原创 液晶电视的LED背光(一)

DisplaySearch的数据显示， 2006年CRT的产能估计超过2.5亿个，2010年将远低于1.5亿个。市场调研公司iSuppli同样预计平板显示器将越来越普及，特别表现在电视领域。公司预计2009年LCD在电视市场中的出货量比例将达到48%，而CRT则只占42%。 而据中国赛迪公司预测，2007年中国的平板电视产品就将超过非平板电视产品，而到了2010年，非平板电视就只剩下9.1%.

现在发展的趋势已经很明显，液晶电视将会成为大屏幕的平板电视的主角。和等离子体电视相比，其优势也是很明显的。下面是赛迪公司在2007，01的预测。

2006年中国生产了2000万台液晶电视，其中7成以上用于出口，国内销售了380万台。而且平板电视的尺寸越来越大，现在的主流尺寸是32寸，占销售总量的二分之一。今后主流很快就会变成37”、40”。

家用电视的这种趋势也潜伏了一个问题，就是液晶电视机的耗电越来越大。40”液晶电视机的耗电平均为220W－250W，其耗电主要是背光系统的耗电，还有就是音频功率放大器的耗电。

液晶电视的CCFL背光

可以说到目前为止，绝大多数的液晶电视机仍然采用CCFL（冷阴极荧光管）作为背光。

采用CCFL作为背光的最主要的优点是发光效率高。但是，因为它含汞对环境造成破坏，所以已经被欧盟明文禁止。欧盟的RoHS规定从2006年7月1日开始禁止含汞的CCFL进口，如果一定要进口就必须缴纳10美元的有害物质处理费。而且用CCFL作为彩电的背光，在彩色的表现能力方面也显出明显的不足。因为CCFL实际上是用电子轰击水银蒸汽而产生的紫外线再激励涂在管壁上的荧光质而产生白光。它的光谱和真正的白光（太阳光）相去甚远。只能和液晶屏里的滤色片勉强匹配。图二表明了CCFL的光谱和红绿蓝三色LED的光谱和滤色片匹配的情况。

正因为这个原因，采用CCFL背光做成的液晶电视机的色彩表现能力远比CRT电视机差。这可以从图三色域三角形定量看出。

图中NTSC三角形实际上是CRT彩电屏幕上所涂覆的三种红绿蓝荧光粉的色域，而CCFL背光是图中黑色三角形的三个顶点实际上是图二中三个光谱峰值的位置。显然它所能显示的色彩要远远小于NTSC标准。通常只有76％的NTSC三角形的面积。所以大多数液晶电视的色彩没有CRT彩电那么绚丽多彩。这实际上是由CCFL背光所造成的，和液晶本身没有什么关系。只要改变背光光源的光谱就可以克服这个问题。

CCFL还有很多其它问题和缺点，例如当采用PWM对其进行调光时，因为它的气体放电不可能很快关断，所以就要采用比较低的PWM开关频率（30－200Hz），这就会使得它在表现动态的画面时产生跳动。又譬如它所能实现的对比度有限，通常在1000:1左右。它的寿命相对较低，约为3万小时左右，使用时间长以后就会变黄，使得彩色表现更差。还有它需要高压供电，当升压升到600伏时，会产生电磁波干扰；它是一根玻璃管，经不起振动和冲击，…。

CCFL剩下的主要优点就是发光效率比较高，成本比较低，技术相对成熟。

用白色LED作为液晶电视背光

LED早就在小尺寸LCD屏幕中作为背光，例如手机、PDA、PMP、GPS等1.5”-7”大小的屏幕。而现在它的小尺寸屏幕的市场已经正在被OLED所蚕食。而它又逐渐向更大尺寸屏幕发展，去蚕食本来是CCFL的市场。例如笔记本电脑的LCD背光，已经开始逐渐被LED所取代。在这些小屏幕的应用中，大多数直接采用白色LED作为背光。

LED相对于CCFL当然有很多显著的优点，例如无汞、寿命长、亮度调节范围大，对比度大，动态画面连续感强等。

LED相对于CCFL的最大缺点是发光效率低，CCFL通常在80－100流明/瓦，而LED的发光效率只有30－60流明/瓦。然而由于CCFL是圆柱形，它所发出的光是无方向性的。当它放在LCD屏幕下方时，尽管采用半圆形反光镜，可以认为仍然有相当多的一部分光被浪费掉了。而LED通常采用侧光辐射，所以它的光可以比较有效地利用。

（A）CCFL背光	（B）LED侧光
图四. CCFL背光有很大一部分光被浪费掉

所以，虽然LED的发光效率比较低，但是它所发出的光线被有效地利用，所以总体来说，它的效率还比CCFL要高。目前，WLED背光已经开始应用到笔记本电脑中去，在笔记本电脑中，至少需要用40颗以上的WLED。最早使用WLED背光的是Sony的VAIO TX型笔记本，它的结构和CCFL结构的比较如图五所示。它的厚度只有CCFL背光的一半，而重量也减轻了26％。

更重要的是，采用LED以后还更为省电。台湾的奇美电子展出了一款14.1寸的WLED背光屏，其总耗电量不到2W，而采用CCFL的同样尺寸液晶屏，其耗电量为3W。从而可以提高笔记本电脑的电池续航能力。

然而用于液晶彩色电视的背光还是有更多的要求，最重要的是它的色彩表现能力。白光LED并不是理想的白光，因为通常的白光背光LED是由蓝光LED和黄光荧光粉合成。其光谱（图六中实线）离纯白光（图六中虚线）相去甚远。

所以，这种白色LED作为背光只能得到80％NTSC色域，相对于CCFL背光只有很小的改进。所以用在笔记本电脑背光还是可以的，但是如果要用到液晶彩电就还是比较欠缺的。

为了得到非常接近天然白光光谱的LED背光，就必须采用红绿蓝三种颜色的LED来合成白光。