LED背光源技術成就顯示現代化“帝國”之路
編輯：葉子 [ 2010-9-2 9:30:35 ] 文章來源：LED大屏網
隨著09年LED背光液晶顯示器的殺入讓顯示器的選購變得簡單起來，LED背光液晶顯示器采用了更先進的白LED器件從幅度降低了成本，環(huán)保、節(jié)能、輕薄的諸多時尚理念贏得了主流消費者的青睞，那么究竟什么事LED背光顯示技術？它與傳統(tǒng)的CCFL背光相比又有何優(yōu)勢所在？
LED技術的誕生時間很早，1923年，羅塞夫（Lossen.o.w）在研究半導體SIC時有雜質的P-N結中有光發(fā)射，研究出了發(fā)光二極管（LED：Light Emitting Diode），而這一技術在當時并沒有受到足夠的重視，直到1962年,GE、Monsanto、IBM的聯(lián)合實驗室開發(fā)出了發(fā)紅光的磷砷化鎵（GaAsP）半導體化合物，從此可見光發(fā)光二極管步入商業(yè)化發(fā)展進程。隨著技術的進步不同顏色的發(fā)光LED器件相繼問世，20世紀70年代，由于LED器件在家庭與辦公設備中的大量應用而使LED的價格直線下降。
LED以其固有的特點，如省電、壽命長、耐震動，響應速度快、冷光源等特點而在多方面得到了廣泛的應用，在體育場館，大屏幕顯示系統(tǒng)可以比賽實況及比賽比分、時間、精彩回放等；在交通運輸業(yè)，可以顯示道路運行情況；在金融行業(yè)，可以、實時顯示金融信息，如股票、匯率、利率等；諸多商場的大屏廣告也是LED技術帶來的全新視覺感受。
DIY產業(yè)在21世紀初得到了空前的發(fā)展，顯示器作為重要的顯示設備也從CRT、LCD發(fā)展到時下炙手可熱的LED背光顯示器。今天我們就LED顯示技術來一同探討一下。
LED器件發(fā)光原理
經過簡單的LED發(fā)展史介紹之后我們首先需要了解LED發(fā)光原理，發(fā)光二極管主要由PN結芯片、電極和光學系統(tǒng)組成。其發(fā)光體——晶片的面積為10.12mil（1mil=0.0254平方毫米），目前國際上出現大晶片LED，晶片面積達40mil。
其發(fā)光過程包括三部分：正向偏壓下的載流子注入、復合輻射和光能傳輸。微小的半導體晶片被封裝在潔凈的環(huán)氧樹脂物中，當電子經過該晶片時，帶負電的電子移動到帶正電的空穴區(qū)域并與之復合，電子和空穴消失的同時產生光子。電子和空穴之間的能量（帶隙）越大，產生的光子的能量就越高。光子的能量反過來與光的顏色對應，可見光的頻譜范圍內，藍色光、紫色光攜帶的能量最多，桔色光、紅色光攜帶的能量最少。由于不同的材料具有不同的帶隙，從而能夠發(fā)出不同顏色的光。
LED光源的基本特性
發(fā)光效率高
LED經過幾十年的技術改良，其發(fā)光效率有了較大的提升。白熾燈、鹵鎢燈光效為12-24流明／瓦，熒光燈50～70流明／瓦，鈉燈90～140流明／瓦，大部分的耗電變成熱量損耗。LED光效經改良后將達到達50～200流明／瓦，而且其光的單色性好、光譜窄，無需過濾可直接發(fā)出有色可見光。
耗電量少
LED單管功率0.03～0.06瓦，采用直流驅動，單管驅動電壓1.5～3.5伏，電流15～18毫安，反應速度快，可在高頻操作。
使用壽命長
采用電子光場輻射發(fā)光，燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰減等缺點。和CCFL光源5萬小時的壽命相比，LED原件普遍達到了10萬小時左右的壽命，而且在生產的過程中，也不想CCFL要用到會污染環(huán)境的水銀，同時也更加環(huán)保。
安全可靠性強
發(fā)熱量低，無熱輻射，冷光源，可以安全抵摸：能精確控制光型及發(fā)光角度，光色柔和，無眩光；不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質。內置微處理系統(tǒng)可以控制發(fā)光強度，調整發(fā)光方式，實現光與藝術結合。
高色純度
LED器件發(fā)出的光純度非常高，在光譜上的表現就是光線集中在某一小段波長上。
高響應時間
與CCFL光源毫秒級的響應時間相比，LED光源能夠實現納秒級的響應時間。因此對于改善液晶顯示器的拖尾效應，也具有相當的意義。
傳統(tǒng)CCFL背光源的缺陷
在揭示CCFL背光源的缺陷之前我們先回顧一下液晶顯示器的成像原理。
它是利用在常溫下呈液態(tài)的有機晶體分子，受電壓排列順序會會發(fā)生變化的特性，讓背光源發(fā)出的白色光由不同狀態(tài)的液晶分子中透射后，通過RGB三種顏色的彩色濾光膜后實現成像。我們如果靠近液晶顯示器的屏幕，會發(fā)現液晶顯示器是由一個個極小的紅、綠、藍色小點組成。打個比喻，液晶的成像原理就像在窗戶后面放一盞燈，通過控制窗戶的開關就能實現對光線的控制。
了解了液晶顯示器成像原理和LED產品的特性之后，我們回頭看當今傳統(tǒng)的LCD顯示器表現如何，LCD顯示器自其誕生至今都無法解決其易產生運動拖尾、對比度差、色域小等先天缺陷。這些都源于CCFL型背光源。
CCFL為何物？
CCFL光源即（Cold Cathode Fluorescent Lamps）冷陰極管。無論是從發(fā)光原理，還是從物理結構上看，CCFL光源和我們日常使用的日光燈管都非常接近。都是通過燈管兩端的電極，讓燈管內由氣態(tài)汞激發(fā)的紫外線碰撞管壁上的熒光粉，從而發(fā)出光線。
CCFL光源缺陷一
即便應用在主流的顯示器、液晶電視等方面，但它并不是一種最佳的方案。受制于CCFL的技術原理和生產工藝影響，CCFL一般都是管狀光源，要實現均勻的背光效果，就要是采用大量的燈管去模擬真正的面光源。而由此帶來的高耗電量、高熱量十分明顯，并且不能實現完美的平面光源。
CCFL光源缺陷二
CCFL光源的壽命只有5萬小時左右，而且隨著使用時間的增長，光源發(fā)出的光線會變得暗淡和發(fā)黃。由于液晶電視中背光源只要開機后就一致保持常量狀態(tài)，這樣一來，在使用幾年后，液晶電視會發(fā)生明顯的偏色、亮度衰減的問題。
CCFL光源缺陷三
CCFL的亮度一般都是恒定不變的，即便是液晶分子在全關閉狀態(tài)，也會有一些光線能從中透射過來，因此目前的液晶電視很難表現出真正的黑色，這也就導致了液晶電視的對比度不佳的缺陷。
CCFL光源缺陷四
CCFL最大的缺陷來自光譜特性上的缺陷。在上文我們已經說過，背光源的發(fā)出的白色光線最后要經過RGB彩色濾光膜后才能實現成像，因此背光源發(fā)出的白光中R/G/B三原色光的波長（即三原色的純度）將直接影響到顯示器最后的色彩效果。而從這個角度來說，CCFL發(fā)出的白光就不是一種光譜特性非常理想的光源。所以目前市面上大部分的LCD顯示器只能達到標準NTSC色域標準的60%-78%，色彩效果自然大打折扣。
全新的LED顯示技術分析
使用在各種液晶顯示設備上的LED光源都是通過大量LED單元平面排列的方式提供大面積均勻的背光源。而根據LED發(fā)光顏色的不同，可以分為白光LED背光源和RGB-LED背光源。白光LED技術的優(yōu)勢主要體現在耗電量方面，因此在對功耗要求要高的移動設備上有較廣泛的應用，自04年開始就有不少筆記本電腦開始采用這種技術。
LED色域優(yōu)勢
RGB-LED背光源，就是通過可以發(fā)出高純度紅色、綠色、藍色光的LED器件，實現傳統(tǒng)CCFL光源不能達到的寬廣色域范圍。目前主流的RGB-LED背光源已經可以達到105%的NTSC色域范圍，而且只要采用性能更加強大的LED器件，目前已經可以實現120%以上的NTSC色域范圍。這點對于以還原圖像為主的顯示器而言，將是一個非常有效的提升畫質的手段。
除了良好的色域表現力，采用RGB-LED光源還可以有效提升顯示器的對比度，實現更加精確的色階和層次感更強的畫面。由于整個背光源由眾多微小的LED發(fā)光單元組成，所以可以對其中每一個發(fā)光器件實現精確的亮度控制。根據原始畫面特點進行小區(qū)域內的發(fā)光亮度修正變成可能，例如在一幅明暗對比強烈的畫面中，暗部區(qū)域的LED背光可以完全關閉，而明亮區(qū)域的LED背光實現高亮度輸出，由此帶來的對比度提升效果將是以往采用CCFL光源的液晶顯示器所不能企及的。
除了對畫質的提升作用，液晶顯示器使用RGB-LED光源后，可以實現更薄的厚度和較小的重量，也更加符合“平板”的概念和現代人的審美觀。近期BenQ發(fā)布的V系列產品中厚度已經控制15mm，未來還有更加輕薄化的可能。
LED目前的不足
雖然RGB-LED技術有著眾多的優(yōu)點，但是在目前的技術水平下，它仍然存在著一些不可避免的局限性。首先，LED背光源中使用到了大量獨立的LED器件，因此要保證每一個器件發(fā)光的一致性是一個比較難解決的問題，這也導致了過高的廢品率和成本負擔。其次雖然RGB-LED的色彩純度較高，但是長期使用后每種LED色彩衰減的幅度并不一致，這也將對畫面質量產生較大的影響。
顯示革命勢在必行
目前我們接觸到市面上的LED背光顯示器都采用了成本較低的白光LED背光顯示器，RGB-LED技術由于其成本問題目前之應用與少數的高端產品中，在環(huán)保節(jié)能產品普及的之風下，更加輕薄和節(jié)能的LED背光顯示器無可爭議的會取代CCFL背光顯示器。
如同LCD在前幾年將CRT打入冷宮一樣，LED器件10萬小時左右的使用壽命和強筋的色彩還原能力都讓CCFL汗顏。納米級的響應時間也為用戶的游戲和娛樂提供了絕佳的選擇。LED背光顯示器憑借其更輕薄、節(jié)能、環(huán)保等直流消費潮流的要求必然取代CCFL。
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