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半月谈:LED背光设计知多少?

发布时间:2013-04-24 责任编辑:eliane

【导读】LED由于其低功耗,节能环保,寿命长等特性广泛用于手机,电视,汽车等领域的背光源,随着大功率LED的出现以及便携电子产品小型化,LED背光技术运用范围也会越来越广。而关于LED背光的设计你又知道多少呢?我们一起来看看吧!

LED背光设计知多少

近年来,LED显示屏行业已经步入成熟期,随着经济的复苏,2013年LED产业将呈现增长趋势,对背光与照明的需求显著增加。相比CCFL,LED有具有寿命长,发光效率高,无干扰等特点。原来一直在使用CCFL(冷阴极荧光灯)背光源的笔记本和显示器产品中LED背光的使用量也在不断扩大。同时在CCFL一统天下的液晶电视领域,随着海信推出第一款LED背光电视,国内市场上LED背光电视产品也纷纷出现在市场中。
 
直下式与侧光式LED的背光源对比

在液晶电视领域,市场上主要销售的LED背光源技术主要有直下式白色LED光源和侧入式白色LED光源两种。直下式强调画质表现优异,侧入式则强调超薄节能领先,各有优缺点,以及成本差异,但在终端产品售价上则互有高低;研究机构LEDinside认为,由于超薄电视日益受到欢迎,侧光式LED TV的销量增长会较快,价格上较平易近人。而直下式LED TV则受到需要高端影音设备的消费者欢迎。

图:直下式与侧入式排列方式
图:直下式与侧入式排列方式

直下式LED的背光源技术优缺点:

直下式LED背光源是把LED芯片均匀地配置在液晶面板的后方当作发光源,使背光可以均匀传达到整个屏幕,画面细节更细腻逼真。

直下式的优点是能够分别设置不同的背光源模块权责区域,理论上也可以做到每一颗LED独立发光控制亮度。

缺点是线路与设计成本不易,直下式LED背光的大尺寸液晶电视需要用到上千颗LED芯片,成本相对较高。尤其是早期LED TV刚推出时,使用RGB三色LED来提高演色性,让画面色彩能够更鲜艳,成本自然高居不下,但随着近年业界采用较便宜的白光LED来当背光源,目前已经可以调整到较佳的水平。除成本较高外,直下式LED TV画面变换过程中,画面上的亮区域要调整成暗区域时,邻近画面区域的灰阶层次会被影响而降低,产生了些微模糊(blooming)的现象。如果直下式LED背光模块配置在液晶屏幕后方的LED芯片密度越高,或者是分区调光的区域越多,产生模糊现象的机率会比较小。另外直下式LED TV较侧光式LED TV耗电,原因是采用较多的LED芯片数,但还是比CCFL背光液晶电视省电。

侧光式LED的背光源技术优缺点:

侧光式LED背光源,是把LED芯片配置在液晶屏幕的四周边缘,再搭配导光板,让LED背光模块发光时,把从屏幕边缘发射的光透过导光板输送到屏幕中央的区域去,这样整体就有足够的背光量,可让液晶屏幕显示画面。

侧光式LED背光源的优点有两个,其一是可使用较少颗的LED芯片,节省成本,其二就是能够打造比较轻薄的机身,让LED TV液晶面板的后方不需要配置LED模块,而是放置在侧边,可减少屏幕整体的厚度,打造出较直下式LED背光液晶电视更薄的机种来,成本上也比较便宜。

侧光式LED背光的缺点,就是画面均匀性不佳。尽管侧光式LED TV的厚度较薄,可是使用的LED芯片数量比较少,而且是透过导光板的方式把光送到画面,这会造成这种LED TV的四周边缘画面亮度,比屏幕中央要亮,屏幕的边缘区域会比画面中间的温度高。
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采用LED作为背光源所面临的困难

LED作为LCD背光源应用,已广泛用于手机、汽车、电视、电子手表、电子计算器和刷卡机上,随着便携电子产品日趋小型化,LED背光源更具优势,但对于LED背光的普及,仍存在以下几个困难:

困难一:LED过高的成本

不论是上网本还是笔记本计算机,其屏幕尺寸基本上都在15英寸以下,并且使用的都是成本相对较低的白光LED。由于它们所搭载的LED背光模块尺寸相对较小,成本和CCFL背光差距并不是太大。而液晶显示器的屏幕尺寸基本上都在22英寸以上,屏幕的实际面积要比笔记本计算机产品大上数倍甚至更多,因此即使是成本相对较低的背光LED模块,价格也要贵上很多。

由于三色LED背光模块在结构上比普通的白光LED更加复杂,因此它的成本要更加昂贵,相对于三色LED背光液晶显示器而言,使用普通白光LED液晶显示器的价格相对而言要便宜不少,但依然要比同类功效的CCFL液晶显示器价格贵数百元。而在目前经济环境不容乐观的情况下,消费者在选购产品时往往会更加注重价格,更加愿意购买价格更便宜的CCFL背光液晶显示器。

困难二:色彩控制不准确

很多人都有这样的误解:采用LED背光源的液晶显示器一定能够拥有更加丰富的色域,但事实并非如此。白光LED背光源与普通没有加入磷粉等物质的CCFL背光源相同,一般只能提供72%左右的NTSC色域。若使用三色LED背光源,液晶显示器的色域值就能够轻松达到 100%以上。但使用过消费级广色域的作图用户会发现一个问题,普通的广色域液晶显示器虽然能够提供更加丰富的色彩,但是受到显示器IC芯片的限制,大多广色域机型都存在一定的偏色现象,或色彩过于饱和,色彩还原并不是特别准确,这样对于一些色彩精度要求很高的制图或专业用户而言,这样的液晶显示器显然无法达到他们的要求。

而对于拥有更加广阔色域范围的三色LED背光而言,若想要将色彩控制得更准确,对液晶显示器控制IC的要求和能力更高。因此我们一般使用蜘蛛或Eyeone校色仪对消费级的三色LED背光液晶显示器以及液晶电视上进行测试时,会发现三角色域图中的红色或其它一种原色会发出过度溢出的现象。

困难三:上游厂商的设备更新及市场需求

上游的面板厂商以及背光模块生产厂商一直在生产CCFL背光模块,其生产设备都是为生产CCFL背光源而引进的,经过数年的生产和使用后,这些上游厂商已经逐渐盈利,并且在设备还未到达使用年限的时候,厂商也希望它们能够为自己创造出更多的利润。但不论是生产白光 LED背光源还是更高端的三色LED背光源,都需要使用和CCFL背光模块不同的生产设备,即若要立刻大规模制造LED背光模块,这些模块厂商必须更换全新的设备,并且现有的CCFL模块生产设备将会全部被“荒废”。这显然需要模块生产厂商花费巨大的成本,换成任何一个人当老板,没人会作出立刻全线换代的决定。

一些资金充裕、产能充足的模块工厂会在保持继续生产CCFL背光源的同时,也会逐渐引进新的LED背光生产设备,从而逐渐将传统的CCFL背光生产设备替换掉。但这需要长时间的过程才能实现,并非一日之功。并且消费者会认为,LED背光液晶并非一定要购买,普通的 CCFL液晶完全能够满足自己的需求,并且价格也更加便宜,这样用户也缺少一种购买LED背光的理由。

困难四:LED背光技术在大尺寸显示屏的应用

LED 背光系统则由于发光功率比较低,长期以来只能应用在小尺寸的LCD 当中。然而,由于LED 背光系统本身具有CCFL 无法比拟的优点,比如:色彩还原好、省电、寿命长;另外由于LED 背光不含汞蒸汽,对环境的污染也少,加上大功率LED 的出现,相信这个问题很快可以得到改善,LED背光技术也将运用到更多的地方。

LED背光技术应用及设计需求

目前LED背光技术已应用在手机,汽车,电视等领域,以下搜集了LED背光在汽车,电视及手机领域的设计方案相关文章,供大家参考。

LED背光在车载信息娱乐系统中的设计及应用

LED背光照明在汽车上已经得到了广泛的应用,尤其是在仪表板、导航仪等车载信息娱乐系统上。由于这些应用处于严酷的汽车电环境中,必须补偿范围很宽的环境照明条件变化,而且必须能放入非常受限的空间中,该如何优化这种设计呢? 请参考:LED背光在车载信息娱乐系统中的设计及应用

低功耗液晶电视LED背光源设计方案

如何实现低功耗是LED背光的主要研究方向之一。LED背光主要由Back Cover、LGP、膜材、Mold Frame、LED Bar、Bezel和Panel等组成,其能耗主要体现在LED Bar上。通过合理设计背光结构,挑选适合的膜材搭配,减少LED数量,提高LED的利用效率,可以大幅降低LED背光的功耗。本文设计了一款118cm(47in)LE背光源,通过对背光结构的设计和膜材的筛选,在保证背光亮度和均一度等光学特性的前提下,减少了LED的数量,将背光的功耗控制在了较低水平。

手机LED背光电源管理的设计需求

手机背光是当今LED最大的应用市场之一,由于市场已处于饱和状态,价格下滑明显,虽然销售量持续增加,但销售金额并没有明显的成长。尽管如此,5到10吋手机装置的背光应用仍将是市场成长新动力。该文章独家专访AnalogicTech应用工程主任 David Brown,探讨了LED背光之电源管理设计需求。

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