LED背光系統(tǒng)詳解

關(guān)鍵詞： LED , RGB , 背光

今年下半年在國外各大液晶電視巨頭廠商發(fā)布的新品中，RGB-LED(三色LED背光，不同與我們平時所說的白色LED區(qū)別，詳細內(nèi)容可點擊這里了解)背光系統(tǒng)憑借耗電低、色度純、壽命長、體積小、響應(yīng)時間快等多項優(yōu)勢幾乎已被全數(shù)應(yīng)用這些廠商的新品中。順應(yīng)平板電視輕薄化、大屏幕化、高畫質(zhì)化的發(fā)展趨勢，RGB-LED背光系統(tǒng)結(jié)合自身的諸多優(yōu)勢勢必逐步將傳統(tǒng)CCFL背光系統(tǒng)從液晶電視中替代。??

回顧國內(nèi)市場，最先與大家見面的RGB-LED背機型只有索尼和三星兩家的70英寸機型，高昂的價格只能讓消費者更多地去敬仰這些產(chǎn)品，而無法通過實際的使用去體會到RGB-LED背光系統(tǒng)為液晶電視縮帶來的一股全新技術(shù)變革。鑒于全新的RGB-LED背光系統(tǒng)將在明年逐步成為引領(lǐng)液晶電視市場發(fā)展的主要技術(shù)，僅以此文向大家揭示LED背光系統(tǒng)對于液晶電視發(fā)展所起到的重要作用

普即將發(fā)布的旗艦機型XS1系列，采用全新RGB-LED背光技術(shù)??

LED發(fā)展回眸一瞬：從筆記本電腦起家 Qualia TV太超前的觀念即將結(jié)束??

“在LED背光技術(shù)發(fā)展之初，該技術(shù)的成本及優(yōu)勢還在經(jīng)受LCD TV和顯示器制造商權(quán)衡時，LED的優(yōu)勢尚有許多不確定之處。這也是報告中對LED背光源市場預(yù)測保守的主要原因?！盌isplaySearch顯示技術(shù)部門負責人Steve Jurichich解釋說。??

索尼2004年推出極高端LED背光 Qualia TV 而遭遇滑鐵盧的教訓(xùn)讓制造商們行動更加謹慎。畢竟這一擁有450顆單個RGB-LED的Qualia電視太超前了，也太昂貴了。也就從那時起，白色LED 背光模組的市場被大大局限在筆記本電腦和便攜式PC上，白色LED在這些應(yīng)用中占有非常明顯的優(yōu)勢。如耗能低，在長距離飛行中可大大延長筆記本電腦的工作時間。??

從2005年起，包括索尼11英寸的VAIO、Fujitsu-Siemens 10.6英寸的handheld，以及東芝的Libretto U100(首款LED屏筆記本) 在內(nèi)的筆記本電腦LED屏獲得了比Qualia TV 更大的成功。??

而通過近兩三年的快速發(fā)展，LED背光技術(shù)是目前條件下，可以大幅度改進液晶電視成像質(zhì)量的一種突破性技術(shù)手段。雖然這項技術(shù)在2007年還屬于起步階段，但是由于索尼和三星的積極努力，目前市面上已經(jīng)出現(xiàn)了真正商用化的成品RGB-LED背光電視，而它們表現(xiàn)出來的強大性能，不僅讓任何一款現(xiàn)有的液晶電視臣服，也給廣大消費者帶來了對未來美好的憧憬和向往。??

在TV應(yīng)用中，RGB-LED與CCFL背光源相比，最主要的優(yōu)勢為顯色性，尤以紅色為甚。這是由于CCFL發(fā)出的紅光比綠、藍光要弱。當然， CCFL制造商并未坐以待斃，而是在積極改進CCFL技術(shù)，并已獲得性能突破。

液晶成象原理

LED背光液晶的出現(xiàn)，和液晶電視的顯示原理息息相關(guān)。從結(jié)構(gòu)上看，液晶電視的核心部件——液晶面板是由多層部件組成，主要由位于最底層的背光源、中間的液態(tài)晶體層和最外側(cè)RGB濾光膜組成。由于液態(tài)晶體層本身并沒有任何發(fā)光能力，所以液晶電視表現(xiàn)出的色彩其實主要取決于液晶面板最后側(cè)背光源系統(tǒng)的性能。

索尼70X300A上使用的RGB-LED背光單元放大圖，每一組由2個綠光、1個紅光和1個藍光LED元件組成

而被稱之為第四代照明技術(shù)的LED光源，是繼白熾燈、熒光燈之后的最新一代發(fā)光技術(shù)，具有耗電低、亮度純、壽命長、體積小、響應(yīng)時間快的特點，因此用在液晶電視上后，可以大大改善液晶電視的色域范圍小、對比度低、使用壽命短的問題，把液晶電視的整體性能提升到一個全新的高度。
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采用RGB-LED背光系統(tǒng)的液晶電視在色彩表現(xiàn)方面遠高于采用CCFL的液晶電視

更為精準的區(qū)域亮度控制

采用LED背光時，過去存在一個如何使屏幕的亮度均勻的問題，通過采用區(qū)域亮度控制不但能夠解決亮度均勻的問題，而且還可進一步降低背光功耗。這是因為實際的圖像在每個具體部位的亮度是不一樣的，可能有的區(qū)域較亮、有的區(qū)域較暗，所以完全沒有必要在整個屏幕采用均勻亮度的背光，可以采用根據(jù)圖象內(nèi)容決定的區(qū)域亮度控制。實現(xiàn)方法是：將整個屏幕分隔為例如20個等份，根據(jù)圖象內(nèi)容測出其最高亮度，確決該區(qū)域所需的背光亮度，然后對該區(qū)域的背光LED亮度利用PWM技術(shù)進行實時控制，從而實現(xiàn)節(jié)能的目的。在采用背光的區(qū)域亮度控制以后，該區(qū)域的圖象信號也應(yīng)加以相應(yīng)的補償，以免產(chǎn)生亮度失真。

顯然，CCFL背光是不可能實現(xiàn)這種區(qū)域亮度控制的，一方面是因為CCFL的形狀是長條形，根本無法按屏幕分成20個等份的區(qū)域;另一方面則是因為它的亮度也不可能按照圖象的內(nèi)容進行快速調(diào)整。不過，在采用LED作為區(qū)域亮度控制時，只能采用直下式背光，而不能采用側(cè)射式。

制造成本的有效較低是RGB-LED普及的關(guān)鍵

RGB-LED的另一優(yōu)勢則為快速開關(guān)同時傳送高質(zhì)量圖像，無需彩色濾光片。而這將是LED大受歡迎的決定性因素，因為濾光片是除背光源之外最貴的元件。以40英寸屏為例，濾光片占元件總成本的19%。盡管RGB-LED技術(shù)仍需要更多時間加以全面改進，其優(yōu)勢最終將推動LED在液晶電視市場全面開花.

無濾色片的背光系統(tǒng)如何工作?

采用了RGB-LED背光源的液晶電視，可以通過采用合理的場序(Field Sequential)技術(shù)，利用人類的視覺暫停效應(yīng)，直接利用RGB三色光源實現(xiàn)最終混色，達到全彩顯示的效果。而通過對一副完整彩色畫面中紅綠、紅藍色彩的交替顯示技術(shù)，能避免藍綠像素干擾的問題，進一步提高電視的色域范圍，達到接近122%等比NTSC色域的標準。
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場順序的工作時序

想要直接用RGB的LED來取代濾色片看上去好像很簡單，其實是不可能的。因為濾色片是把每一個像素都分成三種不同顏色的子像素，如果直接用三種顏色的LED來取代濾色片，就必須采用小到和子像素尺寸一樣大的LED來照射每一個子像素，才不會使紅光照到綠光的子像素上。這樣，LED的個數(shù)就要幾百萬個之多。為維持像素數(shù)不變，唯一的方法是重復(fù)使用這些像素，也就是采用時分復(fù)用制。這樣只要順序地發(fā)射出紅光、綠光、藍光，同時控制每個像素的薄膜晶體管(TFT)，使其相應(yīng)地按照該像素在這種顏色時所應(yīng)當具有的的強度來開啟液晶光閥。但是，要順序地發(fā)出紅、綠、藍三種顏色，并能形成一個彩色的視頻圖象，就必須利用人眼的視覺殘留作用。只要這三種顏色順序重復(fù)的周期小于人眼的視覺殘留時間，就可以在人們的大腦中形成一個彩色的圖象。視覺殘留時間實際上就是電視的場頻周期，在PAL制中為五十分之一秒。這也就要求在五十分之一秒的時間內(nèi)必須完成紅、綠、藍三個圖象的顯示。因此，這種方式被稱為“場順序”體制，也有人稱之為“色順序”體制。

沒有濾色片能帶來更高的光利用率

首先，這種方法省去了彩色濾色片，而濾色片是光能的主要吸收者，它會損失光能70%以上。下圖表明了光能從光源出發(fā)以后所受到的損失。
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從背光源發(fā)出的光能損失

拿掉濾色片以后，不但能免除了濾色片70%的光能損失，而且還可以節(jié)省濾色片的成本。濾色片的成本在總成本中占19%，是相當可觀的一部分。實際上，省去濾色片以后，還可以提高成品率，減少生產(chǎn)時間，這些無形的改進都十分重要。

背光板成本分析

RGB-LED綜合優(yōu)勢明顯

其中背光源的25%成本是基于CCFL的數(shù)據(jù)，如果采用LED作為背光源，它所占的成本將大大超過這個比例，大約要占到50%的成本。采用場順序制以后，拿掉了濾色片就相當于發(fā)光效率提高了70%，這是非常可觀的。這意味著LED的數(shù)量可以減少70%，LED的成本就可以減少70%。而且LED數(shù)量減少70%以后，其發(fā)熱量可以減少70%，耗電也可以減少70%。
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RGB-LED與白色LED背光系統(tǒng)比較??

夏普即將在全球同步發(fā)行的AQUOS XS1已成為目前液晶電視界最大的焦點。該系列液晶電視采用了夏普新一代液晶面板，由新開發(fā)的RGB-LED背光源替代了傳統(tǒng)的RGB-LED背光源，色域表現(xiàn)達到了驚人的150%(NTSC色域比)，動態(tài)對比度達到100萬:1，可以將黑色表現(xiàn)到極致，平均亮度450流明。

該系列上市之初將有65與52兩個尺寸型號，由于新搭載的RGB-LED背光系統(tǒng)，有效降低了XS1系列液晶電視的背光系統(tǒng)體積，該機型最薄處僅2.28cm，最厚處也只有6.04cm。同時，搭載的LED單元達到1000個以上，能更為精準地控制畫面中每一部分的亮度。

尤其出色之處是XS1系列擁有更廣闊的色彩再現(xiàn)范圍，大幅提高了在光線較暗的視聽環(huán)境下的色彩再現(xiàn)度，盡顯更加鮮艷靈動的色彩。XS1系列液晶電視采用了超薄外觀設(shè)計，實現(xiàn)了機身最薄處僅為為1英寸(2.3cm)，并且四緣采用了現(xiàn)代風格高級加工的金屬材質(zhì)，內(nèi)置了由先鋒提供技術(shù)支持、5個喇叭組成的2.1的音響系統(tǒng)，音頻效果突破了以往超薄平板電視的極限。此外，這兩款電視的電力消耗也比普通液晶電視減少了26%。

采用LED作為液晶電視的背光已經(jīng)是不可逆轉(zhuǎn)的潮流。根據(jù)Insight Media 在2006年作出的估計，用LED背光的LCD TV將在2010年超過CCFL背光的液晶電視機。雖然現(xiàn)階段LED相對于CCFL還不能算是完美無缺，最大問題在于發(fā)光效率偏低，CCFL通常在80"100流明/瓦，而LED的發(fā)光效率只有60～80流明/瓦。但由于CCFL是圓柱形，它所發(fā)出的光是無方向性的。當它放在LCD屏幕下方時，盡管采用半圓形反光鏡，但可以認為仍然有相當多的一部分光被浪費掉了。而LED通常采用側(cè)光輻射，它的光可以比較有效地利用。

另外，即將在液晶電視中規(guī)?；瘧?yīng)用的RGB LED背光系統(tǒng)，相對傳統(tǒng)白色LED背光系統(tǒng)省去濾色片后，在大幅提高整體光源利用率的前提下，即使LED的發(fā)光最大值略低于CCFL，但CCFL系統(tǒng)可憐的光利用率，致使RGB LED系統(tǒng)總體光利用率仍然比CCFL高，而且LED的本身發(fā)光效率還在逐年提高。

除了上述關(guān)于發(fā)光效能與光利用率之間的討論，綜合RGB LED背光液晶電視在色域表現(xiàn)，相應(yīng)速度，占有體積及耗能等多方面優(yōu)勢，我們有理由相信液晶電視的RGB LED時代即將來臨。目前我們急切地渴望看到夏普即將上市場的XS1系列會有何等驚人表現(xiàn)，屆時天極數(shù)字家庭頻道將第一時間為廣大讀者帶來這款產(chǎn)品的最新訊息，敬請關(guān)注。 ?