LCD技术,AH-IPS不仅获得了业界专家的肯定,而且也正在走入消费者的视野。但在事实上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。

(3)P-IPS

  P-IPS(Professional IPS)是LG在得到NEC转让的IPS专利以后,开发出来的新产品,最主要的特征就是10bit,支持30bit的色深,有更好的表现能力,目前主要出现在旗舰级别的产品上,比如NEC PA301使用的LM300WQ5-SLA1就是LG在2010年以后生产的首款P-IPS产品,另外还有大名鼎鼎的华硕PA246QA,这项技术比较小众,一般都出现在高端专业级显示器上。

从上图对比之前的E-IPS/H-IPS/S-IPS液晶排列图可以看出,P-IPS应该与H-IPS、E-IPS是同一系列的。

综上可见,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。

4.CPA面板(ASV面板)

  CPA(Continuous Pinwheel Alignment,连续焰火状排列)模式广视角技术(软屏),CPA模式广视角技术严格来说也属于VA阵营的一员,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为“连续焰火状排列”模式。而CPA则由“液晶之父”夏普主推,这里需要注意的是夏普一向所宣传的ASV其实并不是指某一种特定的广视角技术,它把所采用过TN+Film、VA、CPA广视角技术的产品统称为ASV。其实只有CPA模式才是夏普自己创导的广视角技术,该模式的产品与MVA和PVA基本相当。也就是说,夏普品牌的LCD电视未必就是采用夏普自己生产的CPA模式液晶面板,它有可能采用台湾厂家的VA模式面板或者其他厂家的液晶面板。夏普的CPA面板色彩还原真实、可视角度优秀、图像细腻,价格比较贵,并且夏普很少向其他厂商出售CPA面板。CPA面板也属于软屏,用手轻轻划会出现类似的水纹,仔细看屏幕大致是这样的:

5.PLS面板

  PLS(Plane-To-Line Switching)是三星推出的一种面板,从像素排列上看,和E-IPS非常类似,而实际上呢,三星并没有给出很详细的资料说明这到底是什么玩意,这个问题找了一篇文章,专门分析了PLS面板:http://www.digitalversus.com/samsung-s27a850-monitor-samsung-does-ips-calls-it-super-pls-n19651.html,文中分析结论是PLS面板可以看作是三星自己的IPS实现方案,换句话说,PLS只是IPS技术的另一种实现方法,而具体的技术规范与IPS没有本质区别。所以严格的说PLS应该列入上面的IPS大类中,不过韩国厂商喜欢玩概念,这个概念当年炒作出来不知道忽悠了多少消费者。

总之对PLS做个总结如下:

a) 三星确实不生产IPS(IPS是LG的专利)屏幕,但是IPS标准是对外开放的,而三星的PLS屏是符合IPS标准的。事实上PLS是三星逆向工程的又一个典范。

b) PLS比IPS有更大的可视角度

c) 对比度IPS完胜PLS,但是中间的差别是微乎其微的,凭肉眼几乎无法分辨。

d) 响应时间:因为不同的测试者测出了矛盾的结果,因此我们也无法判断。但两者的差别应该是微乎其微的。

e) 动态残像:两种屏幕均会产生动态残像,但是根据DigitalVersus的测试结果,IPS的残像问题更加严重。事实上DigitalVersus认为,基于IPS的DELL U2711H显示器只适合与文档编辑与观看视频,但是不适合处理游戏等需要高速刷新屏幕的应用。 而PLS屏幕只在高速模式下会产生残像。

结论:

上面是目前市面上见的比较多的面板的资料,接下来作个总结:

目前TN几乎毫不夸张的说没有神秘感可言。大部分面板商都可以生产。想必大家也都了解的,我也不多说了。

在广视角面板上,夏普的CPA(又或者说ASV面板)严格意义上来讲,本质上依然属于VA的范畴,且该面板多用于液晶电视,不在过多讨论。

MVA面板在技术上落后PVA,属于早期的广视角技术了

目前在广视角液晶面板上PVA和IPS可以说是针锋相对的

其中PVA在液晶电视的市场份额上比IPS高,主要原因可能是因为液晶电视市场中PVA阵营里有SONY,SAMSUNG等传统电视厂商巨头的推波助澜。

而IPS在液晶显示器的市场份额上比PVA高,主要原因可能是DELL和AOC之类的厂商大量采购了LG display的面板并低价推向市场。

P-IPS主要侧重于色彩的表现能力,而AH-IPS则走向另外一个方向,主要体现在高分辨率,高亮以及低能耗方面。

下面谈谈面板的背光问题:


  背光模块中的冷阴极荧光管(CCFL)是所有颜色的源泉,按理说它发出的因该是像太阳一样的白光,但遗憾的是CCFL能够产生的白光只能算是“类白光”,或者说不够白。 

  既然找到了色域过窄的原因,那么只需对症下药就可以达到事半功倍的效果。传统的CCFL只能实现72%的NTSC色域范围,通过更换更宽色域的W-CCFL背光模块就可以无需更改面板,轻易实现更广的色域。 

  事实上,现在广泛宣传的民用级广色域液晶显示器大部分都使用了新一代的W-CCFL灯管。这种灯管的原理与CCFL一样,都是用过给管内的水银提供高电压使其产生紫外线,然后由紫外线刺激管壁上的荧光粉来发出白光;所不同的地方就在于更新了荧光粉的配方,使其能够输出理论值92%NTSC色域的白光,这样对于用户观看视频或者是欣赏图片都有莫大的帮助。 

  不过要实现更广的色域,W-CCFL就无能为力了——CCFL的原理限制了其输出的白光只能无限接近NTSC色域,而且随着灯管的老化,输出的白光会逐渐变黄,这些都是比较棘手的问题。有没有一种可以突破现有技术局限的方式呢?答案是肯定的,目前大家最看好的是LED背光。 

  LED背光抛弃了传统的依靠荧光粉来发光的办法,它依靠半导体电子跃迁发光来实现光输出。理论上通过改变半导体的制造工艺,LED能够发出可见光中的所有颜色。这样的特点决定了LED未来的两个发展方向。 

  其一是需要轻薄的场合。使用白光LED可以扔掉传统CCFL背光中的高压包、反光板部分,这样就可以将背光部分的厚度控制到原来的1/2,重量只有原来的25%。当然,白色LED背光现在只能够实现80%左右的NTSC色域输出,所以并不适合作为高端广色域显示器的背光源。但是WLED在伤眼方面在医学上一直广受诟病,所以在这方面采用WLED背光到底是好还是不好争论一直不断。 

  其二则是需要极致色彩的场合,使用三基色的LED背光模块。一直以来,研究LCD显示技术的工程师们努力想办法提高白色背光的纯度;但现在有了LED背光技术之后,就可以直接使用饱和度更高的三基色LED来作为背光源。目前使用三基色LED背光模块的LCD显示器已经能够再现120%的NTSC色域了。 

  当然,实现广色域并不仅仅是更换背光模块那么简单,与之配套的滤色膜以及驱动电路也要一起升级:首先滤色膜的滤光特性要更加准确,否则就会出现颜色偏差。同时,电路部分也要做出相应的调整,过去因为普通CCFL色域输出的限制,为了使最终屏幕上的色彩更艳丽,电路上会对计算机传输过来的色彩信号做微量放大;但现在使用W-CCFL或者LED背光之后,如果沿用过去的处理方法,就会导致显示效果过于夸张,甚至是失真了。

好了,那么最后我们来总结一下如何挑选显示器:

自己喜欢就好。


评论

还没有任何评论,你来说两句吧

发表评论

*

浙ICP备16016405号-2
浙公网安备 33010602007544号