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筆記本背光技術及白色LED背光技術分析

    作者：宏拓新軟件
    發布日期：2008-07-23         
閱讀：36     
 
 
　　雖然從技術上來說CCFT已經相當成熟，無論是性能還是穩定性都久經考驗。不過，冷陰極熒光燈屬于管狀光源，要將所發出的光均勻散布到面板的每一個區域就需要相當復雜的輔助組件，屏幕的厚度也難以控制。而且隨著面板的增大，必須使用多條光源，這就要求來自這些CCFT的光還必須匹配。更重要的是，冷陰極熒光燈色域較為狹窄，會嚴重影響在LCD顯示器上顯示的色譜，導致幾乎所有的LCD顯示器都無法達到平面印刷的Adobe RGB色域標準。CCFT背光使LCD顯示器最大只能再現不到80%的NTSC信號所能傳輸的色彩。同時，CCFT背光源的能量利用效率低下。在光能從背光到屏幕的傳輸過程中，光能量損耗情況非常嚴重，最終大約有6%的光能可被真正利用。為了實現更高的亮度和對比度，廠商必須提高光源的輸出功率或增加燈管數目，而這樣帶來的后果就是整機功耗上揚。這對于桌面型LCD顯示器或液晶電視不會有多大的影響，但對筆記本LCD屏幕影響很大。特別是這些CCFT需要高壓交流電驅動，對電源變壓整流組的要求相對復雜。另外,冷陰極熒光燈的使用壽命并不算長，許多LCD產品在使用幾年后屏幕就會發黃、亮度明顯變暗。
 
　　LCD是筆記本電腦中功耗最高的部件，為了盡可能提高電池續航能力，業界積極發展低功耗的LCD屏，而CCFT背光源顯然與之背道而馳。
 
　　如何降低筆記本電腦顯示屏幕的功耗、增強環保性呢?以索尼、東芝為代表的部分筆記本電腦廠商，很早就探索采用白色LED 發光二極管，替代CCFT來作為筆記本顯示器的背光源，并已取得重大突破。今年年初，東芝公司宣布推出光通量達到業界最高水平的新一代白光LED ——TL10W02-D，并在5月份為紀念筆記本電腦誕生20周年，推出了首款采用LED 背光源技術、7.2 英寸液晶屏的Libretto U100，索尼也在新推出的TX系列筆記本中采用了LED背光源技術。
 
　　LED是Light Emitting Diode(發光二極管)的縮寫，它是由數層很薄的攙雜半導體材料制成，一層帶有過量的電子，另一層則缺乏電子而形成帶正電的“空穴”，工作時電流通過，電子和空穴相互結合，多余的能量則以光輻射的形式被釋放出來。LED背光燈板的形狀與尺寸因LCD顯示板燈的形狀及尺寸不同而各異。LED背光燈板基本上是長方形或長條形的。它有側部發光及底部發光兩種基本結構。側部發光的結構主要用于狹長條形的背光燈板(一般長度大于2倍的寬度);而底部發光結構主要用于長度與寬度相差不多的背光燈板。發光二極管點亮時，光線射入透明有機玻璃，使整個發光面都可以看到亮光，這稱為邊光效應。有機玻璃頂部做成微珠粒狀，可使整個發光面的光線更均勻。有機玻璃的頂部有一層乳白色透明塑料膜，可使發出的光更為柔和。背光燈板兩側邊用銀色遮光膠帶封住。每個LED發光單元列有兩個串聯的二極管，若干列組成LED陣列(視背光燈板的長度而定)。
 
　　與現有的CCFT技術相比，發光二極管有大量的優點。LED是一種平面的光源，最基本的LED發光單元是邊長3～5毫米的正方形，極容易組合在一起成為既定面積的面光源，如果作為液晶屏幕的背光源，所需的輔助光學組件可以做得非常簡單，屏幕亮度均勻性更為出色。而且LED背光有更好的色域，色彩表現力強于冷陰極熒光燈背光，可對顯示色彩數量不足的液晶技術起到很好的彌補作用。目前LED背光源的色域范圍甚至超過最高等級的Adobe RGB和NTSC色彩標準，可令LCD顯示器擁有極為出色的色彩表現(與NTSC規格相比，采用LED背光的LCD顯示器色域范圍可以達到它的105%，而CCFT背光的LCD顯示器色域最大只有NTSC的78%)。其次是LED使用的是6～24V的低壓電源，供電模塊的設計也頗為簡單，這種采用LED 背光源的液晶屏比通常用的CCFT(冷陰極熒光管)類液晶屏省電48% ，同時不含對身體健康、環境有害的重金屬汞。
 
　　以東芝的Libretto U100 為例，它在7.2 英寸液晶屏上，采用了32個LED 的獨立控制機構來實現背照光系統，可以鮮明而清晰地顯示影像和文字，功耗僅有1.3W，而同等尺寸液晶屏需要的CCFT冷陰極熒光管功耗在2.5W以上。LED顯示器與LCD顯示器相比，更高的刷新頻率使得LED在視頻方面有更好的性能表現——LED顯示屏的單個元素反應速度是LCD液晶屏的1000倍，在強光下也可以照看不誤，并且適應零下40℃的低溫。除了功耗低、環保外，LED還有一大優點，那就是使用壽命長達10萬小時，即便每天連續使用10個小時，也可以連續用上27年。
 
　　不過， LED也存在一些較嚴重的先天缺陷，其中最讓業界飽受困擾的應該是LED的發光效率問題。作為背光源的LED器件以白光類型居多，而白光LED器件在開始時發光效率不高，致使屏幕亮度普遍偏低。比如在當前的LED技術中，不論屏幕的制造商是誰，LED組件的亮度都各不相同。目前CCFT冷陰極熒光燈的發光效率可達到50～100lm/W(流明/瓦)，而白光LED器件在剛起步時發光效率僅為20lm/W甚至更低，這一問題導致了顏色偏移、不一致的色純度和質量低劣的真“白色”，這就注定LED在開始時并不適合作為LCD顯示器的背光源。為了消除這一問題，LED制造商們將芯片“分區”或分解成具有近似顏色和亮度的區塊。這種處理有一定的幫助，但仍有不足、亮度和顏色中仍然存在偏移。雖然后來廠商又研發了彩色校正電路，可以在一定程度糾正這一問題，但均勻性問題依然存在。幸運的是，該領域的技術進展非常迅速，白光LED的發光效率以每年提高60%的幅度提升，到目前為止，白光LED器件的發光效率突破50lm/W，開始達到實用化水平。而業界希望在2007年之前，將白光LED的發光效率提高到75lm/W的高水平，而且最新的彩色校正系統也可以將顏色和亮度上的偏差控制在合理的范圍內。其中最具代表性的彩色校正系統是Lighthouse公司的M4系統，它允許對每個屏板中的每個像素(亮度和顏色)單獨進行控制，可以確保獲得純正的白色、達到較好的色平衡/色彩控制效果，各個像素之間顏色和亮度上的偏差被控制在不超過1%的范圍之內。相比之下，絕大多數僅使用分級或分區塊LED的LED屏幕中，一般存在30%的偏差。
 
　　盡管LED優點多多，但短時間內還難以普及，比如LED背光源系統的成本要高于冷陰極熒光管。目前LED背光模組零組件的價格為CCFT的5倍左右，屏幕尺寸越大，采用LED背光技術的成本就越高。東芝U100之所以采用這種顯示技術，完全在于它只是東芝筆記本20周年紀念品才被應用。值得欣慰的是，LED產業也存在類似微處理器產業中的“摩爾定律”——Haitz定律，以安捷倫(LED領域領導廠商)的前任技術科學家Roland Haitz命名。其內容是LED的價格每10年將為原來的1/10，性能則提高20倍。如果這個定律能夠不斷應驗，而隨著產能的增加，LED背光源的成本將快速下滑。預計到未來一兩年LED背光的售價可降到CCFT背光的2倍左右，距離大規模普及僅有一步之遙。
 

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