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便携式设备显示器面临的挑战和应对技术

Nicholas Cravotta?? EDN特约技术编辑?? 2007年02月01日 ?? 收藏0

地代替 CCFT。沿着显示器边缘的一排 LED 提供了背光照明源,它比 CCFT 更亮、功效更高。开发者用与 CCFT 相同的功率可以提供明显更强的亮度,或者用较低的功率提供相同亮度。但是,他们在使用 LED 时必须小心,特别对于手机等较小的显示器,这是因为 LED 提供的是点光源,亮度会随 LED 之间的距离和重叠情况而变化。LED 也比 CCFT 贵。

  CCFT 的一个重要缺点是,它们在管子周围的区域内,会在多个方向产生热量。这一事实使 CCFT 在使用期间,很难在升温时散热。由于使用风扇是不切实际的,因此它必须被动散热。结果,CCFT 在连续工作一小时后会失去多达 20% 的亮度。这种情况与 LED 形成鲜明对比,LED 主要在一个方向产生热量。通过使用专门的散热技术,就可以把热量从 LED 吸走,这样,它们在运行 15 小时后可能只失去 10% 的亮度。LED 也非常可靠,这是因为作为固态元件,它们不太容易遭受物理损害。

  热量是LCD设计中的一个重要限制,特别是面向工业和军事应用的设计。LCD使用的液体在高温或低温下可能都无法适应工作。另外,背光一般需要一个逆变器。如果把

逆变器和LCD放在单独的印制电路板上,并且把逆变器放在接近盒子边缘的位置,就可以缓解热问题。

  要达到最高的功率效率,就需要设计一种用户不用背光或用较暗的背光就能频繁查看的屏幕。对于在各种工作环境中使用的设备,可变背光能提高总体功率效率。例如,可根据可用的环境光,把可变背光设在 0%、50%或100%强度。这样,当显示器只是工作在较普通的日常应用中时,就无须为了适应极端工作条件来向显示器提供过多功率。可以采用光线传感器设置背光强度,但这种方法也许功率太强、成本太高、太复杂,无法在消费应用中实施。更实际的方法是把用户概况作为强度选择的基础。例如,当用户对手机说话时,只要手机不处于免提电话模式,用户就不是在看屏幕。在这种情况下,不仅可以关断背光,而且可以减少屏幕更新次数。另外,LCD 驱动器可能经常工作在不同模式中。如果屏幕在显示地图或照片等静态图像,则屏幕需要的更新帧频就较低。

  膜、过滤器、形状系数

  其它改善亮度的方式是运用光学接合技术和不同过滤器。例如,CI Lumen 公司通过一系列技术改善了商品化面板的对比度。另外,可用 LED 代替 CCFT 来提高亮度,或用质量更高、能提高传递性的膜代替 LCD 内部的膜或过滤器。一般情况下,LCD 制造商选择过滤器的基础并非那些过滤器效率最高的,而是那些过滤器在客户群中是最合算的。对于功率效率比成本或尺寸更重要的应用,比如在海运、航空和军事应用中,膜和过滤器的替换成了可行选择。

  除了调整膜和过滤器以外,还可在显示器玻璃的前表面上添加额外的防反射涂层玻璃或防眩光涂层,或同时添加两者。可以把这块玻璃接合到 LCD,以便消除 LED 和 LCD 表面之间的气隙。这种方法改善了 LED 的传递性,并减少了来自玻璃背面的不必要反射。该阶段之所以重要,是因为在不提高对比度的情况下提高亮度,会导致一种在阳光下看起来很明亮但颜色很淡的显示器。在现实中,用户无法在阳光下看清显示器的原因是对比度低,而不是亮度低。

  采用光学接合技术不会是最终的决定,这是因为它增加了显示器厚度。光学接合一般会把显示器面板的成本增加约 20%,因此可选择它用于亮度或功耗是首要设计考虑因素的应用,比如移动式图形输入板计算机、PDA 或工业传感器。

  另一个替代方法是运用基于 RGBW(红/绿/蓝/白)的技术,比如 Clairvoyante 公司授权给 LCD 制造商的技术。Clairvoyante 公司把像素配对而不是三个一组(图 2),实现了与人眼的感觉等效的分辨率。使用交替的红/绿对和蓝/白对可以提高孔径比,并且白色子像素的存在能使更多可用光线通过。另外,创新的子像素渲染利用了3×3像素矩阵内的邻近子像素,通过二阶和三阶调整来精细调节它们,以便消除干扰波纹或人为混淆现象。总体结果是LCD传递性增倍,使工程师可以选择把背光强度减半,以便用相同功率实现相同白光照明。

Clairvoyante 公司把像素配对而不是三个一组


  开发者还可以选择改用新的显示器形状系数,比如 Kopin 等公司的微型显示器。这些显示器在便携式摄像机取景器以及诸如夜视镜和武器瞄准具等军事应用中取得了显著进展。微型显示器已开始在移动视频应用领域找到了它的魅力,在此类应用领域中微型显示器能提供大到可察觉的 0.97 英寸(对角线)显示器,分辨率为 1280×1024 像素。换句话说,虽然屏幕小,但它离眼睛很近,充满了视野,由此提供了在 7 英尺距离注视 48 英寸监示器的等效体验。务必注意:长期注视一部微型显示器会使眼睛很吃力,因此有必要使用两部显示器。1/4-VGA分辨率微型显示器的起价是10美元(低批量)。


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