显示背光技术

CCFL统治的终结

最近二十年来,CCFL照明是彩色平板LCD背后的主流技术。经过多年的改进,该技术已经达到了自身的极限。但在近期,它仍然是最通用的背光技术,因为其具备了价格优势和成熟的解决方案。与之相比,LED技术在多年发展之后,还只是作为简单的状态指示灯或数字显示器。

事情的转机来自于欧盟决定走绿色路线。为了控制在多数电子产品中经常使用的有毒物质含量,欧盟建立了RoHS(RestriCtion of Hazardous SubstanCes)规范。水银是该规范首要控制的物质,而CCFL要使用水银蒸气来发光,所以需要替代品,LED的机会因此到来。

白光LED最初用于照明LCD显示器,主要安装在对角线长度小于5英寸的屏幕上,这些显示器主要使用在手机等移动设备中。它们的性能有限且寿命也非常短。用做背光的LED寿命不超过7000小时,而同成熟的C CFL技术相比――其多数情况下能达到50 000小时以上,这点非常不利。它们的效率较低,为了发光要产生很多的热量。但是,LED能提供最小、最简单和最低功耗的设计,因而仍有超越CCFL解决方案的优势。

今日,LED不仅能满足扩展到中国、日本和其他地区的欧洲绿色标准;而且,它们还变得更小、更坚固,在低环境温度中有更好的表现和高于CCFL的效率。当全世界都开始欢迎有害物质的减少使用时,LED技术的迅速发展就成为可能。工业市场成为该技术的第一个获益者,LED已经迅速地用于小于5英寸的显示器中。

LED的种类

LED通常划分为两类,一种是小型、高效LED,另一种是长寿LED。高效LED主要用在电池供电的便携产品中,极低功耗是其明显优点。但是,尺寸在这些应用中非常重要,所以必须保持背光源的轻薄和亮度。LED背光比C C FL背光大约薄40%左右,效率高出50%,寿命可达30 000小时。

除了在机械上更坚固,并不受低温的影响外,L E D用其高效性和驱动的简易方法延长了手持设备的电池工作时间,所有这些都使它们非常适合工业LCD市场。

驱动白光LED的电路一般并不复杂,成本低,不需要像驱动CCFL那样的高电压,而高电压在易变的环境(如气泵)中,往往被认为是个潜在的安全隐患。对于大多数CCFL逆变器来说,输出电压达到1500V并不为奇,而LED的驱动电压则不会超过lOOV。市场上,很多LED背光源的驱动电压都低于30V。

长寿的白光LED通常体积较大且效率较低,但具有更高的峰值亮度,更大的热容,超过70 000小时的寿命,这使它们比CCFL更适合于有严格寿命和性能要求的设备中。根据所选类型的不同,LED的效率比CCFL高出20%~50%不等。

LED在极端温度条件下也能发光,而CCFL的表现在此情况下会大幅降低,尤其是低温情况。此时,如果连续使用CCFL,会降低灯泡的寿命,而长寿的LED就不存在这个问题。然而,温度变化既会给LED带来好处,也会带来弊端。随着环境温度的变化,白光LED的色温会发生变化,这会影响对颜色信息有严格要求的室外诊断。

色彩条件的平衡

在需要绝对高色彩表现和稳定性的市场,设计者倾向于选择替代类型的LED背光源,如RGB或其他三色LED。但同其他高端技术一样,它们的价格非常昂贵。

不过,RGB/三色背光技术在近几年内不断地发展。最初的产品使用由单独的红、绿、蓝LED组成的直列式LED串,它们的输出光经过一个外光导轨投射到弧形的终端反射器上。反射器能像光混合器一样将三种色光合成白光,再经一个内部光导形成均匀的光平面,投射在LCD TFT玻璃的背面。但是,这会产生一个集中的热源,这需要大的热沉降。

为了解决热问题,第二代设计将单LED串分成了两个,每个LED串都聚焦于自身的背光结构上。这个降低温度的办法依然需要热沉降。同时,价格也是另一个不利的要素,因为背光结构非常贵,L C D模块的厚度也非常大。

考虑到这些因素,现在的LED设备将单个的R G B芯片整合到一个封装中。主要的颜色是在设备中混合的,因此用户只看到白光从LED封装中投射出来。这就使创建一个三色LED的矩阵来背光照明TFT LCD成为可能,并可以消除集中的热源和复杂的背光组件来实现更小、更具性价比的LCD模块。

三色LED技术很重要,因为其具有优秀的色彩饱和度和稳定性。三色背光能实现非常高的色彩饱和度,有三色背光照明的面板能达到超过105%的NTSC色彩标准,而高性能的CCFL只能产生大约90%的色谱。可以看出,三色LED的色彩复制能力是惊人的。三色LED还能提供保持色彩稳定性的能力。色彩的准确性在用于诊治目的的医疗工业中非常重要。这里已有几种色温标准,它们都定义了具体的色温,并需要其维持一定的时间。三色LED技术主要瞄准了高要求的医疗应用,比如X光成像等。

在面板级别,给驱动三色LED的电路提供回馈的光学器件已经实现。这个电路能***地改变产生主要色彩的电流,以及时地维持色温。三色LED的驱动关系能通过软件来调节,使LCD制造商能用一种产品来满足各种比色标准,这是CCFL产品所不能实现的。

LED的亮度

许多公司都在修改已有的LCD产品,用其来替换CCFL灯泡组件。然而,要正确地做到这些,TFT LCD中的色彩滤波器需要调整以符合LED的光谱输出。许多新的LED背光产品已经开始为LED21作而优化。

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