从LED液晶电视谈LED背光技术

一、LED电视特点简述

LED电视是用LED直接成像的，采用主动发光原理。彩色的LED显示屏用R/G/B三个LED管组成一个像素点，通过控制每一个像素点的亮/灭来实现图像的显示，其成像的原理和同样是主动发光的等离子非常相似。LED电视内部无背光灯电路，整机很薄(约2cm)，如图1所示。目前，虽然LED电视图像效果及能效均优于液晶电视，但价格较高，所以目前销量比液晶电视小得多，其取代液晶电视还有一段时间。

二、何为LED背光源

从原理上看，液晶显示有些像是街头广告灯箱，背后的光源经过一定扩散，均匀地照射在绘有画面的透明胶片上，从而透射出亮丽的画面。液晶板就像是那层胶片，只不过它的画面是变化的，如图2所示。

传统的液晶显示设各采用CCFL(冷阴极荧光灯，Cold Cathode Fluorescent Lamps)作为光源，虽然名字很专业，但我们把它理解为家用的日光灯，只不过灯管非常细，如图3所示。

LED背光源就是用LED发光二极管代替传统的荧光灯(CCFL)，从而作为液晶电视的背光源。简单地说，就是将原是充满惰性气体的荧光灯换成了内含发光二极管的灯管，如图4所示。当然，在实际应用中，发光二极管不一定做成灯管状，还可排成阵列。如图5所示。

三、LED发光原理简介

LED是英文Light Emitting Diode(发光二极管)的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上(如图6所示)，四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。

发光二极管的核心是由P、N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PIN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注人，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，简称LED。当LED处于正向导通状态时(即两端加上正向电压)，电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线Ⅱ光的强弱与电流有关。

在视频领域，人们一般用NTSC作为衡量视频设各的色彩还原特性的标准。这个指标是指在整个色彩空问内，显示设备能在各种色彩上显示到何种饱和度，就是能够显示到什么程度的蓝色、绿色、红色。传统的液晶电视通常采用冷阴极荧光灯(CCFL)作为光源。在日常生活中，经常见到很多物体在日光灯下的色彩都有所失真，这是因为日光灯发出的光线不是真正意义上的白光，所以显示颜色不够丰富，色彩还原度差，能够覆盖的色域范围只有NTSC标准的65%～75%。LED背光源能把液晶电视的色域范围扩展到NTSC标准的105%，基本上可以重现自然界场景色彩。

四、LED背光源的组成方案

在用LED作背光源时，有两种方案：一是采用RGB-LED，二是采用白光LED。

用RGB一LED组成背光源时，部分按照明1∶1∶1的数量，即每个单元分别由1只红色、蓝色和绿色LED组成，如图7所示。目前，最常见的方案是每个单元由1只红色、1只蓝色和2只绿色LED组成。因为这组合方式能有效地避免LED在发光效率上的差异。

采用RGB-LED背光源电视的优点主要在于色彩表现力和对比度两方面较好。这是因为采用RGB三原色独立发光元件，其色域范围能超过NTSC的120%，部分机型可达150%，完全达到或者超越了等离子电视的水准。RGB一LED电视支持背光区域调整技术，亮度调节很容易实现，因此在对比度方面，往往能够达到非常高的动态对比度，这能极大地提升图像质量。

RGB-LED电视虽然性能不错，但也存在以下缺点：一是成本方面没有优势;二是需要单独的调光电路和更好的散热结构，这也会在一定程度上导致电视结构复杂。另外，在该背光源中，如果其中一只坏了，则该点图像亮度就明显异常。

白光LED相对于RGB-LED就简单多了，它用只能发出白色光线的LED光源代替CCFL荧光管。由于白光LED不像RGB-LED那样需要涉及背光源的调光，因此在电路结构方面的要求相对不高。虽然白光LED色彩表现上不如RGB-LED，但比CCFL灯管好，加之每只LED在发光上可以互相补充，即使某只LED损坏，也基本能保证亮度的均匀，加之成本上的优势，因此白光LED已成为普及型LED液晶电视的优选方案。

五、LED背光源的安装方式

在LED背光源的安装中，按人射位置可分为直下式(将显示屏的整个背面换成LED)与侧人式(周边放上LED)两大类。

直下式背光源安装简单，不需要导光板，LED阵列置于灯箱底部，从LED发出的光经过底面和侧面反射，再通过表面的扩散板和光学模组均匀射出，如图8所示。

直下式背光源的厚度由灯箱底部和散射板的距离决定，通常厚度越厚，背光源的光均匀性就越好。在背光源较薄的情况下，色彩和亮度均匀性就成了直下式背光源的技术关键。LED灯的光场分布类型对背光源的色彩和亮度均匀性起着重要作用。目前，背光源所用LED灯通常有朗伯型和边发射型两种。由于边发射型LED更有利于背光源的光均匀性，直下式背光源大都采用边发射型LED，但不宜采用大角度边发射LED，这是因为其中问光强偏低，易造成暗斑，影响背光源的均匀性。

侧入式是指将LED安装在经过特殊设计的导光板侧边。如图9所示。因光源置于导光板侧边，后面只需反射片即可，这样就可以把电视做得很薄，但这种方式的光源利用率较低，且越薄利用率越低，最大约50%。

六、LED背光源的优点

1.工作电压低

LED使用低压电源，供电电压在5V～24V之间，因此省略了冷阴极背光的升压电路，电源的安全系数大为提高，特别适用于公共场所。同时，其供电模块的设计也颇为简单。

2. 高效低耗

采用LED背光源的液晶彩电的功率比采用CCFL背光源的同尺寸液晶彩电低1/3，甚至更多，这更是等离子彩电无法比拟的。如果采用动态LED背光源，则47英寸的LED背光源液晶电视最低功耗可低至10W .

另外，LED的寿命高达10万小时(光衰为初始的50%)，稳定性高，且无水银之类的有毒物质，绿色环保。

3. 响应时间短，抗震性好

传统CCFL灯管的发光频率较低，动态场景可能产生画面跳动，而LED背光可以灵活调整发光频率，而且频率大大高于CCFL，因此能完美地呈现运动画面。另外，平面状结构让LED拥有稳固的内部结构，抗震性能极高，远强于CCFL灯管。

4. 亮度、对比度调节范围宽

LED亮度调整范围大，不像CCFL的最低亮度存在一个门槛。LED背光白平衡的同时可以很好的保证整体对比度、亮度。LED是一种平面状光源，最基本的发光单元是边长3mm～5mm的正方形小片，很容易组合在一起成为既定面积的面光源，并且其亮度具有很高的均匀性，同时所需的辅助光学组件也非常简单。