CCFL光源存在的先天缺陷導致了人們尋找其替代者的努力。其中LED被認為是最可能的方向。被稱為無機發光二極管的LED技術是基于固態半導體的發光器件,具有更好的光學性能和發光效率。在未來極可能成為人類應用最廣范的光源產品:從電燈到液晶電視,您將在每一個地方看到LED的身影。
LED(Light Emitting Diode)即發光二極管,它誕生于在20世紀60年代。這種能直接將電能轉化為光能的發光器件,具備低功耗、高亮度、長壽命的突出特點。在本質上,LED是一種半導體部件,它的出現徹底改變了人類光源必須依賴于氣體或者真空從在的現狀。
LED的工作原理和我們常見的白熾燈、熒光燈完全不同。LED的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片,P型半導體是一種在硅或鍺等半導體材料中加入微量的硼、銦、鎵或鋁等三價元素的晶片,N型半導體是一種在在硅或鍺等半導體材料中加入微量的磷、銻、砷等五價元素的晶片。在P型半導體中,空穴(帶正電)叫多數載流子,電子(帶負電)叫少數載流子。在N型半導體中,電子(帶負電)叫多數載流子,空穴(帶正電)叫少數載流子。加電后,在P型半導體和N型半導體的交界面就會出現一個具有特殊導電性能的薄層,也就是常說的PN結(PN Junction Transistors)。PN結可以對P型半導體和N型半導體中多數載流子的擴散運動產生阻力,當對PN結施加正向電壓時,電流從LED的陽極流向陰極,而在PN結中少數載流子與多數載流子進行復合,多余的能量就會轉變成光而釋放出來。當LED處于正向工作狀態時(即兩端加上正向電壓),電流從LED陽極流向陰極時,半導體晶體就發出從紫外到紅外不同顏色的光線,光的強弱與電流有關。通過對其中發光材料的研究,人們逐漸開發出各種光色、光效率越來越高的LED元件。
在液晶顯示器件的實際應用中,通常擁有兩種LED背光源的使用情況。其一是白色LED光源,其二是以紅綠藍三元色的燈光(RGB-LED)組成陣列構成“白色光源”。前者主要應用在小尺寸產品中,例如手機、筆記本電腦顯示器等,后者是液晶電視常見的LED背光源組成方式。無論那種都具有較傳統CCFL光源更好的色彩性能、亮度性能和產品的安全性。
RGB-LED背光源,可大幅度提高液晶顯示的色彩表現。它通過可以發出高純度紅色、綠色、藍色光的LED器件,能夠實現CCFL光源不能達到的寬廣色域范圍。目前主流的RGB-LED背光源可以達到105%的NTSC色域范圍,如果采用性能更加強大的LED器件,則可以實現120%以上的NTSC色域范圍。
LED光源還是平面化的光源產品。LED背光源是由眾多的LED燈泡(白色的或者三原色的)排列組成,,這樣LED背光就成功實現了光源的平面化。平面化的光源不僅有優異的亮度均勻性,還不需要復雜的光路設計,有利于液晶電視厚度做得更薄。
另外, LED背光還可以有效提升液晶顯示器的對比度,實現更加精確的色階和層次感更強的畫面。由于整個背光源由眾多微小的LED發光單元組成,所以可以對其中每一個發光器件實現精確的亮度控制,根據原始畫面特點進行小區域內的發光亮度修正,例如在一幅明暗對比強烈的畫面中,暗部區域的LED背光可以完全關閉,而明亮區域的LED背光實現高亮度輸出,由此帶來的對比度提升效果是CCFL光源的液晶電視所不能企及的。
優秀的控制能力,也使得在掃除殘影(GhostShadow;或稱鬼影)以及插黑技術的應用上,LED比其它技術的光源具備更多的應用優勢。液晶電視的殘影問題一直是液晶廠家致力于改變的最大難題,尤其在高速動畫(快速改變影像)時拖尾、殘影會特別明顯。目前廠商主要采用插幀的技術(120hz技術)掃除拖尾的影響。這種插幀技術不僅需要液晶驅動來控制,如果和背光源一起來協調搭配效果則更好。CCFL的原理類似日光燈管,因此在點亮或熄滅時都需要較長的時間(可能是數毫秒),在明滅動作時間無法更快的前提下,CCFL難以兼顧在畫面更替過程中所需的插幀技術的需要。相較之下,LED能輕松容易地執行插幀技術,LED僅需數微秒即可點亮或關閉,并且能夠支持更快速細膩的調控,達到電視機更好的運動畫面顯示效果。
在發光壽命上LED光源也遠遠超過CCFL。普通的CCFL背光源一般的使用壽命在不過6萬小時,在使用壽命末期,LCD的亮度就會明顯下降。而LED背光實際使用壽命為10萬小時,其光學性能衰減也叫為緩慢,能夠滿足長壽命高性能的應用需要。
其次,LED以固態形式發光,不像CCFL以氣體方式發光,所以有較佳的抗震耐摔性,并且沒有使用汞或其它對環境有害物質的風險,合乎環保的需求。LED在制造封裝的過程中,就已經完成對于光源的反射設計,例如裝設反射杯等,光源就已集中在一面顯示。相對地CCFL的光管型光源,在設計背光模塊時,仍需要加裝一片反射板,這樣才能把光管另一面的光源反射運用。整個背光設計更簡單,同時光利用效率也更高。同時,LED采用直流低電壓工作,與采用高壓交流電的CCFL先比也具有一定的優勢。
不過,LED光源技術現一階段還稱不上完美。包括成本、光效率、亮度均勻性控制等難題尚需技術層面的改進。
LED為點光源性質,不同于線光源的CCFL。應用于背光的LED,需要在光均性的處理上特別講究。為講求光均性,每顆LED的發光亮度特性,在挑選上也要求一致性。此外,若有某顆LED的壽命先行告終,就會影響光均性,所以必須確保所有的LED都具備長壽功能。如此嚴格的挑選,便使得LED背光的成本攀升。
再者,LED的發光效率并不如CCFL,同樣的用電功耗,CCFL擁有較高的亮度與較少的廢熱,但是LED則需要更高的用電才能達到相同亮度,且產生的廢熱多于CCFL。這也使得LED背光模塊的相關設計,經常要考慮到散熱問題,除了要用上散熱片外,甚至會還要加裝熱導管或電動風扇等。這些散熱設計都會增加背光模組的厚度與重量,使得大尺寸相關產品不適合搭配衍生壁掛功能。
但是,LED技術良好的發展潛力使得業界不遺余力的設法克服上述問題。隨著LED光源技術的不斷提升,已經擁有越來越多的液晶顯示產品采用該項技術。例如各大品牌的頂級產品,紛紛把LED技術看成是提升電視機性能表現的利器。