淺談LED與CCFL背光技術

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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。

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。



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