顯示器行業(yè)技術(shù)戰(zhàn)再起：LED背光博弈傳統(tǒng)CCFL

隨著顯示器技術(shù)的發(fā)展以及人們對于低碳、綠色、節(jié)能等環(huán)保要求的提高，LED背光技術(shù)漸漸在顯示器產(chǎn)品中廣泛運(yùn)用，越來越多的廠商開始進(jìn)入這一領(lǐng)域，于是，在如今的顯示器行來掀起了一場LED背光與傳統(tǒng)CCFL技術(shù)之戰(zhàn)。

一、液晶的EL、CCFL及LED背光源解析

LCD為非發(fā)光性的顯示裝置，須要借助背光源才能達(dá)到顯示功能。背光源性能的好壞除了會直接影響LCD顯像質(zhì)量外，其成本也對整個裝置有著重要的作用(背光源成本占LCD模塊的3~5%，所消耗的電力更占模塊的75%，可說是LCD模塊中相當(dāng)重要的零組件。)高精細(xì)、大尺寸的LCD，必須有高性能的背技術(shù)與之配合，因此當(dāng)LCD產(chǎn)業(yè)努力開拓新應(yīng)用領(lǐng)域的同時，背光技術(shù)的高性能化(如高亮度化、低成本化、低耗電化、輕薄化等)變扮演著幕后功臣的角色。

1.CCFL是目前背光源發(fā)展主流，LED潛力不容小覷

LCD面板的光源目前主要有EL(電致發(fā)光)、CCFL(小型冷陰極熒光燈)及LED三種背光源類型，依光源分布位置不同則分為側(cè)光式和直下式。隨著LCD模組不斷向更亮、更輕、更薄方向發(fā)展，側(cè)光式CCFL式背光源成為目前背光源發(fā)展的主流。下面對三種光源的比較便可說明理由：

LE背光源體薄量輕，提供的光線均勻一致，功耗很低，要求的工作電壓為80-100Vac，提供工作電壓的逆變器可把5/12/24Vdc的輸入變換為交流輸出。但EL背光源的使用壽命有限(在50%亮度條件下的平均使用壽命為3000-5000小時，在更高的亮度水平上使用壽命將大為縮短)，因此，EL背面照明對于像手表、數(shù)字臺式鐘和單色PDA等需要極度向北的照明以便在光線朦朧或昏暗條件下使用的小型反射式LCD應(yīng)用而言是較為適用的。但低效率、低亮度以及短壽命使其不適用于諸如膝上型電腦和平板桌上型監(jiān)視器所要求的大型LCD這樣的透射型背面照明用途。

LED背光源的使用壽命比EL長(遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過5000小時)，且使用直流電壓，通常應(yīng)用于小型的單色顯示器，比如電話、遙控器、微波爐、空調(diào)、儀器儀表、立體聲音頻設(shè)備等。但是其亮度目前也不足以為大型透射式顯示器提供背面光源。

LED背光源與CCFL背光源在結(jié)構(gòu)上基本是一致的，其中主要的區(qū)別在于LED是點(diǎn)光源，而CCFL是線光源。雖然熱量堆積是一個值得關(guān)注的問題，但CCFL提供了用于大開型LCF所需的亮度和壽命(以及燈光管制能力)，這就是它至今仍是背光照明最為常用的方法的原因。值得注意的是，隨著歐美市場上環(huán)保認(rèn)證的推行，越來越多的背光源要舍棄含鉛汞成份的CCFL光源(特雅麗正在邁出里程碑式的關(guān)鍵一步)。加上近二年間LED亮度突破性的提高和生產(chǎn)成本的降低，所以加大力度研發(fā)LED為光源的背光系統(tǒng)作為替代CCFL背光源，是將來各大背光源廠商的重要方向。

2.背光模組技術(shù)仍需進(jìn)步

背光模組的作用無非就是把點(diǎn)光源或線光源發(fā)出的光通過漫反射使之成為面光源，但在搭配不同數(shù)量的燈管時其表面的紋理會有不同的變化，背光板的設(shè)計涵蓋了光學(xué)設(shè)計、精密模具以及蝕刻、印刷等精密科技，背光模組技術(shù)門檻和資金門檻很低，又是朝陽產(chǎn)業(yè)，因此初期產(chǎn)業(yè)進(jìn)入障礙并不高，吸引許多中小型廠商跨入此領(lǐng)域。

然而，由于背光板模塊并不是可以大量產(chǎn)的商品，在LCD面板應(yīng)用范圍日趨廣泛下，產(chǎn)品尺寸及規(guī)格也就越皆不同，背光模塊廠商必須針對各家客戶的需求，以設(shè)計各種不同的背光模塊。此外，零組件的供應(yīng)來源是否齊備，線上人員的訓(xùn)練和品質(zhì)，加上后段組能否達(dá)到量產(chǎn)等議題皆值得追蹤，因此廠商如何控制成本為重點(diǎn)。幫盡管在初期障礙不大，但實際能爭取到客源，穩(wěn)定量產(chǎn)出貨的廠商卻僅是少數(shù)。

不過由于背光模塊認(rèn)證期間長，一旦獲得LCD面板廠商采用后將不會輕易改變，新競爭者將不會輕易介入，因此，在市場上經(jīng)營較早者，將占有一定優(yōu)勢。

二、現(xiàn)有液晶產(chǎn)品的缺陷不容忽視

作為顯示器件發(fā)展的重要產(chǎn)品，液晶屏憑借大尺寸、節(jié)能、超薄、無閃爍等優(yōu)勢，在數(shù)年之內(nèi)，一舉打敗CRT，引領(lǐng)顯示行業(yè)步入平板顯示時代。但由于從顯示原理上它存在固定的弱勢，導(dǎo)致其在功耗和對比度方面有著先天不足。

1.液晶屏的顯示原理

液晶屏屬于被動發(fā)光的產(chǎn)品。液晶屏中的液晶分子在通電的情況下會偏轉(zhuǎn)。

因此，通過控制液晶分子通斷電的方式，就可以控制光線從背后照射到前面基板上的數(shù)量，以實現(xiàn)圖像的顯示。由于3基色子像素點(diǎn)數(shù)量基本在3百萬以上，加之工藝技術(shù)的限制，無法做到背光燈與子像素之間的一一對應(yīng)，目前能做到的只能是不管圖像內(nèi)容如此，只控制液晶分子的偏轉(zhuǎn)，而背光保持常亮的狀態(tài)。因此，必須借助于背光源系統(tǒng)液晶屏才能發(fā)光，并且背光源只能處于常亮的狀態(tài)，否則屏幕將全黑。

2.現(xiàn)有液晶屏的不足

(1)能效利用率低

常見的液晶拼接單元的能耗主要是液晶屏本身在內(nèi)置處理器，而液晶屏的能耗又集中在背光源和Tcom板上。以46寸700nit亮度超窄邊拼接單元為例，其各個部分的功率占比為背光源為92%，內(nèi)置處理器4%，T-COM為4%，可見背光源的占比量大。由于不管圖像內(nèi)容是什么，就算是全黑的圖像，背光源一直處于打開的狀態(tài)，因此能源浪費(fèi)非常嚴(yán)重。對于一個處于24小時開機(jī)的心拼接大屏而言，這種能源的損耗是不少的一筆浪費(fèi)。(特雅麗通過液晶大屏拼接先進(jìn)技術(shù)己解決此類問題)

(2)對比度低

由于液晶屏本身存在一定的透光性，即使在圖像為黑色的區(qū)域，仍然會有一定的光線透過，導(dǎo)致圖像整體由黑色變成灰黑色，使得圖像的對比度變低，往往圖像靜態(tài)對比度只能達(dá)到3000：1以下，甚至是低于1000：1以下。而背光像CRT、PDP這類主動發(fā)光的顯示器件，由于不存在黑色背光之類，因此黑色純黑，對比度可以達(dá)到上萬甚至是上百萬。對比度低，勢必造成圖像細(xì)節(jié)的缺失，給某些特定的監(jiān)控造成盲區(qū)(特雅麗充分利用CRT與液晶屏之間的互補(bǔ)，完美的解決了圖像的問題)。

三.新技術(shù)出現(xiàn)，為節(jié)能“支招”

1.節(jié)能的兩個基本點(diǎn)現(xiàn)狀

(1)背光源使用情況

說到光源，前面己經(jīng)提到，液晶拼接行業(yè)的主流尺寸產(chǎn)品仍是以CCFL為主，但LED背光源的液晶屏以節(jié)能、超薄等優(yōu)點(diǎn)，也搶占了不少CCFL的市場，但這只在電視機(jī)行業(yè)凸顯得比較明顯。盡管從前端的液晶屏企業(yè)到后端的整體制造企業(yè)都開始布局LED產(chǎn)品，但礙于整個安防顯示行業(yè)對液晶屏需求相對于電視機(jī)行業(yè)對液晶屏的需求，仍屬于相對較小的行業(yè)，液晶屏生產(chǎn)企業(yè)對拼接顯示專用屏的生產(chǎn)仍處于跟隨電視用屏的需求的階段。對于液晶拼接而言，雖然也有LED背光屏的出現(xiàn)，但仍屬于背光常亮的產(chǎn)品，在節(jié)能和對比度低的方面未彰顯出優(yōu)勢。

(2)區(qū)域亮度控制方法

為改變背光常亮的狀態(tài)，我們可以通過讓背光的亮度隨著圖像內(nèi)容的變化而變化：當(dāng)整幅圖像全部為最亮?xí)r，背光全亮;當(dāng)整幅圖像全黑時，背光全黑;當(dāng)圖像有亮有暗時，背光通過自動控制進(jìn)行變換，讓亮的區(qū)域更亮，暗的區(qū)域更暗，在提升圖像對比度的同時，不丟失暗場圖像細(xì)節(jié)。

顯然，CCFL背光是無法實現(xiàn)這種區(qū)域亮度控制的：一方面是因為CCFL的形狀是長條形，無法進(jìn)行區(qū)域劃分;另一方面是它的亮度不能按照圖像內(nèi)容進(jìn)行快速調(diào)整。同時，在采用LED作為區(qū)域亮度控制時，只能采用直下式背光，而不能采用側(cè)射式。

3.新品技術(shù)突出亮點(diǎn)

筆者所在的企業(yè)研究的“特雅麗”技術(shù)就是順應(yīng)市場要求與行業(yè)的發(fā)展，該技術(shù)是在液晶模組中，將模組的背光分為幾個區(qū)域，再根據(jù)所顯示的圖像內(nèi)容獨(dú)立控制每個區(qū)域的背光亮度變化，以實現(xiàn)其基本功能。

(1)背光源的選擇

從結(jié)構(gòu)上看，用來實現(xiàn)產(chǎn)品功能的LED背光類型分為兩大類：直下式LED背光和側(cè)入式LED背光。早期，人們多關(guān)注的是直下式LED背光。它在水平和垂直方向上將屏幕的背光源劃分為若干區(qū)塊，每個LED的分區(qū)一般為正方形等規(guī)則開關(guān)，分區(qū)內(nèi)所有LED連接在一起，且可以隨著液晶面板上對應(yīng)圖像位置的畫面明暗程度進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)對比度的提高、畫質(zhì)的改善和動態(tài)功耗的降低。雖然在此類應(yīng)用中，同樣尺寸的LED的數(shù)量會比側(cè)入式LED背光多出數(shù)倍，導(dǎo)致LED的成本方面不具優(yōu)勢，但要做到圖像背光亮度的精細(xì)調(diào)整，這是最佳的方案。

側(cè)入式背光模組的原理也并不復(fù)雜。沿LED燈條排布的方向?qū)⑵聊环譃閹讉€區(qū)域，通過DSP芯片的處理分別控制每一個區(qū)域的亮度變化，以實現(xiàn)其功能。由于使用的LED數(shù)量少、成本低，易于實現(xiàn)范薄型化等特點(diǎn)，這種亡命天涯式LED背光技術(shù)在近期成為各終端廠商關(guān)注的重點(diǎn)，雖不能做到與真正式背光能源完全相同的畫質(zhì)和節(jié)能效果但仍然是現(xiàn)階段不錯的選擇。

(2)控制方式選擇

從背光控制方式來說，可以分為0D、1D、2D和3D等幾種方式。

0D：背光系統(tǒng)只進(jìn)行整體亮度的調(diào)節(jié)，節(jié)能和畫質(zhì)改善的能力有限。優(yōu)點(diǎn)是實現(xiàn)簡單，成體低。

1D：側(cè)入式控制：主要應(yīng)用在側(cè)入式LED背光系統(tǒng)中，能夠針對圖像中一列或每一行區(qū)域的亮度的變化進(jìn)行對應(yīng)背光亮度的調(diào)節(jié)。節(jié)能和畫質(zhì)改善效果優(yōu)于0D方式，需要在系統(tǒng)或LED驅(qū)動部分增加對圖像內(nèi)容的分析和控制功能，成本略有增加。

2D：直下式控制：主要針對直下式LED背光應(yīng)用，根據(jù)LED的分區(qū)數(shù)量和大小能夠分別調(diào)節(jié)對應(yīng)區(qū)域的背光亮度變化，實現(xiàn)比1D更好的畫質(zhì)和更低的動態(tài)功耗。驅(qū)動部分的成本與1D相當(dāng)，但總體成本由于LED燈數(shù)量的增多而有所增加。

3D：在2D的基礎(chǔ)上改進(jìn)，用RGB三色LED來限代白光LED。由于使用了R、G、B三色的LED，使得背光系統(tǒng)在進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)的同時，還能夠根據(jù)畫面各區(qū)域的色彩分布動態(tài)調(diào)整對應(yīng)背光部分的色度，實現(xiàn)色域更廣的畫質(zhì)，比2D方式有更好的色彩表現(xiàn)。缺點(diǎn)是硬件成本高于2D方式，同時由于需要處理RGB背光整體白平衡的同問題，因此開發(fā)居本有較大的增加。

企業(yè)可以根據(jù)以上幾種背光控制方式來做好自己的選擇，但綜合成本等方面的考慮，筆者認(rèn)為采用2D方式是在充分保證圖像質(zhì)量的前提下的控制最佳方案。

(3)分區(qū)選擇分析

對于LED背光而言，分區(qū)的數(shù)量是和畫質(zhì)、功耗及成本等因素緊密相關(guān)的。根據(jù)相關(guān)試驗數(shù)據(jù)顯示，無論是側(cè)入式LED背光還是直下式LED背光，當(dāng)分區(qū)數(shù)量增加到一定程度時，LED背光系統(tǒng)中LED燈的點(diǎn)亮比例不會繼續(xù)減小，即意味著此時LED背光的動態(tài)功耗難以繼續(xù)降低;同時，分區(qū)數(shù)量少的話，功率的降低效果不會太明顯。所以分區(qū)選擇還是控制在一定范圍內(nèi)較好。

(4)產(chǎn)品分配實施

針對分區(qū)，以46寸拼接單元為例，根據(jù)所選的LED類型，確定了LED的數(shù)量為190顆。此時，為了實現(xiàn)產(chǎn)品控制功能，將背光分為38個區(qū)域進(jìn)行控制。其中，每5顆LED作為一個最小的亮度控制區(qū)域。對42寸拼接單元來說，每一個區(qū)域的面積約為128平方厘米，約為一張A4紙面積的5分之一。針對驅(qū)動方案，綜合考慮系統(tǒng)復(fù)雜度和方案成本，采用特雅麗的相關(guān)方法作為真正式背光系統(tǒng)中的LED的驅(qū)動方案。

針對信號處理部分，由于產(chǎn)品功能的實現(xiàn)需要高速DSP實時對每一場的視頻信號進(jìn)行處理，這是實現(xiàn)直下式背光系統(tǒng)復(fù)雜而重要的內(nèi)容之一。當(dāng)前該技術(shù)在行業(yè)內(nèi)尚處于起步階段，沒有現(xiàn)成的專用芯片，因此只能彩用DSP的方式得以實現(xiàn)。結(jié)合信號處理部分與LED的驅(qū)動電路，最終形成的直下式功能的方案，外地對驅(qū)動板PCB，為滿足不同客戶對產(chǎn)品功能的需求，在PCB設(shè)計時考慮與不需要該功能的需求的兼容。

(5)實施結(jié)果

1.背光隨圖像內(nèi)容變化而變化。通過產(chǎn)品功能發(fā)現(xiàn)，背光在隨著屏幕內(nèi)容的變化而變化，并且變化非常明顯。

2.功率隨著圖像內(nèi)容的變化而變化。充分利用特雅麗的技術(shù)達(dá)到了更加高清，更加節(jié)能的目的。

此外，要達(dá)到好的調(diào)光效果，那么調(diào)光分區(qū)及調(diào)光方案就要選擇相對較好的方案。目前市場上有略微便宜的產(chǎn)品，比如分區(qū)僅為12個區(qū)域，雖然有一定的節(jié)能效果，但功能降低最大僅為50%并且畫面中的黑色仍舊黑的不夠徹底，易出現(xiàn)光暈現(xiàn)象，所以，請認(rèn)準(zhǔn)特雅麗技術(shù)的DID大屏拼接。

(6)節(jié)能計算

以常見的2*3的46寸LED背光液晶拼接為例：普通的46寸LED背光液晶拼接單元功耗為2000W，拼接后的總功率為12000W。那么每日的用電量為28.8度，每年的用電量為10512度，按照三年的使用期限，用電量為31536度。按照電纜為0.6元/度計算，三年的用電費(fèi)用為20000余元。

如果采用特雅麗技術(shù)的液晶拼接，按照節(jié)能至少一半計算，那么用電量節(jié)約一半，即節(jié)約9460余元，完全可以抵消購買拼接時的一次性多投入的6000元;并且拼接系統(tǒng)一旦建立，使用期限完全不止三年，使用年限越長，節(jié)約越明顯。

結(jié)語

為響應(yīng)國家及社會所倡導(dǎo)的建設(shè)資源節(jié)約型社會，以及作為富有社會責(zé)任的大型企業(yè)而言，企業(yè)有責(zé)任和義務(wù)推出能夠符合社會及歷史發(fā)展潮流的產(chǎn)品;單純的價格惡性競爭不但犧牲了整個安防顯示產(chǎn)業(yè)鏈上的從業(yè)者的利益，必然對整個行業(yè)的良性發(fā)展帶來很大的風(fēng)險;希望企業(yè)的新產(chǎn)品能夠繼續(xù)以客戶實際使用角度出發(fā)，引導(dǎo)整個拼接行業(yè)的發(fā)展方向。