TFT LCD液晶顯示器常見的廣視角架構
良好光學補償膜抵消TN型液晶的相位延遲
現在大尺寸的液晶顯示器大多是利用TN(Twisted Nematic)型液晶來製作的。依照其英文字面上的解釋，就是這種液晶分子是被扭轉而且同時形狀為線狀的液晶分子。而扭轉的意思是指當我們不施加電壓時，在上下兩片玻璃之間，液晶分子的排列會恰好扭轉90度。由於線狀液晶是一種具有雙折射率 n的物質，且其 n = ne-no＞0。因此當光線通過液晶分子後，可分成ordinary ray與extraordinary ray兩道光，如果光線是斜向入射液晶分子，便會產生兩道折射光線。因此當光線經過上下兩片玻璃所夾住的液晶後，光線就會產生相位延遲(phase retardation)的現象。
既然是因為 n＞0所造成的相位延遲，只要找 n＜0的材料來作補償就可以了。因此一般的光學補償膜都是屬於 n＜0的材料，這樣一來光學補償膜的相位延遲，就可以跟線狀液晶的相位延遲互相抵消(圖2)，就可以增廣液晶面板的可視角度。
從圖2我們可以知道光學補償膜的動作方式。當光是從下方入射，然後從上方射出時，首先會經過底下的一片光學補償膜，由於其 n＜0光線便會有了負的相位延遲，接下來光線繼續前進進入到TN型液晶，此時便會開始有正的相位延遲，大約到液晶的一半的地方，此時正負的相位延遲便會互相抵消。當光線繼續向上傳播時，又會因為TN型液晶的關係，產生了正的相位延遲，直到進入位於上方的光學補償膜，又會開始有負的相位延遲。在光線離開位在上面的光學補償膜時，正負相位延遲又可以互相抵消，因此只要光學補償膜設計的好，便可以完全抵消TN型液晶所造成的相位延遲，達到廣視角的效果。
廣視角電場強度大 需要高電壓source driver
利用貼光學補償膜的方式，並不需要改變LCD製程，所以不會影響生產良率，只是需要增加貼光學補償膜的額外成本，因此連帶對LCD source driver的需求，與一般的液晶面板是一樣的。也就是說只需要10~12伏特的source driver即可。而MVA及IPS則是利用不同的畫素設計，來達到廣視角的效果。因此對電壓的要求跟一般的液晶面板上的source driver便不一樣，需要較高的電壓才行。一般而言MVA要求的電壓約為13.5伏特，而IPS的要求電壓則更高，至少需要15伏特才行。
其實在source driver上所謂的高電壓，並不是跟gate driver一樣需到達35~42伏特的程度。當source driver應用在line inversion的LCD面板上時，其規格上的最高電壓大多為5 volt上下。而液晶面板若是dot inversion的應用時，電壓就需提高到10~12 volt。直到廣視角的應用出現，source driver的最高電壓規格就變成13.5~15 volt了。為什麼廣視角的面板需要高電壓的source driver呢？主要是因為在廣視角液晶面板上，由於面板本身的畫素設計跟一般的面板不一樣，對於電場強度的需求更大，以避免由於電場強度不夠或是不平均 造成液晶分子轉動不如預期，影響液晶面板本身的灰階表現，所以才需要高電壓的source driver。
MVA(Multi-domain Vertical Alignment)的動作原理
至於MVA的工作原理是怎樣呢？請見圖3到圖7。液晶顯示器是利用液晶本身的屈光特性來顯示出不同的灰階。可惜的是，液晶本身是一種長橢圓球狀的物體，其本身長軸與短軸的的屈光特性並不一致，以致當人眼的視線與液晶本身的夾角變化時，感受到的光強度便不一致，就會有不同灰階的感覺。
這就是液晶顯示器會有視角的原因(請見圖3)。而MVA的原理就是想利用不同角度的液晶，藉由互相的補強，來擴大視角的範圍(請見圖4)。從圖5我們可知道 藉由protrusion的幫忙，可以讓液晶本身產生一預傾角(pre-tilt angle)，以便當電壓施加於液晶身上時，可以讓液晶倒向不同的方向(圖6)。如此當人眼從不同角度來看液晶顯示器時，可以有不同方向的液晶來互相補強，以便增加視角。圖7是Fujitsu所提出的MVA的方式，藉由4個不同傾倒方向的液晶，來增加視角，達到廣視角的效果。由於有4個不同方向的液晶，因此採用MVA的架構，在螢幕的水準方向與垂直方向都可以增加視角。
MVA的架構，從字面上VA(vertical alignment)就可以知道，其液晶排列的長軸是垂直於上下兩片玻璃，因此當顯示電極不加電壓時，畫面就是黑色的。而一但將電壓加到顯示電極上時，液晶分子的排列，就可以將行進光線的極化方向轉90度，好讓它能透過上層的偏光板，顯示出亮的畫面。因此與一般normally white的TN型液晶面板比較起來，它的對比度(contrast ratio)會比一般的TN型液晶螢幕要來得高，這是因為TN型面板的黑色畫面是藉由施加電壓，讓液晶分子都站成直立來完成的(請見圖8)。
但是這種方式的暗態並不完美。這是因為在靠近兩側玻璃的液晶，會受到玻璃的影響，會無法站直(靠近玻璃的液晶會受到玻璃基板rubbing以及strong anchoring的影響)。因此仍然會有一些光線可以順利到達使用者的眼睛中，這樣一來，黑色的畫面就不會很黑了，一般都稱這種情況為暗態漏光的現象，這會影響液晶螢幕在對比度的表現。
MVA除了可以改善暗態漏光的現象之外，由於不加電壓時，整個畫面都是黑色的，所以可以叫做normally black。這種方式，如果在液晶螢幕上的TFT有損壞的話，這個畫素所顯示出來的灰階會是黑色，也就是“暗點”。不像使用normally white的方式，當TFT有損壞的狀況，螢幕上顯示出來的就會是我們俗稱的“亮點”，“亮點”比起“暗點”來說，會嚴重影響到使用者的視覺觀感。
由於其分別在TFT及彩色濾光片(Color filter)上有protrusion，所以就整個畫素而言，其電場強度是不平均的，假如此時電場強度又不夠強的話，就會很容易在接近protrusion的地方，液晶的轉動變得不靈活，造成顯示出來的灰階不正確。所以使用在MVA的source driver的電壓會需要高到接近13.5 volt，就是這個原因。希望藉由更高的電壓，來加強電場的強度，以便能精確的控制液晶的轉動。
IPS特色：顯示電極位於同一玻璃基板
IPS在架構上最大的不同，就是顯示電極都是位於同一邊的玻璃基板上。在前面所述的一般TN型液晶顯示器與MVA的液晶顯示器，他們的顯示電極都是位於不同邊的玻璃之上。為什麼要把顯示電極放再同一邊？主要這樣一來，液晶的排列，便會如圖9中所畫的，液晶分子的長軸會跟玻璃基板是平行的。即使當顯示電極上加了電壓之後，仍然會如同圖10一樣，液晶分子的長軸仍然與玻璃基板是平行的。
這樣一來，不管我們的視線與液晶螢幕夾了怎樣的角度，也就是說視線跟液晶分子的長軸夾角有了變化，也不會有視角的問題產生。為什麼會這樣呢？這主要是因為從背光板所發射的光源，經過液晶分子到達我們的眼睛過程中，由於液晶的長軸都是平行於玻璃基板的，因此光線的行進路線，大部份都是沿著液晶的短軸來前進，所以就比較不會因為雙折射率的關係，產生兩道折射光而有相位延遲的情況發生，於是視角就可以大大地增加了。比起使用光學補償膜與MVA的架構來說，以IPS所能增加的視角表現為最佳。
使用IPS架構有另外一個好處，跟MVA架構一樣，就是當畫面為黑色的時候，它是所謂“絕對”的黑。也就是說，它的對比度會比一般的液晶螢幕要來的高。其原因何在？ 我們回過頭來看看圖9。圖9的內容是使用IPS的架構下，當顯示電極不加電壓時的液晶分子排列狀況。我們可以發現，在這種情況下，液晶分子的排列是很整齊的，所以當背光板所發射出的光線，從底下經過偏光板變成極化光線時，由於液晶分子的排列很整齊，當極化光線通過液晶分子，光線的極化方向並不會改變，也就沒辦法通過位在上方的偏光板(上下兩片的偏光板，所形成的光柵是互相垂直的)。這時候所顯示出來的畫面就是黑色。
那為什麼叫做是“絕對”的黑色呢? 這是相對於一般normally white的TN型液晶面板來說的。因為這種面板的黑色畫面如前面所述，並不完美，會有暗態漏光的現象，影響到液晶螢幕在對比度的表現。IPS除了可以改善暗態漏光的現象之外，跟MVA一樣由於是normally black，所以在液晶螢幕上的TFT有損壞的話，這個畫素所顯示出來的灰階會“暗點”，而不是我們俗稱的“亮點”。
相較於MVA的架構，IPS的做法在可視角度上的表現會更好。但是由於它所施加的電場，並不是上下垂直的方式，而是屬於水準的做法，當電加到顯示電極上時，靠近顯示電極的液晶分子，會由平行於顯示電極轉向90度，而垂直於顯示電極(如圖10)。而遠離顯示電極的液晶，所受到電場的影響會越少，轉向的程度也越小，整個液晶的排列恰好可以將光線的極化方向轉向90度，讓光線透過。且當您變化電場的大小時，就可以控制光線極化方向的轉向程度，也就可以控制光線透過的容易與否，來營造出不同灰階的感覺。但就因為先天上電場的控制更不容易，遠離顯示電極的液晶分子所感受到的電場比較小，要讓所有的液晶轉動至所期望位置所花的時間也會比較長，也就是反應時間(response time)會比較長。這也是為什麼使用於IPS的source driver驅動電壓會比較高(一般需要到15伏特以上才可以)，以期增加電場強度的原因。
除了MVA，IPS， SUPER-IPS
還有PVA
“G.Philips LCD採用Super-IPS（In Plane Switching）技術，將視角擴大到176度，三星電子則採用PVA（Patterned Vertical Alignment）技術，已開發出視角達170度的產品。
LG.Philips LCD表示，IPS技術不同於在面板上貼上廣視角偏光板（Pol）的傳統方式（扭轉型），而係利用橫方向的電場，亦即電場方向與液晶分子的排列方向在同一平面上，來趨動液晶分子。相較於扭轉型，減少了入射光在不同視角上所造成的相位差，進而增大視角。並表示，視角能擴大到176度，則係因採用較IPS技術更先進的Super-IPS技術。
此外，由於不需另外的廣視角偏光板，還可節省材料費，且幾無色歪曲現象。同時，在呈現動態影像時，若採用IPS技術，畫面快速轉換時亦可充分展現色感，而PVA技術則略遜一籌。並強調，在廣視角的呈現上，業界公認IPS優於PVA。
三星電子錶示，由於PVA可完全呈現Black狀態，故黑白對比較高，且由於製程單純，具備不良率低的特性。同時，由於輝度提高，有助於降低成本及耗電。另外，目前三星電子在天安廠亦採用IPS技術，不過採用此一技術的產品不到整體產品的1％，且由於認定IPS技術遠不如PVA技術，未來預定完全不採用IPS技術。
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