LED背光源技术成就显示现代化“帝国”之路
编辑：叶子 [ 2010-9-2 9:30:35 ] 文章来源：LED大屏网
随着09年LED背光液晶显示器的杀入让显示器的选购变得简单起来，LED背光液晶显示器采用了更先进的白LED器件从幅度降低了成本，环保、节能、轻薄的诸多时尚理念赢得了主流消费者的青睐，那么究竟什么事LED背光显示技术？它与传统的CCFL背光相比又有何优势所在？
LED技术的诞生时间很早，1923年，罗塞夫（Lossen.o.w）在研究半导体SIC时有杂质的P-N结中有光发射，研究出了发光二极管（LED：Light Emitting Diode），而这一技术在当时并没有受到足够的重视，直到1962年,GE、Monsanto、IBM的联合实验室开发出了发红光的磷砷化镓（GaAsP）半导体化合物，从此可见光发光二极管步入商业化发展进程。随着技术的进步不同颜色的发光LED器件相继问世，20世纪70年代，由于LED器件在家庭与办公设备中的大量应用而使LED的价格直线下降。
LED以其固有的特点，如省电、寿命长、耐震动，响应速度快、冷光源等特点而在多方面得到了广泛的应用，在体育场馆，大屏幕显示系统可以比赛实况及比赛比分、时间、精彩回放等；在交通运输业，可以显示道路运行情况；在金融行业，可以、实时显示金融信息，如股票、汇率、利率等；诸多商场的大屏广告也是LED技术带来的全新视觉感受。
DIY产业在21世纪初得到了空前的发展，显示器作为重要的显示设备也从CRT、LCD发展到时下炙手可热的LED背光显示器。今天我们就LED显示技术来一同探讨一下。
LED器件发光原理
经过简单的LED发展史介绍之后我们首先需要了解LED发光原理，发光二极管主要由PN结芯片、电极和光学系统组成。其发光体——晶片的面积为10.12mil（1mil=0.0254平方毫米），目前国际上出现大晶片LED，晶片面积达40mil。
其发光过程包括三部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中，当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空穴之间的能量（带隙）越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。
LED光源的基本特性
发光效率高
LED经过几十年的技术改良，其发光效率有了较大的提升。白炽灯、卤钨灯光效为12-24流明／瓦，荧光灯50～70流明／瓦，钠灯90～140流明／瓦，大部分的耗电变成热量损耗。LED光效经改良后将达到达50～200流明／瓦，而且其光的单色性好、光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光。
耗电量少
LED单管功率0.03～0.06瓦，采用直流驱动，单管驱动电压1.5～3.5伏，电流15～18毫安，反应速度快，可在高频操作。
使用寿命长
采用电子光场辐射发光，灯丝发光易烧、热沉积、光衰减等缺点。和CCFL光源5万小时的寿命相比，LED原件普遍达到了10万小时左右的寿命，而且在生产的过程中，也不想CCFL要用到会污染环境的水银，同时也更加环保。
安全可靠性强
发热量低，无热辐射，冷光源，可以安全抵摸：能精确控制光型及发光角度，光色柔和，无眩光；不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。内置微处理系统可以控制发光强度，调整发光方式，实现光与艺术结合。
高色纯度
LED器件发出的光纯度非常高，在光谱上的表现就是光线集中在某一小段波长上。
高响应时间
与CCFL光源毫秒级的响应时间相比，LED光源能够实现纳秒级的响应时间。因此对于改善液晶显示器的拖尾效应，也具有相当的意义。
传统CCFL背光源的缺陷
在揭示CCFL背光源的缺陷之前我们先回顾一下液晶显示器的成像原理。
它是利用在常温下呈液态的有机晶体分子，受电压排列顺序会会发生变化的特性，让背光源发出的白色光由不同状态的液晶分子中透射后，通过RGB三种颜色的彩色滤光膜后实现成像。我们如果靠近液晶显示器的屏幕，会发现液晶显示器是由一个个极小的红、绿、蓝色小点组成。打个比喻，液晶的成像原理就像在窗户后面放一盏灯，通过控制窗户的开关就能实现对光线的控制。
了解了液晶显示器成像原理和LED产品的特性之后，我们回头看当今传统的LCD显示器表现如何，LCD显示器自其诞生至今都无法解决其易产生运动拖尾、对比度差、色域小等先天缺陷。这些都源于CCFL型背光源。
CCFL为何物？
CCFL光源即（Cold Cathode Fluorescent Lamps）冷阴极管。无论是从发光原理，还是从物理结构上看，CCFL光源和我们日常使用的日光灯管都非常接近。都是通过灯管两端的电极，让灯管内由气态汞激发的紫外线碰撞管壁上的荧光粉，从而发出光线。
CCFL光源缺陷一
即便应用在主流的显示器、液晶电视等方面，但它并不是一种最佳的方案。受制于CCFL的技术原理和生产工艺影响，CCFL一般都是管状光源，要实现均匀的背光效果，就要是采用大量的灯管去模拟真正的面光源。而由此带来的高耗电量、高热量十分明显，并且不能实现完美的平面光源。
CCFL光源缺陷二
CCFL光源的寿命只有5万小时左右，而且随着使用时间的增长，光源发出的光线会变得暗淡和发黄。由于液晶电视中背光源只要开机后就一致保持常量状态，这样一来，在使用几年后，液晶电视会发生明显的偏色、亮度衰减的问题。
CCFL光源缺陷三
CCFL的亮度一般都是恒定不变的，即便是液晶分子在全关闭状态，也会有一些光线能从中透射过来，因此目前的液晶电视很难表现出真正的黑色，这也就导致了液晶电视的对比度不佳的缺陷。
CCFL光源缺陷四
CCFL最大的缺陷来自光谱特性上的缺陷。在上文我们已经说过，背光源的发出的白色光线最后要经过RGB彩色滤光膜后才能实现成像，因此背光源发出的白光中R/G/B三原色光的波长（即三原色的纯度）将直接影响到显示器最后的色彩效果。而从这个角度来说，CCFL发出的白光就不是一种光谱特性非常理想的光源。所以目前市面上大部分的LCD显示器只能达到标准NTSC色域标准的60%-78%，色彩效果自然大打折扣。
全新的LED显示技术分析
使用在各种液晶显示设备上的LED光源都是通过大量LED单元平面排列的方式提供大面积均匀的背光源。而根据LED发光颜色的不同，可以分为白光LED背光源和RGB-LED背光源。白光LED技术的优势主要体现在耗电量方面，因此在对功耗要求要高的移动设备上有较广泛的应用，自04年开始就有不少笔记本电脑开始采用这种技术。
LED色域优势
RGB-LED背光源，就是通过可以发出高纯度红色、绿色、蓝色光的LED器件，实现传统CCFL光源不能达到的宽广色域范围。目前主流的RGB-LED背光源已经可以达到105%的NTSC色域范围，而且只要采用性能更加强大的LED器件，目前已经可以实现120%以上的NTSC色域范围。这点对于以还原图像为主的显示器而言，将是一个非常有效的提升画质的手段。
除了良好的色域表现力，采用RGB-LED光源还可以有效提升显示器的对比度，实现更加精确的色阶和层次感更强的画面。由于整个背光源由众多微小的LED发光单元组成，所以可以对其中每一个发光器件实现精确的亮度控制。根据原始画面特点进行小区域内的发光亮度修正变成可能，例如在一幅明暗对比强烈的画面中，暗部区域的LED背光可以完全关闭，而明亮区域的LED背光实现高亮度输出，由此带来的对比度提升效果将是以往采用CCFL光源的液晶显示器所不能企及的。
除了对画质的提升作用，液晶显示器使用RGB-LED光源后，可以实现更薄的厚度和较小的重量，也更加符合“平板”的概念和现代人的审美观。近期BenQ发布的V系列产品中厚度已经控制15mm，未来还有更加轻薄化的可能。
LED目前的不足
虽然RGB-LED技术有着众多的优点，但是在目前的技术水平下，它仍然存在着一些不可避免的局限性。首先，LED背光源中使用到了大量独立的LED器件，因此要保证每一个器件发光的一致性是一个比较难解决的问题，这也导致了过高的废品率和成本负担。其次虽然RGB-LED的色彩纯度较高，但是长期使用后每种LED色彩衰减的幅度并不一致，这也将对画面质量产生较大的影响。
显示革命势在必行
目前我们接触到市面上的LED背光显示器都采用了成本较低的白光LED背光显示器，RGB-LED技术由于其成本问题目前之应用与少数的高端产品中，在环保节能产品普及的之风下，更加轻薄和节能的LED背光显示器无可争议的会取代CCFL背光显示器。
如同LCD在前几年将CRT打入冷宫一样，LED器件10万小时左右的使用寿命和强筋的色彩还原能力都让CCFL汗颜。纳米级的响应时间也为用户的游戏和娱乐提供了绝佳的选择。LED背光显示器凭借其更轻薄、节能、环保等直流消费潮流的要求必然取代CCFL。
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