從LED液晶電視談LED背光技術(shù)
出處:網(wǎng)友上傳 發(fā)布于:2011-09-23 10:32:20
日前,市面上出現(xiàn)了LED液晶電視與LED電視兩類平板彩電,其外觀差異不大。由于LED電視是一種能耗更低、機(jī)身更薄,圖像效果更好的新一代電視,所以有不少電視廠商把LED液晶電視以LED電視的名義來進(jìn)行宣傳,以混淆是非。事實(shí)上,LED液晶電視是“LED背光源液晶電視”的簡稱,顧名思義,該類電視還是屬于液晶電視的一個分支,它只不過把普通液晶電視中的CCFL背光源換成LED背光源而已。
一、LED電視特點(diǎn)簡述
LED電視是用LED直接成像的,采用主動發(fā)光原理。彩色的LED顯示屏用R/G/B三個LED管組成一個像素點(diǎn),通過控制每一個像素點(diǎn)的亮/滅來實(shí)現(xiàn)圖像的顯示,其成像的原理和同樣是主動發(fā)光的等離子非常相似。LED電視內(nèi)部無背光燈電路,整機(jī)很薄(約2cm),如圖1所示。目前,雖然LED電視圖像效果及能效均優(yōu)于液晶電視,但價(jià)格較高,所以目前銷量比液晶電視小得多,其取代液晶電視還有一段時間。

二、何為LED背光源
從原理上看,液晶顯示有些像是街頭廣告燈箱,背后的光源經(jīng)過一定擴(kuò)散,均勻地照射在繪有畫面的透明膠片上,從而透射出亮麗的畫面。液晶板就像是那層膠片,只不過它的畫面是變化的,如圖2所示。

傳統(tǒng)的液晶顯示設(shè)各采用CCFL(冷陰極熒光燈,Cold Cathode Fluorescent Lamps)作為光源,雖然名字很,但我們把它理解為家用的日光燈,只不過燈管非常細(xì),如圖3所示。

LED背光源就是用LED發(fā)光二極管代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熒光燈(CCFL),從而作為液晶電視的背光源。簡單地說,就是將原是充滿惰性氣體的熒光燈換成了內(nèi)含發(fā)光二極管的燈管,如圖4所示。當(dāng)然,在實(shí)際應(yīng)用中,發(fā)光二極管不一定做成燈管狀,還可排成陣列。如圖5所示。


三、LED發(fā)光原理簡介
LED是英文Light Emitting Diode(發(fā)光二極管)的縮寫,它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料,置于一個有引線的架子上(如圖6所示),四周用環(huán)氧樹脂密封,起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用,所以LED的抗震性能好。

發(fā)光二極管的是由P、N型半導(dǎo)體組成的晶片,在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個過渡層,稱為PIN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中,注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來,從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓,少數(shù)載流子難以注人,故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管,簡稱LED。當(dāng)LED處于正向?qū)顟B(tài)時(即兩端加上正向電壓),電流從LED陽極流向陰極時,半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線Ⅱ光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。
在視頻領(lǐng)域,人們一般用NTSC作為衡量視頻設(shè)各的色彩還原特性的標(biāo)準(zhǔn)。這個指標(biāo)是指在整個色彩空問內(nèi),顯示設(shè)備能在各種色彩上顯示到何種飽和度,就是能夠顯示到什么程度的藍(lán)色、綠色、紅色。傳統(tǒng)的液晶電視通常采用冷陰極熒光燈(CCFL)作為光源。在日常生活中,經(jīng)常見到很多物體在日光燈下的色彩都有所失真,這是因?yàn)槿展鉄舭l(fā)出的光線不是真正意義上的白光,所以顯示顏色不夠豐富,色彩還原度差,能夠覆蓋的色域范圍只有NTSC標(biāo)準(zhǔn)的65%~75%。LED背光源能把液晶電視的色域范圍擴(kuò)展到NTSC標(biāo)準(zhǔn)的105%,基本上可以重現(xiàn)自然界場景色彩。
四、LED背光源的組成方案
在用LED作背光源時,有兩種方案:一是采用RGB-LED,二是采用白光LED。
用RGB一LED組成背光源時,部分按照明1∶1∶1的數(shù)量,即每個單元分別由1只紅色、藍(lán)色和綠色LED組成,如圖7所示。目前,常見的方案是每個單元由1只紅色、1只藍(lán)色和2只綠色LED組成。因?yàn)檫@組合方式能有效地避免LED在發(fā)光效率上的差異。

采用RGB-LED背光源電視的優(yōu)點(diǎn)主要在于色彩表現(xiàn)力和對比度兩方面較好。這是因?yàn)椴捎肦GB三原色獨(dú)立發(fā)光元件,其色域范圍能超過NTSC的120%,部分機(jī)型可達(dá)150%,完全達(dá)到或者超越了等離子電視的水準(zhǔn)。RGB一LED電視支持背光區(qū)域調(diào)整技術(shù),亮度調(diào)節(jié)很容易實(shí)現(xiàn),因此在對比度方面,往往能夠達(dá)到非常高的動態(tài)對比度,這能極大地提升圖像質(zhì)量。
RGB-LED電視雖然性能不錯,但也存在以下缺點(diǎn):一是成本方面沒有優(yōu)勢;二是需要單獨(dú)的調(diào)光電路和更好的散熱結(jié)構(gòu),這也會在一定程度上導(dǎo)致電視結(jié)構(gòu)復(fù)雜。另外,在該背光源中,如果其中一只壞了,則該點(diǎn)圖像亮度就明顯異常。
白光LED相對于RGB-LED就簡單多了,它用只能發(fā)出白色光線的LED光源代替CCFL熒光管。由于白光LED不像RGB-LED那樣需要涉及背光源的調(diào)光,因此在電路結(jié)構(gòu)方面的要求相對不高。雖然白光LED色彩表現(xiàn)上不如RGB-LED,但比CCFL燈管好,加之每只LED在發(fā)光上可以互相補(bǔ)充,即使某只LED損壞,也基本能保證亮度的均勻,加之成本上的優(yōu)勢,因此白光LED已成為普及型LED液晶電視的優(yōu)選方案。
五、LED背光源的安裝方式
在LED背光源的安裝中,按人射位置可分為直下式(將顯示屏的整個背面換成LED)與側(cè)人式(周邊放上LED)兩大類。
直下式背光源安裝簡單,不需要導(dǎo)光板,LED陣列置于燈箱底部,從LED發(fā)出的光經(jīng)過底面和側(cè)面反射,再通過表面的擴(kuò)散板和光學(xué)模組均勻射出,如圖8所示。

直下式背光源的厚度由燈箱底部和散射板的距離決定,通常厚度越厚,背光源的光均勻性就越好。在背光源較薄的情況下,色彩和亮度均勻性就成了直下式背光源的技術(shù)關(guān)鍵。LED燈的光場分布類型對背光源的色彩和亮度均勻性起著重要作用。目前,背光源所用LED燈通常有朗伯型和邊發(fā)射型兩種。由于邊發(fā)射型LED更有利于背光源的光均勻性,直下式背光源大都采用邊發(fā)射型LED,但不宜采用大角度邊發(fā)射LED,這是因?yàn)槠渲袉柟鈴?qiáng)偏低,易造成暗斑,影響背光源的均勻性。
側(cè)入式是指將LED安裝在經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的導(dǎo)光板側(cè)邊。如圖9所示。因光源置于導(dǎo)光板側(cè)邊,后面只需反射片即可,這樣就可以把電視做得很薄,但這種方式的光源利用率較低,且越薄利用率越低,約50%。

六、LED背光源的優(yōu)點(diǎn)
1.工作電壓低
LED使用低壓電源,供電電壓在5V~24V之間,因此省略了冷陰極背光的升壓電路,電源的安全系數(shù)大為提高,特別適用于公共場所。同時,其供電模塊的設(shè)計(jì)也頗為簡單。
2. 高效低耗
采用LED背光源的液晶彩電的功率比采用CCFL背光源的同尺寸液晶彩電低1/3,甚至更多,這更是等離子彩電無法比擬的。如果采用動態(tài)LED背光源,則47英寸的LED背光源液晶電視功耗可低至10W .
另外,LED的壽命高達(dá)10萬小時(光衰為初始的50%),穩(wěn)定性高,且無水銀之類的有毒物質(zhì),綠色環(huán)保。
3. 響應(yīng)時間短,抗震性好
傳統(tǒng)CCFL燈管的發(fā)光頻率較低,動態(tài)場景可能產(chǎn)生畫面跳動,而LED背光可以靈活調(diào)整發(fā)光頻率,而且頻率大大高于CCFL,因此能完美地呈現(xiàn)運(yùn)動畫面。另外,平面狀結(jié)構(gòu)讓LED擁有穩(wěn)固的內(nèi)部結(jié)構(gòu),抗震性能極高,遠(yuǎn)強(qiáng)于CCFL燈管。
4. 亮度、對比度調(diào)節(jié)范圍寬
LED亮度調(diào)整范圍大,不像CCFL的亮度存在一個門檻。LED背光白平衡的同時可以很好的保證整體對比度、亮度。LED是一種平面狀光源,基本的發(fā)光單元是邊長3mm~5mm的正方形小片,很容易組合在一起成為既定面積的面光源,并且其亮度具有很高的均勻性,同時所需的輔助光學(xué)組件也非常簡單。
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