液晶彩電新趨勢：LED背光源
圖：（圖一）LED背光模組
平板電視是目前彩色電視機的主流，其中又以液晶電視佔絕大部分市場份額。液晶電視是一種非自發光型顯示裝置，需要一背光源來提供所需的亮度，並結合彩色濾光片來形成色彩。液晶電視產品一直採用冷陰極熒光燈管（CCFL）作為背光源，但CCFL存在多個問題，包括含汞、色彩表現範圍小和發光效率提升空間接近飽和等，因此，近年來全球廠商無不積極尋找替代光源，以期符合環保、節能、輕薄和高畫質等要求。
近年隨着發光二極體（LED）效率提升，LED背光源技術逐漸成為市場熱點，且已被視為下一世代液晶彩電背光源的主流技術。過去一年，全球一級彩電大廠競相推出LED背光源液晶彩電，競逐高端彩電市場，LED背光源一時之間儼然成為國際彩電大廠間先進技術競賽的指標之一。
LED背光源六大優點
跟傳統CCFL背光源比較，LED背光源有多項突出優勢。首先，一般CCFL內被激發出光線的螢光粉含有汞；而LED則為一固態光源，不含汞，因此LED背光源更環保。其次，目前CCFL發光效率大多在每瓦特60-80流明（lm/W），提升空間非常有限；但目前商品化LED發光效率已經達到80至100lm/W以上，而且預估三至五年內將可提升到150lm/W或以上，可見LED背光源較可節約能源。第三，一般CCFL驅動系統須經由轉換器轉換，損耗電力約百分之二十至三十，而LED驅動系統則直接由驅動器驅動，其整體轉換效率可達百分之九十，能減少電力損耗，並降低影像殘影；此外，其快速亮暗態驅動電路設計亦可進一步降低普通液晶顯示在顯示快速移動物體時出現的拖尾現象。
LED背光源的第四個優點在於能表現更豐富的色彩。液晶電視所能顯示色彩的最大覆蓋範圍稱作色域（color gamut），紅綠藍LED背光的色域比一般CCFL寬廣，基本上完全覆蓋了專業級顯示器色域，電視畫面因而顯得更鮮明飽滿，色彩更豐富。第五，LED能長時間維持亮度，壽命也遠遠高於一般CCFL，可達到數萬小時。同時，一般CCFL脆弱易折，對使用環境要求較高；而LED以焊接方式由印刷電路板承載，結實堅固，對使用者更為安全，可靠性更高，因而也更受車用和飛機用顯示產品業者的青睞。最後，由於一般液晶電視的厚度主要受限於背光源厚度，因此，透過高效率的LED及光學設計，薄型化、大尺寸的背光源將可實現，液晶彩電將得以擺脫以往厚重的形象。
主動式動態LED背光
除了以上優點外，主動式動態LED背光技術還具備一個獨特的先天優勢。傳統CCFL背光源的背光模組只扮演光源的角色，消極地提供一恒定背光源給液晶屏，對於提升影像對比和畫質灰階層次分布，並無幫助。由於液晶本身一直存在漏光問題，因此在恒定背光源下，液晶彩電對比度無法有效提高，特別是在暗室的對比度，這一直是液晶彩電最大的弱點。此外，恒定背光源也使液晶彩電功耗幾乎維持固定，無法進一步節能省電。
而主動式動態LED背光技術，則以LED背光源模組（圖一）結合影像優化處理技術，依影像訊號特徵進行RGB亮度調變及液晶面板優化補償調變驅動。當中包含兩個基本概念，其一是面板的RGB灰階層次分布隨着影像內容進行調整，使得影像的RGB灰階層次更細緻，並且由於明暗的對比增強，大幅提升立體感。此外，整體背光的亮度會依據影像內容進行個別的亮度調變，主動式動態背光模組驅動模式所提供的並不是一恒定亮度均勻光源，而是一類似影像內容調變的主動式動態背光源，此一模式可有效解決液晶面板暗室漏光問題，大幅提升影像動態對比度，即使用來觀賞星空、夜景或煙火，黑色的背景仍可維持足夠的暗黑感。
因此，運用主動式動態LED背光技術不僅在明亮環境或暗室都能顯示出細緻的灰階差異和更鮮明的立體視覺效果，更省電環保。透過LED區域動態背光技術不僅可有效降低LED背光平均操作功耗百分之三十至五十以上，更重要的是液晶影像畫面對比度將可從1,000：1提升至大於10,000：1以上，這優勢充分滿足日後高清液晶彩電畫質影像及高動態範圍（High Dynamic Range, HDR）影像的要求。
兩地合作產研一體
香港應用科技研究院顯示系統研發團隊在香港科技創新署資助下，在主動式動態LED背光及及高動態範圍顯示技術開發上已經開展了近三年的研發工作，目前有多項創新技術正申請專利，其中包括動態LED背光演算法優化、高動態顯示技術和影像處理、LED背光源光學設計、模組熱管理及控制電路優化等。該團隊所開發的主動式動態背光技術，可以依使用LED光源種類分為亮度灰階控制、RGB亮度分離控制和自適應式RGB控制技術，可廣泛適用於不同類型LED背光源（圖三）。該團隊所研發技術曾獲二○○六年首屆中國半導體照明創新競賽產品創新獎及二○○八年日本國際顯示會議（IDW）最佳展示論文獎。
應科院不僅具有主動式動態LED背光技術完全的自主產權，更具有與國際一級大廠相若的技術水平。應科院希望藉着開發這些技術，促進從LED元件廠商、液晶顯示面板廠商而至終端產品液晶電視廠商，產業鏈上下游的整合開發，協助香港及中國內地廠商加速產品開發及市場產業化，並以高質量產品競逐於全球市場。該團隊透過國家863計劃平台、粵港及深港創新合作平台，積極與香港及內地多家知名彩電品牌公司、液晶屏（TFT-LCD）廠、背光源廠及LED廠商進行廣泛而緊密的合作，並計劃於近期將此技術導入內地知名品牌液晶彩電的生產，以高品質LED背光液晶彩電與國際一級大廠競逐全球高端顯示市場。
