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          功耗永久的課題,深入了解液晶亮度感測(cè)

          作者: 時(shí)間:2017-06-08 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          移動(dòng)電話與使用數(shù)量急速增加,如何降低液晶顯示器的耗電量并改善影像畫質(zhì),尤其是夜間使用時(shí)畫面太亮,眼睛容易疲勞,暗室內(nèi)畫面出現(xiàn)黑暈現(xiàn)象,已經(jīng)成為相關(guān)業(yè)者必須克服的課題。

          近幾年因?yàn)榱炼雀袦y(cè)元件技術(shù)上的進(jìn)步,利用分光特性接近人眼視感度的亮度感測(cè)元件,可以有效解決因?yàn)轱@示器亮度所造成眼睛負(fù)擔(dān)。目前全球亮度感測(cè)元件潛在市場(chǎng)超過(guò)10億個(gè),市場(chǎng)年需求高達(dá)6億支移動(dòng)電話是目前主要市場(chǎng),此外2008年出貨量預(yù)測(cè)將超過(guò)3000萬(wàn)臺(tái)的,及車用儀表、顯示器、照明燈具都是適用對(duì)象。

          何謂亮度感測(cè)元件?

          亮度感測(cè)元件具備感測(cè)夜間與白天戶外亮度的特性,若能充分應(yīng)用特性并作精密控制,理論上,可以解決各種電子設(shè)備因光源造成的影像不良等問(wèn)題。例如,亮度感測(cè)元件可以隨時(shí)偵測(cè)周圍環(huán)境的光量多寡,自動(dòng)調(diào)整背光模組的點(diǎn)燈狀況,有效降低可攜式產(chǎn)品的耗電量,延長(zhǎng)電池的使用壽命。

          的應(yīng)用方面,主要是液晶顯示器的點(diǎn)燈時(shí)間越久消費(fèi)電力就越大,相對(duì)的散熱處理與散熱風(fēng)扇的噪音則變成一個(gè)相當(dāng)大的困擾,尤其是目前大型液晶電視的亮度大多超過(guò)500流明時(shí),在明亮室內(nèi)畫面非常的亮麗,不過(guò)在黑暗室內(nèi)卻會(huì)出現(xiàn)波紋現(xiàn)象,而且畫面太亮容易造成眼睛疲勞,黑暗色影像的黑色浮動(dòng)現(xiàn)象非常明顯,影像對(duì)比度則大幅降低。

          一般液晶電視是根據(jù)各像素的液晶穿透率,調(diào)整背光模組的光線,達(dá)成灰階化顯示目的,大多數(shù)的背光模組光量卻有漏光現(xiàn)象,如果利用亮度感測(cè)元件偵測(cè)液晶電視使用環(huán)境的亮度,依此調(diào)整背光模組的亮度,除了影像黑色浮動(dòng)外,灰階數(shù)相同的條件下,還可縮小亮度的動(dòng)態(tài)范圍,進(jìn)而提高黑色影像表現(xiàn)能力,降低最大亮度解除影像太亮的困擾,這代表著觀賞液晶電視時(shí),消費(fèi)者不會(huì)受到環(huán)境影響,隨時(shí)可以獲得高精細(xì)的影像。

          亮度感測(cè)元件的功能

          亮度感測(cè)元件是利用矽材料制成,基本上亮度感測(cè)元件可分成:光電晶體(Photo Transistor)、光二極體(Photo Diode),及內(nèi)建增幅電路光二極體(簡(jiǎn)稱為Photo IC)等這三大類。

          由于光電晶體的價(jià)格是光學(xué)二極體的3/4,Photo IC的1/2左右,所以光電晶體主要是針對(duì)低成本要求等應(yīng)用。光電晶體利用光照 射產(chǎn)生的光電流,在10/Lux黑暗室內(nèi)大約是數(shù)10霢 ,1000/Lux明亮室內(nèi)則超過(guò)1mA ,不需利用增幅電路就可以輸出光電流,缺點(diǎn)是它的感測(cè)溫度變動(dòng)非常大,例如某些光電晶體,85oC的輸出電流是-30oC的2倍左右。

          光二極體則是感測(cè)溫度特性的改良品,它的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下的感測(cè)溫度分布低于±10%,缺點(diǎn)是光電流卻光學(xué)電晶體低三位數(shù),所以必須利用增幅電路才能輸出光電流。

          因?yàn)楣舛O體必須利用增幅電路,才能輸出與光電晶體同等的光電流,由于增幅電路的成本,使得光二極體的價(jià)格比光電晶體高2倍左右,不過(guò),它的輸出光電流非常大,而且感度的溫度依存性很低,所以主要是應(yīng)用在高端亮度感測(cè)設(shè)備等領(lǐng)域。至于Photo IC主要是應(yīng)用在簡(jiǎn)易亮度感測(cè)設(shè)備等領(lǐng)域。

          上述三種亮度感測(cè)元件不論分光特性、形狀,以及與電路的整合性都各具特色,因此一般認(rèn)為亮度感測(cè)元件未來(lái)勢(shì)必朝向:分光特性接近人眼對(duì)光線的感受、可隨意設(shè)置超小型外型封裝、可與芯片直接連接,短起動(dòng)時(shí)間與操作容易等方向發(fā)展。

          由于業(yè)者對(duì)分光特性非常重視,因此分光特性的開(kāi)發(fā)競(jìng)爭(zhēng)也最激烈。目前商品化的亮度感測(cè)元件,它的分光特性峰值大約是550--600nm,相當(dāng)接近人眼的視感度峰值,不過(guò)似乎還無(wú)法滿足市場(chǎng)的需求,主要理由是隨著螢光燈、白熱燈、太陽(yáng)光等光源的不同,輸出光電流會(huì)出現(xiàn)極大差異,例如白熱燈的輸出光電流是螢光燈的1.2--1.8倍,加上顯示器的亮度與人眼感受的亮度有差異,因此在不同環(huán)境下經(jīng)常因?yàn)楣庠吹牟町悷o(wú)法獲得預(yù)期效果。

          造成上述現(xiàn)象主要原因是各光源的發(fā)光頻譜差異極大,加上亮度感測(cè)元件具備人眼無(wú)法感測(cè)紫外光與紅外光的感度,因此,德國(guó)OSRAM在2005年推出具備適合人眼視感度,而且分光特性峰值涵蓋短波長(zhǎng)到長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍的亮度感測(cè)元件,根據(jù)資料顯示,光源造成該元件的輸出電流差異可望低于10%以下。

          亮度感測(cè)元件的未來(lái)發(fā)展動(dòng)向

          分光特性可通過(guò)亮度感測(cè)元件結(jié)構(gòu)上的改良獲得調(diào)整,基本上,它是改變pn極的接合位置,同時(shí)配合分光特性的峰值利用Filter去除紫外光與紅外光。新日本無(wú)線就是根據(jù)這個(gè)動(dòng)作原理進(jìn)行分光特性最佳化設(shè)計(jì),再以光罩遮斷從光二極體側(cè)面入射的光線,而放棄原本Filter傳統(tǒng)結(jié)構(gòu);德國(guó)OSRAM并非是將傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)加以改善,而使采用新材質(zhì)與新結(jié)構(gòu),大幅提升亮度感測(cè)元件的分光特性。

          有關(guān)亮度感測(cè)元件外形封裝小型化,傳統(tǒng)的Photo IC由于額外設(shè)置增幅電路,容易造成芯片尺寸變大,此處若能充分利用增幅電路,理論上可以縮小光二極體與芯片尺寸。具體方法是提高增幅電路的等化值,藉此使光二極體與增幅電路的等化逆數(shù)呈一定比例縮小面積。

          在封裝薄形化的方面,以TDK與半導(dǎo)體能源研究所共同開(kāi)發(fā)的亮度感測(cè)元件為例,它是采用塑膠材料當(dāng)作基板,開(kāi)發(fā)厚度只有0.2mm與‘0402 size’、‘0603 size’等被動(dòng)元件同等級(jí)的亮度感測(cè)元件;相比較之下,傳統(tǒng)玻璃基板的亮度感測(cè)元件卻高達(dá)0.6mm,此外該公司目前正著手開(kāi)發(fā)內(nèi)建可使光電流增幅100倍增幅電路的Photo IC,外形尺寸則與‘2015 size’同等級(jí)。

          亮度感測(cè)元件的操作性,除了在Photo IC內(nèi)部制作積體電路之外,各業(yè)者非常重視利用數(shù)字信號(hào)輸出亮度大小的改善。主要原因是亮度感測(cè)元件大多是模擬輸出,加上輸出電流幾乎與亮度成比例,因此輸出電流會(huì)因檢測(cè)亮度出現(xiàn)六位數(shù)的差異,這意味著精密控制光源的輸出,必須設(shè)置可以承接大電流變化的專用電路,然而實(shí)際上專用電路會(huì)引發(fā)制作成本暴增等嚴(yán)重后果,所以無(wú)專用電路又可輕易取得的亮度感測(cè)元件,成為各業(yè)者競(jìng)相開(kāi)發(fā)的目標(biāo)。

          由于亮度感測(cè)元件受光時(shí)會(huì)消耗電力,因此利用電池驅(qū)動(dòng)的電子設(shè)備,尤其是可攜式電子產(chǎn)品為抑制電池的消耗電力,所以大多采用間斷式驅(qū)動(dòng)亮度感測(cè)元件,然而亮度感測(cè)元件的電源電壓頻繁的ON/OFF動(dòng)作,對(duì)Photo IC而言起動(dòng)時(shí)間最少需要55ms,這段期間卻形成所謂的‘電力損失’,因此,東芝針對(duì)上述問(wèn)題,時(shí)常對(duì)增幅電路施加電壓,同時(shí)在增幅電路后段設(shè)置切換電路,藉此電路縮短起動(dòng)時(shí)間并降低消耗電力,根據(jù)測(cè)試結(jié)果顯示消耗電力是傳統(tǒng)元件一半以下。

          所以,因?yàn)橐苿?dòng)電話與液晶電視的普及化,追求更高的影像畫質(zhì)同時(shí)降低液晶顯示器的耗電量,已經(jīng)成為相關(guān)業(yè)者必須克服的課題。藉由最近幾年亮度感測(cè)技術(shù)上的進(jìn)步,利用分光特性接近人眼視感度的亮度感測(cè)元件,可以有效解決上述問(wèn)題。


          關(guān)鍵詞: 液晶電視

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