液晶顯示器背光類型及優缺點分析

液晶背光顯示原理 液晶不同於等離子的最大區別就是液晶必須依靠被動光源,而等離子電視屬於主動發光顯示設備。目前市場上主流的液晶背光技術包括LED(發光二極管)和CCFL(冷陰極熒光燈)兩類。

液晶顯示器背光類型及優缺點分析

冷陰極熒光燈管(Cold Cathode Fluorescent Lamp;CCFL)

傳統的液晶顯示器都是採用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TFT LCD面板,也就是Laptop、Desktop等個人觀賞之用,但在居家觀賞的LCD TV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,其背光模組所佔的成本比重就越高,所指的是正是直落式CCFL背光模組,根據統計,同樣是使用直落式CCFL背光模組,在15英寸時背光模組僅佔整體成本的23%,但是到30英寸時就增至37%,且推估到57英寸時,背光模組所佔的成本就會達到50%。所以,直落式CCFL背光僅適合用在30英寸左右的中型尺寸LCD TV,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生照明,雖然目前歐盟訂立的RoHS規範,只要對“水銀”劑量在標準以下仍可接受,但無人能保證日後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`衝撞將使光管破裂,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業者的專利技術,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,爲了提升畫面亮度,必須增加光管數目,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,然而厚度增加也等於部分抵損LCD TV的優點:輕薄。

附帶一提的是,在大寸數的LCD TV上使用CCFL光管,光管的長度也必須因應寸數增加而增長,然而較長的CCFL光管,其光管的中間位置與兩端將容易產生亮度MURA與色MURA的問題,進而影響背光的光均性,爲了持續保持光均,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,根據瞭解,CCFL背光模組的用電已佔LCD TV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。

發光二極體(Light Emitting Diode;LED)

既然CCFL背光有諸多的副作用疑慮,因此業界也尋求各種新背光實現技術,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LCD TV,其背光部分是用WLED所構成,稱爲WLED背光技術。而對LED背光技術的LCD Monitor研發目前亦已經到實質性階段,我們在07年的CES會展上已經可以看到相關產品展示。

LED背光有多項好處,首先是固體式電子照明,對衝撞的抗受性高於CCFL,且沒有汞氣體的環保法規顧慮,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,即便是隻論正向驅動電壓,LED的需求水準也低於CCFL。再者,LED的亮度只需用脈波寬度調變(Pulse Width Modulation;PWM)方式就可調節,並可用相同方式來抑制TFT LCD顯示上的殘影問題,然而CCFL的亮度調節就較爲複雜,且無法抑制殘影,必須以另行方式才能抑制。

雖然LED背光有諸多優點,但也有其缺點,首先是發光效率,以相同的用電而言,LED並不及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,爲了達到儘可能的光均,必須對生產出來的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的發光效率還在提升中,目前已可至100 ml/W以上,如此色彩飽和度可以更佳,以及讓背光的WLED排置更寬鬆,進而讓用電與散熱問題獲得舒緩,且製造良品率持續進步成熟後,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LCD的革命,那麼我們就去看看別的LCD技術發展。OLED (Organic Light Emitting Diode)即有機發光二極體。OLED顯示技術與傳統的LCD顯示方式不同,無需背光燈,採用非常薄的有機材料塗層和玻璃基板,當有電流通過時,這些有機材料就會發光。而且OLED顯示屏幕可以做得更輕更薄,可視角度更大,並且能夠顯著節省電能。但是,目前它的壽命和價格是限制它在LCD方面發展的瓶頸。