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。

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。

▲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。

▲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。

▲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。

▲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。

 

▲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。

▲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。

▲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。

▲圖中「富士通」為誤植，應為「富士」。

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