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液晶显示器背光类型及优缺点(LCD.CCFL.LED)

导读 今日我们来聊聊一篇关于液晶显示器背光类型及优缺点(LCD CCFL LED)的文章,网友们对这件事情都比较关注,那么现在就为大家来简单介绍下液晶

今日我们来聊聊一篇关于液晶显示器背光类型及优缺点(LCD.CCFL.LED)的文章,网友们对这件事情都比较关注,那么现在就为大家来简单介绍下液晶显示器背光类型及优缺点(LCD.CCFL.LED),希望对各位小伙伴们有所帮助

灯)两种类型。

冷阴极荧光灯(冷阴极荧光灯;CCFL)

传统的液晶显示器由CCFL(冷阴极荧光灯)背光照明。CCFL的背光设计主要有两种:“侧入式”和“直下式”。然而,侧入式由于光导设计而具有高的光损失率,这限制了背光的亮度。面板尺寸越大,亮度越低。只适用于8英寸到15英寸的TFT液晶面板,即笔记本电脑、台式机等个人观看用途。但当家里的液晶电视尺寸较大时,侧入式的亮度会难以满足。

然而,LCD的尺寸越大,其背光模组的成本比例越高,背光模组是指直下式CCFL背光模组。据统计,使用同样的直下式CCFL背光模组,15英寸时背光模组只占总成本的23%,但30英寸时增加到37%,57英寸时估计背光模组成本会达到50%。因此,直下式CCFL背光只适用于30英寸左右的中等尺寸液晶电视,不适用于更大面积的设计。同时,CCFL利用水银气体放电来产生照明。虽然目前制定的RoHS准则,只要“汞”的用量低于标准,都是可以接受的,但不能保证将来标准可能会提高到零(完全不用)。到时候,CCFL就不用了,或者必须换成无汞的CCFL。

即使无汞CCFL在技术上是可行的,CCFL仍然是一种气体放电型电子照明,灯管是封闭的,灯管对外力的抵抗力有限。大的撞击会使灯管破裂,使照明失效。相比其他固态电子照明(如LED),就没有这种顾虑。另外,因为直下式不需要导光板,不存在光损失的问题,所以也不需要增亮膜。特别是增亮膜是少数厂家的专利技术,价格昂贵。直下型可以省去导光板和增亮膜,有助于降低成本。

然而,直男CCFL也有其缺点。为了提高画面的亮度,需要增加光管的数量。但光管排列过密的结果,将不利于散热。由于左侧和右侧之间的距离减小,散热空间必须从厚度水平增加。但是厚度的增加也等于部分抵消了液晶电视的优势:薄。

顺便说一下,当CCFL光导管用于大型液晶电视时,光导管的长度也必须随着英寸数的增加而增加。但是,较长的CCFL光管的中间位置和两端容易产生亮度MURA和颜色MURA的问题,影响背光源的光均匀性。为了持续保持光的均匀性,必须使用扩散膜来加强光的均匀性,但扩散膜也会带来透光率的损失,降低亮度。亮度降低的结果不得不通过增加光管数量来加强,但如前所述:增加光管数量会增加散热设计的难度,增加背光模组的厚度,甚至增加耗电量。据我们了解,CCFL背光模组的耗电量已经占到液晶电视总耗电量的90%。所以改变背光技术是目前改变LCD画质的方向之一。

发光二极管(Light Emitting Diode);发光二极管)

由于CCFL背光有很多副作用,业界也在寻求各种新的背光技术,LED是可行的解决方案之一,例如索尼的Qualia系列电视,这是一款大尺寸(40英寸和46英寸)的高端液晶电视,其背光采用WLED,称为WLED背光技术。目前,LED背光液晶显示器技术的研发已经到了实质性阶段,我们已经可以

LED背光有很多优点,首先是固态电子照明,它的抗冲击性比CCFL的高,而且没有汞气环保法规和紫外线泄漏的顾虑。同时,它在色彩饱和度和寿命方面超过了CCFL。此外,LED可以由直流电压驱动,不像CCFL需要正负电压交替。即使只考虑正向驱动电压,LED的需求水平也低于CCFL。此外,LED的亮度只需要脉宽调制(脉宽调制;PWM)模式可以调整,同样可以抑制TFT LCD显示屏上的残影问题。但CCFL的亮度层次更复杂,余像无法抑制,必须用另一种方式抑制。

虽然LED背光有很多优点,但也有缺点。第一,发光效率。同样的耗电量,LED不如CCFL,所以散热问题比CCFL严重。此外,LED是点光源,比CCFL的线光源更难控制光的均匀性。为了尽可能地实现光的均匀性,我们必须仔细选择所生产的发光二极管的特性,并使用大量具有相同特性(波长、亮度)的发光二极管。好在LED的发光效率还在不断提高,目前已经可以达到100 ml/W以上,这样色彩饱和度可以更好,背光的WLED排列也可以更宽松,从而缓解功耗和散热的问题。在制造良率持续改善并成熟后,在发酵中具有一致亮度特性的LED的成本也会降低。

仅仅改变背光技术可能不足以引发LCD的革命,所以我们来看看其他LCD技术的发展。有机发光二极管(有机发光二极管)是有机发光二极管。有机发光二极管显示技术不同于传统的液晶显示模式。它不需要背光,使用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板。当电流通过时,这些有机材料会发光。此外,有机发光二极管显示屏可以做得更轻更薄,视角更大,并且可以显著地节省功率。但目前来看,其寿命和价格是限制其在LCD发展的瓶颈。

有机发光二极管是另一项引人注目的面板应用技术,小尺寸面板的实现期更早。根据客户的计划

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SDI、LG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180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2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(16.7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16.7ms,所以,液晶电视的反应时间能不能比16.7ms更短,对於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0ms(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。这样的摇动随著时间积累,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0ms的理想控制型液晶面板(Hold时间100%)的情况下,MPRT是16.7ms(频率为60Hz)。Hold时间为50%时,MPRT约为8.3ms;Hold时间为25%时,MPRT为4.2ms。一般的LCD,其MPRT在8ms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4ms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OCB、IPS、VA等高速动态的模式,也有Over-drive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。

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,有业者利用动态补偿高速显示技术,生产的32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60Hz提高到90Hz,将Hold时间缩短到约70%,并使用扫描式背光源点灭方式又缩短到70%,共计缩短了50%。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90Hz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120Hz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2~3年之后亮度下降非常明显(寿命在15000小时~25000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,14英寸LCD的CCFL背光源往往需要消耗20W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20世纪60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

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