液晶顯示器背光類型及優(yōu)缺點(diǎn)

液晶顯示器背光類型及優(yōu)缺點(diǎn)（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(dòng)光源，而等離子電視屬于主動(dòng)發(fā)光顯示設(shè)備。目前市場上主流的液晶背光技術(shù)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(shè)計(jì)主要有兩種：“側(cè)入式”與“直落式”，不過側(cè)入式因光導(dǎo)設(shè)計(jì)使得光折損率較高，進(jìn)而讓背光亮度受限，面板尺寸越大時(shí)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(gè)人觀賞之用，但在居家觀賞的LCDTV大尺寸上面時(shí)，側(cè)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(jì)，同樣是使用直落式CCFL背光模組，在15英寸時(shí)背光模組僅占整體成本的23%，但是到30英寸時(shí)就增至37%，且推估到57英寸時(shí)，背光模組所占的成本就會(huì)達(dá)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(shè)計(jì)上。同時(shí)，CCFL是運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)以下仍可接受，但無人能保證日后可能將標(biāo)準(zhǔn)提高至零含量（完全不準(zhǔn)使用），屆時(shí)CCFL將無法使用，或必須改行無汞式CCFL。即便無汞式CCFL在技術(shù)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(dǎo)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(shù)，價(jià)格昂貴，直落式可以省去導(dǎo)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(diǎn)，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(jié)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(diǎn)：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(yīng)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(jìn)而影響背光的光均性，為了持續(xù)保持光均，則必須用上擴(kuò)散膜來強(qiáng)化光均度，但擴(kuò)散膜也會(huì)帶來光透率的折損，使亮度減低，亮度減低的結(jié)果只好以增加光管數(shù)的方式來補(bǔ)強(qiáng)，但就如前所述：增加光管將更難設(shè)計(jì)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(shù)是目前改變LCD畫質(zhì)的一個(gè)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(shí)現(xiàn)技術(shù)，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(gòu)成，稱為WLED背光技術(shù)。而對LED背光技術(shù)的LCDMonitor研發(fā)目前亦已經(jīng)到實(shí)質(zhì)性階段，我們在07年的CES會(huì)展上已經(jīng)可以看到相關(guān)產(chǎn)品展示。LED背光有多項(xiàng)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(shí)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(qū)動(dòng)，不似CCFL需要交流的正負(fù)向電壓，即便是只論正向驅(qū)動(dòng)電壓，LED的需求水準(zhǔn)也低于CCFL。再者，LED的亮度只需用脈波寬度調(diào)變（PulseWidthModulation；PWM）方式就可調(diào)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(diào)節(jié)就較為復(fù)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(diǎn)，但也有其缺點(diǎn)，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(huì)比CCFL嚴(yán)重，此外LED屬點(diǎn)型光源，與CCFL的線型光源相較實(shí)更難控制光均性，為了達(dá)到盡可能的光均，必須對生產(chǎn)出來的LED進(jìn)行特性上的精挑嚴(yán)選，將大量特性一致（波長、亮度）的LED用於同一個(gè)背光中，此一挑選成本也相當(dāng)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(jìn)而讓用電與散熱問題獲得舒緩，且制造良品率持續(xù)進(jìn)步成熟后，嚴(yán)選光亮特性一致的LED之成本也會(huì)降低。單單改變背光技術(shù)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(shù)發(fā)展。OLED（OrganicLightEmittingDiode）即有機(jī)發(fā)光二極體。OLED顯示技術(shù)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(jī)材料涂層和玻璃基板，當(dāng)有電流通過時(shí)，這些有機(jī)材料就會(huì)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(jià)格是限制它在LCD方面發(fā)展的瓶頸。OLED是另外一個(gè)受到矚目的面板應(yīng)用技術(shù)，并且以小尺寸面板的實(shí)現(xiàn)期程較早。以客戶的計(jì)劃來看，2008?2009年會(huì)有較多的機(jī)種問世，但仍以次面板為主，而且即使機(jī)種和出貨量較現(xiàn)在有明顯的增加，市場占有率也不會(huì)超過10%。OLED原本因?yàn)楸旧肀。瑢Ρ?、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(rèn)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(shù)遇到瓶頸，壽命問題有待克服；另一方面TFT-LCD技術(shù)持續(xù)精進(jìn)，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(jià)格競爭；原本投入的業(yè)者也難逃解散和縮編的命運(yùn)。臺(tái)灣勝華科技過去則轉(zhuǎn)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(dá)到170度的視角、500：1的對比、亮度增加，也可以做薄，反應(yīng)速度雖然較遜色，但達(dá)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(jià)格若能大幅改善，仍有機(jī)會(huì)；現(xiàn)階段則限於具特殊性、強(qiáng)調(diào)要標(biāo)新立異的產(chǎn)品；量大的時(shí)間點(diǎn)還未看到。而AMOLED(ActiveMatrix/OrganicLightEmittingDiode)主動(dòng)矩陣有機(jī)發(fā)光二極體面板(AMOLED)被稱為下一代顯示技術(shù)，包括三星電子、三星SDI、LG飛利浦都十分重視這項(xiàng)新的顯示技術(shù)。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(dá)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(shù)將受到極大挑戰(zhàn)。AMOLED優(yōu)點(diǎn)之一：無需背光燈AMOLED優(yōu)點(diǎn)之一：色彩飽和度更大AMOLED優(yōu)點(diǎn)之一：可以達(dá)到IPS或者VA面板的180度可視角度AMOLED優(yōu)點(diǎn)之一：有效解決LCD面板動(dòng)態(tài)模糊問題在上述的四個(gè)OLED優(yōu)點(diǎn)中，我們特別關(guān)注第四個(gè)產(chǎn)品特點(diǎn)，因?yàn)樵谀壳笆忻嫠械呐_(tái)式機(jī)液晶顯示器中，均無法解決液晶屏幕動(dòng)態(tài)模糊問題。液晶屏幕的動(dòng)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(dòng)態(tài)畫面模糊現(xiàn)象的原因有2個(gè)，一個(gè)是液晶的響應(yīng)時(shí)間及螢光體殘光等，另一個(gè)是TFT驅(qū)動(dòng)，就像Hold方式的影像控制等。Hold是造成動(dòng)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(shí)間內(nèi)顯示一個(gè)Frame影像，而在電視畫面中，這種Hold時(shí)間相當(dāng)于一個(gè)垂直周期（16.7毫秒）一般而言，大家都相當(dāng)清楚，液晶響應(yīng)時(shí)間對于動(dòng)態(tài)畫面顯示來說是相當(dāng)重要的，因?yàn)橐砸壕щ娨晛碚f，一個(gè)畫面的變換時(shí)間大約是16.7ms，所以，液晶電視的反應(yīng)時(shí)間能不能比16.7ms更短，對於動(dòng)態(tài)畫面的畫面表現(xiàn)來說非常重要。不過，還有一個(gè)情況是，即使液晶的響應(yīng)時(shí)間為0ms（這是不大可能及困難的），模糊還是不會(huì)消失。這是因?yàn)?，液晶螢?zāi)皇抢谩癏old方式”的方法來顯示影像的。根據(jù)一些實(shí)驗(yàn)報(bào)告我們可以知道，利用“Hold”方式在螢?zāi)簧巷@示的動(dòng)畫，會(huì)在視網(wǎng)膜上左右搖動(dòng)。這樣的搖動(dòng)隨著時(shí)間積累，就覺得動(dòng)態(tài)畫面模糊了。和改善液晶的響應(yīng)時(shí)間一樣，必須開發(fā)縮短“Hold”時(shí)間的顯示方法。根據(jù)上述的情況，液晶屏幕所出現(xiàn)的動(dòng)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(shí)間的液晶響應(yīng)時(shí)間來表示。改善因Hold時(shí)間引起動(dòng)態(tài)畫面的模糊如果響應(yīng)時(shí)間是0ms的理想控制型液晶面板（Hold時(shí)間100%）的情況下，MPRT是16.7ms（頻率為60Hz）。Hold時(shí)間為50%時(shí)，MPRT約為8.3ms；Hold時(shí)間為25%時(shí)，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(zhì)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(yīng)時(shí)間和Hold時(shí)間兩大要素，因此，如果要在影像的顯示品質(zhì)下，液晶響應(yīng)時(shí)間是希望能夠比以上的值更小一些。在改善液晶響應(yīng)時(shí)間的方法中，有OCB、IPS、VA等高速動(dòng)態(tài)的模式，也有Over-drive驅(qū)動(dòng)等等。現(xiàn)在，重視畫質(zhì)的液晶電視已經(jīng)將這些方法投入生產(chǎn)當(dāng)中。改善因Hold時(shí)間引起動(dòng)態(tài)畫面的模糊，有兩種方法。一種是配合畫面頻率來點(diǎn)滅背光燈源，另一種是運(yùn)用動(dòng)作補(bǔ)償技術(shù)的倍速顯示法。實(shí)現(xiàn)第一種具體的方法是，利用背光的閃爍和黑信號(hào)的插入。而在這兩種技術(shù)里，最為引人關(guān)注的是動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)。背光點(diǎn)滅和黑信號(hào)插入等的間歇顯示法，能夠改善動(dòng)態(tài)畫面的模糊，并實(shí)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(dòng)態(tài)補(bǔ)償倍速顯示法能夠在不增加畫面閃爍的前提下，改善動(dòng)態(tài)畫面模糊，但因?yàn)樾枰笠?guī)模的訊號(hào)處理電路，所以直到目前還是不容易實(shí)現(xiàn)。日本業(yè)者發(fā)表利用縮短Hold時(shí)間改善畫質(zhì)在過去的兩年里，有相當(dāng)多業(yè)者發(fā)表利用縮短Hold時(shí)間改善畫質(zhì)的相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品。例如，有日本業(yè)者利用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償高速顯示技術(shù)，生產(chǎn)的32英寸WXGA液晶電視。方法是利用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)，把畫面訊號(hào)和驅(qū)動(dòng)的畫面頻率，從一般的60Hz提高到90Hz，將Hold時(shí)間縮短到約70%，并使用掃描式背光源點(diǎn)滅方式又縮短到70%，共計(jì)縮短了50%。在不增加畫面閃爍的前提下，改善了動(dòng)態(tài)畫面模糊問題。因?yàn)樵?0Hz下進(jìn)行背光源點(diǎn)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(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)，將畫面頻率數(shù)提高到120Hz來改善動(dòng)態(tài)畫質(zhì)。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(gè)硬傷。幸運(yùn)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(shù)之前，我們有必要先了解當(dāng)前的背光技術(shù)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(zhì)。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(huì)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(shí)現(xiàn)背光源均勻的亮度輸出，LCD的背光模組還要搭配擴(kuò)散片、導(dǎo)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(shí)，屏幕邊緣和中心亮度的差異十分明顯。除了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、亮度輸出均勻性差之外，采用CCFL作為LCD背光源還有個(gè)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(shí)?25000小時(shí)），許多LCD（尤其是筆記本電腦的液晶屏）在使用幾年后會(huì)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(shí)，由于CCFL背光源必須包含擴(kuò)散板、反射板等復(fù)雜的光學(xué)器件，因此LCD的體積無法再進(jìn)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(shè)備來說，它們的續(xù)航能力將經(jīng)受重大的考驗(yàn)。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(jié)構(gòu)，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(shí)上，LED（LightEmittingDiode，發(fā)光二極管）并非尖端科技產(chǎn)品，它在我們?nèi)粘Ｉ钪须S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(jī)按鈕的背光照明、汽車的前大燈等等，都采用了LE