LED液晶电视结构原理分析

LED液晶电视结构原理分析

导读： 毋庸置疑，时下液晶面板与液晶电视技术已经达到炉火纯青的境界，并已经成为大屏幕平板电视市场最为抢眼的家庭消费产品。

 毋庸置疑，时下液晶面板与液晶电视技术已经达到炉火纯青的境界，并已经成为大屏幕平板电视市场最为抢眼的家庭消费产品。因此，在近两年中，几乎所有更新客厅电视的选购目光都集中到液晶电视。或许，液晶电视的好戏仅仅才是开始，因为更牛的LED电视已经闪亮登场了。在未来二三年内，LED电视将会像液晶电视一样普及使用。

    液晶结构

    值得注意的是，我们现在所说的LED电视，其实还是液晶电视。真正意义上的LED电视屏幕应该是LED面板，但是现在LED面板生产技术还不够成熟。现在我们所认识的LED电视，屏幕依然是液晶面板，只不过是由LED背光模组替代了传统背光源而已。虽然这仅仅是背光源的变换，但是得益于LED光源的优秀特性，却能大幅度提升液晶电视的色域值，使液晶电视在较低的功耗下实现更高的亮度和色彩饱和度，以及动画表现力。

    小灯管大神通

   LED即发光二极管，英文全称为Light-Emitting-Diode。这一全固体冷光源技术有三大显著优点：一是工作电压低，耗电量少。一般来说，LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A，电能消耗不超过0.1W；二是高亮度、低热量、性能稳定，寿命长(一般为10 万到1000万小时)；三是重量轻，体积小、抗冲击、耐振动性强、成本低。

    发光二极管的结构

    发光二极管的结构主要由PN结芯片、电极和光学系统组成。LED的心脏是一个半导体的晶片。它由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位；另一部分是N型半导体，在这边主要是电子。整个晶片被环氧树脂封装起来。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。
 
    因为不同材料的LED会发出不同色彩的光线，并且在各种色彩上都包含足够的能量，所以组合不同的LED可以形成独特的光源，可以用做照明、广告灯饰、大幅面显示屏，同时也是液晶电视和液晶电视以及投影机等视频终端的一种理想背光源。

   早期的红色LED每瓦大约能提供0.1流明(lumens)的输出光通量，比一般的60至100瓦白炽灯的15流明要低上100倍。全球第一款商用化发光二极管(LED)是在1965年用锗材料作成的，其单价为45美元。随后不久Monsanto和惠普公司也推出了用GaAsP材料制作的商用化LED。1968年，LED的研发取得了突破性进展，利用氮掺杂工艺使GaAsP器件的效率达到了1流明/瓦，并且能够发出红光、橙光和黄色光。

   在20世纪70年代其间，LED研究开始主攻数字与文字显示，如液晶、等离子体和真空荧光管显示器。20世纪80年代，AlGaAs开发出新的LED，它能以每瓦10流明的发光效率发出红光。1991年至2001年期间，LED技术重大突破，这些LED能够发出绿光、蓝光或紫罗兰等颜色，光通量提高了近20倍，使显示屏能够显示真彩、全运动的视频图像。

    目前，三星电子、三星SDI、LG飞利浦都十分重视主动矩阵AMOLED（Active Matrix/Organic Light Emitting Diode）有机发光二极体面板（AMOLED）的开发。该主动矩阵面板被称为下一代显示技术，它具备三大优势：无需背光灯；色彩饱和度更大；可以达到IPS或者VA面板的180度可视角度。如果AMOLED产品成本能够得到有效控制的话，那么传统的LCD面板技术将受到极大挑战，不过这还有一段很长的路要走。

    LED背光源的技术优势：安全环保,色域增大

    LED具有多波长的特性，可依照需求生产出独特的波长，及利用电路设计来完成亮度控制。以LED作为液晶电视背光源，不仅完全符合绿色环保的时尚，而且能够解决液晶电视的色域问题，并具备节能和延长液晶电视使用寿命的优势。

    在以CCLF冷阴极荧光灯作为背光源的LCD中，其所不能缺少的一个主要元素就是汞，这也就是大家所熟悉的水银，而这种元素无疑是对人体有害的。虽然目前厂商在降低荧光管中的汞含量已经做了很大努力，但是依然不能完全解决无汞所带来新技术问题。而发光二极管不含汞，以LED作为液晶电视背光源，完全符合绿色环保的时尚。

   众所周知，液晶面板本身并不发光，必须透过背光的光线才能够显示画面，其色彩的还原范围主要取决于面板的偏光板、背光灯管、三原色滤光膜、液晶分子粘滞性这四项色彩还原指标。传统的CCFL背光技术，由于存在萤光材质的限制，灯管红光呈现能力偏弱，所搭配的彩色滤光片的混色效果也较差，只能实现NTSC 65－75％的NTSC色彩区域。目前的主流液晶产品，无论是TN类面板还是VA，或者IPS类面板，它们在面板构成都没有根本差别，因此都不能提供优异的色彩效果，最终呈现的画面总是灰蒙蒙的。因此，近年各大显示器厂商都致力于新的背光技术的研发，以提升显示色域，实现逼真的高清晰显示。

    目前提升液晶显示色域的方法主要有增加液晶面板的原色数目与改进背光两类技术。

   增加液晶面板的原色数目的方法，一般通过采用多色彩色滤光片，来增大色域范围。奇美电子在同样使用CCFL作为背光灯源的模组基础下，采用4色以上多色滤光片来作为色彩表现，即分别在原有的R（红色）、G（绿色）和B（蓝色）3色上，增加了追加了Y（黄色）和C（青色）的5色滤光片的面板。这样的设计，虽然能扩大液晶面板色彩表现范围，色域范围可提升到115%NTSC－109%NTSC，但是却依然不能CCFL背光的先天限制。
 
    从目前液晶面板的多种提高影像表现能力的背光技术应用来看，LED背光源是新一代液晶电视的最佳选择，因此最近二三年世界各大显示生产商的目光也都集中在“LCD”这个焦点上，并纷纷推出了传统显示器不可比拟的LED背光源显示器。例如，三星为专业级用户量身打造的XL30液晶电视，其色域达到了惊人的123%。
功耗低寿命长

   LED内部驱动电压远低于CCFL，功耗比大约为10:1。CCFL交流电压要求相对较高，启动时达到1500～1600 Vac，然后稳定至700或800Vac，而LED只在12～24Vdc或更低电压下就能工作。因此，采用LED背光源的液晶电视，功耗和安全性大大优于CCFL。例如优派推出的VLED221wm背光源液晶电视，耗电功率仅36W。
 
    传统CCFL被光源的液晶电视，额定使用寿命（半亮）一般来在8000～100000小时之间，而LED背光源的液晶电视的使用寿命则可以达到CCFL的两倍左右。当然，LED背光源的使用寿命还受到散热管理方面的影响，目前这一技术还不够完善。

    高色域LED背光模组姗姗来临

   LED背光液晶示器比传统背光液晶示器有更高的色域，而高色域（Color Gamut）背光技术液晶电视的技术关键在三色或多色背光模组，目前这一技术应用已经达到商业化。
 
    从理论上来说，液晶电视的色域越大，RGB三原色就越鲜艳，提高液晶电视色彩范围与饱和度的方法是提高背光亮度和液晶的透光度。传统液晶电视的背光亮度和透光度比低，因此所能显示的三原色不够鲜艳。采用三色或多色LED作为背光源，能够大大提高RGB子象素的色纯度，在混色的表现上并不会出现部分色域窄化的问题，尤其在红光的部分，可以获得非常宽广的色再现范围，也不会造成类似CCFL所出现不纯辉线的subpeak。
 
    日本LEIZ所发表的三色LED背光模组，可达到NTSC的100％色域。该LED背光模组使用了40颗高亮度的三色LED，并且在模组两边设置了Heatsink，让三色LED在模组内进行混光，可为液晶电视显示提供足够的的光源。
 
    2004年底，SONY推出的由R、G、B三色LED作为背光源的显示器，其RGB三色LED色域表现超过CCFL的150％，同时也超越了CRT显示器色彩表现。

    三菱电机与三星都已经成功开发6色LED背光模组和6色彩色滤光片面板新技术。三星6色LED背光源，以场序交互点灯方式将显示时间错开，依次打开R（红）、G（绿）、B（蓝）LED，解析度为1366×768、亮度为500cd/㎡，1000：1的对比度，色彩表现达到了NTSC规格的110％。三菱电机6色LED背光源，则利用LED不同的波长来达到6种不同的颜色，其23英寸显示器，蓝光与红光LED各使用26颗，而绿光LED则使用了56颗。该产品解析度为1280×768，亮度为80cd/m2，sRGB色域提高到了175％，可以涵盖自然界物体色彩的96％。耗电量82W，相当于同样亮度老式液晶面板耗能的60％。