液晶顯示器為當今IT產業顯影裝置之主流，除了在個人電腦領域之外，在其他專業領域亦不乏其身影穿梭出沒。諸如︰嵌入式系統中的人機控制介面，大力促成了科學運算的普及與各大工程領域的發展；而在日常生活中，手機

、平板電腦、汽車儀表板等設備，更已成為今日吾人不可或缺之重要角色。眾所周知，液晶面板站在整個產業鏈中的頂點，所有元件無不繞著面板特性加以設計量產，經過數十年如一日的演化淘汰，目前液晶面板主要有三大技術陣營，分別為︰TN、VA、ÍPS。然而，許多人只聞其名、不識其實，往往在選購液晶設備時，陷入專有名詞的迷霧之中，最後買回不適合自己的產品，徒呼負負、莫可奈何。憨人胖達有鑒於此，本期試為讀者簡介紹由藍、綠、紅三原色所構的繽紛世界，希望能讓您詳知內情，對於相關知識大有斬獲。

■ 液晶、瀝青 傻傻分不清

液晶（Liquid Crystal，LC）這個名詞，各位電腦DIY的玩家們可說是耳熟能詳。但究竟什麼是液晶？我們可以追溯至西元1850年，一位來自普魯士（現代德國的前身）的科學天才─魯道夫‧路德維希‧卡爾‧菲爾紹（Rudolf Ludwig Karl Virchow）的研究發現。

當時人們熟悉的物質相態為固、液、氣態，而菲爾紹發現神經纖維的萃取物中，含有一種不尋常的物質相態；接著在西元1877年，德國物理學家奧托‧雷曼（Otto Lehmann）在研究同分異構體時，發現某些材料在加熱融化後，還存在一種半固態半液態的晶體結構，這些材料擁有著水晶的光學特性卻沒有水晶的硬度。隨後，與同期的奧地利科學家弗里德里希‧萊尼澤（Friedrich Reinitzer），運用偏光顯微鏡首次觀察到了液晶化的物理現象，並發現液晶物質具有偏振光性質。自此，雷曼和萊尼澤被譽為液晶之祖。

值得附帶一提的，是當時的徳國默克（Merck）公司，也就是今天在業界中喊水會結凍的默克集團，在雷曼和萊尼澤研究液晶的年代，就開始少量合成比例或成份不同的有機液晶化合物，提供學術界研究使用。而在西元1968年第二屆國際液晶年會結束之後，默克公司旋即設立了專屬的實驗室，專注於液晶材料的有機合成上。時至今日，當年的契機造就了默克公司，在今天穩坐全球第一液晶材料供應商的龍頭寶座。

在近代的研究累積中，我們已經可以清楚地知道，液晶這種物質是一種介於固態與液態之間的膠狀有機化合物；在某一溫度的範圍之內，會同時擁有固態晶體的光學特性，卻又具備液體的流動性。因此，被命名為「液態結晶」，簡稱為「液晶」。

圖 / 偏光顯微鏡下的液晶化物理現象。（摘自︰Bold line genspot）

■ 液晶的光偏振現象

由古典電磁學中，我們瞭解到光其實是電磁波的一種。當光波前進時，其行進方向和本身產生的電場振盪並相互垂直；其振盪方向於此平面垂直，並不拘束於特定角度或位置。但如果此時我們刻意讓光波的電場，限定在特殊的方位上振盪，在物理學中，我們稱之為「偏振光」。

如果讀者對上述定義似懂非懂也沒關係，最常見的偏振現象就像戴了太陽眼鏡，猶如拿起偏光片對著光源直視，此時亮度變暗；偏光片的作用像是一道柵欄，只允許電場振盪與柵欄同方向的光線透入。

由於液晶的組成物質為有機化合物，從有機物的定義中不難理解，液晶必定是一種以碳原子為中心所鍵結而成的物質。上一段提到的光偏振性質，從液晶領域來看，意即液晶層能夠使光線發生偏轉；像是我們上戲院看3D電影時所配戴的立體眼鏡，能夠過濾掉除了從特殊方向射入之外的光線；同樣的道理，若液晶層發生了扭轉現象，光線也會隨之扭轉，並從不同的方向，由另一個面射出。

液晶除了上述美妙的光學特性之外，這些具備液相態的晶體分子，擁有另一個極為實用的物理性質。當我們對液晶層施加電流通過，液晶分子將會以電流的流向進行排列；反之當沒有電流通過的時候，液晶分子們則彼此平行排列。聰明的讀者一定可以聯想到，此時我們便可以用0和1的數位訊號，控制電流開與關的類比電路；同時利用電壓高低改變液晶分子的扭轉排列，實現阻隔光線或是允許光線通過的顯示手段。由此，也開始了液晶顯示器的輝煌時代，由演化來看，我們主要可以區分為三大技術時代，最早是所謂的TN-LCD扭轉向列型（Twisted Nematic- LCD），其次則為過渡的STN-LCD超扭轉向列型（Super Twisted Nematic- LCD ）。最後，也就是今日主流─TFT-LCD彩色薄膜型（Thin Film Transistors -LCD）。

圖 / 偏光片的作用像是一道柵欄，只允許電場振盪與柵欄同方向的光線透入。

（摘自︰Microelectronic Circuits, A.S. Sedra & K.C.Smith,5th ed）

■ TN扭轉向列技術

腦筋動得快的讀者一定會想到，如果我們在兩枚偏光片之間，放進某種能夠改變光偏振方向的材料，單純控制灰階明暗度，是否能夠成為一款構造簡單的黑白顯示器呢？答案是可以的！而且這項發想極為直接簡單的技術，在業界有個如雷灌耳的名字，稱之為TN扭轉式向列技術（Twisted Nematic Mode）。

西元1968年喬治‧海邁爾（George H.Heilmeier）教授經實驗得到「液晶會受到電壓影響，使得液晶分子扭轉排列，引發偏振現像；進一步使入射光線產生折射」之結論，隨後並製造了人類史上第一台液晶顯示器。

喬治‧海邁爾是運用兩片透明並具有導電性質的溝槽玻璃板，中間夾入液晶材料，並讓這兩片玻璃板的走向和偏光片如出一轍，以九十度相互交錯。接著那些形如蠶蛹狀的液晶分子為了嵌入兩邊的溝槽中，而如其名般被「扭轉」成螺旋狀外觀；此時，入射光的偏極方向也被扭轉九十度，同時穿出最底層的偏光片，成為螢幕上的發光點。

另一方面，如果我們在玻璃板上施加電壓，蠶蛹狀的液晶分子受到電場影響，則將直挺挺地指向上下兩端；此時無法干涉入射光的偏振角度，而光線理所當然就被底層的偏光片擋住，並同時在螢幕上造成暗點效果。此時，海邁爾再利用開關電壓的控制，造成視覺上的灰階變化；此技術基礎成為液晶黑白顯示器之始祖，更開啟了TN顯示技術之濫觴。從此，液晶顯影開始嶄露頭角，應用在消費性電子產品之上，例如︰電子錶、計算機等。

圖 / 扭轉式顯示技術作動圖。摘自《Proceedings of the IEEE, Vol. 90，No. 4》後中譯。

■ TN的一小步 是夏普的一大步

在西元1968年第二屆國際液晶年會上，當時身處美國無線電公司（Radio Corporation of America，世稱︰RCA）的喬治‧海邁爾，發表了全世界第一臺液晶顯示器。在會議中，喬治‧海邁爾更預言映像管電視（CRT）在十年內即將被淘汰，並宣誓將電視如同一幅畫般掛在牆上的平板時代即到來。我們以事後諸葛的角度來看，喬治‧海邁爾的預言當然沒有如期實現，而是在更久之後的80年代末，液晶顯示技術才又開始被重視並百家爭鳴；但當時喬治‧海邁爾的技術展示與宣言卻震撼了全世界。

憨人胖達順帶爆一個業界裡的小八掛給電腦DIY的讀者們知曉。在第二屆國際液晶年會結束的同一時間，液晶顯影技術被實現並開發出原型機的消息傳到日本；當時夏普（Sharp）公司的專務佐佐木正（Tadashi Sasaki）先生，旋即意識到液晶技術的開創性，認為這項技術在未來必將徹底改變人類的生活形態。但由於當時日本對液晶領域的研究是「零」，佐佐木正先生深刻體悟到，若要追趕RCA公司的技術水準，必需要有特殊的作法與艱絕的努力方有機會迎頭趕上。因此，佐佐木正隨即組織了一個專門的研究團隊，將公司裡最優秀的員工集結起來，並讓這些菁英配戴純金勳章以彰顯其榮譽，祕密進行了代號為”S734” 的研發策劃。其中S代表Secret（機密），734則是要求這些菁英必需在西元1973年4月以前將計畫完成；這就是夏普技術史上迄今依舊罕有人知的「金獎計畫」。（至於憨人為什麼會知道？不要問，很可怕！）

直到現代，幾乎沒有學生不曾使用過電子式計算機，在現代生活中，計算機更已成為一個理所當然的存在。而當年「金獎計畫」的第一階段研發，在西元1973年四月告一段落；翌月，旋即發表了世界上第一款液晶式計算機，薄型並可攜於口袋的特色，讓世界各計算機大廠無不跟進採用。佐佐木正先生也因此於西元2003年，獲得IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers︰電機電子工程師協會）頒發”Honorary Membership”榮譽大獎；並在西元2005年時，IEEE將這份貢獻納入”IEEE Milestone”（IEEE里程碑），以讚揚其卓越貢獻。而夏普在今天，更成為了液晶面板中「品質最優」的同義詞，有口皆碑的技術力，絕對是業界中的佼佼者。

圖 / 喬治‧海邁爾與全世界第一臺液晶顯示器合影留念。（來源︰RCA）

■ STN超級扭轉式向列

在TN液晶技術誕生之後，一票電機工程師與材料研發人員，前撲後繼地精進改良顯示方式；最為突破性的發展，當屬顯影方式由黑白往彩色的方向邁進。此時，數學家們也不甘寂寞，跑來湊熱鬧，將TN液晶予以矩陣化控制，用來顯示更加複雜的圖形。於是，相對於只能扭轉90度的TN液晶，能夠扭轉180度到270度，成為3D螺絲狀的STN（Super-Twisted Nematic︰超級扭轉式向列）液晶於焉誕生。

在九十年代初期，STN液晶問世降臨，這種液晶的一個像素（Pixel）由三個液晶單元組成，其上再覆上一層彩色濾光片；同時利用老方法，也就是以電壓高低的方式，分別控制液晶分子單元的亮度，顏色便自然而然地產生。

STN液晶是由反應速度比較快的TN液晶分子單元所組成。但相較之下，其液晶顆粒大，因此掃描速度，和亮度都不及今日主流的TFT液晶顯示技術，同時在某些製程下，容易發生泛藍紫或黃綠色的缺陷；最後，利用了雙折射式偏光補償膜等元件，才將問題予以解決。

STN液晶有黃底黑字，和藍底白字之分；追求對比度的場合適用前者，強調亮度的情境下適用後者。與TN模式相較，STN模式的特點在於即使驅動掃描速率增加，也能擁有較高的對比度。

圖 / 被扭曲成3D螺絲狀的超級扭轉式向列架構。（來源︰友達光電）

■ DSTN的亮線問題

量產型STN液晶主要又可區分為三階段演化、進步。最早出現的技術為︰覆膜型STN（FSTN – Film Compensated STN），在STN中插入一層高分子膜，僅能單色顯示，使用於文字處理器和攜帶型電子設備，在九十年代初期的電子式辭典中尤為常見。接著彩色型STN（CSTN – Color Super-Twist Nematic）終於誕生，這也是最早的彩色液晶設計；主要應用於行動電話和掌上型遊戲機，這個時期最具代表性的消費性產品，莫過於當時由任天堂公司所發表，其後風靡全球的Game Boy Color。STN演化的第三階段，也就是︰雙層式STN（DSTN – double-layer super-twisted nematic），這種STN液晶區分為上下2塊區域，各自分別掃描。此舉是為了加快掃描速率，用以消除畫面拖影殘像的情況發生，在早期的筆記型電腦上可發現其蹤跡。DSTN的缺點是在分成上下兩個畫面雙掃瞄下，經過長期使用，在螢幕正中央容易有一條亮線的情況發生。

但由於STN價廉物美，在西元2000年之前生產的筆記本電腦、掌上型遊戲器，與行動電話，都不難發現其應用，但隨著消費者對於色彩的要求越來越挑剔，因此TFT-LCD彩色薄膜型（Thin Film Transistors -LCD）終於取代STN-LCD，一躍成為今日顯示設備之主流。

圖 / 採用了STN面板的GBC，曾獨領一代風騷，陪伴許多人渡過孩提時代。（來源︰www.esty.com）

■ TFT薄膜電晶體技術

時代的巨輪將科技往進步的未來挺進，即使在STN叱吒風雲的時代，研發人員也是費盡心力改善色彩的表現。因此在STN當道時期，又發明了TSTN（Triple Super Twisted Nematic）和FSTN（Film Super Twisted Nematic）兩種技術，基本構造與發色原理與STN大同小異；主要差別在於前者在兩片玻璃上覆上兩片偏光補償膜，而後者只加上一片補償膜。

因此採用了TSNT及FSTN方案的STN，具有全彩與高解析度的優點，改善了TN與STN的對比問題與色彩問題。然而福無雙至，STN液晶分子始終反應過慢，在迎接FULL HD時代來臨之前，甚至無法負荷高流量720P畫面，拖影甚至破圖的問題履見不鮮。因此，TFT技術可說水到渠成，應運而生。

TFT（Thin Film Transistor），即為薄膜電晶體。顧名思義，TFT利用薄膜式電晶體施以電壓，以控制液晶分子之排列轉向。研發人員在兩層玻璃之間夾著一層液晶，形成平行板電容器，這就是所謂的CLC（capacitor of liquid crystal）；其電容理論值大小約在0.1皮法（pF）左右，但實務上這卻無法將電壓保持到下一次畫面資料再更新的時候。換句話說，以60Hz的畫面更新率為例，大約需要16ms的時間，但是當TFT充好電容器時，卻無法將電壓保持到下一次TFT再充電之時，如此一來，電壓變化不穩定，所顯示的灰階也就跟著不正確。

解決這個問題的方法很簡單，研發人員直接在面板設計上，再加上一個大約0.5皮法（pF）的儲能電容，這樣就能讓電壓保持到下一次畫面更新的時候。但若從本質來看，長在玻璃上的TFT本身也只是一個使用電晶體所製作的開關罷了；其主要任務是決定LCD源級驅動器（source driver）要充到多少的電壓以決定顯示出怎樣的灰階，這個部份則由外部的LCD源級驅動器來加以定。

圖 / 薄膜電晶體液晶顯示器（TFT-LCD）結構圖。（來源︰友達光電）

■ CF彩色濾光片

近年來高解析度彩色液晶螢幕，諸如︰液晶電視、電腦螢幕、手機面板，皆為「主動式矩陣式陣列」；這些薄膜電晶體陣列（TFT Array）則會被添加到偏光板及彩色濾光片（color filter，CF）之上。

如果讀者拿著放大鏡觀察液晶顯示器，你會發現當中最小發色單元是由藍（B）、綠（G）、紅（R）三顏色所構成，也就是我們常說的R/G/B三原色。在國小的美術課中，老師曾經教過我們利用調色盤，將基本的藍、綠、紅三色水彩，混合調成跌宕多姿的五顏六色。同樣的道理，我們把R/G/B三原色分拆成三個相互獨立的顯色點，其各自擁有不同的灰階變化；接著，再把相鄰的三個R/G/B顯色點，當作一個最小發色單位，這就是所謂的像素（pixel）。而利用調色盤原理，每個獨立像素可以發出多樣化的顏色；而所有像素驅動整合起來，就有多樣繽紛的變化，形成我們需要的畫面。

對一片解析度為640×480規格的液晶面板來說，其擁有640個橫向獨立像素與480個縱向獨立像素；相信聰明的讀者已經搶先一步，發現這片面板上，總共有640×480=307,200個畫素，這也是為什麼常在640×480解析度規格的面板或是相機等商品上，標明30萬畫素的原因。

而在每一個R/G/B顯色點之間的黑色部分，稱之為Black Matrix，其目的主要是用來遮住不欲透光之部分；多數面板每一個R/G/B顯色點的左上角，皆有一塊被Black Matrix遮住的部分，這塊黑色缺角即為TFT座落之位置。

圖 / 用高倍單眼相機近拍液晶螢幕，相片放大後可以發現R/G/B顯色點依序排序其上。（來源︰wiki百科）

■ 主/被動式矩陣

行文至此，相信讀者們已經有了基礎的概念。首先，液晶顯示技術依據沿革發展，主要區分為三種，依序為︰扭轉向列型（Twisted Nematic，TN）、超扭轉向列型（Super Twisted Nematic，STN）、彩色薄膜型（Thin Film Transistors，TFT）。液晶發色之技術架構演化至此，可說是集人類在光學、電學、材料化學、數學、結構學、色彩學等各大領域中，薈萃所有菁華之大成。

接下來液晶顯示器的進化方向，焦點則放在驅動方式的改良。從遠古的靜態驅動技術，旋即取而代之的動態驅動技術；從單純的被動式矩陣驅動，到多彩多姿的主動式矩陣驅動技術，發展出形形色色的驅動方法。其中TN與STN基本原理相同，我們稱之為被動式矩陣液晶；而TFT因保有記憶性，因此我們稱之為主動式矩陣液晶，目前主流的TFT LCD，即採用了主動式矩陣液晶驅動技術。

看到這邊，相信一定不少朋友對於「主/被動式矩陣」這個名稱相當困惑，但其實說穿了非常簡單。早期TN和STN液晶顯示器上的每一行或列上，都有一個獨立的電路，每一次驅動都至少需要一個行位址和列位址指定；讀者可以想像成五子棋盤裡行列交錯的格線，這就是所謂的「被動式矩陣式陣列」。由於沒有電壓保持記憶性，當像素增加時，此時行列數據也會增加，可以想見當畫素資訊一多，反應速度一定會受到相當的影響，同時對比度也無法拉高。

反之在TFT液晶顯示器上，每個像素都設有獨立電晶體，擁有操控單一像素的能力。想當然爾，當一條列線路作動開啟時，所有行線路會連接一整列的像素；而每條行線路會有對應的電壓驅動，在這條列線路關掉時而下一條列線路被開啟。如此形成一個完美的掃瞄迴圈（scanning loop），此即為所謂的「主動式矩陣陣列」；在一次完整的畫面更新中，所有列線路會依照時序而反應開啟。

從這個簡單的原理中我們可以輕鬆解答兩個常見的問題。首先，何謂亮/壞點？當操控單一像素的電晶體損壞而無法趨動開關，產生恆開的情況即為亮點，反之恆關即為暗點。其次，為何LCD會有殘影現象而CRT不會發生？這是由於傳統CRT顯像是採陰極射線管技術，光速掃瞄當然是比液晶分子排列更新速度還快，這說明了為何尺寸相同的CRT比起LCD，不易發生畫面拖影的問題。

圖 / 畫素電極上的彩色濾光片。（來源︰三星電子）

■ BL背光模組

一般早期常見的CRT顯示器，是利用高速電子槍所發射之電子束，打擊在屏幕上的螢光粉，藉此產生明暗訊號以顯示畫面。

另一方面，液晶本身僅能控制光線通過的程度，本身並無發光之功能；因此，液晶顯示器必須加上一件背光模組（Back light，業界慣稱BL），以提供一個高亮度且光線分布均勻的發光源。

而背光模組主要由燈管（CCFL，冷陰極管）、導光板、反射板、稜鏡片（Prism Sheet）、擴散板五大元件所組成，依各廠技術不同，還會加入一些其他元件。

背光模組發光原理十分易懂，冷陰極管是主要的發光元件，藉由導光板將光源分散到各處；此時，將限制光線行進，使其只往TFT LCD的方向前進。最後，再依靠稜鏡片及擴散板的幫助，將光源均勻分散至各個區域，提供TFT LCD一個明亮、平均、穩定的發光源。與此同時，薄膜電晶體陣列（TFT Array）則憑藉電壓變化操作液晶分子的扭向，調控光線通過的亮度，以形成不同的灰階（gray scale）。

近年來，隨著節能減碳的環保意識逐漸抬頭，因此LED（Light-Emitting Diode︰發光二極體）發光技術日益蓬勃，除了節能減碳之外，發光二極體相較於冷陰極管不含汞（Hg Free）的特性，在歐美地區大受歡迎，在臺灣市場也有日漸活躍的趨勢。而至於CCFL與LED背光技術在色域、亮度、對比度等表現上有何異同？日後若有機會，則將另闢專題為讀者詳細介紹。

圖 / 冷極陰管（CCFL）在面板背側，是背光模組中主要的發光元件。（來源︰wiki百科）

■ Ar開口率

我們在採購液晶顯示器時，常會見到廠商標明一項重要的技術規格─「亮度」。除了背光模組本身的發光能力之外，決定亮度的最大因素就是開口率（Aperture ratio）。何謂開口率？簡而言之，即為光線能穿透的有效區域之比率。

前文曾提到Black Matrix，我們知道當光源經由背光模組發射時，並非所有光線都能穿透面板，諸如︰LCD 源級驅動IC、TFT電晶體、儲能電容，以及信號走線等。這些區域除了不完全透光之外，也由於經過這些區域的光線不受電壓控制，因而無法顯示正確的灰階；所以技術上慣用Black Matrix加以遮蔽，避免干擾其他透光區域的正確亮度。由此可知，有效的透光區域，僅剩下可顯示之區域；而這塊有效的透光區域（F）與全部面積（A）的比例，稱之為開口率（計算方式︰F/A×100％）。

圖 / 我們可以觀察窗戶開關情形，來理解開口率即為透光區域與全部面積之比例。

（來源︰www.tested.com）

■ 透光率

行文至此，我們終於瞭解，當光源從背光模組發射出來，將依序穿越偏光板、玻璃層、液晶層、彩色濾光片等元件。由於偏光板只允許單方向的極化光通過，因此理想透光率只有50％；此時光線抵達玻璃，我們同時計算上下兩片，這部份理想透光率約95％。接著光線必需透過液晶層，這部份的理想透光率約為95％。而以市面上大多數的面板來說，有效透光區域大約只有一半；用術語來說，也就是開口率只有50％。

最後，光線穿過彩色濾光片，讓使用者看到繽紛的全彩世界；這部份若用最高等級的產品，理想穿透率可達90％。但由於濾光片只准許特定波長通過，以白話來說，R/G/B三原色，在同一時間只能容許三種顏色中的一種通過；因此，又只剩下三分之一的亮度。所以我們得到一個結論，理想的彩色濾光片，總共能讓30％的光線透過（90％×1/3＝30％）。

若以上述理想情況下的穿透率計算，由背光模組的光源，最終抵達使用者眼裡，大約只剩下︰

50％（偏光板）×95％（玻璃）×95％（液晶層）×50％（開口率）×30％（彩色濾光片）≒6.77％。

由數據來看，透光率時在是少得可憐，這也是為何TFT LCD在實務設計中，要盡可能提高開口率的原因。由於其他參數都已接近100％，或者像是偏光板與濾光片等，透光程度都已達到理論上限，硬要精進得話邊際效益過低。因此，我們能夠輕易發現，開口率50％是唯一有機會進步之參數，近十年來TFT LCD相關論文主流，大多數也都是這部份的改良介紹。

因此，我們知道，只要提高開口率，亮度將順勢增加；同時背光模組的亮度也不需要太高，達到節能省電的目的。對於筆電或手機等便攜式手持裝置來說，更顯重要。

圖 / 面板之背光模組由五大元件所構成，層層關卡都會影響透光率。（來源︰奇美光電）

■ TN、VA、IPS 三雄割據

近年來當消費者採買液晶螢幕時，常見廠商標榜自家商品採用IPS或是VA面板。在這裡所說得 TN/VA/IPS，指得是液晶分子的種類；液晶材料的特性不同，其驅動方式與色彩表現也跟著大異其趣。

由於TN技術源遠流長，因此TN-TFT在製程上容易掌握，生產成本相對低廉。TN-TFT基礎原理上與前文TN大同小異，平時液晶分子平躺，以螺旋方式排列，此時映入眼簾的是亮態；當我們對TFT施加電壓之後，依據電壓大小，液晶隨之漸漸站直，此時影像則呈現暗態。又由於螺旋狀排列結構有順時針與逆時針的差異，因此上下視角的光學表現，隨角度在視覺上可說大不相同，因此TN-TFT之缺點是在非正視時的色偏相對嚴重、對比度較小，顏色因此失真；這也是TN技術最為人所詬病之處。

幸好日本光學大廠富士軟片（FujiFilm），運用一甲子的累積下的精湛技術，研發出專利補償膜（film），拯救TN面板可視角度不足的致命傷。目前市場採用TN面板的液晶顯示器，若標榜「垂直可視角度170度、水平可視角度160度」，便是採用了富士軟片的補償膜專利。因此，若精確來說，應將現行採用TN面板之顯示器，正名為TN+film顯示技術，才不易與遠古時期只能黑白發色的TN技術混淆搞亂。

圖 / TN液晶分子作動示意圖。（來源︰Eizo Japan）

■ VA垂直排列技術

VA（Vertical Alignment），若直接由英翻中不難意會，採用VA技術的液晶分子遵守「垂直式排列」；與上一段TN液晶採取螺旋式排列迥然不同。VA技術下的液晶分子，在不加電壓的情況下，液晶分子站直，此時為暗態；施加電壓之後，液晶分子往四面八方倒下，此時為亮態。VA液晶在生產成本上，相對TN高上不少；但在大視角下的色偏失真與對比度，VA液晶壓倒性地擊倒了TN液晶。另一方面，若不考慮節能因素，VA面板只要在設計時將開口率降低，加強背光模組發光能力（越亮越耗電），則VA面板的色偏會達到一個很低的境界。因此，採用了VA液晶技術即屬於廣視角面板；VA面板同樣在正視時的對比度最高，圖形邊緣銳利與黑白分明的色階對比，是最引人目光的殺手鐗。

VA面板主要又可區分為三大陣營，主要由富士通主導的MVA（Multi-domain Vertical Alignment，多象限垂直配向技術）、韓國三星的PVA（Patterned Vertical Alignment，圖像垂直配向技術），及「液晶之父」夏普的CPA（Continuous Pinwheel Alignment，連續焰火狀配向技術）三強鼎足而立。

圖 / VA液晶分子作動示意圖。（來源︰Eizo Japan）

■ AMVA是臺灣之光

富士通的MVA技術就廣義來說，是液晶史上最早出現的廣視角液晶面板技術；早期透過技術授權，臺灣的奇美電子（chimei）與友達光電（AUO）等面板廠均採用了這項面板技術。前者發展出S-MVA和VAextreme；後者研發出P-MVA（常見於家電螢幕）和AMVA（常見於高階電腦螢幕），尤以友達光電的AMVA面板，在品質表現上可說是精湛絕倫、震驚世界。經友達改良後的VA面板，可視角度約達178度，灰階響應時間可以達到8毫秒以下，超越了富士通當年原創MVA之表現，由此處處可見本土研發人材臥虎藏龍，相較世界各國絲毫不顯遜色。

三星電子（Samsung）的PVA技術同樣隸屬於VA液晶的範疇。簡單來說，PVA是基於MVA技術延伸的一門旁支。PVA採用透明的ITO（畫素電極，銦銻氧化物）代替MVA中的液晶層凸起物；相對之下，ITO電極可以獲得更好的開口率，最大限度減少背光源的浪費，尤以旗下S-PVA獲得不輸給AMVA的可視角度與灰階響應。然而，S-PVA面板最大的遺憾，在於長時間使用容易引發靈魂之窗的不適感，因此業界部份人士又戲稱為「穆斯卡面板」（典故來自宮崎駿《天空之城》，反派穆斯卡被聖光閃瞎時大喊︰「我的眼睛～！我的眼睛～！」）。

圖 / BenQ 241VW顯示器，是採用了AMVA面板的優質螢幕，可惜目前已經停產。

■ R/G/B/Y 夏普四原色技術

由前文可以得知，夏普切入液晶領域極早，因此掌握了液晶科技諸多先進技術。而夏普採用的

CPA技術，嚴格來說也屬於VA陣營的一員。由於CPA各液晶分子是朝著中心電極，呈現焰火狀放射式排列；我們知道像素電極上的電場為連續變化，因此這種廣視角模式被稱為「連續式焰火配向」技術。相信看到這裡，一定會有部份高手、行家心存疑問，夏普常宣傳自家產品採用ASV面板，胖達你是不是發憨搞錯了呢！？

胖達達達的馬蹄，絕對不是美麗的錯誤。夏普自豪的ASV（Advanced Super-V）其實並非單指某一種特定的廣視角技術，而是把旗下所有TN+film、VA、CPA、IPS，經過調校後的廣視角產品，統稱為ASV面板。而事實上，只有CPA才是夏普原汁原味的液晶發色技術；換句話說，夏普掛牌的LCD顯示器，未必採用本家生產的CPA面板，也有可能採買友達的AMVA面板，整合調校後打上ASV面板販售。而這類的情況，在各大品牌亦司空見慣，屢見不鮮。

值得一提的是夏普近年來生產的CPA面板，在R/G/B三原色上添加了黃色像素（Y），是業界中唯一擁有「四原色」還原能力的液晶發色技術。因此色彩還原真實、圖像細膩，可視角度同樣優秀，當然反映在價格上也有相當水準。

圖 / AQUOS Quattron四原色技術，讓薩克斯風的光澤或是向日葵的鮮黃，更顯逼真自然。

■ IPS平面轉換技術

不只會賣冷氣的日立（Hitachi），在2001年時，石破天驚地推出了”Super TFT”技術，也就是我們現在俗稱的IPS （In-Plane Switching，平面轉換）。

IPS面板最大的特色在於液晶分子的兩極都在同一個二維平面上，不像TN或是VA在三維空間中立體排列。由於IPS電極都在同一個平面上，因此不管在哪一種狀態下，液晶分子始終都與螢幕平行。然而，這卻會使得開口率降低、透光率減少；是以IPS相較TN與VA面板，在實務設計上需要更強的背光燈源加以支援。換句話說，這是最耗能的一種發色技術。

但俗話說得好︰「上帝關上你的門，同時也會為你開一扇窗」。由於IPS液晶分子在作動時，始終保持二維平躺的特性；因此IPS面板的優勢是可視角度高，同時大視角下的色偏失真與飽和度，在三種液晶技術中最為優異，不需額外調校優化，就能有水準不俗的發色。

然而，所謂︰「天之道，損有餘而補不足」。IPS最大弊病是黑色純度不夠、漏光問題嚴重、面板容易發生左右亮度不均的情況；因此，需要仰賴光學膜來補償實現更好的黑色（編按︰由此可見富士軟片在LCD產業鏈中佔據一席之地，這就是傳說中的︰躺著賺）。

IPS面板的演化極為繁複，列舉較重要得有IPS、S-IPS、AS-IPS、IPS-Pro、IPS-Alpha、H-IPS、E-IPS、P-IPS等。詳細的設計演化與細節，倘日後有緣，胖達將鉅細靡遺地，報予電腦DIY的讀者們一窺當中堂奧。

圖 / IPS液晶分子作動示意圖。（來源︰Eizo Japan）

■ 6位元 與8位元之爭

當前主流的液晶顯示器，在包裝上常會標明「最大發色數」，常見到的主要有16.7M（Million，百萬）色與16.2M色。前者又稱之為24位元真彩，通常採用了8位元驅動IC，每一色光皆有8位元種（0～255）明暗灰階；因此藍、綠、紅三原色每個通道各自有256種色調（28＝256）。三色光交互增減調色，最高可形成16,777,216發色（R×G×B＝28×28×28＝224＝256×256×256＝16,777,216），也就是技術規格上的16.7M發色，其中224即為24位元真彩。

我們在高階液晶顯示器上，不難發現產品常會特別標明自身採用了8 bit driver IC，就是為了告訴消費者手上螢幕的最大發色總數極為優異，不是一般庸脂俗粉所能比擬。不過非常遺憾地，市面上常見的液晶顯示器，幾乎都是內建6位元驅動IC。按照上述原理，不難發現藍、綠、紅每色通道僅有64種色調（26＝64），原生最大發色數竟然只有262,144種！（R×G×B＝26×26×26＝262,144）相較之下，還不到8位元驅動IC面板的2％（218/224＝1/64≒0.0156，即1.56％），當真是少得可憐。

不過，面板廠研發人員透過視覺暫留原理，將採用了6位元驅動IC的液晶面板，透過「快速抖動」的技術，迅速切換相近顏色，利用人眼的殘留效應，取巧獲得闕失的色彩；將原本只有64種顏色，每原色通道再抖出253色（0～252灰階）的效果。將原生262,144種發色數，一舉幻化出16,194,277種發色，也就是技術規格上的16.2M發色。

圖 / 用DisplayX軟體，可以檢查家中各種顯示器的灰階還原能力。

圖 / EIZO ColorEdge 210採用ASIC 14位元處理技術，R/G/B每通道各有384種色階。

■ 很TN的E-IPS

一般來說，幾乎所有的TN系面板都採用了6位元驅動IC，除了三星特規BTN面板之外，最大發色數均為16.2M色。加上TN面板提高對比度的難度較大，對美工繪圖取向的朋友來說，色彩相對單薄，過渡極不自然，無法達到「真彩色」16.7M色的要求。

另一方面，VA系與IPS系面板大多採用了8位元驅動IC，R/G/B原生256種發色。配合VA與IPS廣視角低色偏的特性；相較之下，R/G/B原生只有64種發色的TN系面板，一比之下就知道誰是龍、誰是蛇。也因此對於天生火眼金睛的玩家來說，用慣了8bit液晶之後，突然轉換使用6bit液晶，會覺得顏色很假、眼睛很痠，畢竟快速切換、抖動所產生的顏色，並不為挑剔的行家所能接受。然而，非常遺憾的一點是，從2010年開始，面板廠為了追求更大的利潤，開始偷工減料；原本電腦用液晶螢幕，只要是VA系或是IPS系面板，至少都採用8位元驅動IC，甚至在高階產品上，使用10 / 12位元驅動IC也偶能瞥見。

然而近年來IPS陣營，推出了E-IPS面板，除了早期仍少量採用8位元驅動IC之外，現行大賣的E-IPS系螢幕，幾乎都是6位元驅動IC規格面板；將IPS技術的優勢消耗殆盡，只餘下廣視角低色偏這個「明顯」的優點，令胖達十分痛心。
如果你是一位細心的讀者，一定不難發現憨人在其他單元介紹螢幕新品時，若遇到IPS系商品，一定會標明E-IPS或是S-IPS / H-IPS，絕非只標明IPS敷衍了事。本刊嚴謹把關，就是為了避免「牛驥同一皁， 雞棲鳳凰食」的情況發生，讀者日後自可細細印證，一切盡在不言中。

圖 / DELL 2209WA是極少數採用8位元驅動IC的E-IPS。

■ 溫故可以知新

我們從前文可知，市面上量產型的液晶面板，其圖像單元是由電壓直接驅動，當我們控制單一像素時，並不會對其他單元造成影響。然而，當像素如以百萬計時，這種方式就變得不實際；早期在實務上，我們會將個別像素以獨立的橋接線路予以串接，將像素排成「行」與「列」，則可將連接線數量減至數以千計。其中，每一列中的所有像素都由一個正電位所驅動；同理，每一行中的所有畫素都由一個負電位驅動。此時，行與列的交叉點畫素會有最大的電壓而被切換狀態。

聰明的讀者一定會發現，這個方法的弊病在於同一行或同一列的其他畫素受到的電壓僅為特定常數，發色失真當然極為顯著。

到了現代主流的驅動方式，則是每個像素都各自添加一枚各自獨立的電晶體開關，使之能夠單獨予以控制。利用電晶體「低漏電流」的物理特性，在液晶圖像更新前，施加於像素上的電壓因此不會輕易流失，如同電容器般，每個畫素前方有透明的銦錫氧化物（ITO）層，後方有透光層，而絕緣性的液晶分子則藏身其中。

如果讀者對本刊174期的內容仍記憶猶新，一定不難發現，這種電路的佈局方式很類似動態隨機存取記憶體。兩者架構原理大同小異，只不過DRAM的製程架構是建立在矽晶圓上；而液晶是建構於玻璃基板上。不過，再換個角度來看，許多矽晶圓製程技術的溫度遠超過玻璃的熔點，而一般半導體的矽基質則是利用液態矽長出大片單晶，具有電晶體的優良性質；相較之下，TFT矽晶圓製程技術所需的溫度會超過玻璃的熔點，而薄膜式電晶體液晶所用到的矽基層是利用矽化物氣體製造出多晶矽層或非晶矽層，這部份則是和DRAM最大的不同之處。

■ 沒有最好 只有最適合

文末，或許會有讀者想問筆者，那到底TN/VA/IPS哪種螢幕最好？竊以為「沒有最好，只有最適合」。或許有些朋友認為TN系螢幕先天不良、一無是處；但若單論「反應速度」來看，TN面板反而是三者當中的佼佼者。尤其對於有電競需求的朋友來說，絕對不能容忍因螢幕面板反應過慢，所造成的lag、拖影現像；所謂「差之毫釐、失之千里」，勝負往往就取決於眨眼lag間。

另一方面，在預算有限的情況下，TN系螢幕更提供了極為超值的價格，因此TN系螢幕絕非洪水猛獸，甚至可以說，如果沒有TN面板出來大打價格割喉戰，今天VA/IPS系螢幕的售價恐怕得再翻上好幾番。

另一方面，IPS色彩飽和度為三者最佳，自然是無庸置疑；拿來進行美工繪圖絕對是最佳首選。然而，IPS在純黑發色上卻不盡人意，是以暗部細節的表現，是其最主要的致命傷；因此，若拿來看電影、玩遊戲，許多暗部細節會顯得模糊，輪廓也相對不夠銳利。

更要命的，是Cost Down後的E-IPS，6位元發色甚至失去了色彩飽和度上的優勢。雖說許多廠商標榜獨家調校技術過人云云，但6bit E-IPS原生最大發色數不到8bit液晶的2％卻是鐵崢崢的事實；若有美工繪圖需求，採買IPS務必注意是否為6bit E-IPS，以符合自身需求。

最後，VA系面板雖然在色彩飽合度上略遜IPS，但由於原生發色數與IPS在同一個量級上，因此仰仗技術調校可以得到不遜於IPS的效果。而VA在暗處表現上，素有「黑湛屏」之稱，因此暗部細節豐富，輪廓清晰犀利，對於欣賞高畫質影片來說，絕對是一大享受；美工繪圖與電競遊戲也有水準以上的表現。

以胖達個人主觀喜好而論，最為推崇夏普自家生產的CPA面板與友達光電的AMVA面板。前者天生四原色，細節過渡自然豐富，美不勝收；後者黑湛精彩，畫面優美極富質感。而這兩種面板的物理特性，更是所有技術中最不傷害眼睛的面板，對靈魂之窗最為養眼；同時，相對於TN與IPS系面板，CPA與AMVA面板五育均衡的特性，可說深深擄獲憨人胖達的心。

本期特企，希望能讓讀者們對於液晶三原色的繽紛世界，能夠有深入淺出的基本認知；對於液晶螢幕的顯像原理及技術規格上的盲點，不再似懂非懂。日後若有機會，將再為讀者們更加深入介紹TN/VA/IPS各延伸分支之前世今生，帶你往達人之路大步邁進。

圖 / TN、VA、IPS三種液晶分子，具有不同的排列特性。（來源︰Eizo Japan）