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液晶背光显示原理 液晶不同于等离子的最大区别就是液晶必须依靠被动光源而等离子电视属于主动发光显示设备目前市场上主流的液晶背光技术包括LED(发光二极管)和CCFL(冷阴极荧光 灯)两类 冷阴极荧光灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp;CCFL) 传统的液晶显示器都是采用CCFL(冷阴极荧光灯管)背光CCFL的背光设计主要有两种“侧入式”与“直落式”不过侧入式因光导设计使得光折损率较高进而让背光亮度受限面板尺寸越大时亮度就越低仅适合英寸～英寸的TFT LCD面板也就是LaptopDesktop等个人观赏之用但在居家观赏的LCD TV大尺寸上面时侧入式的亮度将难以满足取而代之的是直落式 不过越大尺寸的LCD其背光模组所占的成本比重就越高所指的是正是直落式CCFL背光模组根据统计同样是使用直落式CCFL背光模组在英寸时背光模组仅占整体成本的%但是到英寸时就增至%且推估到英寸时背光模组所占的成本就会达到%所以直落式CCFL背光仅适合用在英寸左右的中型尺寸LCD TV不适合用在更大面积的设计上同时CCFL是运用水银气体放电来产生照明虽然目前欧盟订立的RoHS规范只要对“水银”剂量在标准以下仍可接受但无人能保证日后可能将标准提高至零含量(完全不准使用)届时CCFL将无法使用或必须改行无汞式CCFL 即便无汞式CCFL在技术上可行但CCFL依旧是密闭光管性的气体放电式电子照明光管对外力的抗受性有限较大的沖撞将使光管破裂使照明失效相对的其他固体式电子照明(如LED)则无此顾虑另外由于直落式不需要用导光板也较无光折损问题所以也不需要增亮膜特别是增亮膜属少数业者的专利技术价格昂贵直落式可以省去导光板与增亮膜此有助于成本降低 不过直落式CCFL也有其缺点为了提升画面亮度必须增加光管数目然光管过密排置的结果将不利于散热既然左右相间的距离空间缩减只好从厚度层面来增加散热空间然而厚度增加也等于部分抵损LCD TV的优点轻薄 附带一提的是在大寸数的LCD TV上使用CCFL光管光管的长度也必须因应寸数增加而增长然而较长的CCFL光管其光管的中间位置与两端将容易产生亮度MURA与色MURA的问题进而影响背光的光均性为了持续保持光均则必须用上扩散膜来强化光均度但扩散膜也会带来光透率的折损使亮度减低亮度减低的结果只好以增加光管数的方式来补强但就如前所述增加光管将更难设计散热增加背光模组的厚度甚至是用电增加根据了解CCFL背光模组的用电已占LCD TV整体用电的%之高所以改变背光技术是目前改变LCD画质的一个方向之一 发光二极体(Light Emitting Diode;LED) 既然CCFL背光有诸多的副作用疑虑因此业界也寻求各种新背光实现技术而LED则是可行方案之一如Sony的Qualia系列电视即是高端的大尺寸(英寸英寸)的LCD TV其背光部分是用WLED所构成称为WLED背光技术而对LED背光技术的LCD Monitor研发目前亦已经到实质性阶段我们在年的CES会展上已经可以看到相关产品展示 LED背光有多项好处首先是固体式电子照明对沖撞的抗受性高于CCFL且没有汞气体的环保法规顾虑没有UV紫外线外洩顾虑同时在色彩饱和度及寿命上都超越CCFL另外LED只要正向电压即可驱动不似CCFL需要交流的正负向电压即便是只论正向驱动电压LED的需求水准也低于CCFL再者LED的亮度只需用脉波宽度调变(Pulse Width Modulation;PWM)方式就可调节并可用相同方式来抑制TFT LCD显示上的残影问题然而CCFL的亮度调节就较为复杂且无法抑制残影必须以另行方式才能抑制 虽然LED背光有诸多优点但也有其缺点首先是发光效率以相同的用电而言LED并不及CCFL因此散热问题会比CCFL严重此外LED属点型光源与CCFL的线型光源相较实更难控制光均性为了达到尽可能的光均必须对生产出来的LED进行特性上的精挑严选将大量特性一致(波长亮度)的LED用于同一个背光中此一挑选成本也相当高昂所幸的是LED的发光效率还在提升中目前已可至 ml/W以上如此色彩饱和度可以更佳以及让背光的WLED排置更宽松进而让用电与散热问题获得舒缓且制造良品率持续进步成熟后严选光亮特性一致的LED之成本也会降低 单单改变背光技术或许还不足以引发LCD的革命那么我们就去看看别的LCD技术发展OLED (Organic Light Emitting Diode)即有机发光二极体OLED显示技术与传统的LCD显示方式不同无需背光灯采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板当有电流通过时这些有机材料就会发光而且OLED显示屏幕可以做得更轻更薄可视角度更大并且能够显着节省电能但是目前它的寿命和价格是限制它在LCD方面发展的瓶颈 OLED是另外一个受到瞩目的面板应用技术并且以小尺寸面板的实现期程较早以客户的计划来看～年会有较多的机种问世但仍以次面板为主而且即使机种和出货量较现在有明显的增加市场占有率也不会超过%OLED原本因为本身薄对比视角省电等各方面的条件都较TFTLCD要优秀一直受到业界的重视认为将取代TFTLCD早几年也纷纷投入研发然而一方面OLED本身技术遇到瓶颈寿命问题有待克服;另一方面TFTLCD技术持续精进现在也能够提供优异的对比和视角致使OLED需求量始终无法大举提升并且市场不大又供过于求限于价格竞争;原本投入的业者也难逃解散和缩编的命运台湾胜华科技过去则转投资成立胜园投入OLED研发眼看OLED与TFTLCD无法竞争尤其成本差异大规格方面TFTLCD已可轻易达到度的视角的对比亮度增加也可以做薄反应速度虽然较逊色但达到人眼可以接受的范围即可因此胜园也已经收掉只留下几位研发人员回到胜华做材料的开发未来OLED的寿命和价格若能大幅改善仍有机会;现阶段则限于具特殊性强调要标新立异的产品;量大的时间点还未看到 而AMOLED(Active Matrix/Organic Light Emitting Diode)主动矩阵有机发光二极体面板(AMOLED)被称为下一代显示技术包括三星电子三星SDILG飞利浦都十分重视这项新的显示技术目前除了三星电子与LG飞利浦以发展大尺寸AMOLED产品为主要方向外三星SDI友达等都是以中小尺寸为发展方向从目前成品产品的产品性能表现来看如果AMOLED成本能够得到有效控制的话那么传统的LCD面板技术将受到极大挑战 AMOLED优点之一无需背光灯 AMOLED优点之一色彩饱和度更大 AMOLED优点之一可以达到IPS或者VA面板的度可视角度 AMOLED优点之一有效解决LCD面板动态模糊问题 在上述的四个OLED优点中我们特别关注第四个产品特点因为在目前市面所有的台式机液晶显示器中均无法解决液晶屏幕动态模糊问题液晶屏幕的动态画面模糊通常是指画面变换的过程中发生了边缘轮廓模糊的现象发生动态画面模糊现象的原因有个一个是液晶的响应时间及萤光体残光等另一个是TFT驱动就像Hold方式的影像控制等 Hold是造成动态画面模糊的主因 所谓“Hold方式”显示方式就是在一定的时间内显示一个Frame影像而在电视画面中这种Hold时间相当于一个垂直周期(毫秒)一般而言大家都相当清楚液晶响应时间对于动态画面显示来说是相当重要的因为以液晶电视来说一个画面的变换时间大约是ms所以液晶电视的反应时间能不能比ms更短对于动态画面的画面表现来说非常重要不过还有一个情况是即使液晶的响应时间为ms(这是不大可能及困难的)模糊还是不会消失这是因为液晶萤幕是利用“Hold方式”的方法来显示影像的根据一些实验报告我们可以知道利用“Hold”方式在萤幕上显示的动画会在视网膜上左右摇动这样的摇动随着时间积累就觉得动态画面模糊了和改善液晶的响应时间一样必须开发缩短“Hold”时间的显示方法根据上述的情况液晶屏幕所出现的动态画面模糊不能用长久以来所使用的测定就是从白到黑及黑到白变化时间的液晶响应时间来表示 改善因Hold时间引起动态画面的模糊 如果响应时间是ms的理想控制型液晶面板(Hold时间%)的情况下MPRT是ms(频率为Hz)Hold时间为%时MPRT约为ms;Hold时间为%时MPRT为ms一般的LCD其MPRT在ms以下;如果是商用产品对画质要求很高的LCD其MPRT可以推测在ms以下前面所叙述了MPRT含有液晶响应时间和Hold时间两大要素因此如果要在影像的显示品质下液晶响应时间是希望能够比以上的值更小一些在改善液晶响应时间的方法中有OCBIPSVA等高速动态的模式也有Overdrive驱动等等现在重视画质的液晶电视已经将这些方法投入生产当中改善因Hold时间引起动态画面的模糊有两种方法一种是配合画面频率来点灭背光灯源另一种是运用动作补偿技术的倍速显示法实现第一种具体的方法是利用背光的闪烁和黑信号的插入而在这两种技术里最为引人关注的是动态补偿技术背光点灭和黑信号插入等的间歇显示法能够改善动态画面的模糊并实现起来比较简单但在大画面高亮度的情况下容易产生画面的闪烁不定相比之下动态补偿倍速显示法能够在不增加画面闪烁的前提下改善动态画面模糊但因为需要大规模的讯号处理电路所以直到目前还是不容易实现 日本业者发表利用缩短Hold时间改善画质 在过去的两年里有相当多业者发表利用缩短Hold时间改善画质的相关技术和产品例如有日本业者利用动态补偿高速显示技术生产的英寸WXGA液晶电视方法是利用动态补偿技术把画面讯号和驱动的画面频率从一般的Hz提高到Hz将Hold时间缩短到约%并使用扫描式背光源点灭方式又缩短到%共计缩短了%在不增加画面闪烁的前提下改善了动态画面模糊问题因为在Hz下进行背光源点灭人眼不容易感觉到画面的闪烁另外还有其他业者也是采用运动动态补偿技术将画面频率数提高到Hz来改善动态画质 目前主流的LCD的背光灯都采用了使用寿命较短的CCFL(冷阴极荧光灯)这是LCD的一个硬伤幸运的是人们现在找到了它的接班人——LED 传统CCFL背光的缺陷 在深入了解LED背光技术之前我们有必要先了解当前的背光技术存在什么问题我们知道液晶是一种介乎于液体和晶体之间的物质液晶的奇妙之处是可以通过电流来改变其分子排列状态给液晶施加不同的电压就能控制光线的通过量从而显示多种多样的图像但液晶本身并不会发光因此所有的LCD都需要背光照明目前LCD的背光源几乎都是CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamps冷阴极荧光灯) 由于冷阴极荧光灯不是平面光源因此为了实现背光源均匀的亮度输出LCD的背光模组还要搭配扩散片导光板反射板等众多辅助器件即便如此要获得如CRT般均匀的亮度输出依然非常困难大部分LCD在显示全白或全黑画面时屏幕边缘和中心亮度的差异十分明显 除了结构复杂亮度输出均匀性差之外采用CCFL作为LCD背光源还有个让人头痛的问题——使用寿命短绝大部分CCFL背光源在使用～年之后亮度下降非常明显(寿命在小时～小时)许多LCD(尤其是笔记本电脑的液晶屏)在使用几年后会出现屏幕变黄发暗的现象这正是CCFL使用衰减期较短的缺陷造成的 与此同时由于CCFL背光源必须包含扩散板反射板等复杂的光学器件因此LCD的体积无法再进一步缩小在功耗方面采用CCFL作为背光源的LCD也无法令人满意英寸LCD的CCFL背光源往往需要消耗W甚至更多的电能这对笔记本电脑和便携设备来说它们的续航能力将经受重大的考 验 为了解决CCFL的这些硬伤几乎所有的LCD厂商都开始寻找更为优秀的液晶背光源由于LED有着超低的能耗极长的工作寿命和简单的结构迅速获得了LCD厂商的青睐那么LED究竟是什么东西?它有什么奇妙之处呢? 事实上LED(Light Emitting Diode发光二极管)并非尖端科技产品它在我们日常生活中随处可见:路边色彩斑斓的广告牌家用电器上颜色各异的指示灯手机按钮的背光照明汽车的前大灯等等都采用了LED作为光源 LED在世纪年代诞生后就被认定是荧光灯管灯泡等照明设备的终结者甚至有人认为LED将会开创一个新的照明时代最终出现在所有需要照明的场合LED的工作原理和我们常见的白炽灯荧光灯完全不同LED从本质上来说是一种半导体器件 LED的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片在P型半导体和N型半导体的交界面就会出现一个具有特殊导电性能的薄层也就是常说的PN结(PN Junction Transistors)PN结可以对P型半导体和N型半导体中多数载流子的扩散运动产生阻力当对PN结施加正向电压时电流从LED的阳极流向阴极而在PN结中少数载流子与多数载流子进行复合多余的能量就会转变成光而释放出来LED正是根据这样的原理实现电光的转换根据半导体材料物理性能 的不同LED可发出从紫外到红外不同波段不同颜色的光线 |
