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液晶显示器背光技术从CCFL向LED变迁


液晶显示器背光技术从 CCFL 向 LED 变迁
关键字: 关键字: LCD 背光 LED CCFL 即便你前后购买的两个 LCD 具有相当一致的性能参数,但屏幕的背后可能已经发生变化。面板尺寸在 15 英寸以下的显示器中, 历经时间考验的 LCD 冷阴极荧光灯(CCFL)背光系统正在迅速地被发光二极管(LED)所取 代。 这种转变类似于晶体管取代真空管,其原因有很多,并且这种转变产生了许多衍生物。转变的基础在于 最近白光 LED 亮度的提高, 使得白光 LED 能够实现对尺寸大于 4~6 英寸 PDA?级显示屏的 LCD 进行背光或端面 照光(edgelighting)。当然,价格的下降也是导到这种转变的一个因素。 “CCFL 最终将成为历史,”显示器领域的增值经销商(VAR)Apollo Display Systems 公司的执行总监 Richard McKay 这样表示,而许多业内人土也同意这一观点。 “LED 将迅速取代 10 英寸及以上尺寸显示器中的 LCD 背光,”专业提供 LED 驱动技术的 Lynk Labs 公司 业务拓展部副总裁 Stewart Hough 表示,“几乎所有的 CCFL 背光供应商现在都有 LED 背光。” 绿色环保因素 LED 背光和端面照光兴起的一个重要因素就是欧盟施行的 RoHS 指令。该指令规定自 2006 年 7 月 1 日起, 消除在欧盟成员国销售的电子装置中的铅、镉、汞、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚等物质。汞是 CCFL 灯管 和其它类型荧光照明的主要成份。尽管供应商已经降低了其荧光管中的汞含量,并且不含汞的型号正在研讨 之中, LED 的额外优势使得 CCFL 注定要在制造过程中被淘汰。 但 专业从事 LCD 端面照光技术的 Global Lighting Technologies 公司销售总监 David DeAgazio 指出,消除汞会给 CCFL 带来一系列全新的问题。 不仅如此,“全球市场越来越追求绿色环保,需要尽可能地实现节能和无污染,”McKay 表示,“而 LED 背光正好可以顺应这种趋势。” LED 背光所需功率更低 LCD 制造商 Kyocera Industrial Ceramics 公司显示器部市场营销经理 Joe Maurer 表示,绿色效应是推 动 LCD 由 CCFL 背光转向 LED 背光的最重要的两项因素之一。 另一项重要推动因素是电压。 Maurer 表示, CCFL 的交流电压要求相对较高, 启动时达到 1,500~1,600 Vac, 然后稳定至 700 或 800Vac。它们还需要电源逆变器,以通过直流电源工作,这样就增加了应用的成本、占位 面积和重量。相比之下,典型的 LED 背光子系统在“12~24Vdc 或更低电压”下工作,Maurer 表示,“你可 以去掉逆变器,并且消除电磁干扰(EMI)。” 另外,Kyocera 公司的 LCD 应用工程师 Bob Joslyn 指出,采用低压 LED 技术时亮度控制也更容易实现。 效率和使用寿命比较 自从上世纪 80 年代中期以来,CCFL 是一种事实上的(de facto)LCD 背光技术。经过这些年的发年,CCFL 在效率和使用寿命上已经取得极大的进步,但今后继续获得大的技术进步的前景非常黯淡。相比之下,作为 备选的 LED 技术发展相当迅速,且这种技术有一条明确的通向未来发展的道路。 CCFL 和 LED 在亮度、效率、使用寿命等规格上的比较视供应商的不同而有极大的差别。例如,不同 CCFL 的额定使用寿命(半亮)在 8,000~100,000 小时之间不等,差异非常大。有些信息来源指 CCFL 的效率最高, 其它的信息来源则认为 LED 的效率最高。
图 1:以 Kyocera 5.7 英寸 VGA LCD 为例,LED 端面照光能在 CCFL 60%的功率提供 CCFL 80%的亮度。

但就效率而言,LED 和 CCFL 似乎在所有相关参数上都接近,如发光效率(范围为 50~100 流明/瓦)等。不 过也存在一些细微差异。例如,对于端面照光应用应该,LED 就比 CCFL 更适合,前者的效率更高。“CCFL 的

发光效率可能比 LED 更高,”DeAgazio 表示,“但是 CCFL 是一种散射光源,因此你会浪费掉大量的光。”相 比之下,LED 具有高度方向性,因此“容易有效地与光导板结合在一起。” 至于使用寿命,LED 和 CCFL 的半亮时间很大程度上取决于器件的驱动方式。LED 具有更高的复杂性,因 为适当的散热管理是决定器件持续时间的关键因素。 色彩比较 与玻璃外壳 CCFL 相比,LED 的优势包括其出色的耐用性和较好的颜色提供。CCFL 提供的宽光谱与基于整 合黃磷光层的蓝色发光二极管的白光 LED 呈示的光属于同等水平。 但是基于窄带三色红绿蓝(RGB) LED 的白光 LED 与 LCD 的 RGB 彩色滤光片最匹配,并且能以最高效率产生最饱和的颜色。 CCFL 灯管和 LED 芯片都可以用背光(放在显示器后面)或者端面照光(在两侧、 顶部和/或底部), 并且都可 以采用多个来增加亮度。LED 一般以串的形式呈现在柔性衬底上。这种器件越来越多地用于高端的高清电视 (HDTV)中,通过几百个芯片来为显示器进行背光。 在对华丽的要求较低、并且比较注重成本的应用中,端面照光有助于尽可能地减少 LED 数量,从而最大 程度地降低成本。随着 LED 的亮度的增加,这种器件的价格也已经下滑,Maurer 表示,现在价格已经降到 LED 背光子系统与 CCFL 及其相关逆变器的成本相当的程度。 典型的 320×240 象素 5.7 英寸彩色 LCD 目前采用单个 CCFL 端面照光或者多个 LED 串来背光,其中每个 LED 串一般包含大约 5 个器件。 直接比较时,作为示例的 Kyocera 无源 LCD 采用 CCFL 可提供 380 尼特的亮度和 2.8W 的功率,采用三个 每串有 7 个 LED 的 LED 串可提供 245 尼特的亮度和 1.8W 的功率。 对于有源矩阵 LCD 而言, 其功率相同, CCFL 而 LCD 和 LED LCD 可分别发出 470 尼特和 350 尼特的亮度。“在我们最初的产品中,LED 串比 CCFL 的功耗更 高,”Maurer 表示,“现在我们通过大幅减少 LED 数量而降低了功耗。”

图 2:LED 将光结合到光导板的效率比 CCFL 更高。

CCFL 和 LED 之间比较,LED 是直流的、低压的;而 CCFL 是高压的(600 伏的),当然小面积的 CCFL 也有 低压的,但一般也有 300-400 伏以上。LED 的光源可以根据尺寸和应用情况的不同而自由分布。CCFL 则比较 固定,它需要更多的扩散材料来做到光的分散,才能使亮度的均匀度达到要求。 从延伸的角度来讲,(a)LED 的色域更广,色饱和度可以做到 105%以上,而相反 CCFL 是比较窄的, 大部分只能做到 70%左右;(b)LED 的速度非常快,可以帮助 LCD 消除拖尾的现象;(c)LCD 的一大的缺陷 是“黑屏”不黑,如果用 LED 动态来控制的话,可以很好的解决这一问题;(d)LED 的电流可以调整;(e) LED 是绿色环保产品, 不含汞, 是固体光源,抗震性好,低电压安全。 所以 LED 在将来很可能会被广泛的应用。 关于寿命的问题,LED 的寿命虽然很长,但如果用户过热的使用,还是会导致使用寿命的下降,现在我 们采取动态的方法来控制,使 LED 的寿命可以做到十万小时以上,根据驱动的不同,可以满足不同的需求。 CCFL 通常只有二万到五万个小时的寿命。 CCFL 和 LED 的特性方面, CCFL 的击穿电压和工作电压都相对比较高, 的电压就很低。 LED 所以说 LED 的安全性能非常好。 综上 LED 要优于 CCFL。


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