LED背光在液晶顯示中的應(yīng)用技術(shù)---無濾光膜技術(shù)

場序彩色（ Field-Sequential Color ）LCD由三色背光源按時序分別點亮，液晶屏根據(jù)顯示的信息控制透過光的顏色和亮度而實現(xiàn)時間上的加法混色，不需要彩色濾光膜 , 像素數(shù)目變?yōu)槠胀ㄍ高^型 LCD 的 1/3 ，更容易實現(xiàn)高容量、大畫面顯示，可能成為 LCD 的發(fā)展趨勢。無彩膜技術(shù)的面板生產(chǎn)上將帶來革命性的影響，也是LED背光在 LCD 領(lǐng)域最為重要的應(yīng)用。除了成本降低外，制程工序的簡化對相關(guān)成本（生產(chǎn)和人力等）的降低和生產(chǎn)效率的提高作用不可小視。在 2005 年 10 月，三星展出了如圖 3 所示的無彩色濾光片 32 英寸 LED 背光液晶電視，并計劃于 2006 或 2007 年量產(chǎn)。這項技術(shù)是致命性和轟動性的，這意味著，如果同類電視廠家不能掌握同類技術(shù)，那么將根本無法和三星的產(chǎn)品相抗衡，國內(nèi)的面板和電視產(chǎn)業(yè)將岌岌可危。

Hunet 公司應(yīng)用這一技術(shù)開發(fā)的 1.5 英寸 1/4VGATFT驅(qū)動的便攜電話顯示器，像素大小只有 96micro;m, 透過率達 15% ，是普通彩色TFT-LCD的 3 倍。 Hunet 公司在 1999 年初還展出了 12.1 英寸 SVGA 場序彩色顯示 TFT-LCD 。為實現(xiàn)場序彩色顯示，液晶的響應(yīng)速度最慢要達到幀頻的 1/3 ，而要達到優(yōu)良的顯示質(zhì)量，響應(yīng)時間應(yīng)為 2-3ms。在向列液晶顯示模式中，理論計算和實驗都表明 OCB(Optically Compensated Bend) 模式可以實現(xiàn) 2 ms 的響應(yīng)速度，可以滿足這一要求。又因為 P-Si可以實現(xiàn)高速驅(qū)動 , 所以 , 利用低溫多晶硅驅(qū)動的、 OCB 模式的、場序分割顯示的液晶顯示器已經(jīng)成為現(xiàn)在研究的熱點之一。此外， Hunet 公司還采用的高速 TN 模式、富士通研究院開發(fā)采用的快速鐵電液晶實現(xiàn)了場序彩色顯示。
點陣式的LED背光源可以將整個屏幕分成若干區(qū)域，根據(jù)顯示的影像信號，可單獨控制每個區(qū)域的發(fā)光量。如圖4所示，區(qū)域亮度通過調(diào)節(jié)把整個顯示區(qū)分成4個部分，通過對視頻信號分析，計算出每個區(qū)域的輝度值，在輝度小的區(qū)域，適當(dāng)降低相應(yīng)背光的亮度，在輝度大的區(qū)域，則增加相應(yīng)背光的亮度。這樣就有效地降低了暗場時液晶漏光的問題，得到更加黑的黑色，亮度和對比度都得到了提高，而且亮度的范圍也更廣了。通過LED背光技術(shù)黑色的光通量能降低到0.05流明，對比度高達10000:1，可以和等離子電視媲美。LED在單獨控制每個區(qū)域的發(fā)光量的同時使用6～40V的低壓電源，供電模塊的設(shè)計簡單，這種采用LED背光源的液晶屏比通常用的液晶屏省電48％。因為產(chǎn)生的光線沒有先天不足，LED背光系統(tǒng)可以實現(xiàn)真實的圖像還原，無論色彩還是亮度都遠遠超過了以往的液晶電視。畫面中細膩的膚色、潤澤的綠葉和廣袤的風(fēng)光可以產(chǎn)生身臨其境的感覺。在SID2005上LG-Philips就展示了使用LED背光光源的超高對比度47英寸液晶電視，對比度高達10000:1。

液晶顯示器作為電視機應(yīng)用還存在兩個主要缺陷：嚴(yán)重的動作贗像（出現(xiàn)在觀看運動鏡頭或是動作片時）以及對比度不足（暗場條件下）。造成動作贗像可能有幾個原因，其一是遲緩的屏幕響應(yīng)速度。但是，即便設(shè)計人員把響應(yīng)時間縮短到預(yù)計動作贗像應(yīng)該消除的時間以下，動作贗像依然完全可見。因為實際上只有在人眼中才會產(chǎn)生圖像拖影現(xiàn)象。人的眼睛只能在追蹤目標(biāo)時才可以敏銳地察覺到運動物體，這只有在目標(biāo)作直線或近似直線運動時才有可能。這就是采用不間斷背光源的 LCD 的不利之處。因為 LCD 以幀頻輸入視頻數(shù)據(jù)并在整個幀周期內(nèi)保持，屏幕上的物體呈現(xiàn)階梯狀運動而非不間斷運動。例如，屏幕上的一物體在 2 秒鐘內(nèi)從左運動到右，這種情況并不罕見。進一步假設(shè)每線有 1440 個像素的 LCD 屏，其幀頻為 60H z ，那么在一幀周期內(nèi)就有 12 個像素導(dǎo)致圖像拖尾的滯留效應(yīng)！這對于標(biāo)準(zhǔn)電視是不可接受的，對于高清電視就更不妥當(dāng)了。

黑屏插入技術(shù)是常用的縮短響應(yīng)時間的技術(shù)。通過在每個圖像幀之間插入黑色幀，可以產(chǎn)生與 CRT 相似的快速脈沖調(diào)制效應(yīng)。人腦可以濾除這種閃爍并自動產(chǎn)生中間圖像，這樣就可以消除觀看快速移動物體而時出現(xiàn)的模糊現(xiàn)象（如圖 5 所示）。 2006 年 6 月份友達光電發(fā)表的 GFI 超高速反應(yīng)技術(shù)已經(jīng)可以達到小于 4ms 的 GTG 響應(yīng)時間，于 2006 年第三季度 應(yīng)用于液晶電視面板上。閃爍的 LED 背光也可以起到和黑屏插入相類似的效果，不同的是，該技術(shù)利用有規(guī)律的熄滅背光達到黑屏的效果。此外，通過對背光進行脈沖調(diào)制的背光掃描技術(shù)也可以達到很好的效果。目前的趨勢是將這幾種快速響應(yīng)技術(shù)結(jié)合使用，以獲得更短的灰階響應(yīng)時間。

上圖表示的是閃爍背光和掃描背光改善動態(tài)拖影的原理。即選擇在液晶響應(yīng)曲線適當(dāng)?shù)奈恢么蜷_或關(guān)閉LED背光。當(dāng)液晶響應(yīng)曲線處于緩慢上升或下降的階段（拖尾階段），就關(guān)閉背光源，在液晶響應(yīng)曲線平穩(wěn)階段打開背光源。由于LED的響應(yīng)速度遠遠超過液晶響應(yīng)的速度，所以相比CCFL背光，LED背光完全可以勝任。

利用掃描背光源還能有效提高顯示對比度。在外部環(huán)境亮度較低的情形下使用 LCD 電視時， LCD 屏幕上暗場景的對比度明顯不足。因為即便是暗態(tài)背光源也會有些漏光，這時候從某一角度看屏特別明顯。在暗場景狀態(tài)，可通過減小背光亮度同時增強屏的透射來提高顯示圖像的對比度。減小光照占空比可以降低亮度。用掃描背光減低亮度有另外的好處。在沒有掃描背光的條件下，幀與幀之間的照明沒有明確界限，于是此幀的減暗行為可能會覆蓋到下一幀。在有掃描減暗背光的情形下，因為存在與屏上尋址相關(guān)的精確照明時序，完全可以尋址一整幀而與前一幀或后一幀無關(guān)。與非掃描減暗背光相比，有掃描減暗背光更容易采用快速響應(yīng)的方法來改變亮度，非常有利于從暗景到亮景的跳變。