绝不是危言耸听 液晶技术即将面临一场革命

目前液晶显示器的画质基本上是由液晶面板性能所決定的，所以对比度和视角、动态影像模糊等并不是下游组装业者(即我们平时所说的液晶显示器厂商)能够改善的，不过，在动态影像模糊(即响应时间的改善)这一部分还是有一定程度能够经由影像控制电路进行改善，所以就影像控制电路部分，目前也开发出了一些方法被开发方式，並且也经被实用化，例如将显示器频率提高到120Hz、超驱动化、黑色插入化(如Benq的插黑技术)等等的方式。

　　虽然如此，但下游组装业者也必须考虑基本画质，决定了采用何种液晶面板之后，再利用相关的技术来加强面板的影像表现能力。这一切相关提高影像表现能力的方法，也势必引发一场液晶显示器之间的革命，而革命的爆发也许将首先集中在“LCD背光技术”这个焦点上面。

　　我们都知道，相比数码相机、口袋电视(如PSP等设备)、笔记本电脑的液晶屏幕，我们传统的桌面型液晶显示器在对比度和可视角度方面已经取得很大优势。但是，当我们发现传统的背光材料在色彩饱和度等参数上已经很难再提高之后才发现：提升画面表现能力或许真的要从另外的方向入手：例如LED背光可以在较低的功耗下，达到更高的色彩饱和度和亮度；另外，材料的突破也很重要，例如改善彩色滤光片的技术，增加色彩饱和度和透光度。

图：在控制IC內建影像处理演算法，可以动态计算Color Gamut值并增加色彩饱和度

　　【小知识充电：液晶的色彩饱和度（Color Gamut），它代表液晶显示器色彩的鲜艳程度，是液晶产品非常重要的参数。

　　色彩饱和度是以显示器三原色色彩范围为分子，NTSC所规定的三原色色彩范围为分母，求百分比。如果某台显示器色彩饱和度为“72％NTSC”，那表明这台显示器可以显示的颜色范围为NTSC规定的百分之七十二。

　　由于液晶每个象素由红、绿、蓝（RGB）子象素组成，背光通过液晶分子后依靠RGB象素组合成任意颜色光。如果RGB三原色越鲜艳，那么显示器可以表示的颜色范围就越广。如果显示器三原色不鲜艳，那这台显示器所能显示的颜色范围就比较窄，因为其无法显示比三原色更鲜艳的颜色。提高色彩饱和度的方法是提高背光亮度和液晶的透光度，这需要厂商更高的技术和成本，市面上各款液晶显示器档次不同，其鲜艳程度亦大不相同。“色域”指标反映的是面板能够还原色彩的范围，等于是个无限色彩的合集。该性能主要取决于构成面板的偏光板、背光灯管、三原色滤光膜、液晶分子粘滞性这四项色彩还原指标，和液晶分子排布结构和分子的转动方式关系不大。这也就是为什么目前的主流液晶产品，无论是TN类面板还是VA，或者IPS类面板，他们目前在该指标上都维持在NTSC 72%的水平，没有显著的差别，因为它们在上述四个方面没有根本差别。】

图：NTSC色域示意，传统的CCFL背光技术LCD产品一般只能达到NTSC 65－75％左右

首先我们一齐看一下传统的背光技术和目前各研发厂商致力于的LED背光技术优劣。

　　冷阴极荧光灯管（Cold Cathode Fluorescent Lamp；CCFL）

　　传统的液晶显示器都是采用CCFL(冷阴极荧光灯管)背光。CCFL的背光设计主要有两种：“侧入式”与“直落式”，不过侧入式因光导设计使得光折损率较高，进而让背光亮度受限，面板尺寸越大时亮度就越低，仅适合8英寸∼15英寸的TFT LCD面板，也就是Laptop、Desktop等个人观赏之用，但在居家观赏的LCD TV大尺寸上面时，侧入式的亮度将难以满足，取而代之的是直落式。

　　不过，越大尺寸的LCD，其背光模组所占的成本比重就越高，所指的是正是直落式CCFL背光模组，根据统计，同样是使用直落式CCFL背光模组，在15英寸时背光模组仅佔整体成本的23％，但是到30英寸时就增至37％，且推估到57英吋时，背光模组所佔的成本就会达到50％。所以，直落式CCFL背光仅适合用在30英寸左右的中型尺寸LCD TV，不适合用在更大面积的设计上。同时，CCFL是运用水银气体放电来产生照明，虽然目前欧盟订立的RoHS规范，只要对“水银”剂量在标准以下仍可接受，但无人能保证日后可能将标准提高至零含量（完全不准使用），届时CCFL将无法使用，或必须改行无汞式CCFL。

图：CCFL的发光原理与日光灯、霓虹灯相同，且光管部分可根据需求进行弯曲，但在大尺寸背光时大多采用行直型、U型、W型彎曲

图：反流器（Inverter），用来驱动CCFL，其他光管型照明也需要使用

　　即便无汞式CCFL在技术上可行，但CCFL依旧是密闭光管性的气体放电式电子照明，光管对外力的抗受性有限，较大的冲撞将使光管破裂，使照明失效，相对的其他固体式电子照明（如LED）则无此顾虑。另外，由於直落式不需要用导光板，也较无光折损问题，所以也不需要增亮膜，特别是增亮膜属少数业者的专利技术，价格昂贵，直落式可以省去导光板与增亮膜，此有助於成本降低。

　　不过，直落式CCFL也有其缺点，為了提升画面亮度，必须增加光管数目，然光管过密排置的结果将不利於散热，既然左右相间的距离空间缩减，只好从厚度层面来增加散热空间，然而厚度增加也等于部分抵损LCD TV的优点：轻薄。

　　附带一提的是，在大吋数的LCD TV上使用CCFL光管，光管的长度也必须因应吋数增加而增长，然而较长的CCFL光管，其光管的中间位置与两端将容易产生亮度MURA与色MURA的问题，进而影响背光的光均性，为了持续保持光均，则必须用上扩散膜来强化光均度，但扩散膜也会带来光透率的折损，使亮度减低，亮度减低的结果只好以增加光管数的方式来补强，但就如前所述：增加光管将更难设计散热、增加背光模组的厚度，甚至是用电增加，根据瞭解，CCFL背光模组的用电已佔LCD TV整体用电的90％之高。所以，改变背光技术是目前改变LCD画质的一个方向之一。

发光二极体（Light Emitting Diode；LED）

　　既然CCFL背光有诸多的副作用疑虑，因此业界也寻求各种新背光实现技术，而LED则是可行方案之一，如Sony的Qualia系列电视，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所构成，称为WLED背光技术。而对LED背光技术的LCD Monitor研发目前亦已经到实质性阶段，我们在07年的CES会展上已经可以看到相关产品展示。

　　LED背光有多项好处，首先是固体式电子照明，对冲撞的抗受性高于CCFL，且没有汞气体的环保法规顾虑，没有UV紫外线外洩顾虑，同时在色彩饱和度及寿命上都超越CCFL，另外LED只要正向电压即可驱动，不似CCFL需要交流的正负向电压，即便是只论正向驱动电压，LED的需求水准也低于CCFL。再者，LED的亮度只需用脉波宽度调变（Pulse Width Modulation；PWM）方式就可调节，并可用相同方式来抑制TFT LCD显示上的残影问题，然而CCFL的亮度调节就较为复杂，且无法抑制残影，必须以另行方式才能抑制。

　　虽然LED背光有诸多优点，但也有其缺点，首先是发光效率，以相同的用电而言，LED并不及CCFL，因此散热问题会比CCFL严重，此外LED属点型光源，与CCFL的线型光源相较实更难控制光均性，为了达到尽可能的光均，必须对生产出来的LED进行特性上的精挑严选，将大量特性一致（波长、亮度）的LED用於同一个背光中，此一挑选成本也相当高昂。所幸的是，LED的发光效率还在提升中，目前已可至100 ml/W以上，如此色彩饱和度可以更佳，以及让背光的WLED排置更宽松，进而让用电与散热问题获得舒缓，且製造良品率持续进步成熟后，严选光亮特性一致的LED之成本也会降低。

下列图片左为传统的CCFL背光技术液晶面板，右为OLED背光技术液晶面板。

图：CCFL背光 VS LED背光

图：CCFL背光 VS LED背光

图：CCFL背光 VS LED背光

图：CCFL背光 VS LED背光

图：CCFL背光 VS LED背光

图：CCFL背光 VS LED背光

图：CCFL背光 VS LED背光

图：CCFL背光 VS LED背光

　　从产品参数上我们可以看到两者色域差距为32% NTSC。

图：CCFL背光技术液晶面板参数

图：LED背光技术液晶面板参数

单单改变背光技术或许还不足以引发LCD的革命，那么我们就去看看别的LCD技术发展。OLED (Organic Light Emitting Diode)即有机发光二极体。OLED显示技术与传统的LCD显示方式不同，无需背光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。而且OLED显示屏幕可以做得更轻更薄，可视角度更大，并且能够显著节省电能。 但是，目前它的寿命和价格是限制它在LCD方面发展的瓶颈。

　　OLED是另外一个受到瞩目的面板应用技术，并且以小尺寸面板的实现期程较早。以客户的计划来看，2008∼2009年会有较多的机种问世，但仍以次面板为主，而且即使机种和出货量较现在有明显的增加，市场占有率也不会超过10％。OLED原本因为本身薄，对比、视角、省电等各方面的条件都较TFT-LCD要优秀，一直受到业界的重视，认为将取代TFT-LCD，早几年也纷纷投入研发。然而一方面OLED本身技术遇到瓶颈，寿命问题有待克服；另一方面TFT-LCD技术持续精进，现在也能够提供优异的对比和视角，致使OLED需求量始终无法大举提升，并且市场不大又供过于求，限于价格竞争；原本投入的业者也难逃解散和缩编的命运。台湾胜华科技过去则转投资成立胜园投入OLED研发，眼看OLED与TFT-LCD无法竞争，尤其成本差异大，规格方面TFT-LCD已可轻易达到170度的视角、500：1的对比、亮度增加，也可以做薄，反应速度虽然较逊色，但达到人眼可以接受的范围即可。因此胜园也已经收掉，只留下几位研发人员回到胜华做材料的开发。未来OLED的寿命和价格若能大幅改善，仍有机会；现阶段则限於具特殊性、强调要标新立异的产品；量大的时间点还未看到。

　　而AMOLED（Active Matrix/Organic Light Emitting Diode）主动矩阵有机发光二极体面板（AMOLED）被称为下一代显示技术，包括三星电子、三星SDI、LG飞利浦都十分重视这项新的显示技术。目前除了三星电子与LG飞利浦以发展大尺寸AMOLED产品为主要方向外，三星SDI、友达等都是以中小尺寸为发展方向。从目前成品产品的产品性能表现来看，如果AMOLED成本能够得到有效控制的话，那么，传统的LCD面板技术将受到极大挑战。

图：全球首款采用了三星AMOLED屏幕的iRiver MP3

AMOLED优点之一：无需背光灯

AMOLED优点之一：色彩饱和度更大

AMOLED优点之一：可以达到IPS或者VA面板的180度可视角度

AMOLED优点之一：有效解决LCD面板动态模糊问题

　　在上述的四个OLED优点中，我们特别关注第四个产品特点，因为在目前市面所有的台式机液晶显示器中，均无法解决液晶屏幕动态模糊问题。液晶屏幕的动态画面模糊，通常是指画面变换的过程中，发生了边缘轮廓模糊的现象，发生动态画面模糊现象的原因有2个，一个是液晶的响应时间及萤光体残光等，另一个是TFT驱动，就像Hold方式的影像控制等

Hold是造成动态画面模糊的主因

　　所谓“Hold方式”显示方式，就是在一定的时间内显示一个Frame影像，而在电视画面中，这种Hold时间相当于一个垂直周期（16.7毫秒）一般而言，大家都相当清楚，液晶响应时间对于动态画面显示来说是相当重要的，因為以液晶电视来说，一个画面的变换时间大约是16.7ms，所以，液晶电视的反应时间能不能比16.7ms更短，对於动态画面的画面表现来说非常重要。不过，还有一个情况是，即使液晶的响应时间为0ms（这是不大可能及困难的），模糊还是不会消失。这是因為，液晶萤幕是利用“Hold方式”的方法来显示影像的。根据一些实验报告我们可以知道，利用“Hold”方式在萤幕上显示的动画，会在视网膜上左右摇动。这样的摇动随著时间积累，就觉得动态画面模糊了。和改善液晶的响应时间一样，必须开发缩短“Hold”时间的显示方法。根据上述的情况，液晶屏幕所出现的动态画面模糊，不能用长久以来所使用的测定，就是从白到黑及黑到白变化时间的液晶响应时间来表示。

　　改善因Hold时间引起动态画面的模糊

　　如果响应时间是0ms的理想控制型液晶面板（Hold时间100％）的情况下，MPRT是16.7ms（频率為60Hz）。Hold时间為50％时，MPRT约為8.3ms；Hold时间為25％时，MPRT為4.2ms。一般的LCD，其MPRT在8ms以下；如果是商用产品对画质要求很高的LCD，其MPRT可以推测在4ms以下。前面所叙述了MPRT含有液晶响应时间和Hold时间两大要素，因此，如果要在影像的显示品质下，液晶响应时间是希望能够比以上的值更小一些。在改善液晶响应时间的方法中，有OCB、IPS、VA等高速动态的模式，也有Over-drive驱动等等。现在，重视画质的液晶电视已经将这些方法投入生产当中。改善因Hold时间引起动态画面的模糊，有两种方法。一种是配合画面频率来点灭背光灯源，另一种是运用动作补偿技术的倍速显示法。实现第一种具体的方法是，利用背光的闪烁和黑信号的插入。而在这两种技术里，最为引人关注的是动态补偿技术。背光点灭和黑信号插入等的间歇显示法，能够改善动态画面的模糊，并实现起来比较简单。但在大画面、高亮度的情况下，容易产生画面的闪烁不定。相比之下，动态补偿倍速显示法能够在不增加画面闪烁的前提下，改善动态画面模糊，但因為需要大规模的讯号处理电路，所以直到目前还是不容易实现。

　　日本业者发表利用缩短Hold时间改善画质

　　在过去的两年里，有相当多业者发表利用缩短Hold时间改善画质的相关技术和产品。例如，有日本业者利用动态补偿高速显示技术，生产的32英寸WXGA液晶电视。方法是利用动态补偿技术，把画面讯号和驱动的画面频率，从一般的60Hz提高到90Hz，将Hold时间缩短到约70％，并使用扫描式背光源点灭方式又缩短到70％，共计缩短了50％。在不增加画面闪烁的前提下，改善了动态画面模糊问题。因为在90Hz下进行背光源点灭，人眼不容易感觉到画面的闪烁。另外，还有其他业者也是採用运动动态补偿技术，将画面频率数提高到120Hz来改善动态画质。

　　结语：无论怎样，所有的一切技术发展都是围绕着如何改善和提高我们的显示设备的画面与画质，所有的一切都在证明：科技改变未来。