显示背光技术

CCFL统治的终结

最近二十年来，CCFL照明是彩色平板LCD背后的主流技术。经过多年的改进，该技术已经达到了自身的极限。但在近期，它仍然是最通用的背光技术，因为其具备了价格优势和成熟的解决方案。与之相比，LED技术在多年发展之后，还只是作为简单的状态指示灯或数字显示器。

事情的转机来自于欧盟决定走绿色路线。为了控制在多数电子产品中经常使用的有毒物质含量，欧盟建立了RoHS(RestriCtion of Hazardous SubstanCes)规范。水银是该规范首要控制的物质，而CCFL要使用水银蒸气来发光，所以需要替代品，LED的机会因此到来。

白光LED最初用于照明LCD显示器，主要安装在对角线长度小于5英寸的屏幕上，这些显示器主要使用在手机等移动设备中。它们的性能有限且寿命也非常短。用做背光的LED寿命不超过7000小时，而同成熟的C CFL技术相比――其多数情况下能达到50 000小时以上，这点非常不利。它们的效率较低，为了发光要产生很多的热量。但是，LED能提供最小、最简单和最低功耗的设计，因而仍有超越CCFL解决方案的优势。

今日，LED不仅能满足扩展到中国、日本和其他地区的欧洲绿色标准；而且，它们还变得更小、更坚固，在低环境温度中有更好的表现和高于CCFL的效率。当全世界都开始欢迎有害物质的减少使用时，LED技术的迅速发展就成为可能。工业市场成为该技术的第一个获益者，LED已经迅速地用于小于5英寸的显示器中。

LED的种类

LED通常划分为两类，一种是小型、高效LED，另一种是长寿LED。高效LED主要用在电池供电的便携产品中，极低功耗是其明显优点。但是，尺寸在这些应用中非常重要，所以必须保持背光源的轻薄和亮度。LED背光比C C FL背光大约薄40％左右，效率高出50％，寿命可达30 000小时。

除了在机械上更坚固，并不受低温的影响外，L E D用其高效性和驱动的简易方法延长了手持设备的电池工作时间，所有这些都使它们非常适合工业LCD市场。

驱动白光LED的电路一般并不复杂，成本低，不需要像驱动CCFL那样的高电压，而高电压在易变的环境(如气泵)中，往往被认为是个潜在的安全隐患。对于大多数CCFL逆变器来说，输出电压达到1500V并不为奇，而LED的驱动电压则不会超过lOOV。市场上，很多LED背光源的驱动电压都低于30V。

长寿的白光LED通常体积较大且效率较低，但具有更高的峰值亮度，更大的热容，超过70 000小时的寿命，这使它们比CCFL更适合于有严格寿命和性能要求的设备中。根据所选类型的不同，LED的效率比CCFL高出20％～50％不等。

LED在极端温度条件下也能发光，而CCFL的表现在此情况下会大幅降低，尤其是低温情况。此时，如果连续使用CCFL，会降低灯泡的寿命，而长寿的LED就不存在这个问题。然而，温度变化既会给LED带来好处，也会带来弊端。随着环境温度的变化，白光LED的色温会发生变化，这会影响对颜色信息有严格要求的室外诊断。

色彩条件的平衡

在需要绝对高色彩表现和稳定性的市场，设计者倾向于选择替代类型的LED背光源，如RGB或其他三色LED。但同其他高端技术一样，它们的价格非常昂贵。

不过，RGB／三色背光技术在近几年内不断地发展。最初的产品使用由单独的红、绿、蓝LED组成的直列式LED串，它们的输出光经过一个外光导轨投射到弧形的终端反射器上。反射器能像光混合器一样将三种色光合成白光，再经一个内部光导形成均匀的光平面，投射在LCD TFT玻璃的背面。但是，这会产生一个集中的热源，这需要大的热沉降。

为了解决热问题，第二代设计将单LED串分成了两个，每个LED串都聚焦于自身的背光结构上。这个降低温度的办法依然需要热沉降。同时，价格也是另一个不利的要素，因为背光结构非常贵，L C D模块的厚度也非常大。

考虑到这些因素，现在的LED设备将单个的R G B芯片整合到一个封装中。主要的颜色是在设备中混合的，因此用户只看到白光从LED封装中投射出来。这就使创建一个三色LED的矩阵来背光照明TFT LCD成为可能，并可以消除集中的热源和复杂的背光组件来实现更小、更具性价比的LCD模块。

三色LED技术很重要，因为其具有优秀的色彩饱和度和稳定性。三色背光能实现非常高的色彩饱和度，有三色背光照明的面板能达到超过105％的NTSC色彩标准，而高性能的CCFL只能产生大约90％的色谱。可以看出，三色LED的色彩复制能力是惊人的。三色LED还能提供保持色彩稳定性的能力。色彩的准确性在用于诊治目的的医疗工业中非常重要。这里已有几种色温标准，它们都定义了具体的色温，并需要其维持一定的时间。三色LED技术主要瞄准了高要求的医疗应用，比如X光成像等。

在面板级别，给驱动三色LED的电路提供回馈的光学器件已经实现。这个电路能独立地改变产生主要色彩的电流，以及时地维持色温。三色LED的驱动关系能通过软件来调节，使LCD制造商能用一种产品来满足各种比色标准，这是CCFL产品所不能实现的。

LED的亮度

许多公司都在修改已有的LCD产品，用其来替换CCFL灯泡组件。然而，要正确地做到这些，TFT LCD中的色彩滤波器需要调整以符合LED的光谱输出。许多新的LED背光产品已经开始为LED21作而优化。