大尺寸TFT-LCD的LED背光技术

在光学腔的上面是一层薄的扩散膜， 其作用是为了使照射到LCD 面板的RGB 光混合均匀， 另外一个作用是它有助于得到亮度均匀的光。该背光系统的厚度仅为30mm， 平均亮度是540cd/m2.亮度均匀性到达72%， 色坐标则稳定在0.005。

图5 新型的侧式RGB LED 背光结构

　　以上这些都是利用RGB 的LED 作为光源的， 其主要困难是如何把RGB 的光均匀的混色， 2004 年， 美国的Michel J. Zwanenburg 研究小组， 利用multi- LEDS， 也就是将发红、绿、蓝光的芯片做在同一个LED 上面， 如图6 所示。

图6 multi- LED 结构图

　　采用100 个multi- LEDS， 同样是排成两列的侧式结构， 其结构如图7 所示。multi- LEDS 是连接在FPC上的， 主要是为了散热。通过FPC 将大功率LED 散发的热传导到铝片。LED 上面是导光腔， 导光腔的底面有个印有散光的图案， 能够尽可能分散光， 另外在最上面还有扩散膜和亮度增强膜， 得到的用于17inTFT- LCD的背光膜组， 其厚度只有16 mm.该背光单元的亮度达到2400cd/m2. 亮度均匀性在85%以上， 而且色坐标稳定性在Δu‘v’ 小于0.003。

图7 带有multiLEDs 的背光示意图

　　尽管LED 背光有色彩还原性好这个优点， 但是在低灰度等级的时候， 由于液晶本身存在漏光现象， 这时如果LED 还是维持在高亮度的情况下， 将导致漏光非常严重， 从而降低了对比度。2005 年日本日立公司开发出一种RGB 颜色可以控制的背光系统（ RGB colorcontrol sys tem，RCCS） 。利用RCCS 制成的背光单元， 显示出来的颜色不但可以由液晶分子本身的旋转角度来控制， 而且还可以通过每一种颜色的背光发光亮度来控制， 从而减少了传统的LED 背光在高亮度下的漏光现象， 达到了提高对比度的目的。
　　在图8 中， 左边是传统的LED 背光维持在最高亮度的工作情况， 这时如果要求显示的蓝色是“0”， 但是由于蓝色的LED 是一直工作在最高亮度下的， 加上液晶分子本身漏光， 导致了对比度的降低。而在右边的RCCS 背光单元中， 当如果要求蓝光为“0”的时候， 可以通过将蓝色的LED 关闭， 从而减少漏光来提高对比度。

图8 RCCS 背光的工作情况

　　2.2 白光LED 的背光系统
　　由RGB LED 发出的光混合成白光的LED 背光系统， 这种技术无法将RGB 光混和得非常均匀。2005年， 韩国的Dankook 大学开发出了用在2.4in LCD 的背光单元， 该背光单元是利用3 个白色的LED 作成的侧式背光， 这个背光的示意图见图9。

图9 2.4in 的白色LED 背光系统

　　在LED 下面是反射镜， 上面则是散射图案， 将LED 发出的光散射到各个方向， 并经过下面的反射镜反射进入导光板， 然后反射到LCD 上面。得到的亮度均匀性达到了84.2%［8 ］。随着人们对白光LED 的研究继续深入， 白光LED 作为大尺寸TFT- LCD 背光光源将会取得更大的成就。
　　3 LED 背光存在问题
　　尽管LED 背光具CCFL无法比拟的优势， 但是目前还有一些因素阻碍着LED 背光源技术的迅速普及：
　　（1）其价格相当昂贵， 同等尺寸的背光源， LED 约为CCFL 价格的4 倍；（2）目前LED 背光源的光效率还不够高， 同等尺寸显示屏比CCFL 耗电量高；（3） 在散热方面也是LED 背光急待解决的难点之一， 高功耗不符合目前环保理念， 这需要LED 在材料、工艺等方面进行改进。
　　4 LED 背光前景
　　尽管LED 背光离成为主流产品还有一段距离， 但是随着LED 在材料和工艺方面的不断改进， 光效率的不断提高， 它在相关领域将有很大的应用前景， 比如：
　　LED 照明、背光等。鉴于TV 产品对于色彩饱和度（NTSC）要求较高， 而LED 背光在色彩饱和度方面是传统背光源CCFL 无法相比拟的， 当前液晶界的相关主要厂商， 如韩国的LG- Philips、三星， 日本的夏普、索尼， 以及台湾的友达、奇美等都把采用LED 背光的大尺寸TV 视为未来TFT- LCD TV 的关键技术之一。
　　2004 年底索尼更是抢先推出了40in 以上的以LED为背光源的液晶电视， 之后三星于2005 年5 月在横滨光电展中推出首款46in 的以大功率RGB LED 为背光源的TV产品。
　　比起白光LED 背光系统， RGB LED 在色彩饱和度方面更有优势， 随着LED 背光成本的不断降低， 对显示效果要求越来越严格的大尺寸LCD 而言， 大功率RGB LED 背光将成为大尺寸的TFT- LCD 背光的主流。
　　5 结论
　　综上所述， 由于LED 背光单元具有色彩还原性好等诸多优点， 它能克服液晶显示器色彩饱和度差的先天不足的缺陷。当前LED 背光主要有侧式结构和直下式结构， 而侧式结构可制作出更薄的背光单元。另外LED 背光源既可采用RGB LED 经过混和成白光， 也可采用白光LED 来制作， 而采用高功率的RGB LED作为背光源的色彩将会更加鲜艳。因此对于对显示效果要求更加苛刻的大尺寸TFT- LCD 而言， 高功率RGB LED 将成为其背光的主流。

来源：电子工程网