2010年12月25日星期六

LCD、LED與OLED顯示屏的分別



簡介

LCD

LCD是液晶顯示屏 Liquid Crystal Display 的簡稱。

LCD是由液態晶體組成的顯示屏,液晶的像素單元是整合在同一塊液晶板當中分隔出來的小方格。通過數碼控制這些極小的方格進行顯像


LCD包括了TFT、UFB、TFD、STN等類型的液晶顯示屏。筆記本液晶屏常用的是TFT。 TFT屏幕是薄膜晶體管,英文全稱(ThinFilmTransistor),是有源矩陣類型液晶顯示器,在其背部設置特殊光管,可以主動對屏幕上的各個獨立的像素進行控制,這也是所謂的主動矩陣TFT的來歷,這樣可以大的提高麼應時間,約為80毫秒,而STN的為200毫秒!也改善了STN閃爍(水波紋)模糊的現象,有效的提高了播放動態畫面的能力,和STN相比,TFT有出色的色彩飽和度,還原能力和更高的對比度,太陽下依然看的非常清楚,但是缺點是比較耗電,而且成本也較高。

LED

LED是發光二極管Light Emitting Diode的英文縮寫。

LED應用可分為兩大類:一是LED單管應用,包括背光源LED,紅外線LED等;另外就是LED顯示屏。LED顯示屏是由發光二極管排列組成的一顯示器件,每一個像素單元就是一個發光二極管,如果是單色,一般是紅色發光二極管。如果是彩色,一般是三個三原色小二極管組成的一個大二極管。這些二極管組成的矩陣由數碼控制實時顯示文字或者圖像,造價相對低廉,組成的顯像面積大。它採用低電壓掃描驅動,具有:耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠等特點。

OLED

OLED:Organic Light Emitting Display,即有機發光顯示器,在手機LCD上屬於新崛起的種類,被譽為“夢幻顯示器”。 

如果說液晶顯示器(Liquid Crystal Display,簡稱LCD)是二十世紀平面顯示器的發展史中,一個令人驚喜的里程碑,那麼有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diodes,簡稱OLED)則是人類在二十一世紀所夢想追求能超越LCD的平面顯示技術。OLED顯示技術與傳統的LCD顯示方式不同,無需背光燈,採用非常薄的有機材料塗層和玻璃基板,當有電流通過時,這些有機材料就會發光。而且OLED顯示屏幕可以做得更輕更薄,可視角度更大,並且能夠顯著節省電能。不過,雖然將來技術更優秀的OLED會取代TFT等LCD,但有機發光顯示技術還存在使用壽命短、屏幕大型化難等缺陷。

另外一個攸關OLED顯示器效果的重要關鍵,就是顯示器的驅動方式。就目前來說,OLED的驅動方式可分為被動式矩陣(passive matrix,即PM-OLED)與主動式矩陣(active matrix,即AM-OLED)兩類,其中被動式矩陣架構較簡單,成本也較低,但必需在高脈衝電流下操作,才能達到適合人眼觀賞的亮度,因OLED的亮度與所通過的電流密度成正比,太高的操作電流不但會使電路效率及壽命降低,因為掃瞄的關係使其解析度也受限制,因此PM-OLED比較適合於小尺寸的產品。相反的,AM-OLED雖然成本較昂貴、製程較複雜(仍比TFT-LCD容易),但其每一個畫素(pixel)皆可記憶驅動信號並可獨立與連續驅動,且效率較高,適用於大尺寸與高解析度之高資訊容量的顯示產品。 


詳解


LCD與LED的分別

LED顯示器與LCD顯示器相比,LED在亮度、功耗、可視角度和刷新速率等方面,都更具優勢。 LED與LCD的功耗比大約為10:1,而且更高的刷新速率使得LED在視頻方面有更好的性能表現,能提供寬達160°的視角,可以顯示各種文字、數字、彩色圖像及動畫信息,也可以播放電視、錄像、VCD、DVD等彩色視頻信號,多幅顯示屏還可以進行聯網播出。有機LED顯示屏的單個元素反應速度是LCD液晶屏的1000倍,在強光下也可以照看不誤,並且適應零下40度的低溫。


傳統的液晶顯示器通常採用CCFL背光源,即冷陰極螢光燈。CCFL具有很多非常好的特性,包括極佳的白光源,低成本、高效率、穩定性好、操作方便等。目前已廣泛用於筆記本電腦、台式機和電視機。由於成本低廉、技術成熟等原因,CCFL仍將是LCD背光源的主流光源。但是CCFL被認為不夠環保,含汞;色彩表現不夠,只能達到NTSC的70%~80%;對於大尺寸電視機屏,CCFL的電壓加高和加長管子的加工也有困難。


相比之下,LED採用發光二極管作為背光光源,可以提供紅、綠、藍、青、橙、琥珀、白等顏色,色域更加寬廣,能夠達到NTSC色域的105%,這為液晶電視的色彩提升提供了保障。另外,LED壽命非常長,使用壽命可達10萬小時,如果按每天開機5小時計算,一台採用LED背光光源的液晶電視可以使用將近55年。此外,它還不含汞,環保性能更好。





簡單地說,LCD與LED是兩種不同的顯示技術,LCD是由液態晶體組成的顯示屏,而LED則是由發光二極管組成的顯示屏。 LED顯示器與LCD顯示器相比,LED在亮度、功耗、可視角度和刷新速率等方面,利用LED技術,可以製造出比LCD更薄、更亮、更清晰的顯示器,擁有廣泛的應用前景。

不過現今市場上的LED顯示器比LCD顯示器價格較高,原因如下:
  • LED顯示器上市時間比LCD顯示器遲很多,新品總是要貴些。
  • LCD顯示器已量產多年,基本沒有技術壁壘,製造相對簡單,價格要便宜些。
  • 現在LED普遍用白光LED,相對成本較低,在高端產品上用了三色LED,製造成本要高。
  • LED生產線總產量與市場需求還有一定差距,也導致LED比LCD顯示器貴些。




OLED與LED的分別

OLED 與 LED (Light Emitting Diode)乍看之下就是多了一個O,也就是 Organic 有機,沒錯,OLED和LED可以簡單的看成有機與無機的發光二極體,也就是在製造過程中LED是採用無機半導體材料,而OLED是用有機半導體材料,這兩樣元件不論是被開發的年代〈LED 至少有 30 年以上 OLED 在 1987 年才由柯達公司發表〉、所需的技術、價格以及應用的領域〈LED:大型看板、手機、交通號誌、汽車尾燈、閃光燈;OLED:目前有手機、PDA〉都相當的不同!但是追究其差異,其實二者有極大的差異,雖然都是電子與電洞復合放光,但是因為有機半導體材料的電阻遠大於無機材料,載子(電子與電洞)在有機材料內是藉由跳躍的方式傳遞,並不像無機半導體材料的載子是在連續的能帶間傳導,因此OLED和LED在許多物理機制上也存在著極大的差異,在製造方法上OLED是採用熱蒸鍍的方法(這裡是指小分子的OLED,高分子OLED一般又統稱PLED),使用真空腔體熱蒸鍍有機材料來製作元件,其製造成本遠低於無機材料使用昂貴的MOCVD鍍膜技術,姑且不去比較OLED與LED在製造上的差異,因為在短期間內,OLED的競爭對手並非LED,因為二者在產業利用的價值上目前還是鎖定在不同的領域,OLED 的應用領域屬於平面顯示器,例如手機顯示面板,或電腦瑩幕等,而LED則是應用在戶外大型看板以及照明用途,雖然OLED未來的發展也希望能作為照明使用,不過在短期(至少十年內)間受限於OLED的使用壽命應該很難作為日常照明用途。


LED 以其光電轉換效能高著稱,使用 LED 燈具時幾乎 70% 的電能可轉化為光能,這聽起來很吸引人,但是對於普通用戶來說,這只是一個次要方面,重要的是 LED 的製造成本相當高!相應地,LED燈具也相當昂貴,也許這就是目前它無法取代螢光燈的主要原因。現在讓我們來看看 OLED(有機發光二極管)照明設備,它解決了 LED 燈具的主要問題:成本。同樣,這對於OLED 也只是一個次要問題,它的主要問題是效能太低,一份研究報告顯示,只有25%的電能被轉化為了光能,也就是說,它非常耗電。當然,它的價格很便宜而且有非常好的色域。所謂魚和熊掌不可兼得,你可以選擇便宜的 OLED 燈具和昂貴的電費,或是昂貴的LED燈具和便宜的電費。

OLED與LED目前並不是互相競爭的產業,然而OLED目前最大的勁敵其實是 LCD,因為LCD價格快速的下降,OLED雖然在顯示功能上優於LCD,然而如何克服目前量產良率並壓低製造成本來與LCD競爭,這才是目前OLED的挑戰


OLED與LCD的分別

LCD是液晶顯示器,其原理是使用背光源透過液晶分子偏折光線的方法,因此在LCD產業中背光模組就是提供光源,其成本佔了LCD將近30%,由於LCD的反應時間受限於液晶分子的轉動速度等原因,所以目前LCD一直在努力降低反應時間 (response time),反應時間越短才越能看清楚快速動態的顯示影像,例如子彈在射出時的火花,如果反應時間不夠短,瑩幕則無法呈現火花短暫噴發,也因為受限於液晶分子排列使LCD在視角上受限,也就是從瑩幕的側邊觀看時顏色會失真,色彩飽和度也會明顯下降到無法觀看的程度,雖然目前的LCD都有使用一些技術去彌補先天的缺陷,但在彌補"視角"問題的同時也會損失"亮度"或"耗電量"甚至是"壽命"等,而OLED其先天優勢也就在於它是自發光的,OLED本身的材料在通電後就會發光,所以OLED不需要背光源,其厚度就比LCD薄了許多,應此也就更輕了,這對於大尺寸的顯示器相當重要,電視廣告把一個37吋的LCD瑩幕要掛在牆上好像很輕鬆,不過你知道嗎...37吋的LCD瑩幕也重達31公斤,不在牆上釘上多個洞是掛不上去的,不過OLED在重量上就佔了極大的優勢,當然目前OLED的應用還不到大尺寸啦,不過在手機上也可以讓手機更加輕薄,OLED的另一個優點則是其對比可高達5000:1甚至是10000:1,這是LCD的800:1所不及的,並且之前所提到的反應時間OLED可低於0.01msec,而LCD目前還在努力往2ms邁進,一般的LCD規格都還是只有6-15ms,和OLED真是無法相比,而OLED理論上的製造成本也應低於LCD,然而目前因為良率及原料成本昂貴等因素,使OLED在價格上實在難與LCD競爭,不過由於OLED各方面優勢的表現,在小尺寸的3G高價手機應用上,OLED將有機會突圍而出



總結OLED相對於LCD的優勢如下:

  • 自發光,視角廣達165°以上
  • 反應時間快(~1μs)
  • 高亮度(100-14000 cd/m2)
  • 高流明效率(16-38 lm/W)
  • 低操作電壓(3-9V DC)
  • 面板厚度薄(2 mm)
  • 可製作大尺寸與可撓曲性面板
  • 製程簡單,具有低成本的潛力(30-40% of TFT-LCD)
缺點如下:
  • 良率低
  • 原料成本昂貴
  • 價格高

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