1、LED 工作原理首先，我们先从液晶谈起吧。我们知道，液晶是一种介乎于液体和晶体之间的物质，其显示的原理是通过给液晶施加不同的电压来改变其分子排列状态，从而控制光线的通过量，以便显示多种多样的图像。而液晶自身并不会发光，它只是控制光线的通过与否，因此所有的液晶面板都需要背光源来提供照明。电极电极液晶Field OFF Field ON0/图 1 液晶驱动原理目前，大多数液晶电视的背光源采用的还是 CCFL，也就是通常所说的冷阴极荧光灯。这种光源并不是平面光源，为了实现背光源均匀的亮度输出，我们还需要为液晶面板的背光模组搭配扩散片、导光板、反射板等众多辅助器件，如图 2 所示：图 2 CCFL 背
2、光液晶的结构原理即使是这样，要获得如 CRT 那样均匀的亮度输出仍是很困难的，大部分液晶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。另外，在图像显示效果上，同CRT 相比，采用 CCFL 的液晶之色域表现还是明显不足的。在业界，我们一直都用美国国家电视系统委员会 NTSC 公布的标准来衡量视频设备的色彩还原能力，这一指标是指在整个色域内，显示设备在色彩显示时，色彩的饱和度怎样，对于大多数传统液晶面板来说，能够覆盖的色彩范围只有 NTSC 标准的 65%75%，具体表现为在绿、黄、红色彩区域，与标准值差别较大。CCFL 属于管状光源，要将所发出的光均匀散布到面板的每一个区域就需要相
3、当复杂的辅助组件，除了亮度输出均匀度不够之外，CCFL 的结构还非常复杂，应用了它的液晶电视屏幕的厚度也较难控制，而且随着面板的增大，必须使用多条光源。此外，CCFL 还有发光效率低、放电电压高、低温下放电特性差、加热达到稳定灰度时间长等缺点，并且CCFL 中含有有害金属，不符合环保要求。图 3 点燃的冷阴极荧光灯管当然，应用 CCFL 作为背光源的液晶面板面临的一个最大的问题还是寿命较短。绝大多数 CCFL 背光源在使用 2 至 3 年后亮度下降非常明显，许多液晶电视在使用几年后会出现屏幕变黄、发暗的现象，这正是 CCFL 使用衰减期较短的缺陷造成的。上面介绍了，由于 CCFL 背光源必须包
4、含扩散板、反射板等复杂的光学器件，因此液晶面板的体积无法再进一步缩小，这与当前液晶电视超薄化的趋势则是相悖的。在功耗方面，采用 CCFL 背光源的液晶电视也是有很大的缺陷，我们测过，一台 42 英寸液晶电视往往需要消耗 220W 甚至更多的电能，这与当前构建节约型社会的理念也是合不上拍的。为了解决 CCFL 背光源给液晶电视带来的这些缺陷，众多液晶电视厂商这些年都在搜寻一种更为优秀的液晶背光源来作为替代品，而 LED 背光源技术就应运而生了。实际上，LED 也就是我们通常所说的发光二极管，通俗些讲，它就是在 PN 结中注入载流子，少数载流子与多数载流子复合后，释放出能量，表现以光的形式，从而实
5、现电致发光。它也并非什么新物件了，这些年已经被应用在户外广告、标牌、指示灯、汽车前大灯、电器按键背光源等多个方面。另外 LED 显著的特色就是光电转换效率高、彩色饱和度高、体积小、耐震动、耐冲击、不含有毒物质、低压供电、对人体安全、寿命超长等。早在上世纪 60 年代，LED 就被认定是荧光灯管、灯泡等照明设备的终结者，甚至有人认为 LED 将会开创一个全新的照明时代，最终出现在所有需要照明的场合。下面详细的介绍一下 LED 发光的原理。发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED 的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个
6、晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是 P 型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是 N 型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个 P-N 结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向 P 区，在 P 区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是 LED 发光的原理。图 4 LED 背光光源的工作原理更重要的是，LED 可发出从紫外到红外不同波段、不同颜色的光线，早些时候，LED还只能发出单波长光线，还不能像白炽灯那样工作，甚至只有蓝、红、绿等颜色。如果只是这样的话，LED 无法被做成白光源，也就没法被应用为液晶电视
7、的背光源了。而这些年，众多液晶电视厂商也都在这方面动脑筋，着重开发白光 LED 背光源。在这一方面，日本企业一直都是先行者，它们在 1996 年就提出了些解决方案，以日亚化学为例，它们提出的方案就是在蓝色 LED 上涂抹黄色荧光粉实现白光输出。图 5 LED 发光二极管LED 背光的优势点：首先，采用了 LED 背光，液晶面板的体积将进一步缩小；其次，LED 是由众多栅格状的 LED 组成，每个“格子”中都拥有一个 LED，这样 LED 背光就能实现真正的光源平面化；我们知道，平面化光源不仅有优异的亮度均匀性，还不需要复杂的光路设计，应用了LED 的液晶电视就可以被做得更薄，还能实现真正的光源
8、平面化。图 6 22 寸 LCD 电视（最厚部分 95mm）图 7 LC-22KN72 LED 电视（最厚部分 35mm）另外，在发光寿命方面，LED 背光源技术更是可以超出传统的 CCFL 许多。咱们知道，普通的 CCFL 背光源的使用寿命一般在 3 万小时左右，即便是顶级的 CCFL 背光源的寿命也不过 6 万小时。而 LED 背光则完全没有这样的问题，现阶段白色 LED 背光的寿命已经高达 10 万小时，很多专家还提出这一成绩甚至有进一步发展的空间，消费者即使是 24小时不间断使用，LED 液晶电视也是可以应付的了。（由于 LED 首次应用在液晶电视上，因此该项指标目前的 LED 屏还只
9、有 25000 小时左右）在色彩表现方面，LED 背光也有明显的优势。我们知道，传统的 CCFL 背光由于色纯度等问题，在色阶方面表现不佳。这就导致了液晶在灰度和色彩过渡方面不如 CRT。据测试, 采用 CCFL 背光只能实现 NTSC 色彩区域的百分之六七十，而应用了 LED 背光之后，液晶面板却能轻松地实现 100%的 NTSC 色域表现。像索尼“Bravia”系列 LED 背光液晶电视就选用了能同 LED 波长作最佳搭配的彩色滤光片，色域甚至可以达到 126%。图 8 LED 背光原理图另外，LED 采用的是低压驱动，它使用的是 5V24V 的低压电源，非常安全，驱动电路模块的设计也较为
10、简单；其稳定性也更好，平面状结构让 LED 拥有稳固的内部结构，抗震性能很出色（以 AUO M185XW01 V6 为例）。图 9 LED 背光驱动板图 10 LCD 背光驱动板最后在绿色环保方面，LED 也是更具优势的，它不采用对环境有害的金属汞，更加安全环保；再者，LED 背光源非常省电，其功耗要比 CCFL 冷阴极背光灯更低一些，因为 LED 内部驱动电压远低于 CCFL，功耗和安全性均好于 CCFL。（以 22 寸为例：LC-22KU46 44.6W;LC-22KN72 27.8W.）可见，应用了 LED 背光源技术之后，液晶电视在色彩表现方面甚至可以同 CRT 相当。另外，LED 还用于众多平面光源特性，可以实现 CCFL 望尘莫及的区域色彩和色度调节，从而可以实现更好的色彩还原，当然，在环保、节能等方面，LED 背光同样是极具优势。
