LED在背光源领域的研究发展及趋势[2]

　　与其他光源相比，LED背光源最显著的优点是可以提供前所未有的色彩还原性。通过选择适当波长的LED和与之相匹配的彩膜，LED背光源的色彩还原范围可以达到美国国家电视系统委员会(NTSC)标准的105%甚至120%以上。相比较而言,传统的阴极射线管(CRT)电视只有85 %左右，CCFL背光源的液晶电视更是只有65%～75%。在画质就是生命的显示行业，具有更加鲜艳的色彩将是压倒性的优势。依传统观念而言，液晶显示器尤其是液晶电视，由于色彩和响应速度不如CRT甚至PDP而屡遭诟病， 液晶显示器件可以通过瞬间背光闪烁和扫描技术[11]，消除普通液晶显示在显示快速移动物体时出现的拖尾模糊现象，画面质量将显著升，LED纳秒量级的响应速度为上述技术的实现提供了坚实的保证。点阵式的LED背光源可以将整个屏幕分成若干区域，根据显示的影像信号，单独控制每个区域的亮度和颜色，所以影像暗的部分能够做到更暗，亮的部分能够更亮，可以获得超过10000∶1的动态对比度，同时，这种LED背光源比通常用的背光源省电48%左右[12 ,13 ]。在使用寿命上，LED可以达到10万小时以上，相当于每天看电视8h， 可以看30多年。与CCFL内含有致命的汞蒸汽不同，LED是半导体固体光源，完全是一种理想的绿色光源。综上所述，具有诸多不可比拟之优势的LED背光源必将在不久的将来，成为LCD重要,甚至是主要的背光光源。

　　LED是一种平面点光源，最基本的发光单元是3～5mm 边长的正方形组合在一起的面光源，具有较好的亮度均匀性，所需的辅助光学组件可以做得非常简单，屏幕亮度均匀性比CCFL背光源优越。采用LED背光源时，可采用区域亮度控制解决亮度均匀性问题，而且还可进一步降低背光源的功耗，因为显示的图像在每个具体部位的亮度是不一样的，有的区域较亮、有的区域较暗，所以完全没有必要对整个屏幕采用均匀亮度的背光控制调整，可根据图像内容决定区域亮度控制[14]。而且它具有色域宽、彩色还原性好;可以实时色彩管理;图像稳定清晰;寿命长;无高压，安全可靠;抗震、环保性能好;环境适应性强;利用LED快速点灭特性，还可以消除液晶电视的图像拖尾。

　　图4 LCD的成像原理示意图

　　LED具有这么多的有点的同时，它同样存在着缺点。首先，它的成本很高，价格贵。LED背光源与同等尺寸CCFL背光源相比，成本高、价格贵。目前LED电视是CCFL电视价格的2～ 5倍。其次，它的发光效率低，亮度低。目前CCFL的输出光通量为5000～ 8000lm，液晶电视的屏幕亮度可达500cd/m2以上，而多数LED背光源发光效率尚无法达到这一指标[13]。再者，LED的白光一致性差，它的波长会随着温度的变化而变化，产生色彩漂移。

　　3 LED背光源发展趋势

　　3.1 LED薄型化

　　随着LED技术的不断提升，LED将薄型化、高功率以及导光板薄型化;“无边框”化。虽然液晶电视机不可能真正实现“无边框”———这只是对超窄边框的一种夸张形容。但是业界专家纷纷预测，无边框产品将成为LED超薄之后液晶电视工艺设计的又一高峰。它的发展趋势如图5：

　　图5 大尺寸LED 背光源的发展趋势

　　其中，(a)为直下式的背光源，为降低混光高度，要求灯的数量比较多，实现普遍量产;(b)为侧光式的背光源，现在发展到四边入光，需要六根灯条，灯是两个芯片封装在一起，后期随着LED灯功效的提高，会发展为两边入光，见(c)，需要4 根灯条，也是两个芯片封装在一起;(d)也是两侧入光，只需两根灯条，在短边入光;(e)为后期发展目标，单侧入光，如现在的笔记本电脑产品和MNT 产品，单个芯片封装，达到客户要求，满足降低成本、提高组装效率、降低功耗、节能环保的要求[15]。

　　3.2 LED封装散热向直接封装散热材料方向发展

　　现在开发设计的大尺寸LED背光源产品，所要面对的一个重要问题就是散热问题，并且在LED技术中散热问题也是一个比较大的问题。直下式LED大尺寸背光源，有一定量的混光高度，对散热有一定的帮助，并且在整个LED 大板上会相应的做散热板，达到散热效果。由于现在LED灯的功率比较高，并且有一定的能量以热的形式释放，而背光源对热信赖性要求比较严格，过热会影响电路元器件性能、降低LED灯的发光效率、膜材方面产生褶皱现象造成背光源mura 不良、背光源局部温度过热、在模块做老化试验的时候产生液晶工作不稳定现象。而现在开发量产的大尺寸LED侧发光式背光源，要求灯条数量减少，灯的功率加大，对LED灯条的散热要求更高。现在的技术是灯条使用铝基板，灯条在组装到背光源上需要散热条，结构方面要配合更好的散热，但后期随着灯条的减少、相应灯的数量的减少、灯的亮度的增加，对现有技术是一个挑战。后期的趋势集中在LED的发光效率上，发光效率越高，产生的热越低。从LED灯封装技术上考虑，直接把散热材料封装到内部，达到更好的散热效果，随着封装技术的提高，LED灯的散热会更好。并且现在各个LED厂家都在研究LED灯的模块，该种技术是把多个芯片封装在一个模块下，并相应地做散热处理，在Lightbar模块中混光达到最佳状态。使用陶瓷封装更好散热，功率提升向100lm/W 方向发展[16]。

　　4 结束语

　　全球节能减排的背景下，由于LED所具有的节能、环保、比较经济的特点，它在各方面的应用中越来越多的显示出了重要性。本文主要讲述的是LED作为背光源液晶电视方面的应用，它和传统光源比较所具有的优势，它的“区域控制技术”，“直下式技术”技术的研究以及LED背光源的发展趋势。

编辑：Cedar