刘全恩：LED背光源逐渐走向成熟 有待突破大尺寸瓶颈

刘全恩 中国电子科技集团公司第三研究所高级工程师

目前LCD常用的背光源有：CCFL（冷阴极荧光灯）背光源、EL(电致发光)背光源和LED(发光二极管)背光源。其中，CCFL背光源目前占据着LCD背光源的统治地位，主要用于液晶电视、台式和笔记本电脑等；EL背光源主要用在小屏幕产品上，目前基本不用了；而LED背光源则成熟地应用在手机彩色显示屏上。
CCFL背光源技术具有以下优点：作为LCD电视机的背光源技术已经非常成熟，已被广泛应用在大屏幕液晶电视中，并被广泛应用在笔记本电脑和台式电脑显示器等产品中，目前占据着LCD背光源的统治地位；CCFL管径细，可达到1.8mm，因此可以使液晶屏做得很薄；亮度高，目前CCFL输出光通量多在 5000lm～8000lm，有的可达10000lm，具有较大的动态调节范围；工作电压低，电流小，节约能源等。
CCFL背光源技术具有以下缺点：
第一，彩色重现特性差，色域覆盖率小，约为NTSC色域的75%%。
第二，亮度均匀性差。CCFL属于管状光源，很难将所发出的光均匀分布在LCD面板的每一个区域。
第三，消耗功率大。液晶电视的亮度是靠控制通过CCFL背光源的光通量来控制液晶面板亮度的，所以在看电视的过程中，CCFL背光源一直在工作并消耗电能。
第四，造成环境污染，不利于环保。CCFL中含有汞，是有毒物质，不符合环保要求。
LED背光源有多个优点：
第一，亮度均匀性好。LED是一种平面状光源，最基本的发光单元是3mm～5mm边长的正方形组合在一起的面光源，具有很好的亮度均匀性，如果作为液晶电视的背光源，所需的辅助光学组件可以做得非常简单，屏幕亮度均匀性比CCFL背光源优越。
同时，通过采用区域亮度控制不但能够解决亮度均匀的问题，而且还可进一步降低背光功耗。因为实际的图像在每个具体部位的亮度是不一样的，可能有的区域较亮、有的区域较暗，所以完全没有必要在整个屏幕采用均匀亮度的背光，可以根据图像内容决定区域亮度控制。实现方法是：将整个屏幕分隔，根据图像内容测出其最高亮度，确定该区域所需的背光亮度，然后对该区域的背光LED亮度利用PWM技术进行实时控制。在采用背光的区域亮度控制以后，该区域的图像信号也应加以相应的补偿，以免产生亮度失真。显然，CCFL背光是不可能实现这种区域亮度控制的，一方面是因为CCFL的形状是长条形，根本无法按屏幕分成等份的区域;另一方面则是因为它的亮度不可能按照图像的内容进行快速调整。
第二，色域宽、彩色还原性好。采用LED背光源的LCD显示屏具有足够宽的色域，色彩还原好，色彩表现力强于CCFL背光源，可弥补液晶显示设备色彩数量不足的缺陷，其色域可达到NTSC色域的100%%以上。如夏普开发的RGB-LED背光源XSI电视机的色域达到NTSC色域的150%%。
第三，实时色彩管理。LED背光源能够进行实时色彩管理，由于红绿蓝3色独立发光，容易精确控制显示色彩特性，还可以调整背光白平衡，同时保证整体对比度；消费者根据自己的喜好，可以轻松调整白平衡，而且不会牺牲亮度和对比度。
第四，清晰稳定的运动图像。采用CCFL灯管背光源的LCD电视机，因CCFL灯管的发光频率较低，在显示运动场景图像时，可能产生画面跳动或闪烁，但LED背光源可以灵活调整发光频率，而且频率大大高于CCFL，因此能显示完美清晰的运动图像。
第五，寿命长。LED的使用寿命可长达10万小时，即便每天连续使用10个小时，也可以连续用27年，大大延长了液晶电视的使用寿命。
第六，无高压，安全可靠。LED使用的是低电压直流驱动(3V-5V)，取消了冷阴极灯的高压高频驱动电路，十分安全，供电模块的设计也颇为简单；消除了电磁辐射造成的电磁干扰和电磁污染。
第七，抗震、环保。平面状结构让LED拥有全固体内部结构，机械强度好，产品结构更合理，抗震性能好；LED光源没有任何射线产生，也没有金属汞等有毒物质，是绿色环保光源。
第八，环境适应性好。LED比CCFL温度适应范围更宽。在-40℃环境下LED可以无延时启动，但CCFL在该温度条件下通常无法工作。
目前电视机用LED背光源的市场化被看好，已经有相当多的企业将LED背光源液晶电视商品化。
但LED背光源技术就像许多新型技术一样虽有许多优点，但LED要想成为大尺寸电视机背光源的主流，目前还需要解决一些问题。
第一，成本高，价格昂贵。LED背光源与同等尺寸CCFL背光源相比，LED是CCFL价格的4～5倍，对于目前价格竞争激烈的电视机市场而言，如此高价令电视机厂家望而却步。当然，随着工艺的成熟和生产规模的扩大，LED背光源的成本会逐步下降。
第二，发光效率低，亮度低。目前CCFL的输出光通量多在5000lm～8000lm范围，要求屏幕的亮度大于300cd/m 2，而多数LED背光还无法达到这一指标。因此要增加电视机的屏幕亮度，需要选用高辉度的LED，而且在LED的使用数量方面，也会因为电视机面板面积的增大而大幅度增加，从而增加功耗。与同等尺寸CCFL背光源相比，LED在功耗方面处于劣势。
第三，LED器件的散热。因LED光效率低，LED的输入能量大部分转换为热量，这一方面增加了系统的总功耗，同时散发的热量将降低整机的品质。因此，在合理地设计光学系统的同时，应充分考虑系统的散热结构。
第四，LED白光的一致性和彩色漂移。与CCFL相比，用LED作为背光源存在白光一致性差的问题。LED在网点设计上较线性光源CCFL难，需考虑LED辐射状的光强衰减。长时间使用LED背光源后，由于R、G、B不同颜色的衰减不一致会产生色移，波长会随温度变化产生不同颜色。