教練~我好想挑一顆液晶螢幕!淺談LED與CCFL背光技術

 

LED (Light EmittingDiode)是一種發光二極體,利用固態半導體晶片直接作為發光材料。當我們在其兩端加壓,則會引發半導體中的載流子發生複合現象(Auger recombination),繼而激發光子運動,產生我們肉眼可見波長

之能見光。由此可知,LED能夠直接發射紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫、橙、白等各色光。

許多人誤以為LED是一種液晶分子的排列技術,把LED與LCD混為一談;事實上LED乃是意指通過控制發光半導體,用以顯示文字、圖形等畫面的一種背光技術。待有朝一日,當製程成熟後,LED面板能在低成本下進行規模生產,屆時「真LED面板」顯示器或許亦為水到渠成之事。眾所周知,傳統LCD,採用CCFL作為背光燈源,然而,與近年來風行的LED背光技術究竟有何差別?就讓我們深入瞭解。

 

 

 

 

■ CCFL 老兵不死

顧名思義,一台液晶螢幕最關鍵的靈魂角色,當屬其發色用面板。我們曾在先前《176期》–淺談液晶面版一文中,提及當前主流技術區分為三大陣營,分別為TN、VA、IPS顯色技術。

不同種類的面板,表現在螢幕上的各種特性皆不盡相同,價格更存在相當落差,這些因素都決定性地影響玩家的使用感受。

其次,當屬背光模組的部份。由於液晶分子本身並不具有發光的能力,因此我們必需給他一個背光源,方能將液晶分子排列所呈現出來的畫面,讓雙眼清晰看見。在數年前,市面上背光模組多為CCFL(冷極陰管),而隨著科技發展的日新月異,近年來LED漸有大行其道的趨勢。

 

圖 / 冷極陰管(CCFL)通常設在面板背側,是傳統顯示器中經常選用的背光模組。(圖片來源︰wiki百科)

 

 

 

■ 節能減碳有一套

市面上多數主流CCFL TN液晶顯示器,在亮度全開的情況下,功耗大約落在40~50W之間,LED TN液晶顯示器則大約落在20W~30W之間;但多數情況下我們不會將亮度全開,而是落在50~80之間的亮度設定,讓眼睛在長時間使用下不易感覺疲勞。

相較之下,LED作為下個世代,液晶顯示器的主流背光元件,相對於傳統CCFL背光模組,擁有更多的優點。

在電費日益高漲的今天,消費者對於省電節能的需求可說是迫在眉稍。在同樣的亮度下,一般主流性LED消費產品,大約能夠省下20%~40%的電力需求,長期來看,對於電費節約也算是不無小補。

此外,隨著製程成熟與規模量產,理論上,在300 cd/m2亮度基準下,LED相較於CCFL日後有望省下60%以上的電力,對於筆記型電腦等產品,無疑是一大福音。也因此,近來筆電上幾乎已看不到搭載CCFL背光機種的身影,由此可見,LED省電節能的特性的確其來有自,廣獲筆電大廠們一致認同。

 

圖 / 美商蘋果得意之作”Mac Book Air”能夠如此輕薄,LED背光技術絕對功不可沒。

 

 

 

■ 無汞無毒無危害

許多讀者可能並不知道,CCFL背光元件中,內含「汞」這項有毒物質,在整個生產過程當中,對於環境的危害相當劇烈;同時,如果玩家充滿熱情,在不知情的狀況下,自行拆解研究,若不慎打破燈管,那麼將有可能對人體造成危害疑慮。

事實上,在我們的日常生活中,家中燈具及各式電子產品裡,或多或少都含有「汞」成份的存在,甚至在早期的補牙材料中,亦可探見「汞齊」的蹤跡。

由於汞(俗稱︰水銀)在週期表中,是常溫下唯一存在的液態金屬,因此也具有液體揮發的蒸氣特性;同時,汞的吸附性極佳,容易被衣物、背褥、牆面所吸收,如果不慎打破液晶顯示器,燈管裡的汞蒸氣在密閉空間裡產生循環之後,便形成一個連綿不絕的污染之源。

讀者們可能不知道,急性汞中毒會造成腹痛、血尿等症狀;而慢性汞中毒,則容易導致身體組織發炎、神經失調、精神焦慮等症狀,不可不慎!

而新一代LED背光就沒有毒性與環保的疑慮,因此能夠成為下一代液晶顯示器的主要元件,自是有其重大優越性存在。

 

圖 / 只要在電氣產品上,看到Hg Free綠葉標章,

即可知該產品通過無汞製程認證。

 

 

 

■ LED=﹛WLED,R/G/B LED﹜

LED背光目前又主要區分為兩大陣營。其一為WLED(White Light Emitting Diode),也就是白光二極體;其次為R/G/B LED(R/G/B Emitting Diode),也就是三色獨立發光二極體。

WLED為多數平價入門式液晶顯示器所採用,將背光模組放在機身側部,利用導光板,將LED所投射出的光線均勻分佈至各區域;因此,當導光板品質不佳,或是結構層的粘合發生異狀時,漏光就會顯得極為明顯。相較CCFL,WLED背光模組的驅動電壓更低、色階表現更好、亮度分佈也更加勻襯。

另一方面,在高階LED液晶顯示器上,則採用了R/G/B LED背光模組,使用三原色基調,調和生成白光。雖然這種作法看似高科技,但由於變數增加,在實務控制上將變得更加複雜,諸如︰電壓、電流的變化所導致的色彩偏移,以及響應時間等問題,都不是容易解決的小瓶頸。反映在製造成本與研發成本上,R/G/B LED背光技術,就不是每家廠商都願意跳進來玩。

R/G/B LED相較WLED,最大的優勢在於亮度與對比上更勝一籌,同時能夠維持更好的流明。

 

圖 / 從R/G/B LED驅動IC架構中,可以理解若找出更優秀的控制演算方法,往往不是改幾個步進就能

解決,通常需要大改整個架構,成本驚人。(圖片來源︰AMS微電子公司)

 

 

 

■ 廣色域 覆蓋率

我們曾在178期專文中,討論到影響亮度的幾個主要指標,同時也連帶牽涉色彩還原性;而亮度的高低,主要又取決於偏光板、濾光片、背光模組,液晶分子開口率等指標參數。

NTSC(National Television System Committee),是1952年12月由美國國家電視標準委員會制定的彩色電視廣播標準,也是我們一般用來衡量消費級家用螢幕,色彩還原力的標準之一。這項指標,大致而言,係指在整個色彩空間內,顯示器在各種色彩上所能夠呈現的飽合度;換句話說,也就是藍、綠、紅三原色的還原程度。

早期傳統CCFL背光技術,在材質上受限於螢光本身的物理特性,在紅光的發色能力上略嫌薄弱;所採用的濾光片混色能力也難以令行家滿意,能夠覆蓋的色域範圍,僅有NTSC標準的65%~75%。

也因此在多數平價入門級液晶顯示器中,我們可以發現其色域曲線,在黃色、綠色以及紅色之區塊,離標準距離較遠。這也是消費級液晶顯示器,對於如茵碧草、樂器泛黃光澤、深藍大海難以忠實重現的原因所在。

另一方面,LED所發出來的白光相較傳統CCFL更加純淨,因此覆蓋色域更加寬廣,若採用RGB三色LED背光模組,甚至能夠達到 NTSC 色域105%以上的覆蓋率,這也是多數廠商對LED背光的未來寄予厚望的原因之一。

 

圖 / 人類可視色域,大約為NTSC 115%,一般消費級顯示器大約落在72%~92%。詳情將會再日後

校色專題,更加深入地介紹。

 

 

 

■ 悠長的工作壽命

相信大家在選購各種電氣產品時,都期盼運作時間能夠長長久久。在這個部份,LED相較於CCFL背光,擁有更加綿長的使用壽命,這同時也暗示了LED有更長的亮度衰減周期;對於美工繪圖的專業人士來說,在校色後,具有更佳良好的時間可靠度。

理論上來看,LED使用壽命可達10萬小時,若以每天開機10小時計算,大約可以用上27年的時間;從實務面來說,往往驅動電源部份壽命比不上LED背光模組,並且隨著技術與製程的演進,LED的壽命與亮度衰減周期,尚有努力進步的空間。

更重要的一點,則在於LED相較傳統CCFL背光更為纖瘦輕薄;可想而知,今日消費者對顯示器美感的要求與日俱增,要實現刀鋒極薄的身形,LED的確是不可或缺的一大助手。這也是在省電之外,越來越多筆電對於LED背光系統趨之若鶩的最主要原因,沒有之一。

談了這麼多LED的優點,似乎家中的CCFL LCD可以通通拿去作雞精了?其實不然!天下沒有完人,LED也不會是完燈。如同雙面刃般,LED尚存在一些難以克服的缺點,就讓我們繼續往下細細探討。

 

圖 / 美工、出版用途之液晶顯示器,往往需要定時校色,避免背光模組亮度日漸衰減,所導致的失真現象。

 

 

■ 亮度 ─LED的最大罩門

開門見山地說,LED相對於CCFL背光系統,最大的瓶頸在於亮度問題;也就是說,LED與傳統CCFL比起來「不夠亮」。因此,入門級LED液晶顯示器在亮度上會顯得偏低一些。

只要讀者逛上一圈3C賣場,便能發現多數CCFL液晶顯示器的亮度規格,大約都落在300cd/m25之上;就算是下殺低價機,至少都有250cd/m2的水準演出。

然而,賣場上隨處可見LED液晶顯示器,亮度大約都落在250cd/m2,除了少數機種標榜擁有300cd/m2之亮度實力,更有甚者,亮度落在200cd/m2以下亦所在多有。

亮度往往能夠決定一顆顯示器的畫面表現,如果讀者不知亮度對畫面的影響,試著將其調整0與100兩個極端作出比較,你將發現,過暗時某些細節將會消失不見,對於遊戲、電影等常常需要高亮度才能分出黑階對比的情境來說,早期LED液晶顯示器往往會顯得力不從心。

所幸許多專業大廠,諸如︰明碁、華碩、飛利浦等,很早就針對這個問題加以改善,皆有獨特的方法,像是將WLED作在底部,便能改善漏光問題,讓亮度表現更佳。然而,由於背光需要考慮到諸多元件佈線上的最佳化,WLED底部化的作法也考驗著廠商的製造水平,可說是知易行難。

胖達家中兩間書房內,各自恰有一台LED與CCFL液晶顯示器,經搬出來對照比較,LED亮度調整至75,恰等於CCFL 大概50亮度。這除了印證CCFL的發光能力略勝一籌之外,同時更曝露了各廠牌間,液晶顯示器的亮度單位混亂不堪,沒有一個嚴謹的對照標準。

 

圖 / IPS系螢幕,或多或少存在著漏光問題,這是由於晶體無法克服每個視角的遮光能力所產生的結果

,主要並非由背光模組引起。在學術上,該現象稱之為︰IPS glowing。

 

 

 

■ PowerMark 細心、專業、公正

各廠牌顯示器之間的亮度單位並未統一,這件長期亂象,胖達發現專業、公正的芬蘭軟體評測大廠FutureMark早已所有注意。在去年冬天,FutureMark曾推出一款PowerMark測試軟體,專以評鑑筆電、平板等其他裝置之電池續航力的基準測試。

內行的朋友都知道,處理器、記憶體、SSD近年來對於功耗的追求漸趨嚴苛,因此一台筆電中,液晶螢幕所佔的耗電量,往往扮演著舉足輕重的角色。而其中,亮度影響液晶螢幕功耗表現,可謂至關重大。

然而,在筆電螢幕中,「你的亮度不等於我的亮度」,各廠牌之間亮度並未有一個明確的統一規範,已成為了一種歷史共業。

但見FutureMark細心之極,提醒使用者進行PowerMark評比之前,應使用「亮度校準」(Brightness Calibration) 功能,校準至110 cd/m2亮度規範,並於在符合ECMA-383規範的環境中進行測試,便能夠得到最為公正、客觀的結果,這恰是一般軟體所無法辦到。

 

 

圖 / PowerMark右上角「亮度校準」(Brightness Calibration)功能,提醒測試者,顯示器亮度高低

影響電池蓄航力至關重大,芬蘭大廠細心、專業,可見一斑。

 

 

 

■ 色彩控制 仍待加強

除了亮度這個天生難以追上CCFL的門檻之外,在均光性上,也是一門待優化的項目。眾所周知,LED背光為點光源之集合,若LED單元事前未經嚴格比對、挑選,那光線在一齊發出時的均勻度上,便會產生相當大的疑慮。

另一方面,在實務上更常見到某顆LED亮度衰退嚴重,甚至壽命先行告終,對於「均光性」確是最為沉重的打擊與傷害。同時,這也是許多顯示器大廠極欲改善的一門課題;畢竟顯示器的維修保固成本,相對於電腦其他零組件,更是一筆龐大的支出,良率太低將會嚴重侵蝕獲利。

最後,一台顯示器的好壞,在於其色彩準確度是否高。CCFL技術由於行之有年,經過不斷地改良優化,在色彩控制上已經非常成熟;相較之下,LED背光目前在色域上仍存在色準問題,難以精確控制。

因此,目前可見諸如Eizo等針對美工、出版用途所推出的顯示器,背光仍採用CCFL技術。不過,據可靠消息表示,Eizo原廠已克服技術瓶頸,即將推出專業級LED液晶顯示器,就讓我們一起拭目以待,期待後續表現。

在經過簡單比較LED與CCFL的分野後,那麼我們又應該如何挑選一款適合自己的液晶顯示器呢?除了價格取向之外,用途應該是使用者最重要的考量。

 

圖 / 本次在ComputeX展場中,ASUS PA248QJ大出鋒頭,隨機搭贈Spyder 4 套件與遮光罩,並提

供R、G、B、C、M、Y各色單獨調整,色域達至100% sRGB。共重要的,24吋、16︰10的優

質規格,在今日已屬難能可見。

 

 

 

■ 文書機 大點距

一般坐在辦公室進行簡單的文書處理,其實不需要追求廣色域等表現。胖達認為,能夠在最低亮度下,看得清楚,看得舒服,則是一款文書導向顯示器最需要注意的地方。

在這個前提下,胖達認為一款24吋16︰10顯示器最能挈合需求。這是由於LCD的點距越大,在原生解析度的設定下字體也隨著越大,看起來當然也就較為舒服不吃力。

計算點距的方法非常簡單。首先,我們先用在國中就學過的畢氏定理,求出LCD在原生解析度下的對角線長度,此時單位為「像素」。

接著,將前一步所計算出來的結果,以之除以LCD的尺寸,此時的單位為「英吋」。最後,承接上一步的結果乘上厘米與英吋的比值”2.54”,就能得到LCD的點距囉,此時的單位為厘米。

舉個例子,一臺24吋、16︰10的液晶顯示器,最高解析度為1920×1200;代入上述步驟,可知算式為︰2.54 × 24 /〔(19202+12002)0.5〕=0.0269,即得點距為0.0269。不過胖達必需補充一點,市面上16︰10之24吋液晶顯示器,實際上多數為24.1吋,因此換算後實際點距為0.0270。

按著這個算法,你會發現即使是27吋、16︰9的液晶顯示器,點距也沒24吋來得大;而且大尺寸下近距離文書辦公,壓迫感其實相當重,尤其對東方人來說相當不舒服。

文書機的另一個考量,則是縱向解析度上的要求,在Word上全頁A4的支援對與舒暢性,各有迥異,建議習慣單螢幕雙開A4文件辦公的朋友,可以試著購入雙螢幕,相信會有更高的辦公效率。

在這個前提下,HP LP2475w無疑是一代銘機;然而,近年來由於面板廠多採用經濟切割之生產模式,因此24吋、16︰10顯示器幾乎絕跡。只得在有限的預算下,只得退而求其次,購買24吋、16︰9商品。胖達在此推薦搭載VA系面板的BenQ EW2430V白金版與Philips 241P4QPYKEB,兩者皆有諸多可觀之處,主要差別在於影音端子與外型的差別,玩家可自行選擇所需,作為文書之用。

 

圖 / BenQ EW2430V白金版採用「VA面板+LED背光」,不存在廣角失真問題;漏光率上打IPS

、下殺TN,提供無懈可擊的純黑發色,展現暗部細節時更加分明、犀利。

 

 

 

圖 / Philips 241P4QPYKEB採用「VA面板+LED背光」,表現不俗。升降腳座實用便利,唯少了

HDMI端子略顯遺憾,不過仍可以另購DP轉HDMI線材的方式加以解決。

 

 

 

比較表

尺吋

解析度

點距

Word

22吋

16:10(1650×1050)

0.0282

擁有最佳點距,若不開雙頁模式,理論上最為舒適。

24吋

16:10(1920×1200)

0.0269

可塞進全頁A4文件,並列雙頁極為便利實用。

27吋

16:9(2560×1440)

0.233

無法塞進全頁A4文件,點距過小,不利長時間文書作業。

 

圖 / 16︰10搭配24.1吋VA面板,可說是文書機的最佳解。BenQ FP241vw曾經是胖達心中的夢幻之選,

可謂文書、影音兩相宜,奈何已然停產。 

 

 

■ 電競專家 BenQ XL2420T

電競不同於文書處理。電競比賽,絕對不容許雷格大神的降臨;因此,在面板的挑選上,建議還是以TN系面板為佳。畢竟,一般打電動的時候,玩家也不會沒事跑到螢幕側邊進行任務,因此不需顧慮太多TN廣角失真的問題。

事實上,在電競領域中,許多職業選手還是用不慣液晶螢幕,私底下使用CRT進行練習賽者所在多有。有鑒於此,明碁電通與電競界攜手合作,打造出胖達心中電競螢幕裡的不二首選BenQ XL2420T。

這款由CStrike兩位傳奇人物SpawN與HeatoN聯手開發的LED液晶顯示器,內建黑平衡(Black eQualizer)模式,擁有局部亮度的調整能力,無須整體調亮也能彰顯細節,讓玩家第一時間發現藏身在陰暗角落裡的敵人,取得致勝先機。
配合智慧快捷鍵(S switch),更能將各種設定存取記憶,以利各種情境,進行模式切換。另一方面,120Hz高速更新頻率,專為第一人稱射擊遊戲量身打造,在高速移動時,能夠補捉到更加犀利穩定的動態表現,BenQ XL2420T「為贏而生」的評語,稱得上實至名歸。

 

圖 / XL2420T內建HotKey熱鍵設定個人化顯示模式,方便玩家選擇尺寸比例,能夠迅速切換螢幕至17"

(4︰3)、 19" (4︰3)、 19"W(16︰10)、 21.5"W(16︰9)、22"W(16︰10)、

23"W(16︰9)、24"W(16︰9)等多種模式。

 

 

 

■ 平價專業 ASUS PA246Q

對出版、工程、醫療、美工、繪圖等專業人士來說,色彩豔麗與否、反應速度如何,並非最重要的考量點。對於顏色有精準需求的使用者來說,一顆螢幕最重要的,便是顏色要求「真」,因此在色彩還原力上顯得非常重要。

在這個領域中,NEC與Eizo無疑是當中的佼佼者,以胖達實際接觸過的NEC 2690WUXi及Eizo CG241w來說,無論在色域覆蓋度、色準、廣視角等表現,都讓人無可挑剔,建議讀者不妨實際至展場實際接觸一次,保證你會發現舒適度與顏色表現,與消費級產品是兩個世界。

然而,這類專業級螢幕的價格高不可攀,上述兩臺的價格都突破5萬元台幣,對許多人來說「可遠觀,而不可褻玩焉」當是最好的註腳。不過,這個「高貴很貴」的窘況,華碩看見了。

秉持著「精采創新」的理念,華碩在去年推出了PA246Q,大氣採用P-IPS 優質面板,擁有98% Adobe RGB 覆蓋率,為行家提供專業保障;此外,P-IPS廣角不色偏的特性,當鄰座同事、客戶與你討論顯示器上的作品時,也能得到一致的顯色表現,弭絕了雞同鴨講的情況發生。

另一方面,PA246Q內建12位元查找表,相對傳統液晶螢幕,只得8位元查找表,具備了深度更廣的RGB色彩對應,在色彩解析度上更加漸層、滑順。
 

而美工最重要的色準問題,每一部PA246Q在出廠前,皆以低於5 的最大ΔE進行預先校準,並隨機附上校準報告,進一步保證了色彩表現的精準與真實;同時,QuickFit 虛擬尺標更讓出版業者不需事先印刷,便可預知輸出結果,十分便利、實用。

這款24.1吋、16︰10的美工精品,無疑是專業繪圖達人的神兵利器,同時售價僅萬把塊,甚至比一張高階顯卡還便宜,有專業需求的朋友,心動不如馬上行動吧!

 

圖 / PA246Q隨手翻轉,便可直立看圖,對於繪圖、出版專業的朋友來說,無疑是一大實用功能。

 

 

ΔE值小知識        

ΔE值區間

表現差異

1.6 ~ 3.2

人眼難以分辨色彩間的差異,市場上僅少
數頂端機種如︰NEC 2690WUXi 達此規格。

3.2 ~ 6.5

經過訓練的專業人員可以分辨其中的差別,
一般人無法觀察當中的不同,少數專業級
液晶螢幕方能達此標準。

6.5 ~ 13

敏感一點的人可以發現色調略有不同,若拿
色卡相比,可以輕易發現有色偏現象,市面
上多數大眾化液晶螢幕都在這個表現區間。

13 ~ 25

不同色調的表現,如︰紅色與粉紅色的差別。

 25 以上

代表不同的色彩,如︰藍色與綠色之間的區別。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

圖 / Δ 源自希臘文,唸法為delta,有著「變化量」的意思。

 

 

 

■ 4K與3D,顯示器的下一步棋

在美工用途部份,提到一些像是︰Adobe RGB 覆蓋率、12位元查找表、ΔE等名詞,相信有些朋友似懂非懂,這些疑問,胖達將在日後的校色專題中,會一一追根究柢、詳加說明。

目前主流顯示器解析規格,還是停留在1920×1080而停滯不前。在本次的ComputeX大展中,見到諸如優派(ViewSonic),已開始量產4K×2K以及2560×1440解析度之顯示器,胖達相信如果成本能夠進一步下降,在售價中表達出競爭力,後者將有機會在數年內成為新一代高清主流規格。

另一方面,Stream TV Networks所開發的Ultra-D技術,是近年來胖達實際試看後,唯一不存在「皇帝位」問題的裸視3D技術。(編按︰皇帝位意指僅在特殊角度觀看,才有良好的3D效果。有空到故宮博物院走一趟,欣賞古畫3D動態模擬,就能瞭解胖達所說的皇帝位是怎麼回事。)

Stream TV Networks透過材料貼膜的開發,將演算法與晶片繪圖加以結合,打造出新一代裸視技術。在亮度上,可達原面板的95%,依訊源可調整3D效果,並且幾乎不受角度限制影響,這點最屬難能可貴;並能夠將所有訊源轉成裸視3D加以觀賞,十分便利。

黑白電視演化至彩色電視,是人類科技的一大進展;在我們的有生之年裡,是否也能見到裸視3D技術的成熟呢?就請您密切注意每一期《電腦DIY》報導,一有獨家消息,本刊將第一手為讀者們剖析、介紹,讓你跟上時代潮流的尖端,掌握資訊世界的脈動。

 

圖 / 現場體驗Stream TV Networks的3D裸視技術,站在各種角度,多能體驗到飛機向觀賞者奔襲而來

的魄力感受。

 

 

 

圖 / 優派產出4K×2K超高解析度顯示器,無論是毛細孔還是魚尾紋,皆一清二楚、無所盾逃。對於醫

學美容等專業用途,無疑是一大科技福音。
 

 

 

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