被忽视的问题——大屏幕LCD的可视角度
技术大讲堂
步入2005年，LCD（液晶显示器）开始了频繁的价格下滑，特别是17英寸、19英寸LCD均有很大程度的降价调整，这使得不少朋友都向大屏幕LCD看齐。不过，面子虽然大了，但相应的问题也接踵而来：尽管大屏幕LCD的可视范围均比15英寸LCD大出不少，在使用过程中不少朋友也许会发现，如果头部移动，看液晶屏的视角出现变化，画面很容易出现忽明忽暗的情况，色彩也明显失真……LCD的屏幕越大，眼睛离屏幕越近，这个问题就越突出。这是为什么呢？其实这一切都和LCD可视角度有关。
一、为什么LCD会被可视角度困扰？
通俗地讲，所谓可视角度是指站在位于屏幕前某个地方仍可清晰看见屏幕影像所构成的最大角度，而超过这个范围就会出现图像不清楚。可视角度又分水平和垂直可视角度，分别指从画面中央至左右（水平）和上下（垂直）能看清影像的范围，其中水平可视角度大多对称，垂直可视角度却不一定。
CRT显示器是发射型显示装置，屏幕上的荧光粉受电子轰击而发光，光线均匀地射向各个方向，所以CRT的亮度和色彩随视角的变化基本不变。但对于LCD来说，由于LCD画面显示的光线来自背光源，在你见到它之前它要经过偏振片、滤色片、液晶分子的层层阻截，最终的结果就好像光线经过了一排排的吸管后才到达你的眼睛，所以它是有方向性的。因此，当你从某个角度观看TFT-LCD时，你将发现显示器的亮度急速损失(变暗)及变色，出现显示失真的现象。
目前业界对LCD的可视角度定义是以LCD保持画面失真不超过一定范围时候的最大观看角度。所谓画面失真，严格来说主要包括对比度（注：随观看角度的增加，屏幕上出现对比度锐减的现象，如图1，一般厂商定义对比度下降到10时该角度为最大可视角度）、色差、灰阶逆转三方面。当我们说可视角度是左右80°时，表示站在始于显示器法线（就是显示器正中间的假想线），垂直于法线左方或是右方80°的位置时，仍可清晰看见显示器上的影像（图2）。对于LCD来说，可视角度都是左右对称的（也就是由左边或右边可以看见屏幕上图像的角度是一样的。例如左边为80°可视角度，右边也一定是80°可视角度），而上下可视角度通常都小于左右可视角度。
小提示：厂商在给LCD标注水平可视角度和垂直可视角度值时。一般都是左右、上下可视角度相加后的值。如标称值为水平160°，表示左右可视角度分别为80°。
二、各种异曲同工的广视角技术
为了解决LCD可视角度小的缺点，制造商们已经花了很多时间来试图改善LCD的视角特性，目前已经有数种广视角技术被应用： MVA、PVA、IPS技术……
1.MVA(Multi-Domain Vertical Alignment)技术
MVA是由富士通研发的LCD广视角技术。我们知道，液晶材料通过状态变换实现对光的控制，对应到分子层级上，就是液晶分子在垂直、水平之间作角度转换。在没有施加电压、液晶分子静止的时候，它处于垂直状态，只有在电场作用下才会转成水平状态让光线透过。MVA技术利用一个巧妙的方法对这种模式作了改良。
在MVA中，M代表 “multi-domain“(多象限，多畴)，就以一个子像素(cell)来说——图3说明了用突出物来形成多象限，富士通是采用四个象限的画素分割技术。VA 代表“Vertical Alignment“(垂直配向)，液晶分子在静态时并不是真的垂直配向（在off的时候），当施加电压时，液晶分子能快速变成水平配向允许背光通过。并且MVA中每个子像素可以是双畴、四畴等等，分别指向不同的方向，子像素也可以使用不同的排列方式以获得更精细的点距和更好的广视角效果。不过，多畴排列也会给液晶面板的生产带来问题，增加了技术难度和生产成本。
为了解决这个问题，富士通采用了在取向层下面植入凸起物的办法，这一技术也被称为ADF（Automatic Domain Formation，自动畴生成）技术。在未加电压的时候，大部分液晶单元都是垂直电极排列的，只有处于凸起物表面的液晶单元受其影响沿着凸起物的斜坡排列。当晶体管处于“开”的状态时，凸起物表面的液晶单元开始运动，并带动着畴内的液晶分子向同一方向取向，这样整个像素就都获得了稳定的取向。
MVA在LCD视角改良方面表现出色，可以使基于MVA技术的液晶面板实现160°的大视角。 富士通和友达、奇美生产的液晶面板都有MVA产品，选用MVA液晶面板生产显示器的厂商非常多，如BenQ和优派（ViewSonic）的部分大屏幕LCD。
2.三星PVA（Patterned Vertical Alignment）技术
除MVA之外，三星的PVA技术也是液晶广角技术中重要的一员，也同属于业界常说的VA体系。PVA的实现原理与富士通的MVA差不多，主要区别是在实现方式上：PVA主要是采用透明的ITO电极层来改变液晶分子配向。
ITO电极层不是一个完整的薄膜，而是被激光刻出一道道均匀的缝隙。上下层基板的ITO缝隙并不正对，而是依次错开，这样平行的电极之间就产生了一个倾斜的电场，驱动液晶分子形成双向倾斜的形态（图4）。从结果来看，PVA与MVA可以说没什么两样，都增加了视角。在效果方面，PVA的综合素质优于MVA，它提供的可视角度可高达170°。不过，采用PVA方式的液晶面板仍存在视角依赖性，因此三星又推出了PVA技术的改进版本——S-PVA技术（全称Super-Patterned Vertical Alignment）。
S-PVA为了达到更广的可视角度，采用了将一个像素一分为二的子像素构造。以前PVA在内的原有VA（垂直排列）方式是通过将以某一角度倾斜的液晶分子按4个方向呈放射状配置，来改善视角依赖性。而S-PVA方式则通过在其他子像素上追加倾斜角度不同的4个方向的液晶分子，在一个像素内形成共计8个方向的液晶分子，并施加不同的信号电压，以减轻过去的弱点即视角改变时颜色随之改变的情况，而视角也达到了180°左右。同时，S-PVA提高了液晶响应速度，灰阶响应时间达到8毫秒左右。此外，采用了新的偏光薄膜，实现了不到0.5cd/m2的黑级别和1000∶1级别的对比度，还可以显示几乎全部的EBU色域。三星的193P+LCD就采用了S-PVA面板。
3.IPS (In-Plane Switching 或Super-TFT) 技术
IPS技术起初是由Hitachi提出的，也被称为“Super TFT”。我们知道，传统LCD显示器的液晶分子一般都在垂直←→平行状态间切换，MVA和PVA将之改良为垂直←→双向倾斜的切换方式，而IPS技术与上述技术最大的差异就在于采用每个单元两侧使用一对电极加压的方案，让电流水平地通过液晶，使得液晶分子永远平行于基板，来达到增加可视角度的目的（图5）。
为了配合这种结构，IPS要求对电极进行改良：细条形的正负电极间隔排列在基板上，把电压加到电极上，原来平行于电极的液晶分子会旋转到与电极垂直的方向，但液晶分子长轴仍然平行于基板，控制该电压的大小就把液晶分子旋转到需要的角度，配合偏振片就可以控制光线的透过率，以显示不同的色阶。注意，MVA、PVA液晶分子的旋转属于空间旋转（Z轴），而IPS液晶分子的旋转则属于平面内的旋转（X-Y轴）。
使用IPS技术可以使视角扩大到160°～170°。但是这项技术也有缺点，因为液晶的对准方向，使得它的电极只能置于两片玻璃板中的其中一边。这些电极必须制作成梳子状，排列在下层的表面，这样做会导致对比度降低，因此必须加强背光源的亮度。
三、厂商如何定义可视角度？
对于LCD厂商标注的可视角度，还是有不少值得注意的问题。
目前对于厂商来说，现在衡量LCD可视角度有两个标准，即观察者获得屏幕显示图像的对比度低于10∶1或者5∶1时的角度，从这个意义上讲，你要想从厂商推荐的可视角度上看到可以接受的画面基本上是无望的。对比度是显示器显示全白时的亮度值与显示全黑时亮度值之比，在合理的亮度值下，对比度越高，所能显示的色彩层次越丰富，显示效果也就越出色。当我们从斜面去看LCD显示器，与正面观看时相比，白色部分会变暗，黑色部分会变亮，因此色彩对比度会下降。
虽然对于可视角度，ISO国际标准化组织同样有ISO 13406-2规范，它将可视角度定义为“图像质量在规定的角度范围内必须优于要求设定的底线”，同时该规范设定了测定可视角度要给出六个方位的指标（图6）。但这个ISO规范没有给出所谓“图像质量底线”的量化指标，没有具体的计算公式，留下的就是厂商自由发挥的空间了。
那厂商一般是怎么操作该参数的测量呢？首先ISO规范建议的六个角度测量被弃置不用，现在厂商都只提供左、右、上、下四个参数指标，并把它们归结为水平和垂直两部分。再者，“图像质量底线”被简化为图像中间像素点的对比度不低于10∶1或者5∶1。一般定义当对比度下降到10∶1时，此时的角度为该显示器的极限可视角度；部分厂商以对比度降到5∶1时的角度为标称可视角度。但实际上，当对比度降低到100∶1以下时，画面质量就已经“损失惨重”。实际上，我们认为图像质量底线至少应该设定在100∶1才有实际意义。
因此，厂商标称的可视角度多数情况下并不是实际使用时可以达到的最大可视角度，例如一款LCD可视角度标注为160°，并不意味着你可以在160°极限角度看到理想画面。我们在选购时既要关注，但又不能过分迷信产品标称的可视角度，LCD真正的表现才是我们应该考察的重点——用自己的眼睛亲自体会，看是否能接受该LCD的表现。