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显示器常见背光种类盘点,蓝光最强的它竟然应用最广?

月亮背面的外星人 2022-03-21 00:19:11
显示器评测

  常常有小伙伴在咨询怎么选购显示器时,提到最多的参数便是分辨率和刷新率,稍微了解一点显示器知识的小伙伴还会问问面板型号,面板种类。诚然,这些参数对于显示器观感是最为重要的,分辨率决定了清晰程度;刷新率决定了流畅程度;面板决定了色彩表现的上限,但我们在挑选显示器时还应该有一个注意的点,那就是显示器内的“太阳”—背光,其的优劣决定了显示器的亮度以及色彩表现的下限。今天就来了解一下显示器的背光类型有哪些吧。

  显示器工作原理

  在聊背光前,我们不得不先来了解一下显示器到底是如何工作的,背光能起到什么样的作用?如我们所知道的一样,主流显示器其工作原理是采用统一的背光层,然后通过电压来改变液晶层分子的变化来让每一个像素上的红绿蓝配比发生改变,从而产生不同的颜色。也就是我们常说的,一个像素是由RGB三种不同颜色来构成的,当然随着技术的发展,还有WRGB等不同的原色,通过不同的排列组成一个像素。

  从手机微距镜头拍摄到的电脑屏幕为例(大家也可以自行试试),在显示蓝色区域的时候,单个像素中的三个子像素,蓝绿子像素的亮度提升,红色降低。而在显示黄色区域时,则是红绿子像素亮度提升,蓝色子像素降低,三个子像素通过亮度的调整来呈现出不一样的颜色,同常,每个颜色的子像素都有256级的亮度区间,共同可以组合成1677万种颜色。当然除非你是钛金造成的微距眼,不然这像素点的变化,你是很难感知到的。

  如果从硬件层面解释我们应该是这样解释的,拿LGD早前给出的官方资料(LCD原理解释图)为例,最底层为背光层BLU(背光层,今天的主角),背光通过导光板的反射来覆盖到整个屏幕(传统LED设计为上下两灯管布局),然后再通过柔光层和棱镜层让光变得柔和具有指向性,然后通过偏振镜POL,来让只有垂直的光可以通过。最后光通过液晶层Cell的偏转(由TFT控制)再穿过彩色滤光层Color Filter,赋予色彩后再穿过一次偏振镜POL显示到我们的眼睛中。

  所以背光层是显示器中不可或缺的重要、基础的一环,其好坏直接影响到显示器显示效果是否足够优秀,以及显示器亮度。

  PS:OLED/Micro LED采用的是自发光材料,并不需要背光屏这一环

  常见的LCD面板背光技术

  从某大型“屏库”网站可以了解到,目前市场上在售的LCD面板背光技术还是蛮多的,但其实主流常见显示器产品中所使用到的背光并没有那么多,普通消费者所能接触到的往往也就是那么几种:WLED、RGB-LEDGB-r LED、QLED(量子点)、Mini LED,以及老旧的CCFL(灯管,非LED

  WLED

  WLED就是白光LED灯珠,成本低产量高,因此成为市面上最多见的类型。其通过将白色背光层安放在液晶矩阵的背面(技术含量高,产品偏厚)或者侧面(技术难度低,迅速取代CCFL)来进行发光,让颜色得以显现。

  虽然WLED成本低、发热量低、耐用、制造经验丰富等多个优点,但WLED背光层却有致命缺点——蓝光量大,对眼睛的伤害较大(波长处于400nm-480nm之间具有相对较高能量的光线。该波长内的蓝光会使眼睛内的黄斑区毒素量增高,威胁我们的眼健康。)原因就是因为成本原因和背光寿命的考虑,WLED虽然名字上为白色LED灯珠,但多数的它们实际上会发出蓝光,即便穿过黄色荧光粉,产生更中性的白色,但其本质上其实还是属于蓝色灯光,发出的蓝光波段还是会对视网膜产生影响,这也是一部分用户在长时间观看显示器后会觉得眼睛干涩疲劳的原因。

典型的WLED光谱

  另外,由于WLED多采用蓝光作为基色,而作为中和蓝色的黄色荧光粉在长时间使用后就会出现损耗、失效的情况,这就导致使用传统WLED背光的显示器的色域、色彩表现力上就比较普通。

  对此,一些显示器厂家就针对WLED背光的特性又在其背光层添加了一种荧光粉(KSF中文可以称为(含四价锰离子的)氟硅酸钾),它的作用是能够极大地提升液晶显示的色域覆盖率,由于KSF荧光粉的超窄半波宽光谱特征,使得其光谱在经过液晶面板时也能够有很高的色纯度,从而大大地提高了三原色三角形的面积,提升了WLED背光技术的显示器色域表现力,这也就是KSF-WLED背光技术的由来,虽然提升了色域,有了更好的色彩表现力,但其本质上还是属于WLED背光技术的衍生品。

  常见的Nano-IPS本质上就是KSF-WLED,单也有一些Nano-IPS显示器会采用GB-r LED背光技术,但很少见。

  Nano-IPS可以在比较低的成本里大幅度增加显示器的色彩表现力,是目前中高端显示器的使用的常见技术。(与之对应的Fast IPS则是在液晶层面进行改进,背光往往采用常见的WLED)

  当然除了荧光粉这一技术外,WLED背光显示器都会通过各种不同的技术来实现降低蓝光,尤其是通过TÜV莱茵低蓝光认证的显示器产品蓝光量控制会比一般的产品都要好,但价格自然的相对比不带认证产品要贵不少。当然也有一问部分用户坚持使用CCFL背光显示器,从而避免蓝光对眼睛的伤害,但市售CCFL背光的显示器是越来越少了,也是真难买到;同时CCFL背光灯管寿命低,亮度偏低,也让大家抛弃了CCFL背光的显示器。

  RGB-LED

  RGB-LED,通过其名字就能知道,采用 LED 的“三色”(红色、绿色和蓝色)来产生广谱白光,不需要透过滤光镜来筛出不同波长的光,因此理论上其色彩会更加标准,虽然这种背光技术拥有亮度大、对比度高、色域极广的优势,但由于成本、尺寸、重量、LED 的不同退化(随着时间的推移导致整个屏幕的颜色不平衡)以及相对较差的能耗,让它也逐渐退出视野,但目前一些专业显示器依然采用该背光方案。

  GB-r LED

  GB-r LED目前得益于超高的色域,市面上超广色域显示器大多用的这种背光。

  虽然RGB-LED的缺点显而易见,但由于其能够还原出更加真实的颜色、更广的色域,还是有不少人对其青睐的,一些显示器厂家也是针对其进行了改良,节省一点成本但仍可保留大部分RGB LED优点的背光方式,那就是GB-r LED。背光源不是使用涂有黄色荧光粉的蓝色LED(WLED)而是将蓝色和绿色LED与红色荧光粉结合在一起。这会让蓝色、绿色和红色的光均产生明显的光谱峰,从而实现接近RGB-LED的效果。

  QLED(量子点)

  虽然QLED的最终究极版形态是自发光技术(AMQLED),但目前还达不到这样的技术,目前QLED还是往往采用了蓝色发光层(WLED)配合量子点膜来实现,做法就是在WLED光源前加上一层量子点强化膜,然后通过WLED来给膜上的量子点提供能量,让它们呈现出红绿色。而蓝色背光层则保证了蓝光的纯净以及更佳的色域显示。

  目前的QLED显示器往往在售价上都不那么“美丽”,但广色域、高色深和出色的色准表现也让它们成为高端显示器的牌面之一。其在优化后产生的光谱与RGB-LED可以媲美,尤其是在Adobe RGB色域显示能力上,QLED有着超高的优势。

  而在未来QLED将逐步实现3步走的战略,目前是处于量子点膜的阶段,而下一步则是实现量子点彩色滤光片的阶段,让量子点彩色滤光片来取代传统的彩色滤光片,好处是改善现有彩色滤光片所带来的亮度有限的问题,同时增加色彩表现力。而第三步则是QLED的究极形态,就是AMQLED,透过给量子点压加电流来使其自发光从而制造颜色的,不需要依靠外部的光能来提供能量,可以实现更加纯净的色彩,相较于自发光的OLED,AMQLED拥有相同的色彩表现力以及更快的屏幕响应时间,是更加适合用于桌面显示器的新材料。

   

  Mini LED

  最近大火的Mini LED可以说是目前硬件圈的一个新热点,其原理就是将原本LED背光板拆分成数千个单独的LED灯珠,来形成一个LED背光矩阵,好处是这些LED灯珠可以化成数百个控制区域,以一个市面上常见的27寸Mini LED显示器为例,基本都是2304颗灯珠;576个可控分区背光区域。Mini LED的最大优势就是具有超高的对比度以及局部亮度,由于在显示黑色区域的时候,该区域内的灯珠是处于熄灭状态,所以理论上其对比度与OLED显示器是相等的,同时又没有OLED显示器长时间显示会烧屏的风险,是LCD显示器发展的新方向。

  Mini LED还有一个较大的优势就在于,其独立的区域灯珠可以在短时间内激发出较大的亮度,在一些优秀的Mini LED可实现局域2000尼特的最高亮度,常见的Mini LED也基本都能通过HDR1000的认证,也就是平均最高亮度可以维持在1000尼特左右,这就让Mini LED对HDR内容非常友好,素质好的Mini LED屏幕其显示效果几乎与一些OLED相同。同时还不会出现OLED屏幕因为长时间高亮度显示而产生的过热、寿命减少的问题,是目前用来玩HDR游戏、观看HDR影视的理想化选择。

  目前国内的屏厂对于Mini LED市场还是保持着进攻的态度,京东方在2020年MLED事业主要是为手机、平板电脑、笔记本电脑、显示器、电视等LCD产品提供MiniLED背光产品,并在2021年9月27日交付。TCL华星光电也在2020年表示要开始布局Mini LED市场,同时在近期推出QD-MiniLED,其拥有更加高级的单独灯珠控制技术,同时加入了量子点技术,让屏幕显得出来的色域更高,色彩更准。这都标示在Micro LED成本被摊开之前,Mini LED背光技术将会逐渐成为中高端显示器的主流背光技术,而且其技术也将不断改进,灯珠数量得到提升,分区控制的技术也不断完善。

  小结:目前市面上主流显示器均为采用WLED背光技术,虽然在蓝光波段上有着天然的高强度,但目前一些显示器厂家也开始使用一些特殊的基材和调校来削弱发射出来的有害蓝光,在日常正常光线使用下还是没有问题的。而GB-r LED则出现在一些定位高端的校色显示器、影片监视显示器中,来发挥其高色域的特性,QLED作为一种新型材料,目前也是定位在中高端游戏显示器中。而Mini LED在普及之路上还有一段距离要走。

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