如何實現(xiàn)背光源的有效管理

背光是顯示系統(tǒng)中耗電量最大的部分，除了特別大的屏幕，LED已經幾乎在大部分顯示屏中取代了CCFL，大幅降低耗電量，但如果不加以有效管理，背光仍然會過度消耗電源。本文主要介紹LED背光的興起，并分析能夠擺脫背光需求的OLED顯示技術。

OLED電源管理

OLED顯示屏的能源消耗值并不是固定的，而是取決于當時顯示的圖像。典型視頻和圖片顯示應用時，實現(xiàn)全部像素充分發(fā)光所消耗的功率只有理論“最大”值的25%。對功耗要求嚴格的應用來說，還可通過圖像設計來降低功耗。例如，以負性模式（黑底白字）顯示圖像比正性模式（白底黑字）要更加節(jié)能，因為只需要啟動約十分之一的像素。

像素明亮度也影響著功耗。節(jié)省能源的方法既包括在環(huán)境光允許條件下降低所有像素明亮度，也包括對環(huán)境光敏感的明亮度管理，如把菜單中無法選擇的選項調暗等操作。降低明亮度還可延長顯示屏壽命。當電源要求非?？量虝r，也可以考慮改變常用菜單顏色，因為紅色和綠色像素要比藍色更加節(jié)能。

由于OLED像素的電容特性，刷新頻率對功耗也有影響。很高的幀頻會增加充電周期次數，進而增大功耗，同時也會讓顯示變暗，因為像素在每次刷新周期中沒有時間充分充電。在不導致可視圖像“抖動”的前提下，刷新速率設置應盡量壓低。通常來講，比較合適的刷新頻率為75赫茲，不過有時候低達60赫茲也可以蒙混過關。

因為OLED是放射式技術，持續(xù)使用中像素退化過程會非常緩慢。一方面可以使用待機模式和超時模式來放緩老化過程，另一方面也可以考慮設置屏保。屏保中使用的像素數目和像素明亮度可以根據上述介紹進行管理。

圖1：諾基亞N85電話，OLED顯示屏

OLED——無背光技術

LCD的驅動自身消耗能源極低，而且顯示系統(tǒng)的能耗幾乎全部為背光所需，只要電源不關掉，背光通常會照亮所有顯示區(qū)域。

相比之下，OLED是放射式技術。每一個像素都放射出自己的光，未啟動時不會發(fā)光，幾乎不耗能。與背光LCD顯示屏不同，OLED能夠產生真正意義上的黑色，對比度大幅提高，通常為10000:1，而傳統(tǒng)的TFT顯示屏則為400:1。OLED也更加明亮，其中一個原因是LCD顯示屏的成對偏光片會過濾掉背光放射出的一半燈光，而OLED不需要成對偏光片。

從審美角度看，OLED技術憑借強化后的明亮度和對比度也絕對優(yōu)于LCD。OLED顯示屏的反應時間通常是50μs，而LCD是25ms，這意味著OLED全動態(tài)視頻速度得到提升，灰階再現(xiàn)品質大幅優(yōu)化。

根據上述原因，雖然OLED成本更高，壽命更短，但越來越多造型/性能很酷的消費產品對此加以采用，比如索尼的X系列Walkman隨身聽，諾基亞N85和微軟Zune HD等產品。OLED技術也出現(xiàn)在工業(yè)市場上，配以開發(fā)和評估工具包，適用于各種型號（0.79至7.0英寸）和分辨率（64×48至480×272）。

LED背光的優(yōu)勢與缺陷

LED背光目前已是10.4英寸以下工業(yè)顯示板標準，甚至在15英寸以下也可選擇。由于LED使用直流供電，驅動更簡單，無需換流器，效率得到提升，電源消耗隨明亮度增加約成線性增長，簡化了電源管理。因此，大多數中小型顯示屏目前都安裝了LED。

雖然LED背光擁有明顯優(yōu)勢，但也存在一些缺陷。白色LED并不是真正意義上的白色，實際上是藍色LED加黃磷產生的白光，光譜曲線上綠色和紅色部分中存在間隙。為實現(xiàn)最佳色彩平衡，質量上乘的LCD顯示屏安裝的是RGB背光。

不管型號大小如何，大多數顯示屏都需要一個以上的LED才能實現(xiàn)可接受的明亮度，不同LED之間的亮度均勻性則更難實現(xiàn)，特別是當LED老化時問題更加嚴重。電源效率也是要考慮的問題。制造商使用MEMS和其他光導技術將光照擴散到更大的區(qū)域，實現(xiàn)最大明亮度和均勻度。

圖3：日立TX17 6.5英寸LCD顯示屏，LED背光

實現(xiàn)LED背光利用最大化LCD顯示屏的性能各不相同，重點參數包括明亮度、對比度和可視角度。明亮度的標準較為規(guī)范，由黑暗房間內背光驅動最大化、所有像素呈白色情況下每平方米坎德拉數確定。對比度數值比較起來相對難一些，因為關于對比度存在不同的解釋，不過基本上都是將系統(tǒng)能夠呈現(xiàn)的最亮色彩（白色）與最暗色彩（黑色）的亮度相比較?？梢暯嵌葎t比較主觀。

顯示明亮度受到TFT顯示屏傳輸率的影響。每個像素都由薄膜晶體管所控制，但晶體管會將該像素的一小部分遮蔽住。通過使用低溫多晶硅（LTPS）等技術，能夠縮小該晶體管的規(guī)模。

圖4：AMOLED 3.5英寸OLED顯示屏評估板

根據性能數據，可以列出一些顯示屏以供選擇，但如果要求在苛刻條件下也要實現(xiàn)良好可見度，對電能消耗也有要求的話，最佳建議是在若干不同顯示屏上模擬實際應用，在每個案例中衡量背光電源，其中要考慮顯示屏使用環(huán)境的環(huán)境光、可能的可視角度等因素。有時候對承載關鍵信息的色彩進行改變也會對顯示性能產生影響。

小結

當今世界便攜式產品一方面要求降低能耗、重量和成本，而另一方面要求添加多媒體功能，連最單調的測量測試系統(tǒng)也要進行美觀設計，導致兩方面存在著矛盾沖突。移動電話市場就像一個大試驗場，各種旨在調和雙方矛盾的新技術都可以拿到市場上進行實驗。當年LED背光首先就應用在移動電話顯示屏上，現(xiàn)在已經成為工業(yè)市場上中小型顯示屏的普遍標準。OLED技術似乎也會遵循同樣的發(fā)展道路。