LED背光系统详解

关键词： LED , RGB , 背光

今年下半年在国外各大液晶电视巨头厂商发布的新品中，RGB-LED(三色LED背光，不同与我们平时所说的白色LED区别，详细内容可点击这里了解)背光系统凭借耗电低、色度纯、寿命长、体积小、响应时间快等多项优势几乎已被全数应用这些厂商的新品中。顺应平板电视轻薄化、大屏幕化、高画质化的发展趋势，RGB-LED背光系统结合自身的诸多优势势必逐步将传统CCFL背光系统从液晶电视中替代。  

回顾国内市场，最先与大家见面的RGB-LED背机型只有索尼和三星两家的70英寸机型，高昂的价格只能让消费者更多地去敬仰这些产品，而无法通过实际的使用去体会到RGB-LED背光系统为液晶电视缩带来的一股全新技术变革。鉴于全新的RGB-LED背光系统将在明年逐步成为引领液晶电视市场发展的主要技术，仅以此文向大家揭示LED背光系统对于液晶电视发展所起到的重要作用

普即将发布的旗舰机型XS1系列，采用全新RGB-LED背光技术  

LED发展回眸一瞬：从笔记本电脑起家 Qualia TV太超前的观念即将结束  

“在LED背光技术发展之初，该技术的成本及优势还在经受LCD TV和显示器制造商权衡时，LED的优势尚有许多不确定之处。这也是报告中对LED背光源市场预测保守的主要原因。”DisplaySearch显示技术部门负责人Steve Jurichich解释说。  

索尼2004年推出极高端LED背光 Qualia TV 而遭遇滑铁卢的教训让制造商们行动更加谨慎。毕竟这一拥有450颗单个RGB-LED的Qualia电视太超前了，也太昂贵了。也就从那时起，白色LED 背光模组的市场被大大局限在笔记本电脑和便携式PC上，白色LED在这些应用中占有非常明显的优势。如耗能低，在长距离飞行中可大大延长笔记本电脑的工作时间。  

从2005年起，包括索尼11英寸的VAIO、Fujitsu-Siemens 10.6英寸的handheld，以及东芝的Libretto U100(首款LED屏笔记本) 在内的笔记本电脑LED屏获得了比Qualia TV 更大的成功。  

而通过近两三年的快速发展，LED背光技术是目前条件下，可以大幅度改进液晶电视成像质量的一种突破性技术手段。虽然这项技术在2007年还属于起步阶段，但是由于索尼和三星的积极努力，目前市面上已经出现了真正商用化的成品RGB-LED背光电视，而它们表现出来的强大性能，不仅让任何一款现有的液晶电视臣服，也给广大消费者带来了对未来美好的憧憬和向往。  

在TV应用中，RGB-LED与CCFL背光源相比，最主要的优势为显色性，尤以红色为甚。这是由于CCFL发出的红光比绿、蓝光要弱。当然， CCFL制造商并未坐以待毙，而是在积极改进CCFL技术，并已获得性能突破。

液晶成象原理

LED背光液晶的出现，和液晶电视的显示原理息息相关。从结构上看，液晶电视的核心部件——液晶面板是由多层部件组成，主要由位于最底层的背光源、中间的液态晶体层和最外侧RGB滤光膜组成。由于液态晶体层本身并没有任何发光能力，所以液晶电视表现出的色彩其实主要取决于液晶面板最后侧背光源系统的性能。

索尼70X300A上使用的RGB-LED背光单元放大图，每一组由2个绿光、1个红光和1个蓝光LED元件组成

而被称之为第四代照明技术的LED光源，是继白炽灯、荧光灯之后的最新一代发光技术，具有耗电低、亮度纯、寿命长、体积小、响应时间快的特点，因此用在液晶电视上后，可以大大改善液晶电视的色域范围小、对比度低、使用寿命短的问题，把液晶电视的整体性能提升到一个全新的高度。
 

采用RGB-LED背光系统的液晶电视在色彩表现方面远高于采用CCFL的液晶电视

更为精准的区域亮度控制

采用LED背光时，过去存在一个如何使屏幕的亮度均匀的问题，通过采用区域亮度控制不但能够解决亮度均匀的问题，而且还可进一步降低背光功耗。这是因为实际的图像在每个具体部位的亮度是不一样的，可能有的区域较亮、有的区域较暗，所以完全没有必要在整个屏幕采用均匀亮度的背光，可以采用根据图象内容决定的区域亮度控制。实现方法是：将整个屏幕分隔为例如20个等份，根据图象内容测出其最高亮度，确决该区域所需的背光亮度，然后对该区域的背光LED亮度利用PWM技术进行实时控制，从而实现节能的目的。在采用背光的区域亮度控制以后，该区域的图象信号也应加以相应的补偿，以免产生亮度失真。

显然，CCFL背光是不可能实现这种区域亮度控制的，一方面是因为CCFL的形状是长条形，根本无法按屏幕分成20个等份的区域;另一方面则是因为它的亮度也不可能按照图象的内容进行快速调整。不过，在采用LED作为区域亮度控制时，只能采用直下式背光，而不能采用侧射式。

制造成本的有效较低是RGB-LED普及的关键

RGB-LED的另一优势则为快速开关同时传送高质量图像，无需彩色滤光片。而这将是LED大受欢迎的决定性因素，因为滤光片是除背光源之外最贵的元件。以40英寸屏为例，滤光片占元件总成本的19%。尽管RGB-LED技术仍需要更多时间加以全面改进，其优势最终将推动LED在液晶电视市场全面开花.

无滤色片的背光系统如何工作?

采用了RGB-LED背光源的液晶电视，可以通过采用合理的场序(Field Sequential)技术，利用人类的视觉暂停效应，直接利用RGB三色光源实现最终混色，达到全彩显示的效果。而通过对一副完整彩色画面中红绿、红蓝色彩的交替显示技术，能避免蓝绿像素干扰的问题，进一步提高电视的色域范围，达到接近122%等比NTSC色域的标准。
 

场顺序的工作时序

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像素都分成三种不同颜色的子像素，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像素尺寸一样大的LED来照射每一个子像素，才不会使红光照到绿光的子像素上。这样，LED的个数就要几百万个之多。为维持像素数不变，唯一的方法是重复使用这些像素，也就是采用时分复用制。这样只要顺序地发射出红光、绿光、蓝光，同时控制每个像素的薄膜晶体管(TFT)，使其相应地按照该像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，要顺序地发出红、绿、蓝三种颜色，并能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。视觉残留时间实际上就是电视的场频周期，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。因此，这种方式被称为“场顺序”体制，也有人称之为“色顺序”体制。

没有滤色片能带来更高的光利用率

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，它会损失光能70%以上。下图表明了光能从光源出发以后所受到的损失。
 

从背光源发出的光能损失

拿掉滤色片以后，不但能免除了滤色片70%的光能损失，而且还可以节省滤色片的成本。滤色片的成本在总成本中占19%，是相当可观的一部分。实际上，省去滤色片以后，还可以提高成品率，减少生产时间，这些无形的改进都十分重要。

背光板成本分析

RGB-LED综合优势明显

其中背光源的25%成本是基于CCFL的数据，如果采用LED作为背光源，它所占的成本将大大超过这个比例，大约要占到50%的成本。采用场顺序制以后，拿掉了滤色片就相当于发光效率提高了70%，这是非常可观的。这意味着LED的数量可以减少70%，LED的成本就可以减少70%。而且LED数量减少70%以后，其发热量可以减少70%，耗电也可以减少70%。
 

RGB-LED与白色LED背光系统比较  

夏普即将在全球同步发行的AQUOS XS1已成为目前液晶电视界最大的焦点。该系列液晶电视采用了夏普新一代液晶面板，由新开发的RGB-LED背光源替代了传统的RGB-LED背光源，色域表现达到了惊人的150%(NTSC色域比)，动态对比度达到100万:1，可以将黑色表现到极致，平均亮度450流明。

该系列上市之初将有65与52两个尺寸型号，由于新搭载的RGB-LED背光系统，有效降低了XS1系列液晶电视的背光系统体积，该机型最薄处仅2.28cm，最厚处也只有6.04cm。同时，搭载的LED单元达到1000个以上，能更为精准地控制画面中每一部分的亮度。

尤其出色之处是XS1系列拥有更广阔的色彩再现范围，大幅提高了在光线较暗的视听环境下的色彩再现度，尽显更加鲜艳灵动的色彩。XS1系列液晶电视采用了超薄外观设计，实现了机身最薄处仅为为1英寸(2.3cm)，并且四缘采用了现代风格高级加工的金属材质，内置了由先锋提供技术支持、5个喇叭组成的2.1的音响系统，音频效果突破了以往超薄平板电视的极限。此外，这两款电视的电力消耗也比普通液晶电视减少了26%。

采用LED作为液晶电视的背光已经是不可逆转的潮流。根据Insight Media 在2006年作出的估计，用LED背光的LCD TV将在2010年超过CCFL背光的液晶电视机。虽然现阶段LED相对于CCFL还不能算是完美无缺，最大问题在于发光效率偏低，CCFL通常在80"100流明/瓦，而LED的发光效率只有60～80流明/瓦。但由于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，但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，它的光可以比较有效地利用。

另外，即将在液晶电视中规模化应用的RGB LED背光系统，相对传统白色LED背光系统省去滤色片后，在大幅提高整体光源利用率的前提下，即使LED的发光最大值略低于CCFL，但CCFL系统可怜的光利用率，致使RGB LED系统总体光利用率仍然比CCFL高，而且LED的本身发光效率还在逐年提高。

除了上述关于发光效能与光利用率之间的讨论，综合RGB LED背光液晶电视在色域表现，相应速度，占有体积及耗能等多方面优势，我们有理由相信液晶电视的RGB LED时代即将来临。目前我们急切地渴望看到夏普即将上市场的XS1系列会有何等惊人表现，届时天极数字家庭频道将第一时间为广大读者带来这款产品的最新讯息，敬请关注。