背光技术支持LCD升级，三大门派大比武

为什么要升级液晶背光源技术

    作为液晶电视产品最重要的内部组件之一，背光源技术的进步一直是支撑整个液晶显示产业迅速发展的重要动力。近年来，随着更多光源技术的出现，这一领域呈现出众多的新特点新规律，彩电厂商也先后推出多种采用新型背光源技术的液晶电视产品，为消费者的选购提供了更多的便利。

    背光源组件是液晶电视重要的“高成本”零组件。在液晶电视中，面板占据整体成本的60-90%，电视机显示面积越大，面板成本比例越来。在液晶面板中背光模块占面板材料成本约15~30%，其中15~17英寸产品约占15~20%，30寸以上则达20%以上。因此，在大尺寸液晶电视中，几乎四分之一的成本来自于背光模块。

TCL L52M71F液晶电视

    液晶电视的背光源模块也是液晶电视的“第一耗电大户”。液晶电视的成像方式是由屏幕像素分子和多层光学薄膜调制背光源发出的光线，形成色彩鲜明的图像。在液晶电视的屏幕上，背光源灯光和驱动IC、控制IC、电压装置是整台电视的耗电核心，其耗电量占整机的过一半。

    液晶电视的成像不许依赖于背光源的光线，因此背光源也成为了决定液晶电视显示性能的重要组件。背光源发光的亮度、控制频率、色彩饱和度和色温等特性都会直接体现在最终彩色电视机的画面效果上。

    此外，背光源也是液晶电视的第一大损耗部件。就如同我们常见的各种光源一样，液晶电视的背光源也会有寿命长度和性能指标衰减的问题。目前，液晶电视的标称寿命时间既是电视机背光源性能衰减至半的时间。

夏普AQUOS XS1系列

    由以上分析可以看出，液晶电视机背光源的改进对于整机的寿命、性能、节能、降低成本等方面均有巨大意义。这也是各主要液晶电视厂家、屏幕企业和各重要零组件企业不断关注液晶电视背光技术进步的原因所在。作为普通消费者，选购液晶电视懂得一些背光源的知识也大有益处。

    09年将是国内平板产业的节能年。据投影时代预测，这一年各大厂商均会把节能产品作为重点市场方向来推荐，其中，液晶背光源技术的提成将是厂家节能产品大量推出的技术基础。采用先进背光源技术的液晶电视将成为09年平板电视市场上最耀眼的明星。

    据调查显示，国内不同尺寸规格的平板电视，整机消耗功率水平参差不齐。以46英寸或47英寸液晶电视最为突出，此类产品整机消耗功率最高为289瓦，最低为171瓦，二者相差118瓦，差值达到40％。导致这一想象出现的重要原因就是这些产品在背光技术上用着不同的选择。目前液晶电视主要的背光源技术包括冷阴极荧光灯（CCFL）、发光二极管（LED）、平面荧光灯管（FFL）、外部电极荧光灯管（ExternalElectrodeFluorescentLamp；EEFL）、热阴极荧光管（HotCathodeFluorescentLamp；HCFL）、甚至是应用纳米技术的纳米碳管（CarbonNanoTube；CNT）等等。其中，CCFL、HCFL和LED是最重要的光源产品。

液晶背光源技术：冷阴极萤灯管（CCFL）

    LCD液晶电视使用的CCFL（冷阴极荧光灯管）背光源是目前世界上制造最多的产品。从液晶电视到笔记本电脑等所有应用液显示技术的领域都有它的身影。从全球来看CCFL的厂家不多，主要是日本厂家，包括Harrison-Toshiba照明、Stanley电气、West电气、Sanken电气及韩国锦湖(KumhoElectric)电气。

    冷阴极萤灯管（ColdCathodeFluorescentLamp；CCFL）是在液晶电视等产品中的广泛应用得益于这种产品优良的光学特性。包括成本、体积和工艺方面的优势，使其在液晶背光源市场长盛不衰。

    冷阴极灯管是在一玻璃管内封入隋性气体Ne+Ar混合气体，其中含有微量水银蒸气(数mg)，并于玻璃内壁涂布萤光体，于二电极间加上一高压高频电场，则水银蒸气在此电场内被激发即产生释能发光效应，放出波长253.7nm的紫外线光，而内壁的萤光体原子则因紫外线激发而提升其能阶，当原子反回原低能阶时放射出可见光(此可见光波长颜色由萤光体物质特性决定)。

    液晶电视采用的CCFL荧光灯管要求的光谱主要集中分布在红（R）、绿（G）、蓝（B）三个狭窄的波长范围内。现在产品主要采用稀土三波长荧光粉。这种荧光粉具有较强的抗185nm短波紫外光的能力。其中蓝粉稳定性直接决定灯光的光学质量甚至是灯管的寿命。在CCFL中，一般充人氩气作为缓冲气体，为了高效节能，液晶电视用CCFL常充入氩、氮、氟、氖混合气体。充入气体的压强对灯的亮度、启动性能和寿命都有很大影响。

    CCFL背光源技术中的有效物质主要是汞金属蒸汽和荧光粉。其中，汞蒸气是一种有毒重金属。如果灯管破裂，则会导致这种金属的泄露，对环境造成污染。所以各主要CCFL提供商均有替代性技术研发。但是，目前为止尚没有和汞蒸气的性能和寿命相当的新型紫外线激发气体材料方案出现。

    除了汞蒸气的有毒问题外，CCFL的管壁长期受到放电刺激产生老化现象也是该项技术的一大瓶颈。尤其是从光管两端（接近电极的位置处）最先开始。老化会产生让管壁泛黑泛黄，导致背光亮度与光均性下降，观赏者也可感受到亮度减弱不均的显示不佳效果。

    CCFL还是高压驱动光源产品。为了最大化灯管的寿命和发光效率，CCFL需要采用交流正弦的波形驱动。因此，CCFL灯管通常需要一个直流-交流逆变器来将直流电源电压变成40kHz至80kHz的交流波形，工作电压通常在500VRMS至1000VRMS的高压工作电流。逆变器也是CCFL技术背光模组重要的成本构成组件。同时高压工作的特点也使产品检测和修理的危险性加强。

    此外，进一步提升灯管的发光效率和三原色的品质上，CCFL技术也遭受到了发展瓶颈。但是作为最成熟的液晶电视光源技术，CCFL在液晶产业中的低位暂时尚无人能够撼动，该项技术依然处于应用的“春天”。

液晶显示的未来：发光二极管（LED）

    CCFL光源存在的先天缺陷导致了人们寻找其替代者的努力。其中LED被认为是最可能的方向。被称为无机发光二极管的LED技术是基于固态半导体的发光器件，具有更好的光学性能和发光效率。在未来极可能成为人类应用最广范的光源产品：从电灯到液晶电视，您将在每一个地方看到LED的身影。

    LED(Light Emitting Diode)即发光二极管，它诞生于在20世纪60年代。这种能直接将电能转化为光能的发光器件，具备低功耗、高亮度、长寿命的突出特点。在本质上，LED是一种半导体部件，它的出现彻底改变了人类光源必须依赖于气体或者真空从在的现状。

    LED的工作原理和我们常见的白炽灯、荧光灯完全不同。LED的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，P型半导体是一种在硅或锗等半导体材料中加入微量的硼、铟、镓或铝等三价元素的晶片，N型半导体是一种在在硅或锗等半导体材料中加入微量的磷、锑、砷等五价元素的晶片。在P型半导体中，空穴(带正电)叫多数载流子，电子(带负电)叫少数载流子。在N型半导体中，电子(带负电)叫多数载流子，空穴(带正电)叫少数载流子。加电后，在P型半导体和N型半导体的交界面就会出现一个具有特殊导电性能的薄层，也就是常说的PN结(PN Junction Transistors)。PN结可以对P型半导体和N型半导体中多数载流子的扩散运动产生阻力，当对PN结施加正向电压时，电流从LED的阳极流向阴极，而在PN结中少数载流子与多数载流子进行复合，多余的能量就会转变成光而释放出来。当LED处于正向工作状态时(即两端加上正向电压)，电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。通过对其中发光材料的研究，人们逐渐开发出各种光色、光效率越来越高的LED元件。

    在液晶显示器件的实际应用中，通常拥有两种LED背光源的使用情况。其一是白色LED光源，其二是以红绿蓝三元色的灯光（RGB-LED）组成阵列构成“白色光源”。前者主要应用在小尺寸产品中，例如手机、笔记本电脑显示器等，后者是液晶电视常见的LED背光源组成方式。无论那种都具有较传统CCFL光源更好的色彩性能、亮度性能和产品的安全性。

    RGB-LED背光源，可大幅度提高液晶显示的色彩表现。它通过可以发出高纯度红色、绿色、蓝色光的LED器件，能够实现CCFL光源不能达到的宽广色域范围。目前主流的RGB-LED背光源可以达到105%的NTSC色域范围，如果采用性能更加强大的LED器件，则可以实现120%以上的NTSC色域范围。

    LED光源还是平面化的光源产品。LED背光源是由众多的LED灯泡（白色的或者三原色的）排列组成，，这样LED背光就成功实现了光源的平面化。平面化的光源不仅有优异的亮度均匀性，还不需要复杂的光路设计，有利于液晶电视厚度做得更薄。

    另外， LED背光还可以有效提升液晶显示器的对比度，实现更加精确的色阶和层次感更强的画面。由于整个背光源由众多微小的LED发光单元组成，所以可以对其中每一个发光器件实现精确的亮度控制，根据原始画面特点进行小区域内的发光亮度修正，例如在一幅明暗对比强烈的画面中，暗部区域的LED背光可以完全关闭，而明亮区域的LED背光实现高亮度输出，由此带来的对比度提升效果是CCFL光源的液晶电视所不能企及的。

    优秀的控制能力，也使得在扫除残影（GhostShadow；或称鬼影）以及插黑技术的应用上，LED比其它技术的光源具备更多的应用优势。液晶电视的残影问题一直是液晶厂家致力于改变的最大难题，尤其在高速动画（快速改变影像）时拖尾、残影会特别明显。目前厂商主要采用插帧的技术（120hz技术）扫除拖尾的影响。这种插帧技术不仅需要液晶驱动来控制，如果和背光源一起来协调搭配效果则更好。CCFL的原理类似日光灯管，因此在点亮或熄灭时都需要较长的时间（可能是数毫秒），在明灭动作时间无法更快的前提下，CCFL难以兼顾在画面更替过程中所需的插帧技术的需要。相较之下，LED能轻松容易地执行插帧技术，LED仅需数微秒即可点亮或关闭，并且能够支持更快速细腻的调控，达到电视机更好的运动画面显示效果。

    在发光寿命上LED光源也远远超过CCFL。普通的CCFL背光源一般的使用寿命在不过6万小时，在使用寿命末期，LCD的亮度就会明显下降。而LED背光实际使用寿命为10万小时，其光学性能衰减也叫为缓慢，能够满足长寿命高性能的应用需要。

    其次，LED以固态形式发光，不像CCFL以气体方式发光，所以有较佳的抗震耐摔性，并且没有使用汞或其它对环境有害物质的风险，合乎环保的需求。LED在制造封装的过程中，就已经完成对于光源的反射设计，例如装设反射杯等，光源就已集中在一面显示。相对地CCFL的光管型光源，在设计背光模块时，仍需要加装一片反射板，这样才能把光管另一面的光源反射运用。整个背光设计更简单，同时光利用效率也更高。同时，LED采用直流低电压工作，与采用高压交流电的CCFL先比也具有一定的优势。

    不过，LED光源技术现一阶段还称不上完美。包括成本、光效率、亮度均匀性控制等难题尚需技术层面的改进。

    LED为点光源性质，不同于线光源的CCFL。应用于背光的LED，需要在光均性的处理上特别讲究。为讲求光均性，每颗LED的发光亮度特性，在挑选上也要求一致性。此外，若有某颗LED的寿命先行告终，就会影响光均性，所以必须确保所有的LED都具备长寿功能。如此严格的挑选，便使得LED背光的成本攀升。

    再者，LED的发光效率并不如CCFL，同样的用电功耗，CCFL拥有较高的亮度与较少的废热，但是LED则需要更高的用电才能达到相同亮度，且产生的废热多于CCFL。这也使得LED背光模块的相关设计，经常要考虑到散热问题，除了要用上散热片外，甚至会还要加装热导管或电动风扇等。这些散热设计都会增加背光模组的厚度与重量，使得大尺寸相关产品不适合搭配衍生壁挂功能。

    但是，LED技术良好的发展潜力使得业界不遗余力的设法克服上述问题。随着LED光源技术的不断提升，已经拥有越来越多的液晶显示产品采用该项技术。例如各大品牌的顶级产品，纷纷把LED技术看成是提升电视机性能表现的利器。

液晶电视背光源的这种选择HCFL热阴极荧光管

    HCFL热阴极荧光管恐怕是普通消费者最熟悉的东西。我们日常用的日光灯就属于这一技术领域。目前，更重技术特色的HCFL光源产品广泛应用在照明、医疗、光学、化学、科研的领用。HCFL产业具有庞大的社会需求市场基础和庞大的供应商体系。

    但是，一直以来HCFL技术均没有正式登堂入室到液晶电视等液晶显示产品领域。制约其抢占CCFL产品市场的唯一瓶颈在于“体积”的局限性。作为超薄电视的液晶电视需要的极细的发光灯管，例如CCFL实现的2到4毫米的直径，甚至是LED实现的3.5毫米整个背光模组最薄厚度。但是HCFL技术的灯管直径突破1厘米非常困难，因此被拒之于液晶显示产品的应用之外。

    09年初，索尼再一次展会上展出了最新采用HCFL灯管背光源产品的电视样机，并表示将于09年夏天上市。索尼新型的HCFL光源灯管，通过改变灯丝的结构实现了四毫米的灯管直径，满足普通大尺寸液晶电视的应用需要。

    制约HCFL在液晶电视上应用的缺陷主要是体积这个仅有的问题，使得部分企业青睐HCFL产品原因也并不多，仅仅是“能耗”这个唯一的理由。HCFL和传统CCFL比具有更高的发光效率。通常同样的产品亮度能形成三分之一，甚至一般以上的能耗节省。在具体应用中，亮度更高的优点，使得采用HCFL灯管的产品可以采用更少的灯管和直流-交流逆变器，这不仅减少了背光源设计的复杂程度，同时能大打降低成本。

    除了以上的两点区别外，由于HCFL进而CCFL技术的原理基本相同，二者在其它方面的优缺点也很一致。HCFL在液晶电视产品上的应用，可以看成是LED成本无法大幅下降背景下，厂商为了降低能耗的一种“折中选择”。在产品的环保、稳定性、色彩性能、可控性等方面，HCFL技术依然不是LED光源的对手。

    除上述外，还有更多针对大尺寸液晶电视所提出的背光源技术，包括平面荧光灯管、外部电极荧光灯管（ExternalElectrodeFluorescentLamp；EEFL）甚至是应用奈米技术的奈米碳管（CarbonNanoTube；CNT）等等。但是由于成本或者寿命方面的原因这些技术均不满足大规模实用的需求。

    在消费者选购液晶电视的时候，以上三种已经实用化的技术需要注意的要点并不多。其中CCFL的特点是应用广泛，HCFL则比CCFL更为绿色节能，LED则具有节能、绿色环保、寿命长、电视机整体性能效果，尤其是灰阶和色彩效果更好的优点。同时，三类产品由于采用背光源技术的差异，产品价格也有很大不同。其中，LED背光源产品价格普遍较高，普通老百姓很难接收，CCFL背光源技术的产品虽然价格便宜但是功耗也较高，HCFL背光源则是二者间的折中选择：在保持性价比的同时，实现了更好的节能性能。