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对比解析CCFL与LED背光源


对比解析 CCFL 与 LED 背光源
晓歌 背光模块是液晶电视必不可少的部件, 液晶本身并不 会 发 光 , 因 此 背 光 源 十 分 重 要 。 从 诞 生 到 现 在 , LCD 背 光 源几乎都是冷阴极 荧 光 灯 (CCFL , Cold Cathode Fluorescent 机 或 者 无 机 颗 粒 的 塑 料 材 质 ( PET 或 者 PVC ) 构 成 , 它 的 作 用 是 将 光 束 引 向 垂 直 于 LCD 面 板 的 方 向 , 并 把 光 能 均 匀 化 。 棱 镜 片 (膜 ) 能 缩 小 立 体 角 , 从 而 提 高 亮 度 , 并 可 以 进一步将光束纠正到垂直方向。

Lamps )。 这种光源寿命较短, 使用几年后会逐渐发暗变黄,
质量差的 CCFL 有的不到 3 年就报废。 多年来, 厂商致力于研发新的背光源。 目前业界比较 看好 LED 背光技术, 并纷纷推出了 LED 背光的显示器和液 晶 电 视 。 那 么 , LED 背 光 的 兴 起 是 否 意 味 着 CCFL 的 淘 汰 呢?

CCFL 存在突出的弊端
CCFL 的 物 理 构 成 是 在 玻 璃 管 内 封 入 隋 性 气 体 Ne 和 Ar , 其 中 含 有 微 量 水 银 蒸 气 (数 mg ), 并 于 玻 璃 内 壁 涂 布
荧光体。 CCFL 通过灯管两端的电极, 让灯管内的气态 汞 激 发的紫外线碰撞管壁上的荧光粉, 从而发出光线。 其波长 由荧光粉的特性决定。

LED 性能优于 CCFL
LCD 背 光 模 块 包 括 光 源 、 导 光 板 、 反 射 板 、 扩 散 板 、
棱镜、 框架等。 背光模块导光板常用聚甲基丙烯 甲 酯 制 作 , 作 用 是 将 点 (线 ) 光 源 转 换 为 面 光 源 , 并 使 光 能 导 出 , 它 对于光强均匀分配起着十分重要的作用。 扩散板由加入有

CCFL 无论发光原理还是物理结构, 都和常用 的 日 光 灯
管非常接近。 这种光源具有结构简单、 灯管表面温升小、 灯管表面亮度高、 易加工成各种形状的优秀特性。 但是寿 命 较 短 , 含 汞 , 色 域 较 窄 , 只 能 达 到 NTSC 的 70%~80% 。

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图 1 液晶电视成像原理

图 2 液晶显示器的每个单元的工作方式 对于大尺寸电视屏, CCFL 的电压加高和加长管子的加 工 也 有困难。

图 3 CCFL 冷阴极荧光灯 色域 CCFL 除外)。

3. 结构复杂、 亮度输出均匀性差
由于不是平面光源, 因此需要扩散片、 导光板、 反射 板等辅助器件来达到均匀的亮度输出, 但在显示全白或全 黑画面时, 屏幕边缘和中心亮度的差异十分明显。

1. 寿命较短 CCFL 寿 命 一 般 为 15000~25000 小 时 , LCD (尤 其 是 笔
记本电脑的液晶屏) 使用时间愈长亮度下降愈明显, 使用

2~3 年后屏幕就会发暗、 变黄。 2. 限制了液晶电视色彩的发挥
液晶电视中每个 像 素 都 是 由 R 、 G 、 B 三 个 长 方 形 色 块 组成, 色彩表现完全取决于背光模块和滤色膜的性能。 颜 色准确的前提是 CCFL 发出的白光和日光一样均匀 (三基色 所占的成分 ), 但 是 实 际 上 仅 能 达 到 NTSC 的 70% 左 右 (广

4. 体积较大, 功耗不理想
由于 CCFL 背光源必须包含扩散板、 反射板等器件, 因 此 体 积 无 法 进 一 步 缩 小 。 功 耗 也 不 令 人 满 意 , 14 英 寸 LCD 的 CCFL 背光源往往需要消耗 20W 甚至更多的电能。 值 得 注 意 的 是 , 近 两 年 针 对 传 统 CCFL 的 弊 端 作 了 些 改 良 , 似乎都达到了很高的水准, 厂家的宣传更是神乎其神, 例

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第4期

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图 5 CCFL 荧光灯管的工作原理

图 6 索尼 WCG CCFL 技术

如夏普的四波长背光源系统, 通过改进荧 光 粉 , 使 光 谱 成 分 中的红色表现增强, 一定程度改善了色彩还原效果; 索尼、 三星和 TCL 的部分产品搭载了 WCG-CCFL 广色域 CCFL , 色 域达 到 NTSC 的 85% 左 右 ; 东 芝 的 智 能 背 光 调 节 技 术 能 根 据 画面智能调节背光源亮度, 从而提高显示 对 比 度 。 但 是 这 些 改进都是有限的, 并不能根除其先天缺陷。

根据发光颜色的不同, LED 可以分为白光 LED 背光源和

RGB-LED 背光源。
白光 LED 的优势主要体现在耗电量方面, 广泛应用于对 功 耗 要 求 高 的 移 动 设 备 。 RGB-LED 背 光 源 色 域 宽 广 , 主 要 用于高端液晶显示器。

RGB-LED 背 光 源 , 可 大 幅 度 提 高 色 彩 表 现 。 它 通 过 高
纯 度 红 、 绿 、 蓝 LED 器 件 , 实 现 CCFL 不 能 达 到 的 宽 广 色 域 , 目 前 可 以 达 到 105% 的 NTSC 色 域 , 如 果 采 用 性 能 更 好 的 LED , 则 可 以 实 现 120% 以 上 的 NTSC 色 域 。 RGB-LED 光 源还可以有效提升液 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。 综合来说, 液晶电视 LED 背光具备三大 技术优势。

LED 背光源有突出的性能优势
LED 能 直 接 将 电 能 转 化 为 光 能 , 具 备 低 功 耗 、 高 亮 度 、
长寿命的突出特点。

1. 光源平面化 LED 背光源是由众多栅 格 状 的 半 导 体 组
成 , 每 个 “ 格 子 ” 中 都 拥 有 一 个 LED 半 导 体, 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 图 4 CCFL 发光原理 性, 还不需要复杂的光路设计, 因此 LCD 的 厚度就能做得更薄, 同 时 还 拥 有 更 高 的 可 靠

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图 9 LED 发出的光纯度非常高

图 7 发光二极管的结构

图 8 白色发光二极管

性和稳定性。 更薄的液晶面板意味着笔记本电脑拥有更佳 的 移 动 性 。 例 如 索 尼 LED 背 光 笔 记 本 , 液 晶 屏 厚 度 仅 有

普 通 CCFL 的 寿 命 在 2.5 万 小 时 左 右 , 最 新 的 顶 级

CCFL 也不过 6 万小时。 现阶段白色 LED 背光的实际寿命为 5 万至 10 万小时, 与 LCD 的 使 用 寿 命 基 本 一 致 , 而 且 还 有
再次提升的潜力。

4.5mm 。 2. 色彩表现力远胜于 CCFL CCFL 背光存在色 纯 度 等 问 题 , 色 阶 表 现 不 佳 , 因 此 导
致了 LCD 在灰度和色彩过渡方面不如 CRT 。 而 LED 背 光 却 能轻松超过 NTSC 色域, 让液晶电视真实还原五彩缤纷的鲜 艳色彩。 另外, RGB-LED 背 光 还 可 以 有 效 提 升 液 晶 电 视 的 对比度, 实现更加精确的色阶和层次感更强的画面。 背光 源 由 众 多 的 LED 发 光 单 元 组 成 , 可 以 根 据 画 面 对 其 中 的 每 个 发 光 器 件 实 现 精 确 的 亮 度 控 制 , 在 暗 部 区 域 的 LED 可 以 减小亮度或关闭, 而明亮区域增加亮度, 由此带来的对比 度提升是 CCFL 所不能企及的。

短期内 LED 背光还难替代 CCFL
就目前来看, LED 是 CCFL 潜在的竞争对手, 此外还有

OLED 以及碳纳米管等技术。 目前厂家看好的 LED , 在短期
内也不可能取代 CCFL 。

1. 厂家不情愿放弃 CCFL LED 的 优 势 明 显 , 但 还 存 在 着 主 推 什 么 的 疑 问 , 厂 家
更 愿 意 将 LED 用 于 高 端 机 型 , 这 主 要 是 厂 家 在 CCFL 模 组 上的投入太大, 越晚放弃损失越小。

2. 技术还不成熟 LED 背光面临着发光效率 的 问 题 。 CCFL 发 光 效 率 可 达

3. 寿命远超 CCFL

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图 11 优 派 VLED221wm 使 用 LED 背 光 , 达 到 118% 的 NTSC 色域 图 10 CCFL 与 LED 的色域范围

图 12 采用 RGB-LED 背光的 KDL-55XR1 液晶电视

50~100 流 明 / 瓦 , 而 白 光 LED 器 件 在 刚 起 步 时 仅 为 20 流 明 /
瓦 。 不 过 , 白 光 LED 的 发 光 效 率 以 每 年 提 高 60% 的 幅 度 提 升 , 目 前 已 突 破 50 流 明 / 瓦 。 但 白 色 LED 替 换 CCFL , 色 彩 上基本没有提升。

业界认为, LED 背光的真正普及, 可能要等到另一 个 技 术 发 展成熟, 即不用滤色膜, 而是利用场序实现彩色, 出光量 大, 同时所需要的 LED 个数也少, 可有效减少耗电、 降低成 本 。 但 这 一 技 术 则 要 求 液 晶 响 应 速 度 足 够 快—— 有 达 到 —只

RGB-LED 虽 然 有 着 众 多 优 点 , 却 仍 然 存 在 着 一 些 不 可
避免的局限性。 譬如因使用了大量独立的 LED , 排 列 相 当 密 集, 不仅较难保证每一个器件发光的一致 性 , 而 且 散 热 也 非 常 不 理 想 , 达 不 到 超 长 的 寿 命 。 RGB-LED 发 光 效 率 普 遍 为

1ms 时 , 才 能 在 R 、 G 、 B 三 色 转 换 下 达 到 3ms 的 视 觉 残 留 ,
有效消除 LCD 动画残影。

结语
目 前 的 LED 液 晶 电 视 市 场 , 无 疑 是 雷 声 大 雨 点 小 。 不 过, LED 技 术 潜 在 着 无 限 商 机 , 在 不 断 的 技 术 创 新 中 , LED 背光将会很快改善散热与发光效率等问题。 据观 察 , LED 产 —— 业也存在类似微处理器产 业 中 的 “摩 尔 定 律 ” —每 10 年 ,

50 流明 / 瓦, 最高也只有 70 流明 / 瓦, 要实现和 CCFL 同 等 亮
度 , 必 然 导 致 功 耗 和 发 热 量 的 增 加 。 而 且 , 虽 然 RGB-LED 的 色 纯 度 较 高 , 但 长 期 使 用 后 各 色 LED 衰 减 的 幅 度 不 一 致 , 这也将对画面质量产生较大影响。

LED 的 价 格 为 原 来 的 1/10 , 性 能 则 提 高 20 倍 。 由 此 可 以 预
见, 随着产能的增加, LED 背光源的成本将快速下 滑 。 在 将 来 的 几 年 中 , 市 场 上 将 会 大 量 涌 现 采 用 RGB-LED 背 光 源 的 广色域液晶电视, 并将成为液晶产品技 术 再 次 高 速 发 展 的 重 要契机。 PAV

3. 价格阻碍了普及
从理论上, LED 发光单元价格并不高, 其背 光 模 块 成 本 上 要 低 于 CCFL , 但 是 为 什 么 目 前 LED 产 品 价 格 却 高 得 惊 人 呢 ? 其 关 键 问 题 就 在 于 LED 背 光 还 不 够 成 熟 。 目 前 LED 背 光模组的价格约为 CCFL 的 5 倍, 屏幕尺寸越大, 成本越高。

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