原创 液晶电视的LED背光(二)

用红绿蓝三色混成白光

我们知道，由红绿蓝三种色彩就可以组合成白光。其比例如下：

由其中可见，要构成白光，所需要的绿光的亮度要最亮，其次是红光，蓝光只要很少就可以了。这也是为什么通常需要两颗绿光LED的原因。

图七表明了采用RGB三色LED作为背光源的结构示意图。背光板的散热是一个很重要的问题，尤其是在目前LED的发光效率还不是很高的时候，通常需要采用几百个LED。其所散发的热量是很可观的。图中表现出空气是怎样流过所有LED以带出它们的热量。

图七 采用RGGB三色LED作为背光源的结构示意图

彩电的LED背光也可以采用侧光照射的方法。Luminus公司最近开发出了一种称之为PhlatLight的LED芯片，它把RGGB四个芯片组合在一起，构成一个发光单元。然后采用GLT公司的侧光导光板把光线均匀地散布到整个屏幕上去（图八）
。

图八. 采用PhlatLight的RGGB LED模块的侧光系统

据说采用这个侧光导光系统以后，可以把原来需要几百个LED的背光源减少到只要12个，其亮度可达8500 cd/m2，厚度只有15 mm，功耗也减少了20％。

采用红绿蓝三色LED作为背光时，其光谱和原来LCD屏幕中的彩色滤色片的透光光谱特性是非常匹配的（见图二）。所以它的色彩表现能力就比CCFL和白色LED要改进很多（见图三）。通常可以超过NTSC的色域范围，达到110％以上。可以这样说，当人们第一次看到采用红绿蓝LED背光的液晶电视以后，无一不为其所表现的绚丽多彩而惊叹。这才彻底改变了人们对液晶彩色电视的看法。

总结以上所述，用WLED背光相对于和CCFL背光比较如下表所示：

2004年8月9日，Sony公司在东京推出了采用LED背光的液晶电视机QUALIA005。然而由于早期的LED背光只是简单地把红、绿、蓝三种颜色的LED混成白光来代替CCFL。可是它的成本高、价格贵，Sony QUALIA 46”要卖7.7万元人民币，40”的也要卖5.8万元人民币。而且它的耗电大， Sony QUALIA 46”耗电550W；40”耗电470W，为同样尺寸CCFL背光290W的1.6倍。显然这种LED背光是不可能被市场所接受的。

用场顺序方法除去滤色片

目前所有的液晶电视机都必须采用滤色片，以便从白光中分离出红绿蓝三色。自从有了RGB三色的LED作为背光以后,这种滤色片似乎成了多此一举。何必先把RGB合成白光，再把白光分解成RGB三色？但是想要直接用RGB的LED来取代滤色片看上去好像很简单，其实是不可能的。因为滤色片是把每一个象素都分成三种不同颜色的子象素，如果直接用三种颜色的LED来取代滤色片，就必须采用小到和子象素尺寸一样大的LED来照射每一个子象素，才不至于红光照到了绿光的子象素上。这样，LED的个数就要几百万个之多。为了维持象素数不变,唯一的方法就是重复使用这些象素,也就是采用时分复用制。这时就只要顺序地发射出红光、绿光、蓝光，同时控制每个象素的薄膜晶体管（TFT），使其相应地按照这个象素在这种颜色时所应当具有的的强度来开启液晶光阀。但是要能够顺序地发出红、绿、蓝三种颜色，而还能够形成一个彩色的视频图象就必须利用人眼的视觉残留作用。只要这三种颜色顺序重复的周期小于人眼的视觉残留时间，就可以在人们的大脑中形成一个彩色的图象。这个视觉残留的时间实际上也就是电视的场频的周期，在PAL制中为五十分之一秒。这也就要求在五十分之一秒的时间内必须完成红、绿、蓝三个图象的显示。所以这种方式也称之为“场顺序”体制，也有人称之为“色顺序”体制。它的工作时序如图九所示一个视频场

图九. 场顺序的工作时序

所以场顺序实际上就是让液晶屏顺序地发出三种不同颜色的图象，然后靠人脑来合成彩色图象。从人眼睛感受到的效果来看是完全一样的。然而在硬件实现上就产生了极大的差异。

首先，这种方法省去了彩色滤色片，而滤色片是光能的主要吸收者，它要损失光能70％以上。图十表明了光能从光源出发以后所受到的损失。

图十. 从背光源出发的光能的损失

拿掉滤色片以后，不但免除了滤色片的光能损失，而且还可以省掉滤色片的成本。滤色片的成本在总成本中占19％，是相当可观的一部分（见图十一）。实际上省去滤色片以后，还可以提高成品率，减少生产工时，这些都是很重要的无形改进。

图十一. 背光板的成本分析

其中背光源的成本是基于CCFL的数据，如果采用LED作为背光源，它所占的成本就大大超过这个比例。下面表中所示的数据虽然是2005年第四季度的数据，但是也还能够看出其相对的关系。CCFL占22％的成本，而LED却要占到77％的成本。

采用场顺序制以后，发光效率就提高了70％，这是非常可观的。这意味着LED的数量就可以减少70％，LED的成本就可以减少70％，假如我们仍然采用上面的数据，那么它的成本可以从270美元降低到81美元，总成本降低为158.2美元，所占比例也就降低到51％。

LED数量减少70％以后，其发热量也可以减少70％，耗电也可以减少70％。这些都是非常重要的改进。

不仅如此，采用场顺序以后，因为不需要再把每一个象素分为三个子象素，薄膜晶体管TFT也可以减少三倍，所以相当于把象素面积加大了三倍；或者说，如果保持象素面积不变，在和原来相同的屏幕尺寸时，就可以把分辨率提高三倍（见图十二）。

图十二. 场顺序不需要把每个象素分成三个子象素