液晶顯示器背光類型及優(yōu)缺點

液晶顯示器背光類型及優(yōu)缺點（LCD.CCFL.LED）液晶背光顯示原理液晶不同于等離子的最大區(qū)別就是液晶必須依靠被動光源，而等離子電視屬于主動發(fā)光顯示設備。目前市場上主流的液晶背光技術包括LED（發(fā)光二極管）和CCFL（冷陰極熒光燈）兩類。冷陰極熒光燈管（ColdCathodeFluorescentLamp；CCFL）傳統(tǒng)的液晶顯示器都是采用CCFL（冷陰極熒光燈管）背光。CCFL的背光設計主要有兩種：“側入式”與“直落式”，不過側入式因光導設計使得光折損率較高，進而讓背光亮度受限，面板尺寸越大時亮度就越低，僅適合8英寸?15英寸的TFTLCD面板，也就是Laptop、Desktop等個人觀賞之用，但在居家觀賞的LCDTV大尺寸上面時，側入式的亮度將難以滿足，取而代之的是直落式。不過，越大尺寸的LCD，其背光模組所占的成本比重就越高，所指的是正是直落式CCFL背光模組，根據(jù)統(tǒng)計，同樣是使用直落式CCFL背光模組，在15英寸時背光模組僅占整體成本的23%，但是到30英寸時就增至37%，且推估到57英寸時，背光模組所占的成本就會達到50%。所以，直落式CCFL背光僅適合用在30英寸左右的中型尺寸LCDTV，不適合用在更大面積的設計上。同時，CCFL是運用水銀氣體放電來產(chǎn)生照明，雖然目前歐盟訂立的RoHS規(guī)范，只要對“水銀”劑量在標準以下仍可接受，但無人能保證日后可能將標準提高至零含量（完全不準使用），屆時CCFL將無法使用，或必須改行無汞式CCFL。即便無汞式CCFL在技術上可行，但CCFL依舊是密閉光管性的氣體放電式電子照明，光管對外力的抗受性有限，較大的沖撞將使光管破裂，使照明失效，相對的其他固體式電子照明（如LED）則無此顧慮。另外，由於直落式不需要用導光板，也較無光折損問題，所以也不需要增亮膜，特別是增亮膜屬少數(shù)業(yè)者的專利技術，價格昂貴，直落式可以省去導光板與增亮膜，此有助於成本降低。不過，直落式CCFL也有其缺點，為了提升畫面亮度，必須增加光管數(shù)目，然光管過密排置的結果將不利於散熱，既然左右相間的距離空間縮減，只好從厚度層面來增加散熱空間，然而厚度增加也等于部分抵損LCDTV的優(yōu)點：輕薄。附帶一提的是，在大寸數(shù)的LCDTV上使用CCFL光管，光管的長度也必須因應寸數(shù)增加而增長，然而較長的CCFL光管，其光管的中間位置與兩端將容易產(chǎn)生亮度MURA與色MURA的問題，進而影響背光的光均性，為了持續(xù)保持光均，則必須用上擴散膜來強化光均度，但擴散膜也會帶來光透率的折損，使亮度減低，亮度減低的結果只好以增加光管數(shù)的方式來補強，但就如前所述：增加光管將更難設計散熱、增加背光模組的厚度，甚至是用電增加，根據(jù)了解，CCFL背光模組的用電已占LCDTV整體用電的90%之高。所以，改變背光技術是目前改變LCD畫質的一個方向之一。發(fā)光二極體（LightEmittingDiode；LED）既然CCFL背光有諸多的副作用疑慮，因此業(yè)界也尋求各種新背光實現(xiàn)技術，而LED則是可行方案之一，如Sony的Qualia系列電視，即是高端的大尺寸（40英寸、46英寸）的LCDTV，其背光部分是用WLED所構成，稱為WLED背光技術。而對LED背光技術的LCDMonitor研發(fā)目前亦已經(jīng)到實質性階段，我們在07年的CES會展上已經(jīng)可以看到相關產(chǎn)品展示。LED背光有多項好處，首先是固體式電子照明，對沖撞的抗受性高于CCFL，且沒有汞氣體的環(huán)保法規(guī)顧慮，沒有UV紫外線外泄顧慮，同時在色彩飽和度及壽命上都超越CCFL，另外LED只要正向電壓即可驅動，不似CCFL需要交流的正負向電壓，即便是只論正向驅動電壓，LED的需求水準也低于CCFL。再者，LED的亮度只需用脈波寬度調變（PulseWidthModulation；PWM）方式就可調節(jié)，并可用相同方式來抑制TFTLCD顯示上的殘影問題，然而CCFL的亮度調節(jié)就較為復雜，且無法抑制殘影，必須以另行方式才能抑制。雖然LED背光有諸多優(yōu)點，但也有其缺點，首先是發(fā)光效率，以相同的用電而言，LED并不及CCFL，因此散熱問題會比CCFL嚴重，此外LED屬點型光源，與CCFL的線型光源相較實更難控制光均性，為了達到盡可能的光均，必須對生產(chǎn)出來的LED進行特性上的精挑嚴選，將大量特性一致（波長、亮度）的LED用於同一個背光中，此一挑選成本也相當高昂。所幸的是，LED的發(fā)光效率還在提升中，目前已可至100ml/W以上，如此色彩飽和度可以更佳，以及讓背光的WLED排置更寬松，進而讓用電與散熱問題獲得舒緩，且制造良品率持續(xù)進步成熟后，嚴選光亮特性一致的LED之成本也會降低。單單改變背光技術或許還不足以引發(fā)LCD的革命，那么我們就去看看別的LCD技術發(fā)展。OLED（OrganicLightEmittingDiode）即有機發(fā)光二極體。OLED顯示技術與傳統(tǒng)的LCD顯示方式不同，無需背光燈，采用非常薄的有機材料涂層和玻璃基板，當有電流通過時，這些有機材料就會發(fā)光。而且OLED顯示屏幕可以做得更輕更薄，可視角度更大，并且能夠顯著節(jié)省電能。但是，目前它的壽命和價格是限制它在LCD方面發(fā)展的瓶頸。OLED是另外一個受到矚目的面板應用技術，并且以小尺寸面板的實現(xiàn)期程較早。以客戶的計劃來看，2008?2009年會有較多的機種問世，但仍以次面板為主，而且即使機種和出貨量較現(xiàn)在有明顯的增加，市場占有率也不會超過10%。OLED原本因為本身薄，對比、視角、省電等各方面的條件都較TFT-LCD要優(yōu)秀，一直受到業(yè)界的重視，認為將取代TFT-LCD，早幾年也紛紛投入研發(fā)。然而一方面OLED本身技術遇到瓶頸，壽命問題有待克服；另一方面TFT-LCD技術持續(xù)精進，現(xiàn)在也能夠提供優(yōu)異的對比和視角，致使OLED需求量始終無法大舉提升，并且市場不大又供過于求，限于價格競爭；原本投入的業(yè)者也難逃解散和縮編的命運。臺灣勝華科技過去則轉投資成立勝園投入OLED研發(fā)，眼看OLED與TFT-LCD無法競爭，尤其成本差異大，規(guī)格方面TFT-LCD已可輕易達到170度的視角、500：1的對比、亮度增加，也可以做薄，反應速度雖然較遜色，但達到人眼可以接受的范圍即可。因此勝園也已經(jīng)收掉，只留下幾位研發(fā)人員回到勝華做材料的開發(fā)。未來OLED的壽命和價格若能大幅改善，仍有機會；現(xiàn)階段則限於具特殊性、強調要標新立異的產(chǎn)品；量大的時間點還未看到。而AMOLED(ActiveMatrix/OrganicLightEmittingDiode)主動矩陣有機發(fā)光二極體面板(AMOLED)被稱為下一代顯示技術，包括三星電子、三星SDI、LG飛利浦都十分重視這項新的顯示技術。目前除了三星電子與LG飛利浦以發(fā)展大尺寸AMOLED產(chǎn)品為主要方向外，三星SDI、友達等都是以中小尺寸為發(fā)展方向。從目前成品產(chǎn)品的產(chǎn)品性能表現(xiàn)來看，如果AMOLED成本能夠得到有效控制的話，那么，傳統(tǒng)的LCD面板技術將受到極大挑戰(zhàn)。AMOLED優(yōu)點之一：無需背光燈AMOLED優(yōu)點之一：色彩飽和度更大AMOLED優(yōu)點之一：可以達到IPS或者VA面板的180度可視角度AMOLED優(yōu)點之一：有效解決LCD面板動態(tài)模糊問題在上述的四個OLED優(yōu)點中，我們特別關注第四個產(chǎn)品特點，因為在目前市面所有的臺式機液晶顯示器中，均無法解決液晶屏幕動態(tài)模糊問題。液晶屏幕的動態(tài)畫面模糊，通常是指畫面變換的過程中，發(fā)生了邊緣輪廓模糊的現(xiàn)象，發(fā)生動態(tài)畫面模糊現(xiàn)象的原因有2個，一個是液晶的響應時間及螢光體殘光等，另一個是TFT驅動，就像Hold方式的影像控制等。Hold是造成動態(tài)畫面模糊的主因所謂“Hold方式”顯示方式，就是在一定的時間內顯示一個Frame影像，而在電視畫面中，這種Hold時間相當于一個垂直周期（16.7毫秒）一般而言，大家都相當清楚，液晶響應時間對于動態(tài)畫面顯示來說是相當重要的，因為以液晶電視來說，一個畫面的變換時間大約是16.7ms，所以，液晶電視的反應時間能不能比16.7ms更短，對於動態(tài)畫面的畫面表現(xiàn)來說非常重要。不過，還有一個情況是，即使液晶的響應時間為0ms（這是不大可能及困難的），模糊還是不會消失。這是因為，液晶螢幕是利用“Hold方式”的方法來顯示影像的。根據(jù)一些實驗報告我們可以知道，利用“Hold”方式在螢幕上顯示的動畫，會在視網(wǎng)膜上左右搖動。這樣的搖動隨著時間積累，就覺得動態(tài)畫面模糊了。和改善液晶的響應時間一樣，必須開發(fā)縮短“Hold”時間的顯示方法。根據(jù)上述的情況，液晶屏幕所出現(xiàn)的動態(tài)畫面模糊，不能用長久以來所使用的測定，就是從白到黑及黑到白變化時間的液晶響應時間來表示。改善因Hold時間引起動態(tài)畫面的模糊如果響應時間是0ms的理想控制型液晶面板（Hold時間100%）的情況下，MPRT是16.7ms（頻率為60Hz）。Hold時間為50%時，MPRT約為8.3ms；Hold時間為25%時，MPRT為4.2ms。一般的LCD，其MPRT在8ms以下；如果是商用產(chǎn)品對畫質要求很高的LCD，其MPRT可以推測在4ms以下。前面所敘述了MPRT含有液晶響應時間和Hold時間兩大要素，因此，如果要在影像的顯示品質下，液晶響應時間是希望能夠比以上的值更小一些。在改善液晶響應時間的方法中，有OCB、IPS、VA等高速動態(tài)的模式，也有Over-drive驅動等等?，F(xiàn)在，重視畫質的液晶電視已經(jīng)將這些方法投入生產(chǎn)當中。改善因Hold時間引起動態(tài)畫面的模糊，有兩種方法。一種是配合畫面頻率來點滅背光燈源，另一種是運用動作補償技術的倍速顯示法。實現(xiàn)第一種具體的方法是，利用背光的閃爍和黑信號的插入。而在這兩種技術里，最為引人關注的是動態(tài)補償技術。背光點滅和黑信號插入等的間歇顯示法，能夠改善動態(tài)畫面的模糊，并實現(xiàn)起來比較簡單。但在大畫面、高亮度的情況下，容易產(chǎn)生畫面的閃爍不定。相比之下，動態(tài)補償倍速顯示法能夠在不增加畫面閃爍的前提下，改善動態(tài)畫面模糊，但因為需要大規(guī)模的訊號處理電路，所以直到目前還是不容易實現(xiàn)。日本業(yè)者發(fā)表利用縮短Hold時間改善畫質在過去的兩年里，有相當多業(yè)者發(fā)表利用縮短Hold時間改善畫質的相關技術和產(chǎn)品。例如，有日本業(yè)者利用動態(tài)補償高速顯示技術，生產(chǎn)的32英寸WXGA液晶電視。方法是利用動態(tài)補償技術，把畫面訊號和驅動的畫面頻率，從一般的60Hz提高到90Hz，將Hold時間縮短到約70%，并使用掃描式背光源點滅方式又縮短到70%，共計縮短了50%。在不增加畫面閃爍的前提下，改善了動態(tài)畫面模糊問題。因為在90Hz下進行背光源點滅，人眼不容易感覺到畫面的閃爍。另外，還有其他業(yè)者也是采用運動動態(tài)補償技術，將畫面頻率數(shù)提高到120Hz來改善動態(tài)畫質。目前主流的LCD的背光燈都采用了使用壽命較短的CCFL（冷陰極熒光燈），這是LCD的一個硬傷。幸運的是，人們現(xiàn)在找到了它的接班人LED。傳統(tǒng)CCFL背光的缺陷在深入了解LED背光技術之前，我們有必要先了解當前的背光技術存在什么問題。我們知道，液晶是一種介乎于液體和晶體之間的物質。液晶的奇妙之處是可以通過電流來改變其分子排列狀態(tài)，給液晶施加不同的電壓就能控制光線的通過量，從而顯示多種多樣的圖像。但液晶本身并不會發(fā)光，因此所有的LCD都需要背光照明。目前LCD的背光源幾乎都是CCFL（ColdCathodeFluorescentLamps，冷陰極熒光燈）。由于冷陰極熒光燈不是平面光源，因此為了實現(xiàn)背光源均勻的亮度輸出，LCD的背光模組還要搭配擴散片、導光板、反射板等眾多輔助器件。即便如此，要獲得如CRT般均勻的亮度輸出依然非常困難。大部分LCD在顯示全白或全黑畫面時，屏幕邊緣和中心亮度的差異十分明顯。除了結構復雜、亮度輸出均勻性差之外，采用CCFL作為LCD背光源還有個讓人頭痛的問題使用壽命短。絕大部分CCFL背光源在使用2?3年之后亮度下降非常明顯（壽命在15000小時?25000小時），許多LCD（尤其是筆記本電腦的液晶屏）在使用幾年后會出現(xiàn)屏幕變黃、發(fā)暗的現(xiàn)象，這正是CCFL使用衰減期較短的缺陷造成的。與此同時，由于CCFL背光源必須包含擴散板、反射板等復雜的光學器件，因此LCD的體積無法再進一步縮小。在功耗方面，采用CCFL作為背光源的LCD也無法令人滿意，14英寸LCD的CCFL背光源往往需要消耗20W甚至更多的電能。這對筆記本電腦和便攜設備來說，它們的續(xù)航能力將經(jīng)受重大的考驗。為了解決CCFL的這些硬傷，幾乎所有的LCD廠商都開始尋找更為優(yōu)秀的液晶背光源。由于LED有著超低的能耗、極長的工作壽命和簡單的結構，迅速獲得了LCD廠商的青睞，那么LED究竟是什么東西？它有什么奇妙之處呢？事實上，LED（LightEmittingDiode，發(fā)光二極管）并非尖端科技產(chǎn)品，它在我們日常生活中隨處可見：路邊色彩斑斕的廣告牌、家用電器上顏色各異的指示燈、手機按鈕的背光照明、汽車的前大燈等等，都采用了LE