液晶电视的面板和背光灯

液晶电视的面板和背光灯 液晶电视的 面板和背光灯 陈杨? 日前, 夏普公司宣称全球首条第8 代液晶面板生产 线在日本龟山建成投产, 初期计划产 量为每月1 . 5 万张 母 板 , 其 玻 璃 基 板 尺 寸 为到2 0 0 8 年 年 底 达 到9 万 张 , 2 1 6 0 mm×2 4 6 0 mm, 比第7 代的面积增加1 . 2 倍, 可切割 8 块4 6 英寸或6 块5 2 英寸液晶屏。据悉, 第9 代液晶面板 已问 世 , 其 玻 璃 基 板 尺 寸 增 大 到3 0 5 0 mm×2 4 5 0 mm。 这 样液晶电视也越来越大, 4 6 英寸的已不鲜见, 8 2 英寸的 已 不 算 第 一 , 1 0 0 英 寸 的 已 有 展 出 。 厂 家 的 大 力 投 资 、 大力发展、大力推销, 使液晶电视的发展让人感到有点 意外。影响液 晶 电 视 效 果 的 关 键 是 那 张 面 板 和 背 光 灯 。 除了大小外, 它们在显示技术上又是如何提高图像显示 效果的呢? 本文专门来谈谈这个问题, 希望对你了解和 选购液晶电视有所帮助。 我们知道, 液晶屏是靠两张玻璃基板中液晶的排列 图 1 LCD 结构 在无电压和有电压时的变化以隔阻或通过背光的方式来 显示图像的 ( 参见图1 ) 。液晶的排列及其变化就成为液 面板。 晶屏之关键, 也是液晶屏分类的依据, 因为液晶屏关键 指一、TN面板 标可视角和 响 应 时 间 是 由 它 来 确 定 的 。 从 目 前 来 看 , TN全 称 为 Twi s t e d Ne ma t i c , 即 扭 曲 向 列 型 之液晶屏主要有四种: TN面板、VA面板、I PS 面板和OCB 意, 其工作示意图参见图2 。其低廉的生产成本使TN成 为了应用最广泛的入门级液晶面板, 在目前市面上主流 的中低端液晶显示器中被广泛使用。TN屏的优点是输出 灰阶级数较少, 液晶分子偏转速度快, 响应时间容易提 高 , 目 前 市 场 上8 ms 以 下 液 晶 产 品 均 采 用 的 是TN面 板 。 另外三星还开发出一 种B- TN ( Be s t - TN) 面 板 , 它 其 实是TN面板的一种改良型, 主要为了平衡TN面板高速响 应必须牺牲 画 质 的 矛 盾 。 它 的 缺 点 是 显 示 的 色 彩 数 少 , 再加上提高对比度的难度较大, 直接暴露出来的问题就 是色彩单薄, 还原能力差, 过渡不自然, 而且它的可视 图 2 TN 面板 继承和发展者, 可以获得优于MVA面板的亮度输出和对 比度, 并将VA液晶发挥到最精湛的显示能力。PVA用透 明的I TO电 极 代 替MVA中 的 液 晶 层 凸 出 物 , 获 得 更 高 的 开口率和背光源的利用率, 换言之, 便是可以获得优于 MVA的亮度 输 出 和 对 比 度 。 不 少 人 都 认 为 , PVA的 综 合 素质优于富士 通的MVA, 改良型的S - PVA和P - MVA并 驾 齐驱, 它提供的可视角度可达1 7 0 ?, 响应时间被控制在 2 0 ms 以内 ( 采用Ov e r d r i v e 加速达到8 ms ) , 而对比度 可轻易超过7 0 0 ?1 的高水准。目前, 该技术已经被三星 广泛应用于中高档LCD显示器中。 图 3 VA 面板 三、IPS面板 I PS 是I n - Pl a n e Swi t c h i n g 简 称 , 平 面 转 换 之 角也比较狭小。在追求高画质的液晶电视中, 目前很少 意, 其工作示意图参见图4 。该技术是日立于2 0 0 1 年推 出的面板技术, 它也被俗称为 “Su p e r TFT”。I PS 阵营 采用TN面板的。 以日立为 首 , 聚 拢 了LG- 飞 利 浦 、 瀚 宇 彩 晶 、LPL ( 乐 二、VA面板 金 飞 利 浦 ) 、 I DTe c h ( 奇 美 电 子 与 日 本 I BM的 合 资 公 即 垂 直 配 向VA的全称是Ve r t i c a l Al i g n me n t , 司) 等一批厂商, 后来松下也加入。松下是PDP 的龙头, 型之意, 其工作示意图 参 见 图3 。 它 是 现 在 高 端 液 晶 电 虽 然 它 的LCD电 视 的 规 模 不 大 , 目 前 最 大 尺 寸 是 3 2 英 视应用较多的液晶面板。它比TN面板有更多的色彩和更 寸, 但却非常有特色。它新上市的3 2 英寸LCD电视采用 大的可视角, 最新的但是价格也相对TN面板要昂贵一些。VA类 I PSα方式, 比原来的I PS 方式 有 更 宽 的 可 视 角 , 据说它的画面斜着看也很漂亮, 再加上新的PEAKS 高画 面板又可分为由富士通主导的MVA面板和由三星开发的 质电路系统, 改善纯红和深绿的表现力, 提升了色彩的 PVA面板, 后者是前者的继承和 改良。后来, 夏普也加 入了VA阵营, 生产的叫CPA ( Co n t i n u o u s Pi n wh e e l Al i g n me n t ) 面板。 VA技术是利用驱动电压来改变液晶分子的倾斜度, 达到控制背光通过还是关断的目的 。 从 图2 可 见 , 当 控 层次和鲜艳度, LPL所开 可与索尼的颜色比美。日立和制电极不加 电 压 时 , 液 晶 分 子 基 本 上 垂 直 于 玻 璃 基 板 , 它利用模拟脉冲驱动方式发的I PS 液晶叫Su p e r - I PS , 阻挡光线通过, 显示黑色; 当控制电极加满电压时, 液 晶 分 子 便 平 行 于 玻 璃 基 板 , 让 光 线 全 部 通 过 , 显 示 白 来改善动画显示, 即迅速关断背光灯来实施黑插补, 以 色。这就有利于提高色彩表现力和提升对比度。富士通 提升对比度。 的 MVA技 术 是 Mu l t i - d o ma i n Ve r t i c a l Al i g n me n t I PS 技术与上述技术最大的差异就在于, 不管在何 的缩写, 即多象限垂直 配向技术, 是对VA技术的改良, 种状态下液晶 分 子 始 终 都 与 屏 幕 平 行 , 只 是 在 加 电/ 断 也是最早出现的广视角液晶面板技术。它将液晶分子排 电 状 态 下 液 晶 分 子 的 旋 转 方 向 不 同 而 已 。MVA、PVA液 列在不同的区域中, 并在液晶层中配置一种凸出物供液 晶分子的旋转属于空间旋转 ( Z轴) , 而I PS 液晶分子的 晶分子附着, 在不施加电压的状 态下, MVA面板看起来 旋转则属于平面内的旋转 ( X- Y轴) 。从图4 可见, 当控 同传统技术没什么两样, 液晶分子垂直于屏幕。而一旦 制电极不加电压时, 液晶分子呈现水平配向, 光线无法 在电压的作用 下 , 液 晶 分 子 就 会 依 附 在 凸 出 物 上 偏 转 , 通过; 当加上电压时, 液晶分子便水平方向转9 0 ?, 让 形成垂直于凸出物表面的状态。此时, 它与屏幕表面也 会产生偏转效应, 提高透光率, 形成画面输出。该类面 板可以提供更大的可视角, 通常可达到, 改良后的1 7 0 ? 并 且 响 应 时 间VA面板可视 角 度 可 达 接 近 水 平 的1 7 8 ?, 我国台湾的奇美电可以达到2 0 ms 以下。通过技术授权, 子( 奇晶光电) 、友达光电等面板企业也采用了这项 技 术。 图 4 IPS 面板 由三星主导开发的PVA面板是富士通的MVA技术的 示 的 新 技 术 , 该 技 术 应 用 的 最 大 优 点 是 提 高 了 液 晶 显 示器的响应时间, 让OCB技术一举成名。 从 图 6 可 看 到 OCB面 板 的 基 本 原 理 : 在 断 电 状 态 下 , 液 晶 分 子 以 一 种 对 称 的 曲 列 结 构 排 列 , 正 中 央 的 液 晶 分 子 始 终 垂 直 于 屏 幕 , 而 其 上 下 的 液 晶 分 子 则 出 现 对 称 的 偏 转 角——距 离 中 央 越 远 , 偏 转 角 度 就 越 大 , 与 前 后 玻 璃 基 板 接 触 的 液 晶 分 子 则 平 行 于 屏 幕 , 此 时 光 线 全 部 通 过 , 显 示 白 。 如 果 对 电 极 施 加 电 压 , 除 接 触玻璃基板 的 液 晶 分 子 外 , 中 间 的 液 晶 分 子 发 生 偏 转 , 全 部 成 垂 直 于 液 晶 基 板 状 , 此 时 光 线 全 部 被 阻 挡 , 显 示 黑 。 由 于 不 管 在 什 么 时 候 液 晶 层 都 是 对 称 的 , 这 样 由 下 面 液 晶 分 子 双 折 射 性 所 导 致 的 相 位 偏 差 刚 好 可 以 5 IPS 与 VA 对比 图 利 用 上 部 分 的 液 晶 分 子 自 行 抵 消 , 可 以 获 得 极 为 出 众 的显示效果并在一定程度上增大了视角。 OCB最 大 的 优 点 当 推 其 超 快 的 响 应 速 度 。 在 图 中 大 家 可 以 看 到 , 在 加 电 状 态 下 液 晶 分 子 的 偏 转 角 度 极 小 , 转 换 速 度 非 常 之 快 , 轻 而 易 举 达 到1 0 ms 以 下 , 目 前已经出现 了1 ms 到5 ms 的 产 品 , 非 常 适 合 用 于 显 示 动 态 图 像 。 毫 无 疑 问 , OCB绝 对 是 迄 今 为 止 速 度 最 快 的 LCD显示技术 。OCB第 二 个 令 其 他 技 术 无 法 追 赶 的 优 点 在 于 鲜 艳 的 显 示 效 果 , 独 特 的 结 构 让 液 晶 分 子 拥 有 光 图 6 O CB 面板 补 偿 双 折 射 的 特 质 , 让 它 可 以 达 到 传 统TFT- LCD三 倍 以 上 的 高 色 纯 度 , 输 出 丰 富 艳 丽 的 色 彩 。 另 外 , 它 利 光线通过。这就是I PS 方式的成像原理。由于液晶分子 用 电 路 系 统 来 关 断 个 别 背 光 管S - I PS 是 关 断 ( 日 立 的 为长轴状, 水平排列时的优点是可视角大, 但由于液晶 分全 部 背 光 灯 管 ) , 以 便 插 入 黑 画 面 , 模 拟CRT 显 像 管 显 子转动角度大、面板开口率低, 所以I PS 也有响应时 示时相似 的 脉 冲 , 让 液 晶 显 示 快 速 忽 明 忽 暗 的 图 像 时 , 间较慢和对比度较难提高的缺点。为追求反应速度的改 看起来像CRT一样, 使高速移 动的动态图像得到优异的 善, 从液晶分子的弹性系数、热反应系数及黏度值, 都 表现。这 些 是 当 前 其 他LCD显 示 技 术 无 法 比 拟 的 。OCB 必须精选适合的液晶, 所以就材料成本及工艺技术 画面效果参见图7 , 图8 为东芝松下的OCB TV。 而言, I PS 面板的成本会稍微高 一点。I PS 电视与VA电 从 目 前 的 液 晶 电 视 看 , 除 第 一 种TN面 板 因 可 视 角 视的效果对比参见图5 。 太小基本不用外, 其他三种面板被广泛应用。这几种面 四、OCB面板 板 , 从 价 格 来 看 , 由 低 到 高 的 顺 序 是 ; TN方 式?VA方 式?I PS 方 式?OCB方 式 ; 从 画 面 质 量 看 , 由 低 到 高 的 顺序也是: TN方式?VA方式?I PS 方式?OCB方式。后 OCB 是 Op t i c a l l y Co mp e n s a t e d Bi r e f r i n - 三种面板的主要性能及支持厂商参见下表。 光学补偿弯曲排列之意。该面板最初由g e n c e 的缩写, 东 芝 松 下 显 示 器 公 司 研 发 上 市 。 它 是 一 种 用 于 液 晶 显 种类 可视角 对比度 反应率 配置方向 主要支持厂商 优 优良 优 垂直 夏普、富士通、三星、友达 VA 优良 优 可 水平 日立、东芝、松下、LPL、NEC、瀚宇彩晶 I PS 优良 优良 优良 弧形 东芝松下、夏普、EI ZO、NANAO、华映 OCB 的背光板紧贴在液晶面板后面 ( 参见 图1 ) , 它 对 液 晶 电 视 图 像 的 影 响 也 是非常大的, 因为液晶面板所显示的 红绿蓝三基色的色调和色饱和度主要 取决于背光灯的性能。目前采用的背 光 灯 主 要 有 CCFL、 EEFL、 LED 与 FFL等。 图 7 OCB 与其他液晶相比 图 8 东芝松下的 OCB TV 1.CCFL CCFL ( Co l d Ca t h o d e Fl u - o r e s c e n t La mp s ) : 冷 阴 极 荧 光 灯。它是一种新型的照明光源, 其基 本构造参见图9 。这是一种长而细的 密封玻璃管, 内充惰性气体。当给灯 管施加高压时, 气体被电离, 产生紫 图 9 CCFL 结构图 外线。紫外线打到内壁涂敷的荧光材料上使其激发, 发 出可见光。由于它具有灯管细小、结构简单、灯管表面 温 升 小 、 灯 管 表 面 亮 度 高 、 易 加 工 成 各 种 形 状 ( 直 管 五、液晶电视的响应时间 形、L形、U形、环形等) 、使 用寿命长、显色性好、发 液 晶 电 视 在 显 示 快 速 运 动 图 像 时 , 会 出 现 拖 尾 现 光 均 匀 、 重 量 轻 、 成 本 低 等 优 点 , 所 以 也 是 当 前TFT- 象, 这是液晶电视的软肋。于是液晶电视便有了一个响 LCD ( 液 晶 屏) 理 想 的 光 源 , 同 时 广 泛 应 用 于 广 告 灯 应时间的问题。一般来说响应时间越短, 显示快速运动 箱、扫描仪和背光源等用途上。 图像的性能越好。响应时间成为人们选购液晶电视的一 8 ms , 是否 个重要参数。目前液晶电视的响应时间已达图1 0 表 示 在 液 晶 电 视 中 , CCFL 通 常 的 配 置 情 况 。 就根除了拖尾现象? 我们来看看响应时间是如何定义的。 I SO ( I SO1 3 4 0 6 - 2 ) 对响应时间的定义是: 一个 像素从白色转为黑色, 电极电压 从0 变 为 最 大 值 , 即 最 大电压激励状态下, 液晶分子迅速转换到新的位置, 这 以提1 2 根灯管等间隔地分布在整个液晶背板上, 这里有一 过 程 所 用 的 时 间 被 称 为 上 升 时 间 ; 一 个 像 素 由 黑 转 供最佳的光分布。重要的是, 所有灯要工作在相同的亮 白 , 像 素 所 加 电 压 切 断 , 液 晶 分 子 迅 速 回 到 加 电 前 位 度下。尽管在CCFL灯管和液晶面板之间安排有散光器, 置, 这一过程称为下降时间。整个响应时间过程就是由 可协助均匀分布背光, 不均匀的灯管亮度仍然很容易被 上升时间加上下降时间获得的数值。在对实际产品的响 察觉 , 并影 响 电 视 的 图 像 质 量 。 因 液 晶 面 板 尺 寸 而 异 , 应时间的规 定 中 , 采 用 的 白 是1 0 %的 灰 度 , 黑 是9 0 %的 用到的CCFL灯 管 数 量 不 同 , 例 如4 0 英 寸 液 晶 面 板 一 般 灰 度 , 即 不 是1 0 0 %的 白 和1 0 0 %的 黑 , 而 是9 0 %的 白 和 用3 0 根。 9 0 %的 黑 。 这 样 定 义 的 响 应 时 间 ( 如8 ms ) 只 占 到 了 整 在CCFL中, 索尼开发出 “WCG- CCFL” ( 广色域- 个像素上升或是下降过程中间的8 0 %的时间, 一 头一尾 冷阴极荧光灯) , 它使液晶电 视 的 色 彩 表 现 能 力 提 高 了 的2 0 %的时间被忽略了。I SO这样定义的初衷不难理解, 3 0 %, 改善了红色和绿色的表现力, 据测试显示它的色 因为对于液晶分子来说, 加电启动和最后稳定这两个阶 彩饱和度已经超过了9 0 %NTSC标准, 在表现具有大量绿 段 是 费 时 的 , 两 头 2 0 %的 灰 度 转 化 的 过 程 有 可 能 超 过 色植被或鲜艳花朵的自然风光影片时更贴近自然, 大大 I SO响应时间定 义 本 身 所 占 时 间 , 将 这2 0 %省 去 就 可 以 超越了普通的液晶电视机。 大大地美化指标, 但这显然对于消费者是不公正的。 由 于 冷 阴 极 荧 光 灯 不 是 平 面 光 源 , 因 此 为 了 实 现 如 此 看 来 , 在 选 购 液 晶 电 视 时 , 厂 家 公 布 的 响 应 背 光 源 均 匀 的 亮 度 输 出 , 背 光 模 组 还 要 搭 配 扩 散 片 、 时 间 只 能 作 参 考 , 要 以 显 示 快 速 运 动 图 像 的 实 际 效 果 导 光 板 、 反 射 板 等 众 多 辅 助 器 件 。 即 便 如 此 , 要 获 得 为准。 如CRT般均匀的亮度输出 依然非常困难。大部分液晶电 六、液晶电视的背光灯 视 在 显 示 全 白 或 全 黑 画 面 时 , 屏 幕 边 缘 和 中 心 亮 度 的 液晶电视要显像, 必须要有背光灯。由背光灯组成 差 异 十 分 明 显 。 另 外 还 有 个 让 人 头 痛 的 问 题——使 用 寿 命 短 。 绝 大 部 分CCFL 背 光 源 在 使 用2 ,3 年 之 后 亮 度 子反馈系统的设计。小知识: NTSC 标准 尽管LED背光技术有着巨大的优势, 但是现阶段依在 视 频 领 域 , 人 们 一 般 用N TSC (美 国 国 家 电 视 系 统 委 员 会) 标 准 作 为 衡 量 视 频 设 备 的 色 彩 然面临一些难题急需解决。一般而言, LED背 光板所面 还 原能力的指标。这个指标是指在整个色彩 空 间 临的问题包含了整个架构的设计, 图LED的发光效率, 内, 显示设备能在各种色彩上显示到何种饱和度, 光学机构的像处理中LED的颜色衰减效应 的对应对策, 即能够显示到什么程度的蓝色、绿色、红 色 。 传 统的液晶电视和显示器能够覆 盖的色彩范围 只 有 设计, 以及散热系统的设计等等, 这些问题与LED背光 标准的, 具体表现在绿色、黄色和 N TSC 65%,75%板的成本息息相关。目前LED背光的制造成本居高不下, 红色部分与标准值相差较大11) 。 ( 参见图明显高于CCFL背光产品。另外, 每个LCD面板要求几百 只LED发光亮度一致, 也增加了制造成本。 下 降 非 常 明 显 , 许 多 液 晶 面 板 ( 尤 其 是 笔 记 本 电 脑 的 液晶屏) 在使用几年后会出现屏幕 变 黄 、 发 暗 的 现 象 , 除了成本问题, LED背光技术在发光效率方 现阶段 这 正 是 CCFL 使 用 寿 命 较 短 的 缺 陷 造 成 的 。 为 了 解 决 面 也 难 以 让 人 满 意 。 现 阶 段 的CCFL 发 光 效 率 基 本 都 在 CCFL 的 这 些 硬 伤 , 几 乎 所 有 的LCD厂 商 都 开 始 寻 找 更 6 0 l m/ W ( 流 明/ 瓦) 左 右 , 而 大 型 化 的LED背 光 则 只 有3 0 l m/ W。究其原因 , 主 要 是LED会 随 着 芯 片 面 积 的 为优秀的液晶背光源, 这就有了LED、EEFL、FFL等。 增大而出现电流密度不均匀的现象, 这必然导致整体发 2.LED 同时产生较高的热量。由于在大尺寸背光 光效率低下, LED ( Li g h t Emi t t i n g Di o d e ) : 发 光 二 极 管 。 它作为背光灯是索尼最先5 0 %, 因 此LED背 光 用 在 大 尺 发光效率 上 的 差 距 达 到 了( 2 0 0 4 年) 用在一款3 2 英寸和 这也是CCFL的2 倍! 寸面板上所需要的功耗将会是普通一款4 6 英寸的液晶电视上。尽管这两款产品都存在功耗 高、发热量大和价格高昂的缺陷, 但LED在显示质量方面 的优势得到了充分体现。LED的结构参见图1 2 。 LED作 为LCD背 光 会 带 来 哪 些 好 处 呢? 首 先 , 采 用 LED背光的液晶 显 示 器 的 体 积 将 进 一 步 缩 小 。LED背 光 源是由众多栅格状的 “格子”组成, 每个 “格子”中都 有一个LED管, 这 样LED背 光 就 成 功 实 现 了 光 源 的 平 面 化。例如4 0 英寸的液晶电视一般要用3 0 0 只LED。 平 面 化的光源不仅有优异的亮度均匀性, 还不需要复杂的光 路设计, 这样一来LCD的厚度就能做得更薄, 同时还拥 有更高的可靠性和稳定性。另外, 与传统CCFL背光源相 比, CCFL覆盖的色域只有NTSC标准的7 0 %左右, 而LED 背 光 技 术 的 出 现 彻 底 打 破 了 液 晶 显 示 器 色 彩 不 足 的 问 题, 其色域达到了NTSC标准的1 0 5 %。其次, 在发 光 寿 命 方 面 , LED也 将CCFL 远 远 抛 在 后 面 。 普 通 的CCFL 一 般的 图 10 CCFL 灯管配置情况 使用寿命在3 万小时左右, 一些顶级的CCFL的发光 寿命也不 过在6 万小时 左 右 , 而LED的 寿 命 已 经 高 达1 0 万小时。 一般一个完整的液晶电视LED背光板系统包含了几 个部分: LED、散热系统 ( 因 为LED在 发 光 效 率 尚 要 提 升 的 状 况 之 下 , 会 产 生 很 高 的 热 量 , 因 此 需 要 散 热 系 统) 、光学与机构设计组件、LED传感器 ( 负责收集LED 系 统 状 况 信 息 以 反 馈 到 图 像 处 理 上) 以 及LED驱 动I C ( 负责驱动LED以显示亮度与色彩) 。而图像处理的功能 色度图图 11 负责接受电视信号端传来的信号, 将其传给整个LED背 光板系统, 因此, LED背光板设计重点其实在于整个电 需要多组反流器, 可以省下较多的用料成本, 且FFL为 平面型光源, 光均匀度在设计上比CCFL、LED都来得容 易, 且亮度充足, 不需使用价昂的增亮膜, 这也同样有 助 于降低成本。更重要的是 , FFL在组装程序上相当容 易, 无论是在背光模块的组装, 还是在LCD TV成品的组 装, 都可用全自动化的生产流程来执行。 FFL 的 缺 点 是 氙 ( Xe ) 放 射 的 紫 外 线 波 长 比 使 用 汞 ( Hg ) 的短 ( Xe : 1 7 2 n m; Hg : 2 5 4 n m) , 因此需要 特 殊 荧 光 粉 调 配 及 开 发 新 型 反 流 器 , 且 在 玻 璃 内 抽 真 12 LED 图 空、封装技术、气体量的控制, 都成为此产品制作时的 技术门槛。其中最主要的问题在于一般平面光源的电极 现在成品化 的 大 尺 寸LED背 光LCD都 搭 配 了 主 动 散 热 系 位于玻璃内部, 制作不易。过去这些问题使得FFL背光 统的原因。新一代白光LED的发光效率已经提升到了5 0 l m/ W, 据 报 道 , 1 0 0 l m/ W的 白 光 LED已 经 做 出 来 了 。 毫无疑问, 成LED背光技术在不久的将来会取代CCFL, 一直无法大幅降模块的成本与传统CCFL背光模块相比, 为LCD主流背光源。 低。但上述缺点正在得到较好的改善。 3.FFL 4.EEFL FFL ( Fl a t Fl u o r e s c e n t La mp ) : 平 面 荧 光 EEFL ( Ex t e r n a l El e c t r o d e Fl u o r e s c e n t Sa ms u n g El e c t r o n i c s ) 与三星康 灯, 是三星电子 ( La mp ) : 外置电极荧光灯。其电极在灯管的外面, 这与 宁 高 精 密 玻 璃 公 司 ( Sa ms u n g Co r n i n g Pr e c i s i o n 一般的荧光灯是大不相同的。其外置电极间产生的电场 Gl a s s , SCP ) 合作研发的一种新光源 。 该 技 术 采 用 氙 形成灯管的发光体——等离子体 ( 参见图1 4 ) 。它是基于 气 ( Xe ) 为 光 电 之 间 的 转 换 材 料 , 具 备 无 汞 的 环 保 要 电磁感应的原理, 使等离子体与电路磁力线耦合, 利用 求, 它和普通采用水银为光电转换材料的荧光灯有所不 套在灯管外 面 的 一 对 金 属 电 极 在 灯 管 内 形 成 感 应 电 流 , 同 ( 参见图1 3 ) , 基本构造包含了背面玻璃和 前 面 玻 璃 等主要零件, 并以厚膜印刷等技术在背面玻璃上构成电 极, 各电极以低熔点玻璃等诱电体层覆盖, 并在背面玻 璃 上形成反射膜, 在其上设置荧光体层。在前面玻璃内 侧 亦涂敷荧光体。其中支撑物负责两片玻璃间的放电空 间, 并确保抽真空时玻璃不会被外界大气压力所挤压破 裂。因此支撑物的平均高度与分布的位置决定了产品量 产时的良品率。 首先将两平面玻璃内抽真空, 接着填充固定比例分 压的混合惰性气体—氙气 ( Xe ) , 然后 在阳极与阴极 — 之间施加一高电压产生之电位差放电, 使得腔体中的氙 FFL 结构图 原子受到激发而成为氙分子与低能阶电子等激气 ( Xe ) 发态粒子。当氙分子回复到氙单体原子之际, 便释放出 紫 外 线 。 涂 敷 在 玻 璃 空 间 中 的 荧 光 粉 受 此 紫 外 线 激 发 后, 便产生了可见光。 FFL主要优点有寿命长 ( 6 万,1 0 万小时) 、操作温 度范围大( - 4 0 ?C,8 5 ?C) 、 制 造 成 本 低 、 容 易 组 装 成 背光模块、使用光学膜较少、背光模块厚度较薄、无汞 环保。 FFL背光技术的好处在于它是单一灯源, 单一灯源 只要一个反流器 ( I n v e r t e r ) 便可驱动, 相对于CCFL 图 13 FFL 发光原理 而不像普通荧光灯一样, 利用电极将外部的电能 转化为灯内部工作所需要的能量。套在灯管外面 的一对金属电极的作用犹如变压器的初级线圈, 而闭合的灯管的作用犹如变压器的次级线圈。电 子镇流器可根据需要, 与灯管分开安装。在接通 电源后, 电子镇流器会产生3 0 k Hz ,7 0 k Hz 的交 变电流, 从而在放电区产生交流磁场。根据法拉 第电磁感应定律, 变化的磁场会在灯管内产生感 15 CN T 图 应电流, 在含汞的情况下, 使低压汞和惰性气体的混合 蒸汽产生放电, 辐射出2 5 3 . 7 n m的紫外线, 再通过荧光 种未来相当看好的背光技术 ( 参见图1 5 ) 。 碳 纳 米 管 一 粉转化为可见光。若采用1 0 0 %无汞, 则Ne 、Xe 混合 样采用放电方式来产生背光照明, 且其放电不需要依赖 惰性气体, 能以真空方式进行放电, 如此就比使用惰性 ( 因 此外低成本、低用FFL还要更具环保性, 气体取代汞的气在3 0 k Hz ,2 7 0 k Hz 交流下产生1 4 7 n m或其他波长 外加电场情况而异) 的紫外线, 从而通过对应荧光粉转 电、轻薄等也都是其优点, 不过其光均性与点亮驱动等 方面仍不够稳定。 化为可见光。与传统的CCFL相比, CCFL每一个逆变器只 能对应一到二根灯管, 灯管数一多, 逆变器数也跟着增 长 度 大 概 是碳 纳 米 管 的 碳 管 平 面 大 概 是 4 n m, 加, 后来改成利用银作相对的消耗功率及产生的热量也顺势提高。EEFL所 1 5 μm。本来早期电极是用Mo - Ti p , 用的逆变器, 可以驱动多根灯管, 逆变器数减少, 相对 PDP 所用的银电极, 在介电层部分 为电极, 也就是目前 的背光板的设计就会较为简化, 成本也就会跟着下降。 用目前PDP 所 用 的 一 些 玻 璃 材 料 就 可 以 , 所 以 和PDP 的 技术很类似。由于是使用现有成熟的PDP 材料, 然后再 EEFL背光技术是由LG. Ph i l i p s 所提倡, 已经用 加上CRT的技术, 所以碳纳米管成本 相对便宜, 已引起 于实际的量产商品上, EEFL的首要优点是反流驱动器的 相当多的业者注意。 数目缩减, 过去直落式CCFL背光的作法, 是每个荧光灯 管都要对应一个反流驱动器, 然而改用EEFL作法则可缩 另 外 , 碳 管 场 发 射 本 来 就 是 一 个 自 发 光 的 组 件 , 由 于 碳 纳 米 管 场 发 射 是 自 发 光 的 特 色 使 得 未 来 应 用 在 使用料成本降低, 减反流器的数目, 约可减少2 个,4 个, 背 光 模 块 上 , 将 会 节 省 掉 例 如 扩 散 膜 及 导 光 板 等 等 光 同时也有助于提升生产良品率。 学 薄 膜 , 这 在 背 光 模 块 的 结 构 上 , 可 以 降 低 相 当 多 的 成本压力。 5.CNT 碳 纳 米 管 场 发 射 除 了 制 作 方 式 很 简 单 外 , 也 具 备 碳 纳 米 管 ) , 这 是 一CNT ( Ca r b o n Na n o Tu b e , 了 一 些 相 当 不 错 的 特 性 , 因 为 碳 纳 米 管 场 发 射 有 一 个 低 转 变 电 场 , 大 约 是0 . 8 V/ μm, 这 就 是 说 , 驱 动 电 压 不用太高, 碳纳米管跟现在的PDP 一样, 大约是2 0 0 V, 3 0 0 V, 而瞬间电压大约是1 0 0 V, 目前三星 更 可 以 做 到 8 0 V, 以现有的驱动I C就可以完成驱动电路的设计, 另 外 因 为 发 射 电 流 密 度 很 大 , 使 得 荧 光 粉 的 亮 度 也 会 比 较亮。 除 了 上 述 各 种 背 光 灯 外 , 还 有 一 种 由Ph i l i p s 集 团 下 的 照 明 事 业 部 提 出 的 HCFL ( Ca t h o d e Ho t Fl u o r e s c e n t La mp , 热 阴 极 荧 光 管 ) 背 光 技 术 。 在 相 同 的 画 面HCFL 的 首 要 优 点 也 在 于 光 管 数 的 缩 减 , 尺寸下, 传统CCFL的背光方法需使用1 2 根,1 6 根光管, 且 色 饱 和 度 方 面 也 有 大 幅 的相对的HCFL 却 只 要1 1 根 , 进 步 。 可 惜 的 是 其 功 耗 过 大 , 此 方 面 仍 需 极 大 的 改 进 图 14 EEFL PAV 强化。