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光電/顯示技術  

LCD面板向LED照明轉換

上網時間: 2007年11月19日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:LCD  LED  CCFL 

即使你所購買的下一個LCD與先前購買的LCD看來具有相同的特徵,事實上在其背後可能已經發生變化了。針對尺寸在15英吋以下的顯示器而言,經過時間考驗的LCD冷陰極管(CCFL)照明系統正迅速被發光二極體所取代。

這種類似於電晶體取代真空管的轉變,發生原因很多,也產生了許多衍生產品。其變化的基礎在於最近白光LED的亮度提高,使其可用於尺寸大於4∼6吋之PDA級顯示器的LCD背光或側光。此外,降價也是一項重要因素。

“CCFL終將成為歷史,”Apollo Display Systems公司顯示器部總經理Richard McKay表示,而許多其他業界消息來源也同意這一觀點。

“LED將迅速取代10吋及以上尺寸顯示器中的LCD背光,”LED驅動器技術廠商Lynk Labs公司業務開發副總裁Stewart Hough表示,“幾乎所有的CCFL背光供應商現在也做LED背光。”

環保因素

LED背光和側光興起的主要原因之一是歐盟的RoHS指令,旨在消除歐盟成員國自2006年7月1日銷售的電子裝置中含有任何鉛、鎘、汞、六價鉻、多溴聯苯和多溴聯苯醚。

汞是CCFL燈管和其他類型螢光照明的主要成份。儘管供應商已經降低了其螢光管中的汞含量,而不含汞的版本也正在討論中,但LCD所擁有的更多優勢使得CCFL注定要在製造過程中被淘汰。

據LCD側光專業廠商Global Lighting Technologies(GLT)公司銷售總監David DeAgazio表示,完全消除汞的使用可能會為CCFL帶來一連串的新問題。

“全球市場正不斷地追求環保,並盡可能地實現節能和零污染,”McKay表示,“LED照明也由此應運而生。”

功率議題

根據LCD製造商Kyocera Industrial Ceramics公司顯示器部門行銷經理Joe Maurer表示,綠色效應是驅動LCD向LED照明轉變的兩大主因之一。

另一個驅動因素是電壓。Maurer將CCFL的較高啟動交流電壓要求限制在1,500∼1,600Vac之間,穩定延遲至700或800Vac。因此,還需要使用一個功率變頻器,以便能透過直流電源來運作,但這樣就增加了應用的成本、佔位面積和重量。

相形之下,典型的LED照明子系統則可在“12∼24Vdc或更低電壓”下運作,Maurer表示,“你可以去掉變頻器並除去EMI。”

Kyocera公司LCD應用工程師Bob Joslyn表示,採用低壓LED技術時,也使得亮度控制更容易實現。

圖:就典型的Kyocera 5.7吋VGA LCD來看,LED側光可在CCFL約60%的功率下提供80%的亮度。
圖:就典型的Kyocera 5.7吋VGA LCD來看,LED側光可在CCFL約60%的功率下提供80%的亮度。

效率和使用壽命

從1980年代中期以來,LCD背光、冷陰極管在經過幾十年後已在效率和使用壽命上取得了極大的進步,但這種陳舊的傳統技術在未來的重大發展前景依然黯淡。相較之下,LED備選技術則進展迅速,甚至走出了一條通向未來發展的明確道路。

CCFL和LED在亮度、效率、使用壽命等規格上的比較視其供應商的不同而有極大差異。例如,CCFL的額定使用壽命(半亮)在8,000∼100,000小時之間。有些電源會為CCFL帶來效率上的優勢,有些則會為LED帶來效率優勢。

但就現階段來看,LED和CCFL似乎在所有相關的參數上都非常接近,如發光效率(範圍在50∼100流明/W)和使用壽命(25,000∼75,000小時)。

不過其間也存在一些細微差異。例如,由於LED的效率更高,很自然地就比CCFL更適合於側光應用。“CCFL的發光效率可能比LED更高,”DeAgazio表示,“但是CCFL是一種散射光源,因此可能會浪費掉大量的光。”相較之下,LED具有高指向性,因此“很容易有效地與光導板結合在一起。”

至於使用壽命,LED和CCFL的半亮時間很大程度上取決於元件驅動方式的困難度。於此,LED具有更高的複雜性:適度的散熱管理是決定元件持續時間的關鍵因素。

圖:LED將光耦合到光導板的效率比CCFL更高,如Global Lighting Technologies公司的MicroLens LED導光板。
圖:LED將光耦合到光導板的效率比CCFL更高,如Global Lighting Technologies公司的MicroLens LED導光板。

更純淨的白光

相較於外覆玻璃的CCFL來看,LED的優勢包括其優越的耐用性和較好的顏色呈現。CCFL提供的寬光譜大致上相當於採用藍色發光二極體混合黃磷光層的白光LED所提供的光。但是基於紅綠藍(RGB)三色窄頻LED的白光LED與LCD的RGB彩色濾光片最為匹配,並能以最高效率產生最飽和的顏色。

CCFL管和LED晶片都可以作為背光(置於顯示器後面)或者側光(置於兩側、頂部和/或底部),並且都可以同時採用多個來增加亮度。LED一般充當可撓性基板上的一系列元件。二極體則用於採用幾百個晶片為顯示器進行背光的高階HDTV。

在對華麗的要求較低,且較注重成本的應用中,側光有助於盡可能地降低LED數量以使成本縮減至最低。Maurer表示,隨著LED的亮度增加,目前這種元件也已經降價至LED照明子系統的成本能與CCFL及其相關變頻器相當的程度。

典型的320×240畫素、5.7吋彩色LCD目前採用單個CCFL側光或者多個LED串,每個LED串通常包含約5個元件。

進行直接比較時,作為範例的Kyocera被動式LCD採用CCFL時可提供380nit的亮度和2.8W的功率,而採用三個每串有7個LED的LED串,則可提供245nit的亮度和1.8W的功率。在其主動式矩陣模型方面,功耗相同,而CCFL LCD和LED LCD可分別發出470nit和350nit的亮度。

“在我們最初的產品中,LED串比CCFL的功耗更高,”Maurer表示,“現在由於大幅減少了LED的數量而使得功耗降低。”

作者:李佰恩




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