曲折的革命道路 大尺寸液晶的未來之路

    數(shù)碼相機、便攜電視、筆記本電腦為求攜帶性，因此只能用LCD顯示器，沒有其他選擇，而臺式機用顯示器則不然，臺式機用顯示器原是用CRT，LCD若要在此市場取代CRT，除了顯示本能上的各項特性表現(xiàn)不能落后CRT太多外，價格也是一大關(guān)鍵因素。

    經(jīng)過數(shù)年的努力，臺式機用顯示器的價格跌幅極快，在2000年初投入時，一個15英寸的桌上型TFT LCD顯示器的零售還要2000--3000元，如今2006年已到了15英寸停產(chǎn)，17英寸只要一千多元，19英寸也是二千元有找的價位，至此CRT顯示器雖也以更低價格應(yīng)對，17英寸CRT僅在700元左右的價位，甚至700元有找，但更低的價位也難以阻礙TFT LCD呈為主流的趨勢，如今僅有極專業(yè)取向、極成本訴求的利基小眾市場會持續(xù)使用CRT，一般而言都已改用LCD。

    在順利攻占、取代桌上電腦用顯示器的市場后，面板產(chǎn)業(yè)也持續(xù)往大尺寸路線發(fā)展，然而臺式機用顯示器多只要15英寸--21英寸，如同筆記本電腦只要8英寸--15英寸，沒有更大化的需求，為此面板產(chǎn)業(yè)看上了另一塊新市場，即是家庭客廳用的大尺寸電視（液晶電視）。

    雖然面板產(chǎn)業(yè)有了新的目標市場，然而挑戰(zhàn)難度似乎也越來越高，在數(shù)碼相機、筆記本電腦市場時并沒有其他類型的顯示器可與之競爭，然而到了臺式機用顯示器時就必須面對CRT的競爭，LCD最終以顯示特性強化、價格降低來戰(zhàn)勝，如今朝大尺寸液晶電視發(fā)展，不僅要面對原有CRT的競爭，甚至還會遭遇PDP，以及其他投影型顯示器的競爭，對手類型明顯增加。

    此外，LCD電視化應(yīng)用的特性要求比桌上用顯示器更高，因為要在客廳給眾人觀賞，所以亮度、對比度等必須更高，可視角度也要更高，顯示的反應(yīng)速度也必須提升，其他也包括灰度、色彩飽和度、色彩表現(xiàn)范疇等多項顯示特性。不過，最重要的還是在‘成本’，今日29英寸的CRT TV已是2000多元而已，而相近英寸數(shù)的液晶電視仍要7000多元，如此很明顯的，除非家庭用戶極重視空間精省或用電花費，否則依然會選擇CRT TV。

    所以，LCD為求攻占新目標，求勝秘訣依然在‘顯示特性’與‘價格成本’兩項，在此姑且不論特性，單就成本而言，越大英寸數(shù)的LCD，其背光模組（Backlight Module）所占的成本比重就越高，而降低成本又是液晶電視的一大重點。

    因此，現(xiàn)有的液晶電視研制業(yè)者都積極針對背光模組部分研擬對策，如何讓背光部分的設(shè)計更低廉，同時要控制改變所導致的副作用不致過度影響LCD顯示器的核心優(yōu)點（輕薄、省電），為此本文以下將討論現(xiàn)有液晶電視的各種背光技術(shù)，針對其優(yōu)缺現(xiàn)況與未來推估進行討論。

 

冷陰極螢光燈管（Cold Cathode Fluorescent Lamp；CCFL）

    CCFL的背光設(shè)計主要有兩種：‘側(cè)入式’與‘直落式’，不過側(cè)入式因光導設(shè)計使得光折損率較高，進而讓背光亮度受限，面板英寸數(shù)越大時亮度就越低，僅適合8英寸--15英寸的TFT LCD面板，也就是筆記本電腦、臺式機等個人觀賞之用，但闔家觀賞的液晶電視屬大尺寸，側(cè)入式的亮度將難以滿足，取而代之的是直落式。

    不過，前面說過的：‘越大英寸數(shù)的LCD，其背光模組所占的成本比重就越高……’，所指的正是直落式CCFL背光模組，根據(jù)統(tǒng)計，同樣是使用直落式CCFL背光模組，在15英寸時背光模組僅占整體成本的23％，但是到30英寸時就增至37％，并且推算到57英寸時，背光模組所占的成本就會達到50％。

    CCFL的發(fā)光原理與日光燈、霓虹燈相同，并且光管部分可依據(jù)需求進行彎曲，然而用于大尺寸背光時多采行直型、U型、W型彎曲。

    所以，直落式CCFL背光僅適合用在30英寸左右的中型尺寸液晶電視，不適合用在更大面積的設(shè)計上。同時，CCFL是運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’劑量在標準以下仍可接受，但無人能保證日后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(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，由于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，特別是增亮膜屬于少數(shù)業(yè)者的專利技術(shù)，價格昂貴，直落式可以省去導光板與增亮膜，此有助于成本降低。

反流器（Inverter），用來驅(qū)動CCFL，其他光管型照明也需要使用

    不過，直落式CCFL也有其缺點，為了提升畫面亮度，必須增加光管數(shù)目，然而光管過密排置的結(jié)果將不利于散熱，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液晶電視的優(yōu)點：輕薄。

    附帶一提的是，在大英寸數(shù)的液晶電視上使用CCFL光管，光管的長度也必須因應(yīng)英寸數(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，進而影響背光的光均性，為了持續(xù)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(jié)果只好以增加光管數(shù)的方式來補強，但就如前所述：增加光管將更難設(shè)計散熱、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液晶電視整體用電的90％之高。

發(fā)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(yè)界也苦思各種新背光實現(xiàn)技術(shù)，而LED則是可行性方案之一，如索尼的Qualia系列電視，即是高端的大尺寸（40英寸、46英寸）的液晶電視，其背光部分是用WLED所構(gòu)成，稱為WLED背光技術(shù)。

WLED的亮度與發(fā)光效率仍在持續(xù)進步，過去用于汽車照明時只能用在方向燈、輔助用的第三煞車燈等，如今也可用于主照燈中，持續(xù)強化的WLED也有利于運用于LCD背光中。

    WLED背光有多項好處，首先是固體式電子照明，對沖撞的抗受性高于CCFL，并且沒有汞氣體的環(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，不似CCFL需要交流的正負向電壓，即便是只論正向驅(qū)動電壓，LED的需求準位也低于CCFL。

    再者，LED的亮度只需用脈波寬度調(diào)變（Pulse Width Modulation；PWM）方式就可調(diào)節(jié)，并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(diào)節(jié)就較為復(fù)雜，并且無法抑制殘影，必須以另行方式才能抑制。當然！并非一定要使用WLED才能實現(xiàn)白色的背光，也可以用紅光LED、綠光LED、藍光LED等三原色來組合成白光，效用與WLED相同。

索尼的高端大尺寸液晶電視：Qualia 005，其背光部分使用WLED（白光發(fā)光二極體）技術(shù)

    雖然LED背光有諸多優(yōu)點，但也有其缺點，首先是發(fā)光效率，以相同的用電而言，LED并不及CCFL，因此散熱問題會比CCFL嚴重，此外LED屬點型光源，與CCFL的線型光源相比較更難控制光均性，為了達到盡可能的光均，必須對生產(chǎn)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用于同一個背光中，此一挑選成本也相當高昂。

    所幸的是，WLED的發(fā)光效率還在提升中，目前已可至100 ml/W，如此色彩飽和度可以更佳，以及讓背光的WLED排置更寬松，進而讓用電與散熱問題獲得舒緩，并且制造良品率持續(xù)進步成熟后，嚴選光亮特性一致的LED的成本也會降低。

有機發(fā)光二極管（Organic Light Emitting Device，OLED)

    OLED并不是一個特別新鮮的技術(shù)，早年在一些MP3以及車載音響的屏幕上經(jīng)常用到這個材質(zhì)，不過這都是對色彩和分辨率要求不高的“小打小鬧”，它的技術(shù)原理給予它極大的潛能和發(fā)展空間，經(jīng)過幾年的修煉，主動式OLED現(xiàn)在終于可以在手機、PDA、便攜式游戲機等小屏幕數(shù)碼產(chǎn)品上和LCD一決雌雄。

　　OLED全稱為有機發(fā)光顯示器或有機發(fā)光二極管。在透明陽極與金屬陰極間蒸鍍有機薄膜，注入電子與電洞，并利用其在有機薄膜間復(fù)合，將能量轉(zhuǎn)換成可見光，再搭配不同有機材料，便能發(fā)出不同顏色的光，達成全彩顯示器的需求，這便是“歐雷屏”獨特的發(fā)光原理。

    相較于小屏幕數(shù)碼產(chǎn)品所采用的TFT LCD液晶屏，OLED由于成像技術(shù)及設(shè)計上的先進性，不但具有高亮、高對比、低功耗等特征，同時還具有超薄、超廣視角、微秒級反應(yīng)時間及使用溫度范圍大等鮮明的優(yōu)勢。

　　
    先說厚度，LCD自問世以來就以超薄自居，但OLED卻比它更薄。由于普通LCD屏的背后需要背光源，而OLED屏僅僅是鍍了一層膜，所以O(shè)LED的厚度只有LCD的三分之一！正是無需背光，OLED屏的耗電量也遠遠低于LCD，格外省電。再看LCD最頭疼的響應(yīng)時間和可視角度，這卻成了OLED的強項，學過物理的人都知道，發(fā)光二極管的狀態(tài)只有兩種可能：亮或不亮，所以O(shè)LED屏的響應(yīng)時間接近了0ms，可視角度更接近了180度，無論從哪個角度來看，影像都清楚鮮明。因為它不亮的時候就是全黑，這個特性也讓OLED屏的對比度高達10000：1，而眾所周知，LCD在液晶電視上最高對比度也就是700：1，在手機屏幕上勉強能做到200：1也就相當不錯了。

    除了這些，OLED屏值得稱道的還有它的操作溫度，它可以在零下40℃至85℃都能正常使用，而LCD則在低溫情況下操作速度就會減慢，這讓OLED屏在俄羅斯等寒冷國家可以得到廣泛推廣。另外OLED的器件為全固態(tài)，因此勝任各種震動工作環(huán)境，更因不含水銀等有害物質(zhì)的背光源，因此更加環(huán)保。

三星40英寸電視用OLED

    三星公司今年已計劃重點投入OLED的研發(fā)，并以之為繼TFT-LCD之后的核心事業(yè)。目前, 三星已開發(fā)出全球尺寸最大的40英寸電視用OLED。雖然OLED進入大尺寸平板顯示領(lǐng)域還為時尚早，不過預(yù)計3G支持下的數(shù)字多媒體廣播 (Digital Multimedia Broadcasting，DMB)將迅速興起，由此所拉動的手機面板使用OLED將出現(xiàn)爆炸性增長，到2007年這一市場的增長將有可能是現(xiàn)在的十倍。

平面螢光燈管（Flat Fluorescent Lamp；FFL）

    除了CCFL與LED外，韓國的三星電子（Samsung Electronics）與三星康寧高精密玻璃公司（Samsung Corning Precision Glass；SCP）合作，共同研究開發(fā)出FFL背光技術(shù)，并已實際用在32英寸的量產(chǎn)商品中。

    FFL背光技術(shù)的好處在于只要單一燈源，單一燈源只要一個反流器（Inverter）便可驅(qū)動，相對于CCFL需要多組反流器，可以省下較多的用料成本，并且FFL為面型光源，光均設(shè)計上比CCFL、LED都來得容易，并且亮度充足，不需使用價昂的增亮膜，此也同樣有助于降低成本。

    更重要的是，F(xiàn)FL在組裝程序上相當容易，無論是在背光模組的構(gòu)成組裝，還是在液晶電視成品的構(gòu)成組裝，都可用全自動化的生產(chǎn)流程來執(zhí)行。此外德國歐司朗Osram的FFL技術(shù)還以其他惰性氣體來代替汞，如此更能符合環(huán)保規(guī)定。

外部電極螢光燈管（External Electrode Fluorescent Lamp；EEFL）

    EEFL背光技術(shù)是由LG. Philips所提倡，同樣也已經(jīng)用于實際的量產(chǎn)商品上，EEFL的首要優(yōu)點是反流驅(qū)動器的數(shù)目縮減，過往直落式CCFL背光的作法，是每個螢光燈管都要對應(yīng)一個反流驅(qū)動器，然而改采EEFL作法則可縮減反流器的數(shù)目，約可減少2個--4個，使用料成本降低，同時也有助于提升生產(chǎn)良品率。

    不過，EEFL的益處目前有其范疇性，即是反流器的縮減僅適合于30英寸--40英寸之間，若在更大英寸數(shù)的設(shè)計中使用EEFL技術(shù)，反而會使反流器的需求用數(shù)增加，甚至增加反流器的熱度（不利于散熱與用電效率）。

奈米碳管（Carbon Nano Tube；CNT）

熱陰極螢光管（Cathode Hot Fluorescent Lamp；HCFL）

    LED型的電子照明與背光技術(shù)給予傳統(tǒng)光管式照明、光管式背光很大的壓力，而Philips一直是光管照明技術(shù)的一大領(lǐng)導業(yè)者，雖然近年來也投入?yún)⑴cWLED照明技術(shù)，但另一方面也仍持續(xù)加碼其光管技術(shù)，因此由Philips集團下的照明事業(yè)群提出了HCFL的背光技術(shù)。

    HCFL的首要優(yōu)點也在于光管數(shù)的縮減，在相同的畫面尺寸下，傳統(tǒng)CCFL的背光守法需使用12根--16根光管，相對的HCFL卻只要11根，并且色彩飽和度方面也有大幅的進步。可惜的是其功耗過大，此方面仍需極大的改進強化。

奈米碳管（Carbon Nano Tube；CNT）

    最后，還有一種未來相當具備看好性的背光技術(shù)，此即是奈米碳管技術(shù)，奈米碳管一樣采用放電方式來產(chǎn)生背光照明，并且其放電不需要倚賴惰性氣體，能以真空方式進行放電，如此就比使用惰性氣體取代汞的FFL還要更具環(huán)保性，此外低成本、低用電、輕薄等也都是其優(yōu)點，不過其光均性與點亮驅(qū)動等方面仍不夠穩(wěn)定。

奈米碳管（Carbon Nano Tube；CNT）技術(shù)未來可望用于半導體、建筑，甚至背光照明技術(shù)也可運用，圖為兩種奈米碳管的原子結(jié)構(gòu)。

    筆者認為：無論是CCFL還是LED都是基于發(fā)光二極管的原理。大學做物理實驗的時候，發(fā)光二極管是個非常簡單的器件，無非是電流正向的時候亮，逆向的時候就不亮，大多只是在實驗中用來判斷電流方向，而如今，它在新一代顯示技術(shù)中卻充當了如此重要的作用。可見，簡單就是最好的，民用科技終歸要從繁復(fù)走向簡單。