從LED液晶電視談LED背光技術(shù)

日前，市面上出現(xiàn)了LED液晶電視與LED電視兩類平板彩電，其外觀差異不大。由于LED電視是一種能耗更低、機(jī)身更薄，圖像效果更好的新一代電視，所以有不少電視廠商把LED液晶電視以LED電視的名義來(lái)進(jìn)行宣傳，以混淆是非。事實(shí)上，LED液晶電視是“LED背光源液晶電視”的簡(jiǎn)稱，顧名思義，該類電視還是屬于液晶電視的一個(gè)分支，它只不過(guò)把普通液晶電視中的CCFL背光源換成LED背光源而已。

一、LED電視特點(diǎn)簡(jiǎn)述

LED電視是用LED直接成像的，采用主動(dòng)發(fā)光原理。彩色的LED顯示屏用R/G/B三個(gè)LED管組成一個(gè)像素點(diǎn)，通過(guò)控制每一個(gè)像素點(diǎn)的亮/滅來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的顯示，其成像的原理和同樣是主動(dòng)發(fā)光的等離子非常相似。LED電視內(nèi)部無(wú)背光燈電路，整機(jī)很薄(約2cm)，如圖1所示。目前，雖然LED電視圖像效果及能效均優(yōu)于液晶電視，但價(jià)格較高，所以目前銷量比液晶電視小得多，其取代液晶電視還有一段時(shí)間。

二、何為L(zhǎng)ED背光源

從原理上看，液晶顯示有些像是街頭廣告燈箱，背后的光源經(jīng)過(guò)一定擴(kuò)散，均勻地照射在繪有畫(huà)面的透明膠片上，從而透射出亮麗的畫(huà)面。液晶板就像是那層膠片，只不過(guò)它的畫(huà)面是變化的，如圖2所示。

傳統(tǒng)的液晶顯示設(shè)各采用CCFL(冷陰極熒光燈，Cold Cathode Fluorescent Lamps)作為光源，雖然名字很專業(yè)，但我們把它理解為家用的日光燈，只不過(guò)燈管非常細(xì)，如圖3所示。

LED背光源就是用LED發(fā)光二極管代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熒光燈(CCFL)，從而作為液晶電視的背光源。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是將原是充滿惰性氣體的熒光燈換成了內(nèi)含發(fā)光二極管的燈管，如圖4所示。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)光二極管不一定做成燈管狀，還可排成陣列。如圖5所示。

三、LED發(fā)光原理簡(jiǎn)介

LED是英文Light Emitting Diode(發(fā)光二極管)的縮寫(xiě)，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上(如圖6所示)，四周用環(huán)氧樹(shù)脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。

發(fā)光二極管的核心是由P、N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為PIN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注人，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，簡(jiǎn)稱LED。當(dāng)LED處于正向?qū)顟B(tài)時(shí)(即兩端加上正向電壓)，電流從LED陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線Ⅱ光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。

在視頻領(lǐng)域，人們一般用NTSC作為衡量視頻設(shè)各的色彩還原特性的標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)指標(biāo)是指在整個(gè)色彩空問(wèn)內(nèi)，顯示設(shè)備能在各種色彩上顯示到何種飽和度，就是能夠顯示到什么程度的藍(lán)色、綠色、紅色。傳統(tǒng)的液晶電視通常采用冷陰極熒光燈(CCFL)作為光源。在日常生活中，經(jīng)常見(jiàn)到很多物體在日光燈下的色彩都有所失真，這是因?yàn)槿展鉄舭l(fā)出的光線不是真正意義上的白光，所以顯示顏色不夠豐富，色彩還原度差，能夠覆蓋的色域范圍只有NTSC標(biāo)準(zhǔn)的65%～75%。LED背光源能把液晶電視的色域范圍擴(kuò)展到NTSC標(biāo)準(zhǔn)的105%，基本上可以重現(xiàn)自然界場(chǎng)景色彩。

四、LED背光源的組成方案

在用LED作背光源時(shí)，有兩種方案：一是采用RGB-LED，二是采用白光LED。

用RGB一LED組成背光源時(shí)，部分按照明1∶1∶1的數(shù)量，即每個(gè)單元分別由1只紅色、藍(lán)色和綠色LED組成，如圖7所示。目前，最常見(jiàn)的方案是每個(gè)單元由1只紅色、1只藍(lán)色和2只綠色LED組成。因?yàn)檫@組合方式能有效地避免LED在發(fā)光效率上的差異。

采用RGB-LED背光源電視的優(yōu)點(diǎn)主要在于色彩表現(xiàn)力和對(duì)比度兩方面較好。這是因?yàn)椴捎肦GB三原色獨(dú)立發(fā)光元件，其色域范圍能超過(guò)NTSC的120%，部分機(jī)型可達(dá)150%，完全達(dá)到或者超越了等離子電視的水準(zhǔn)。RGB一LED電視支持背光區(qū)域調(diào)整技術(shù)，亮度調(diào)節(jié)很容易實(shí)現(xiàn)，因此在對(duì)比度方面，往往能夠達(dá)到非常高的動(dòng)態(tài)對(duì)比度，這能極大地提升圖像質(zhì)量。

RGB-LED電視雖然性能不錯(cuò)，但也存在以下缺點(diǎn)：一是成本方面沒(méi)有優(yōu)勢(shì);二是需要單獨(dú)的調(diào)光電路和更好的散熱結(jié)構(gòu)，這也會(huì)在一定程度上導(dǎo)致電視結(jié)構(gòu)復(fù)雜。另外，在該背光源中，如果其中一只壞了，則該點(diǎn)圖像亮度就明顯異常。

白光LED相對(duì)于RGB-LED就簡(jiǎn)單多了，它用只能發(fā)出白色光線的LED光源代替CCFL熒光管。由于白光LED不像RGB-LED那樣需要涉及背光源的調(diào)光，因此在電路結(jié)構(gòu)方面的要求相對(duì)不高。雖然白光LED色彩表現(xiàn)上不如RGB-LED，但比CCFL燈管好，加之每只LED在發(fā)光上可以互相補(bǔ)充，即使某只LED損壞，也基本能保證亮度的均勻，加之成本上的優(yōu)勢(shì)，因此白光LED已成為普及型LED液晶電視的優(yōu)選方案。

五、LED背光源的安裝方式

在LED背光源的安裝中，按人射位置可分為直下式(將顯示屏的整個(gè)背面換成LED)與側(cè)人式(周邊放上LED)兩大類。

直下式背光源安裝簡(jiǎn)單，不需要導(dǎo)光板，LED陣列置于燈箱底部，從LED發(fā)出的光經(jīng)過(guò)底面和側(cè)面反射，再通過(guò)表面的擴(kuò)散板和光學(xué)模組均勻射出，如圖8所示。

直下式背光源的厚度由燈箱底部和散射板的距離決定，通常厚度越厚，背光源的光均勻性就越好。在背光源較薄的情況下，色彩和亮度均勻性就成了直下式背光源的技術(shù)關(guān)鍵。LED燈的光場(chǎng)分布類型對(duì)背光源的色彩和亮度均勻性起著重要作用。目前，背光源所用LED燈通常有朗伯型和邊發(fā)射型兩種。由于邊發(fā)射型LED更有利于背光源的光均勻性，直下式背光源大都采用邊發(fā)射型LED，但不宜采用大角度邊發(fā)射LED，這是因?yàn)槠渲袉?wèn)光強(qiáng)偏低，易造成暗斑，影響背光源的均勻性。

側(cè)入式是指將LED安裝在經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的導(dǎo)光板側(cè)邊。如圖9所示。因光源置于導(dǎo)光板側(cè)邊，后面只需反射片即可，這樣就可以把電視做得很薄，但這種方式的光源利用率較低，且越薄利用率越低，最大約50%。