对比解析CCFL与LED背光源
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,ColdCathodeFluorescentLamps)。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?
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。
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。
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%.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。
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。
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。
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。
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。
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。
3.寿命远超CCFL
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。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。
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。
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。
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———只有达到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,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.