取代CCFL不是夢 LED背光源技術(shù)優(yōu)勢明顯

CCFL背光源的缺陷

    近年來，圍繞“LED背光源能否取代CCFL”的討論一直都在繼續(xù)，實(shí)際上早在2007年，于日本高新技術(shù)博覽會上，索尼便展出了采用LED 背光源技術(shù)的70英寸液晶電視，并希冀進(jìn)一步推廣這種新型的LED背光源技術(shù)。緊接著，三星也發(fā)布了其70英寸采用LED背光源的液晶電視，三星的該系列產(chǎn)品在中國區(qū)甚至還嵌上了祥云的標(biāo)志，頗為引人注目。

    于是，全球眾多液晶電視廠商都開始著力研發(fā)這一新型背光源技術(shù)，希望可以在未來競爭更加激烈的市場上贏得先手。不過在早些年，液晶電視使用的LED背光源面板后成本是甚至是CCFL的3倍以上，這也成了阻礙其進(jìn)一步成長壯大的因素之一。

    還是有好消息傳來，原本就優(yōu)勢明顯的LED背光源模塊BLU的成本雖說還是高于傳統(tǒng)的CCFL，可二者之間的差距正逐步縮小，包括iSuppli、DisplaySearch 在內(nèi)多家調(diào)研公司以及很多業(yè)內(nèi)專家都預(yù)測，在2010 年，30%左右的液晶電視將采用LED背光源，到那時，LED的成本將同CCFL相當(dāng)，前景還是一片光明的。

    首先，我們還是要看看傳統(tǒng)CCFL背光的缺陷在哪兒，還是先從液晶談起吧。我們知道，液晶是一種介乎于液體和晶體之間的物質(zhì)，其顯示的原理是通過給液晶施加不同的電壓來改變其分子排列狀態(tài)，從而控制光線的通過量，以便顯示多種多樣的圖像。而液晶自身并不會發(fā)光，它只是控制光線的通過與否，因此所有的液晶面板都需要背光源來提供照明。

    目前，大多數(shù)液晶電視的背光源采用的還是CCFL，也就是通常所說的冷陰極熒光燈。這種光源并不是平面光源，為了實(shí)現(xiàn)背光源均勻的亮度輸出，我們還需要為液晶面板的背光模組搭配擴(kuò)散片、導(dǎo)光板、反射板等眾多輔助器件。

    即使是這樣，要獲得如CRT那樣均勻的亮度輸出仍是很困難的，大部分液晶在顯示全白或全黑畫面時，屏幕邊緣和中心亮度的差異十分明顯。另外，在圖像顯示效果上，同CRT 相比，采用CCFL的液晶之色域表現(xiàn)還是明顯不足的。

    在業(yè)界，我們一直都用美國國家電視系統(tǒng)委員會NTSC公布的標(biāo)準(zhǔn)來衡量視頻設(shè)備的色彩還原能力，這一指標(biāo)是指在整個色域內(nèi)，顯示設(shè)備在色彩顯示時，色彩的飽和度怎樣，對于大多數(shù)傳統(tǒng)液晶面板來說，能夠覆蓋的色彩范圍只有NTSC標(biāo)準(zhǔn)的65%～75%，具體表現(xiàn)為在綠、黃、紅色彩區(qū)域，與標(biāo)準(zhǔn)值差別較大。

    CCFL屬于管狀光源，要將所發(fā)出的光均勻散布到面板的每一個區(qū)域就需要相當(dāng)復(fù)雜的輔助組件，除了亮度輸出均勻度不夠之外，CCFL的結(jié)構(gòu)還非常復(fù)雜，應(yīng)用了它的液晶電視屏幕的厚度也較難控制，而且隨著面板的增大，必須使用多條光源。此外，CCFL還有發(fā)光效率低、放電電壓高、低溫下放電特性差、加熱達(dá)到穩(wěn)定灰度時間長等缺點(diǎn)，并且CCFL中含有有害金屬，不符合環(huán)保要求。

    當(dāng)然，應(yīng)用CCFL作為背光源的液晶面板面臨的一個最大的問題還是壽命較短。絕大多數(shù)CCFL 背光源在使用2至3年后亮度下降非常明顯，許多液晶電視在使用幾年后會出現(xiàn)屏幕變黃、發(fā)暗的現(xiàn)象，這正是CCFL使用衰減期較短的缺陷造成的。到了這步田地，消費(fèi)者除了更換液晶背光燈管，還真沒有別的什么解決辦法。

    上面就介紹了，由于CCFL背光源必須包含擴(kuò)散板、反射板等復(fù)雜的光學(xué)器件，因此液晶面板的體積無法再進(jìn)一步縮小，這與當(dāng)前液晶電視超薄化的趨勢則是相悖的。在功耗方面，采用CCFL背光源的液晶電視也是有很大的缺陷，有人做過這樣的實(shí)驗(yàn)，一臺42 英寸液晶電視往往需要消耗250W甚至更多的電能，這與當(dāng)前構(gòu)建節(jié)約型社會的理念也是合不上拍的。

    為了解決CCFL背光源給液晶電視帶來的這些“病痛”，眾多液晶電視廠商這些年都在搜尋一種更為優(yōu)秀的液晶背光源來作為替代品，而LED背光源技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生了。

LED背光源簡介

LED 背光源簡介

    實(shí)際上，LED也就是我們通常所說的發(fā)光二極管，通俗些講，它就是在PN結(jié)中注入的載流子，少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合后，釋放出能量，表現(xiàn)以光的形式，從而實(shí)現(xiàn)電致發(fā)光。它也并非什么新物件了，這些年已經(jīng)被應(yīng)用在戶外廣告、標(biāo)牌、指示燈、汽車前大燈、電器按鍵背光源等多個方面。

    而LED顯著的特色就是光電轉(zhuǎn)換效率高、彩色飽和度高、體積小、耐震動、耐沖擊、不含有毒物質(zhì)、低壓供電、對人體安全、壽命超長等。早在上世紀(jì)60 年代，LED就被認(rèn)定是熒光燈管、燈泡等照明設(shè)備的終結(jié)者，甚至有人認(rèn)為LED 將會開創(chuàng)一個全新的照明時代，最終出現(xiàn)在所有需要照明的場合。

    下面詳細(xì)的介紹一下LED發(fā)光的原理。LED本質(zhì)上講是一種半導(dǎo)體器件，其核心部分是由P 型和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P 型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的交界面就會出現(xiàn)一個具有特殊導(dǎo)電性能的薄層，這也就形成了所謂的PN結(jié)。PN 結(jié)能對P 型和N 型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動產(chǎn)生較強(qiáng)的阻礙作用，當(dāng)我們對PN 結(jié)施加正向電壓時，電流會從LED的陽極流向陰極，而少數(shù)與多數(shù)載流子在此時進(jìn)行復(fù)合，多余的能量就會轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽茚尫懦鰜�，這也就是所謂的LED發(fā)光。

    更重要的是，LED可發(fā)出從紫外到紅外不同波段、不同顏色的光線，早些時候，LED還只能發(fā)出單波長光線，還不能像白熾燈那樣工作，甚至只有藍(lán)、紅、綠等顏色。

    如果只是這樣的話，LED無法被做成白光源，也就沒法被應(yīng)用為液晶電視的背光源了。而這些年，眾多液晶電視廠商也都在這方面動腦筋，著重開發(fā)白光LED背光源。在這一方面，日本企業(yè)一直都是先行者，它們在1996年就提出了些解決方案，以日亞化學(xué)為例，它們提出的方案就是在藍(lán)色LED上涂抹黃色熒光粉實(shí)現(xiàn)白光輸出。

    扯了這么半天了，LED作為液晶背光源的話會帶來哪些好處呢？首先，采用了LED 背光，液晶面板的體積將進(jìn)一步縮��；其次，LED是由眾多柵格狀的LED 組成，每個“格子”中都擁有一個LED，這樣LED 背光就能實(shí)現(xiàn)真正的光源平面化；我們知道，平面化光源不僅有優(yōu)異的亮度均勻性，還不需要復(fù)雜的光路設(shè)計，應(yīng)用了LED的液晶電視就可以被做得更薄，還能實(shí)現(xiàn)真正的光源平面化。

    另外，在發(fā)光壽命方面，LED背光源技術(shù)更是可以超出傳統(tǒng)的CCFL許多。咱們知道，普通的CCFL 背光源的使用壽命一般在3萬小時左右，即便是頂級的CCFL背光源的壽命也不過6萬小時。而LED 背光則完全沒有這樣的問題，現(xiàn)階段白色LED 背光的壽命已經(jīng)高達(dá)10萬小時，很多專家還提出這一成績甚至有進(jìn)一步發(fā)展的空間，消費(fèi)者即使是24小時不間斷使用，LED液晶電視也是可以應(yīng)付的了。

    在色彩表現(xiàn)方面，LED 背光也有明顯的優(yōu)勢。我們知道，傳統(tǒng)的CCFL 背光由于色純度等問題，在色階方面表現(xiàn)不佳。這就導(dǎo)致了液晶在灰度和色彩過渡方面不如CRT。據(jù)測試, 采用CCFL 背光只能實(shí)現(xiàn)NTSC 色彩區(qū)域的百分之六七十，而應(yīng)用了LED背光之后，液晶面板卻能輕松地實(shí)現(xiàn)100%的NTSC色域表現(xiàn)。像索尼“Bravia”系列LED 背光液晶電視就選用了能同LED 波長作最佳搭配的彩色濾光片，色域甚至可以達(dá)到126%。

    另外，LED采用的是是低壓驅(qū)動，它使用的是5V～24V的低壓電源，非常安全，驅(qū)動電路模塊的設(shè)計也較為簡單；其穩(wěn)定性也更好，平面狀結(jié)構(gòu)讓LED擁有穩(wěn)固的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，抗震性能很出色；最后在綠色環(huán)保方面，LED也是更具優(yōu)勢的，它不采用對環(huán)境有害的金屬汞，更加安全環(huán)保；再者，LED背光源非常節(jié)電，其功耗要比CCFL冷陰極背光燈更低一些，因?yàn)長ED內(nèi)部驅(qū)動電壓遠(yuǎn)低于CCFL，功耗和安全性均好于CCFL。

    可見，應(yīng)用了LED背光源技術(shù)之后，液晶電視在色彩表現(xiàn)方面甚至可以同CRT相當(dāng)。另外，LED還用于眾多平面光源特性，可以實(shí)現(xiàn)CCFL望塵莫及的區(qū)域色彩和色度調(diào)節(jié)，從而可以實(shí)現(xiàn)更好的色彩還原，當(dāng)然，在環(huán)保、節(jié)能等方面，LED背光同樣是極具優(yōu)勢。

LED背光源前景展望

    看了上述介紹，我們知道，LED 背光源技術(shù)有著巨大的優(yōu)勢，但是在現(xiàn)階段，它依然存在著這樣或那樣的問題。

    首先是成本問題，由于白光LED背光器件被幾大寡頭壟斷，LED背光的制造成本還是比較高，市面上應(yīng)用LED背光的液晶電視還是處在劣勢的。應(yīng)用LED背光的液晶產(chǎn)品售價在現(xiàn)階段仍然比傳統(tǒng)CCFL的產(chǎn)品高出很多，而且在白光LED的產(chǎn)量無法滿足大批量需求的情況下，廣大消費(fèi)者還是一直在為到底是買LED還是CCFL而發(fā)愁。這都是價格較高惹得禍，所以說要想實(shí)現(xiàn)LED價格為廣大普通用戶接受，還是要突破白光LED的專利性壟斷，當(dāng)然了，這也是任何一項(xiàng)新事物出現(xiàn)時都難以回避的現(xiàn)實(shí)。我們只能靜靜等待，不是有業(yè)內(nèi)專家預(yù)計了么，到了2010年，LED背光的成本有望與傳統(tǒng)CCFL持平。

    其次是技術(shù)因素，現(xiàn)階段的LED 背光技術(shù)在發(fā)光效率方面還難以讓人滿意。傳統(tǒng)CCFL冷陰極熒光燈雖然耗電量大、發(fā)光質(zhì)量一般，但是其發(fā)光效率可達(dá)到50～100流明/瓦，而白光LED器件在剛起步時發(fā)光效率僅為30lm/W甚至更低。探究其原因，主要是LED會隨著芯片面積的增大而出現(xiàn)電流密度不均勻的現(xiàn)象，這必然導(dǎo)致整體發(fā)光效率低下，同時也會產(chǎn)生較高的熱量。由于在大尺寸背光發(fā)光效率上的差距達(dá)到了50%，因此LED 背光用在大尺寸面板上所需要的發(fā)熱量將會是普通CCFL的2倍，這也是當(dāng)前很多大尺寸LED背光液晶都搭配了主動散熱系統(tǒng)的原因。

    不過，隨著各大廠商對于LED 背光研究投入的持續(xù)增加，以上兩個困擾LED 背光的關(guān)鍵問題都有希望得到很好地解決。白光LED 主導(dǎo)廠商日亞化學(xué)在2004年開始便不斷提升白光LED 產(chǎn)品的產(chǎn)量，同時其他很多廠商的白光LED 產(chǎn)品也實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)化，白光LED 的價格也正以較快的速度下降。

    在LED的發(fā)光效率較低這一問題上，業(yè)界也有了一定地突破。新一代的白光LED發(fā)光效率已經(jīng)提升到了50lm/W，和CCFL 的差距只有區(qū)區(qū)10 lm/W。相信未來的LED發(fā)光效率還會有更大地提升。

    我們還可以換個思路，液晶電視上使用的LED背光源可以是白色，當(dāng)然也可以使用紅、綠、藍(lán)三基色，而且這種多色LED 背光應(yīng)用在高端液晶電視當(dāng)中，還可以進(jìn)一步提高色彩表現(xiàn)力。在消費(fèi)者愈發(fā)重視液晶電視畫質(zhì)表現(xiàn)的當(dāng)下，RGB-LED背光的又一發(fā)展方向，而現(xiàn)階段的這種白光LED也只是RGB-LED 背光技術(shù)的一個過渡。另外，RGB-LED背光的成本僅是CCFL的1.3倍，而且發(fā)光效率還相當(dāng)高，這也為LED取代CCFL提供了一個有效的途徑。

    然而RGB-LED技術(shù)雖說有著眾多優(yōu)勢，在現(xiàn)階段卻仍存在著一些不可回避的局限性。首先是這種大量使用的獨(dú)立LED器件，其點(diǎn)陣排列相當(dāng)密集，不僅較難保證每一個器件發(fā)光的一致性，而且散熱也非常不理想，達(dá)不到超長的壽命；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(zhì)量產(chǎn)生一些影響。

    所以說嘛，LED背光畢竟是一項(xiàng)新興的技術(shù)，在技術(shù)沒有成熟、成本沒有大幅下調(diào)之前，廣大的中小廠商還是不會急于推出自己的LED液晶電視的。所以說，這就需要索尼、三星等知名品牌扮演好領(lǐng)航者的角色，很好地發(fā)揮好橋頭堡的作用。不可否認(rèn)的是，LED最終將取代CCFL，這一點(diǎn)無論是在生產(chǎn)廠商還是相關(guān)業(yè)內(nèi)人士心中都已經(jīng)取得了共識，只是現(xiàn)階段LED背光尚未成熟的情況下，它還多應(yīng)用于高端液晶產(chǎn)品上面。不過，相信有著越來越多廠家進(jìn)入這一領(lǐng)域，LED背光技術(shù)還是會在未來取得更好的成績的，其取代CCFL也將成為歷史的必然。