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同属LCD屏幕 浅谈IPS排列和TN排列的区别

2016-06-08 12:04 · 稿源:手机中国

之前介绍LCD屏幕组成原理时候我们已经知道液晶屏主要通过液晶层(液晶分子)引导光线偏转方向并疏通光路,而液晶分子排列方式是否得当直接影响屏幕显示效果。和AMOLED的P排列和RGB排列类似,LCD阵营的IPS排列和TN排列也存在过竞争上岗的时期,众所周知IPS排列最终以压倒性优势战胜了TN排列,今天就让我们一起回顾一下这段恩怨情仇。

TN排列和IPS排列

我们先回顾下面这张屏幕技术体系架构图:

屏幕技术对应屏幕结构关系图

我们今天的重点内容为倒数第二列内容的下半部分,也就是IPS排列和TN排列。先普及一下英文常识,IPS全称In-Plane Switching,TN全称Twisted Nematic。从英文名字就能够看到两种液晶分子排列方式在发生偏转时候最大区别,下面我们详细介绍一下。

如下图所示,我们将显示更多颜色的滤光层抽走,假设只让液晶屏显示黑和白两种颜色。正常情况下液晶分子是杂乱无章分布在液晶层中的,制造屏幕厂商分别采用TN或者IPS两种排列方式,将液晶分子有序地静置在液晶层之中,下面先从相对落后的TN排列开始介绍。

液晶分子TN排列偏转规律

当我们接上电路液晶分子就会发生偏转,偏转后尽可能和两层偏光片分别保持垂直的角度。这时候我们可以简单看作这层液晶层已经消失了,也就是两层偏光片相互重叠,根据之前文章的介绍自然就会显示黑色。当然,液晶分子不可能和两片偏光片保持正90°垂直关系,肯定会有所偏离,这时候就会出现我们经常说的LCD屏幕在显示黑色的时候始终不及AMOLED屏幕那种深邃。前者是依靠遮挡显示黑色,漏光在所难免,后者则是直接关闭发光元件,想深邃自然手到拿来。

当我们断开电路液晶分子就会还原TN排列方式,这时候正如其英文全称一样,是一种扭向的排列方式,而且在通电前后的液晶分子排列并不是处于同一平面的,这在上面的图片中能够看得十分清楚。这时候由于液晶分子产生了扭向的排列状态,让背光源光线能够相对顺畅地先后穿越两层偏光片并抵达到屏幕最外层,从而让人眼能够看到显示屏的画像。

接着我们看看IPS排列,如下图所示,和TN排列第一个不同地方就是施加电压时候的表现。TN排列施加电压时候显示黑色,IPS排列施加电压时候显示白色。其实施加电压的方向两者也有区别,不过鉴于篇幅所限暂不展开讨论了。

液晶分子IPS排列偏转规律

施加电压后IPS排列液晶分子发生偏转,从而让光线能够正常通过两层偏光板。当我们断开电路,液晶分子会恢复IPS排列初始状态,这个时候液晶分子分别平行于两层偏光板,和TN排列刚好相反,一个垂直一个平行。其实都是为了让两层偏光板能够重叠在一起尽量隔绝背光源的光线。细心的伙伴已经发现IPS排列的液晶分子由始至终的偏转方向都处于同一个平面之中,这也是其英文全称的含义。

听起来两者的区别貌似也不是很大,非也!为了简化问题我们不讨论彩色滤光片叠加下的彩色照片显示情况,换成以下这张主色调由简单的黑白双色组成的照片。

图片来自互联网

结合上面TN屏和IPS屏分别显示黑色和白色时候的四种排列情况,我们不难发现TN屏在可视角度上的问题。TN排列在分别显示白色和黑色的时候液晶分子并不是处于同一平面进行偏转的,这样就会出现同时显示这两种颜色的图像时候,液晶分子之间就会出现相互遮挡。负责遮挡偏光片那部分液晶分子由于受到电压作用就会同时垂直于两块偏光片,而且正如上文所述并不能形成90°完全垂直。负责引导光线正常通过偏光片那部分液晶分子就会同时平行于两块偏光片。最终就会让两种液晶分子之间产生很多夹角,出现从不同角度看同一张采用TN屏回放照片出现不同的显示效果情况。最经典的场景就是屏幕泛白,三五知己坐在一起看小电影的时候总有伙伴投诉看不清。

IPS排列也会出现可视角度问题,但是由于这种排列方式下液晶分子在显示白色和黑色的过程中始终处于同一个平面偏转,从而减少了垂直角度那个平面带来的互相遮挡问题,只剩下同一水平方向遮挡,因此大大增加了传统液晶屏幕的可视角度并拉近了和OLED阵营的差距。IPS屏正因为可视角度更大,相比TN屏在显示色彩时候就会更加真实和养眼,并不会出现改变一个角度出现颜色衰减和泛白的情况,明明是大红花变成了樱花的样子。

IPS LCD对比TN LCD

IPS LCD对比TN LCD

IPS屏幕相比TN屏幕确实存在可视角度更广的优势,但是IPS屏幕的特点也带来了副作用,例如开口率和透光率相比TN屏幕有所降低,这也是为什么IPS屏幕需要更多背光灯的原因。开口率和透光率可以粗暴地看作是背光灯经过一系列的阻隔之后抵达显示屏最外层时候剩下的光线总量,和原本背光灯发射出去的光线总量之间的比值。液晶分子也算是一种障碍物,偏转到某些角度下对背光灯光线存在着一定阻隔作用。回到上文的原理图,IPS液晶分子排列无论显示什么颜色始终都在同一个水平面偏转,换句话说始终都和背光层平行从而对光线的阻隔程度比TN排列要严重一点。

举个例子,当年采用IPS LCD的LG G3由于分辨率从LG G2的1080P提升到2K,导致液晶分子的数量也增加了不少从而对背光灯阻隔也大了不少,最终LG G3牺牲续航成绩来提高背光灯的亮度,从而提高开口率和透光率。

LG G3

TN屏幕相比IPS屏幕另一个优势在于响应时间短,前几年对于电子竞技之类的职业选手来说TN屏幕无疑更适合他们。不过随着这几年的技术追赶,TN屏幕在这方面的优势没那么明显了。

最后就是采用IPS排列成本高和可视角度大的缺点。你没听错,可视角度大对于某些群体来说就是缺点,不少消费者在购买了IPS LCD设备之后还需要额外购买一张防窥膜贴在屏幕上面,用于防范别人看到自己的隐私。

从TN排列迈向IPS排列

根据百度百科定义TN技术是一种相对比较旧的排列方式,IPS技术则是2001年由日立公司推出的液晶面板技术,后来吸引了LG-飞利浦、瀚宇彩晶、IDTech(奇美电子与日本IBM合资公司)等厂商靠拢。在手机行业iPhone 4带动了IPS LCD这股热潮,加上屏幕分辨率上升到Retina显示屏高度,最终让其显示效果十分细腻并且色彩真实养眼,从而让消费者对IPS LCD的热情瞬间提高起来。

之后整个手机行业都在效仿iPhone引入IPS排列,短短几年时间就已经遍地开花。撇除三星坚守OLED阵营,LCD阵营这边HTC、LG、诺基亚等国际大厂,还有小米、魅族等国产精英基本上都更换了IPS LCD屏幕。

比较标新立异的就是索尼,12年全平衡旗舰索尼Xperia Z和索尼Xperia Z1用上了最顶级的摄像头CMOS,最尖端的影像处理器和G镜头,也放下了双核心的坚持果断上了四核心处理器,但是偏偏不上IPS LCD屏幕。索粉们在那个时期每次看到索尼旗舰机都得吐槽一番脸蛋,身材再好脸蛋不行也是枉然。和索尼Xperia Z1同期发布的索尼Xperia Z Ultra终于用上了IPS LCD,显示效果比前者好上不知道多少倍,让索粉都搞不清楚究竟谁才是旗舰机。之后索尼Xperia Z2开始终于一直沿用着IPS LCD屏幕,索粉们也可以松一口气。

索尼Xperia Z Ultra

对于隐私权十分看重的大和民族或许是故意让索尼Xperia Z和索尼Xperia Z1不上IPS LCD屏幕的,可视角度大的话在公交或者地铁上连回个私密短信和邮件的勇气都没有了,看部经典的爱情文艺片或者动作片的机会也被剥夺了。当然TN屏幕容易泛白,可视角度小,色彩容易跑偏等问题确实造成了另一部分消费者的困扰,索尼恐怕最终也是迫于市场的压力所以将IPS LCD替换掉TN LCD屏幕的。

IPS排列也分很多种?

在智能手机上我们很少听到IPS排列还会细分种类的说法,但是放大到液晶显示器和液晶电视的领域,IPS排列还可以进一步细分为S-IPS、H-IPS、P-IPS、E-IPS、AH-IPS,SHE?呵呵!说到底依然是排列方式不同,但终究还是IPS排列而不会基因突变成TN排列的,我们简单介绍一下这几种排列方式。

H-IPS和S-IPS档次比较高而且售价相对比较贵,区分准则就是用显微镜放大液晶屏幕时候能够看到S-IPS屏幕三种次像素走向是一种鱼鳞状排布,H-IPS则是竖直标准排列。E-IPS和H-IPS的排列方式类似,但是成本低不少所以品质也会相对差一点。

显微镜下液晶分子排列

P-IPS主要是华硕液晶显示器提出来的概念,相比E-IPS的色域更高而且色彩更加丰富,层次感更强。换句话说显示效果上H-IPS>P-IPS>E-IPS,液晶分子排列方式相对比较类似。

AH-IPS则是由LG Display推出的液晶显示屏排列方式,也就是iPhone4、HTC One(M8)等产品上的屏幕所采用的排列方式。AH-IPS用在台式机显示器方面的话,定位相比E-IPS更高。

总结:最后想补充一点,LCD阵营中无论是TN排列还是IPS排列,基本上都类似于OLED阵营的RGB排列方式,也就是三种次像素的大小比例基本上是1:1:1,而不会出现Pentile排列那种不对称形式。所以无论是采用IPS还是TN排列的LCD手机在色准和色温上基本不会出现三星手机那种发青发蓝的问题。

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