LCD背光照明所需的光源主要有：白熾燈泡、場致發(fā)光、冷陰極熒光、LED等，其中LED在LCD背光照明中有競爭力，新型的AlGaInP－LED、AlGaAs－LED、InGaNˉLED可以提供高效率的發(fā)光和寬范圍的顏色。與CCFL EL作為LCD背光源相比，白光LED為低壓直流器件，本身不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾；若采用逆變升壓方式供電，其驅(qū)動(dòng)電路也僅需少量外圃組件，且其寬的工作頻率選擇范圍并不影響LED發(fā)光性能，可以節(jié)省印制電路板面積而有利于整個(gè)設(shè)各的小型化，易于避免各部件間的電磁干擾而便于設(shè)備的整體布局。

　　LED是Light Emitting Diode（發(fā)光二極管）的縮寫，它由數(shù)層很薄的攙雜半導(dǎo)體材料制成。其中一層帶有過量的電子，另一層則因缺乏電子而形成帶正電的“空穴”。LED I作時(shí)電流通過電子和空穴相互結(jié)合，多余的能量則以光輻射的形式被釋放出來。LED作為新型的背光源技術(shù)，種類繁多，但其因技術(shù)或成本方面的問題還有待解決，故在LCD背光源中尚未得到普遍應(yīng)用。采用LED背光源的LCD模塊結(jié)構(gòu)的示意圖如圖所示。LED背光源的使用壽命比EL背光源長（超過5 000小時(shí)），且使用的是苴流電壓，通常應(yīng)用于小型的單色顯示器中，比如電話、遙控器、微波爐、空調(diào)、儀器儀表、立體聲音頻設(shè)備等。LED的亮度目前還不足以為大型透射式顯示器提供背光源。LED背光源與CCFL背光源的主要區(qū)別在于LED是點(diǎn)光源，而CCFL是線光源。LED的主要特性如下。

　　圖 LED背光源的LCD模塊結(jié)構(gòu)的示意圖

　　①光亮度均勻

　?、谑褂脡勖L（約100 000小時(shí)）。

　　③低電壓（直流）驅(qū)動(dòng)，不需要逆變器。

　?、茴伾S富，有黃綠、琥珀色和紅色等。

　　目前LED已經(jīng)非常成熟地應(yīng)用于移動(dòng)電話彩屏LCD的背光源中，且7英寸以下LED背光源的成本已低于傳統(tǒng)背光源的成本。但將LED作為大尺寸LCD的背光源，還只是剛剛起步。LED作為LCD的背光源具有以下優(yōu)點(diǎn)。

　?、俜庋b的LED的基本的發(fā)光單元是邊長3～5mm的正方形（封裝后），極容易組合在一起成為既定面積的面光源，具有很好的亮度均勻性。如果作為液晶電視的背光源，其所需的輔助光學(xué)組件可以做得非常簡單，屏幕亮度均勻性更為出色。

　?、贚ED背光源有更好的色域，色彩表現(xiàn)力強(qiáng)于CCFL背光源，可對顯示色彩數(shù)量不足的液晶技術(shù)起到很好的彌補(bǔ)作用，色彩還原性好。

　　③LED的使用壽命可長達(dá)10萬小時(shí)，即便每天連續(xù)使用10個(gè)小時(shí)，也可以連續(xù)用上27年，大大延長了液晶電視的使用壽命，可獲得對等離子技術(shù)壓倒性的優(yōu)勢。

　?、躄ED使用的是5～24V的低壓電源，十分安全，供電模塊的設(shè)計(jì)也簡單。

　　平面狀結(jié)構(gòu)讓LED擁有穩(wěn)固的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，抗震性能出色，加上LED不需要使用對環(huán)境有害的金屬汞，更加環(huán)保。越來越多的廠商開始研制大尺寸的LED背光源。根據(jù)近兩年公開的報(bào)道和發(fā)展情況，安捷倫和三菱已合作制成了34英寸的液晶彩電用LED背光源，索尼和三星也都推出了以LED為背光源的46英寸LCD TV。

　　采用LED背光的LCD的體積將進(jìn)一步縮小。LED背光源是由眾多柵格狀的半導(dǎo)體組成的，每個(gè)“格子”中都擁有一個(gè)LED，這樣LED背光就成功實(shí)現(xiàn)了光源的平面化。平面化的光源不僅有優(yōu)異的亮度均勻性，還不需要復(fù)雜的光路設(shè)計(jì)，使LCD的厚度能做得更薄，同時(shí)還擁有更高的可靠性和穩(wěn)定性。更薄的液晶顯示面板意味著筆記本電腦擁有更佳的移動(dòng)性。例如，SONY近期推出的VAIOTX筆記本電腦就采用了厚度僅有4．5mm的LED背光液晶顯示屏。

　　LED背光源的發(fā)光壽命遠(yuǎn)高于EL和CCFL背光源。普通的CCFL背光源的一般使用壽命在3萬小時(shí)左右，一些的CCFL背光的發(fā)光壽命也不過在6萬小時(shí)左右。這樣的壽命對于頻繁使用的用戶來說意味著使用2～3年后LCD的亮度就將會(huì)明顯下降，而不得不更換LCD的CCFL背光模組。而采用LED背光則完全沒有這樣的問題，現(xiàn)階段白色LED背光的壽命已經(jīng)高達(dá)10萬小時(shí)，而且還有再次提升的潛力。即使24小時(shí)不間斷使用，這樣的壽命也足夠使用5年。

　　LED背光源在色彩表現(xiàn)力方面也遠(yuǎn)勝于CCFL背光源，原有的CCFL背光由于色純度等問題，在色階方面表現(xiàn)不佳，這就導(dǎo)致了LCD在灰度和色彩過渡方面不如CRT。據(jù)測試，采用CCFL背光只能實(shí)現(xiàn)NTSC色彩區(qū)域的78％，而采用三基色LED混合白光，則可以較好地模擬出太陽光，表現(xiàn)出自然色，則照射在物體上產(chǎn)生的顏色或LCD顏色就比CCFL鮮艷逼真。而且LED背光能輕松地獲得超過100％的NTSC色彩區(qū)域。在色彩表現(xiàn)力和色階過渡方面，LED背光也有顯著的優(yōu)勢。

　　在視頻領(lǐng)域，人們一般采用NTSC（美國國家電視系統(tǒng)委員會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)作為衡量視頻設(shè)備的色彩還原能力的指標(biāo)。這個(gè)指標(biāo)是指在整個(gè)色彩空間內(nèi)，顯示設(shè)備能在各種色彩上顯示到何種飽和度，即能夠顯示出什么程度的藍(lán)色、綠色、紅色。傳統(tǒng)的液晶電視和顯示器能夠覆蓋的色彩范圍只有NTSC標(biāo)準(zhǔn)的65％～75％，具體表現(xiàn)在其綠色、$和紅色部分與標(biāo)準(zhǔn)值相差較大。

　　LED背光技術(shù)的引入，使LCD首次在色彩表現(xiàn)力方面可以和CRT相提并論。此外，由于LED的平面光源特性，LED背光還能實(shí)現(xiàn)CCFL無法企及的分區(qū)域的色彩和色度調(diào)節(jié)，從而可實(shí)現(xiàn)更的色彩還原，以適應(yīng)平面出版和圖形設(shè)計(jì)工作的需要。LCD畫面的動(dòng)態(tài)調(diào)整可以使得在顯示不同畫面時(shí)，亮度與對比可以動(dòng)態(tài)修正，以達(dá)到更好的畫質(zhì)。

　　盡管LED背光技術(shù)有著巨大的優(yōu)勢，但是現(xiàn)階段依然有一些難題急需解決。LED背光技術(shù)首先遇到的挑戰(zhàn)就是成本問題。由于白光LED器件制造技術(shù)被封鎖，因此LED背光的制造成本居高不下。采用LED背光的產(chǎn)品售價(jià)現(xiàn)階段依然明顯高于CCFL背光產(chǎn)品，而且白光LED器件的產(chǎn)量也無法滿足大批量的需求，要實(shí)現(xiàn)LED背光的快速普及，就必須突破白光LED的封鎖。

　　除了成本問題，現(xiàn)階段LED背光技術(shù)在發(fā)光效率方面也難以讓人滿意?，F(xiàn)階段的CCFL發(fā)光效率基本都在60lm／W（流明／瓦）左右，而大型化的LED背光則只有30lm／W。究其原因，主要是LED會(huì)隨著芯片面積的增大而出現(xiàn)電流密度不均勻的現(xiàn)象，這必然導(dǎo)致整體發(fā)光效率低下，同時(shí)產(chǎn)生較高的熱量。由于在大尺寸背光的發(fā)光效率上的差距達(dá)到了50％，因此LED背光用在大尺寸面板上所需要的功耗將會(huì)是普通CCFL的2倍，這也是現(xiàn)在成品化的大尺寸LED背光LCD都搭配了主動(dòng)散熱系統(tǒng)的原因。

　　不過，隨著各大廠商對于LED背光研究投人的持續(xù)增加，以上兩個(gè)困擾LED背光的關(guān)鍵問題都有望很快得到解決。白光LED主導(dǎo)廠商日亞化學(xué)正在不斷提升白光LED產(chǎn)品的產(chǎn)量，同時(shí)其他廠商的白光LED產(chǎn)品也開始增產(chǎn)，白光LED的價(jià)格也正以較快的速度下降，相信不超過兩年，LED背光模組的價(jià)格就將會(huì)和CCFL背光模組的價(jià)格持平。至于LED的發(fā)光效率問題，近期也有了明顯的改善。新一代白光LED的發(fā)光效率已經(jīng)提升到了50lm／W，和CCFL的差距只有10lm／W。在未來3～5年內(nèi)，LED的發(fā)光效率很可能超越80lm／W的水平。

　　采用LED作為液晶電視的背光源的主要目的是改善畫質(zhì)，特別是提升色彩飽和度。應(yīng)用LED背光技術(shù)的顯示屏可以取得足夠?qū)挼纳颍⑶覐浹a(bǔ)液晶顯示設(shè)備顯示色彩數(shù)量不足的缺陷，使之能達(dá)到甚至超過AdobeRGB和NTSC色彩標(biāo)準(zhǔn)要求，可以達(dá)到NTSCratio 100％以上。其中索尼推出的采用LED背光的液晶電視面板，特別強(qiáng)調(diào)鮮紅和深綠的表現(xiàn)，可顯示較以往的方式更為逼真的顏色。

　　另外，LED做為背光源的優(yōu)點(diǎn)是可以取代color filter的使用。三色RGB LED采用色序法（color sequential）技術(shù)，利用人類視覺暫留的特性，可達(dá)到全彩的效果，因此可以用它取代彩色濾光片。當(dāng)然，這必須配合液晶的反應(yīng)速度才能完成。不過要達(dá)到此目的，仍有許多困難必須克服。

　　LED背光模塊還存在著耗電量高的問題，這仍是今后LED背光模塊必須克服的重要課題。由于采用較多的LED時(shí)，除了耗電量增加之外，也會(huì)導(dǎo)致溫度升高，因此也必須增加冷卻系統(tǒng)與傳感器來解決此類問題，因此LED背光模塊在厚度上顯得較采用CCFL背光的產(chǎn)品厚。LED要想占據(jù)大尺寸LCD背光源的主流還需要解決以下問題。

　　①成本太高、價(jià)格昂貴。例如，斯坦雷公司批量生產(chǎn)的15.1英寸LCD的LED背光源，價(jià)格大概為150美元，比傳統(tǒng)的CCFL貴5倍左右。

　?、诹炼冗€有待提高。目前LED的發(fā)光效率較低，CCFL的輸出光通量多在5 000～7 000lm范圍，實(shí)際屏幕的輸出光通量高于300lm，而多數(shù)LED背光都還無法達(dá)到這一指標(biāo)。索尼推出了一款采用LED背光源的23英寸液晶顯示器，輸出光通量僅有200lm，功耗卻高達(dá)190W。不過，目前有大量的企業(yè)正從事相關(guān)的研究，故LED發(fā)光效率提升得相當(dāng)快，目前光通量達(dá)到10000lm的高亮型LED背光也已經(jīng)出現(xiàn)。

　?、鄄捎肔ED作為背光源存在白光的一致性問題，這相比CCFL背光源是個(gè)劣勢。

　　步。LED作為LCD的背光源具有以下優(yōu)點(diǎn)。

　?、俜庋b的LED的基本的發(fā)光單元是邊長3～5mm的正方形（封裝后），極容易組合在一起成為既定面積的面光源，具有很好的亮度均勻性。如果作為液晶電視的背光源，其所需的輔助光學(xué)組件可以做得非常簡單，屏幕亮度均勻性更為出色。

　?、贚ED背光源有更好的色域，色彩表現(xiàn)力強(qiáng)于CCFL背光源，可對顯示色彩數(shù)量不足的液晶技術(shù)起到很好的彌補(bǔ)作用，色彩還原性好。

　?、跮ED的使用壽命可長達(dá)10萬小時(shí)，即便每天連續(xù)使用10個(gè)小時(shí)，也可以連續(xù)用上27年，大大延長了液晶電視的使用壽命，可獲得對等離子技術(shù)壓倒性的優(yōu)勢。

　?、躄ED使用的是5～24V的低壓電源，十分安全，供電模塊的設(shè)計(jì)也簡單。

　　平面狀結(jié)構(gòu)讓LED擁有穩(wěn)固的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，抗震性能出色，加上LED不需要使用對環(huán)境有害的金屬汞，更加環(huán)保。越來越多的廠商開始研制大尺寸的LED背光源。根據(jù)近兩年公開的報(bào)道和發(fā)展情況，安捷倫和三菱已合作制成了34英寸的液晶彩電用LED背光源，索尼和三星也都推出了以LED為背光源的46英寸LCD TV。

　　采用LED背光的LCD的體積將進(jìn)一步縮小。LED背光源是由眾多柵格狀的半導(dǎo)體組成的，每個(gè)“格子”中都擁有一個(gè)LED，這樣LED背光就成功實(shí)現(xiàn)了光源的平面化。平面化的光源不僅有優(yōu)異的亮度均勻性，還不需要復(fù)雜的光路設(shè)計(jì)，使LCD的厚度能做得更薄，同時(shí)還擁有更高的可靠性和穩(wěn)定性。更薄的液晶顯示面板意味著筆記本電腦擁有更佳的移動(dòng)性。例如，SONY近期推出的VAIOTX筆記本電腦就采用了厚度僅有4．5mm的LED背光液晶顯示屏。

　　LED背光源的發(fā)光壽命遠(yuǎn)高于EL和CCFL背光源。普通的CCFL背光源的一般使用壽命在3萬小時(shí)左右，一些的CCFL背光的發(fā)光壽命也不過在6萬小時(shí)左右。這樣的壽命對于頻繁使用的用戶來說意味著使用2～3年后LCD的亮度就將會(huì)明顯下降，而不得不更換LCD的CCFL背光模組。而采用LED背光則完全沒有這樣的問題，現(xiàn)階段白色LED背光的壽命已經(jīng)高達(dá)10萬小時(shí)，而且還有再次提升的潛力。即使24小時(shí)不間斷使用，這樣的壽命也足夠使用5年。

　　LED背光源在色彩表現(xiàn)力方面也遠(yuǎn)勝于CCFL背光源，原有的CCFL背光由于色純度等問題，在色階方面表現(xiàn)不佳，這就導(dǎo)致了LCD在灰度和色彩過渡方面不如CRT。據(jù)測試，采用CCFL背光只能實(shí)現(xiàn)NTSC色彩區(qū)域的78％，而采用三基色LED混合白光，則可以較好地模擬出太陽光，表現(xiàn)出自然色，則照射在物體上產(chǎn)生的顏色或LCD顏色就比CCFL鮮艷逼真。而且LED背光能輕松地獲得超過100％的NTSC色彩區(qū)域。在色彩表現(xiàn)力和色階過渡方面，LED背光也有顯著的優(yōu)勢。

　　在視頻領(lǐng)域，人們一般采用NTSC（美國國家電視系統(tǒng)委員會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)作為衡量視頻設(shè)備的色彩還原能力的指標(biāo)。這個(gè)指標(biāo)是指在整個(gè)色彩空間內(nèi)，顯示設(shè)備能在各種色彩上顯示到何種飽和度，即能夠顯示出什么程度的藍(lán)色、綠色、紅色。傳統(tǒng)的液晶電視和顯示器能夠覆蓋的色彩范圍只有NTSC標(biāo)準(zhǔn)的65％～75％，具體表現(xiàn)在其綠色、$和紅色部分與標(biāo)準(zhǔn)值相差較大。

　　LED背光技術(shù)的引入，使LCD首次在色彩表現(xiàn)力方面可以和CRT相提并論。此外，由于LED的平面光源特性，LED背光還能實(shí)現(xiàn)CCFL無法企及的分區(qū)域的色彩和色度調(diào)節(jié)，從而可實(shí)現(xiàn)更的色彩還原，以適應(yīng)平面出版和圖形設(shè)計(jì)工作的需要。LCD畫面的動(dòng)態(tài)調(diào)整可以使得在顯示不同畫面時(shí)，亮度與對比可以動(dòng)態(tài)修正，以達(dá)到更好的畫質(zhì)。

　　盡管LED背光技術(shù)有著巨大的優(yōu)勢，但是現(xiàn)階段依然有一些難題急需解決。LED背光技術(shù)首先遇到的挑戰(zhàn)就是成本問題。由于白光LED器件制造技術(shù)被封鎖，因此LED背光的制造成本居高不下。采用LED背光的產(chǎn)品售價(jià)現(xiàn)階段依然明顯高于CCFL背光產(chǎn)品，而且白光LED器件的產(chǎn)量也無法滿足大批量的需求，要實(shí)現(xiàn)LED背光的快速普及，就必須突破白光LED的封鎖。

　　除了成本問題，現(xiàn)階段LED背光技術(shù)在發(fā)光效率方面也難以讓人滿意。現(xiàn)階段的CCFL發(fā)光效率基本都在60lm／W（流明／瓦）左右，而大型化的LED背光則只有30lm／W。究其原因，主要是LED會(huì)隨著芯片面積的增大而出現(xiàn)電流密度不均勻的現(xiàn)象，這必然導(dǎo)致整體發(fā)光效率低下，同時(shí)產(chǎn)生較高的熱量。由于在大尺寸背光的發(fā)光效率上的差距達(dá)到了50％，因此LED背光用在大尺寸面板上所需要的功耗將會(huì)是普通CCFL的2倍，這也是現(xiàn)在成品化的大尺寸LED背光LCD都搭配了主動(dòng)散熱系統(tǒng)的原因。

　　不過，隨著各大廠商對于LED背光研究投人的持續(xù)增加，以上兩個(gè)困擾LED背光的關(guān)鍵問題都有望很快得到解決。白光LED主導(dǎo)廠商日亞化學(xué)正在不斷提升白光LED產(chǎn)品的產(chǎn)量，同時(shí)其他廠商的白光LED產(chǎn)品也開始增產(chǎn)，白光LED的價(jià)格也正以較快的速度下降，相信不超過兩年，LED背光模組的價(jià)格就將會(huì)和CCFL背光模組的價(jià)格持平。至于LED的發(fā)光效率問題，近期也有了明顯的改善。新一代白光LED的發(fā)光效率已經(jīng)提升到了50lm／W，和CCFL的差距只有10lm／W。在未來3～5年內(nèi)，LED的發(fā)光效率很可能超越80lm／W的水平。

　　采用LED作為液晶電視的背光源的主要目的是改善畫質(zhì)，特別是提升色彩飽和度。應(yīng)用LED背光技術(shù)的顯示屏可以取得足夠?qū)挼纳?，并且彌補(bǔ)液晶顯示設(shè)備顯示色彩數(shù)量不足的缺陷，使之能達(dá)到甚至超過AdobeRGB和NTSC色彩標(biāo)準(zhǔn)要求，可以達(dá)到NTSCratio 100％以上。其中索尼推出的采用LED背光的液晶電視面板，特別強(qiáng)調(diào)鮮紅和深綠的表現(xiàn)，可顯示較以往的方式更為逼真的顏色。

　　另外，LED做為背光源的優(yōu)點(diǎn)是可以取代color filter的使用。三色RGB LED采用色序法（color sequential）技術(shù)，利用人類視覺暫留的特性，可達(dá)到全彩的效果，因此可以用它取代彩色濾光片。當(dāng)然，這必須配合液晶的反應(yīng)速度才能完成。不過要達(dá)到此目的，仍有許多困難必須克服。

　　LED背光模塊還存在著耗電量高的問題，這仍是今后LED背光模塊必須克服的重要課題。由于采用較多的LED時(shí)，除了耗電量增加之外，也會(huì)導(dǎo)致溫度升高，因此也必須增加冷卻系統(tǒng)與傳感器來解決此類問題，因此LED背光模塊在厚度上顯得較采用CCFL背光的產(chǎn)品厚。LED要想占據(jù)大尺寸LCD背光源的主流還需要解決以下問題。

　?、俪杀咎?、價(jià)格昂貴。例如，斯坦雷公司批量生產(chǎn)的15.1英寸LCD的LED背光源，價(jià)格大概為150美元，比傳統(tǒng)的CCFL貴5倍左右。

　?、诹炼冗€有待提高。目前LED的發(fā)光效率較低，CCFL的輸出光通量多在5 000～7 000lm范圍，實(shí)際屏幕的輸出光通量高于300lm，而多數(shù)LED背光都還無法達(dá)到這一指標(biāo)。索尼推出了一款采用LED背光源的23英寸液晶顯示器，輸出光通量僅有200lm，功耗卻高達(dá)190W。不過，目前有大量的企業(yè)正從事相關(guān)的研究，故LED發(fā)光效率提升得相當(dāng)快，目前光通量達(dá)到10000lm的高亮型LED背光也已經(jīng)出現(xiàn)。

　?、鄄捎肔ED作為背光源存在白光的一致性問題，這相比CCFL背光源是個(gè)劣勢。

　　④LED在網(wǎng)點(diǎn)設(shè)計(jì)上較CCFL線光源難，需考慮LED輻射狀的光強(qiáng)衰減。

　?、軷GBLED背光源的應(yīng)用時(shí)間一久，其產(chǎn)生的色移波長會(huì)隨溫度變化，從而會(huì)產(chǎn)生不同顏色。

　　此外，LED背光源的散熱、光的均勻分布也需要解決。解決上述問題還需要一定時(shí)間，不過，業(yè)內(nèi)很多人士對LED背光源的未來發(fā)展持樂觀態(tài)度。從今年開始將進(jìn)人中、大尺寸LCD用LED背光源和CCFL背光源的競爭期，估計(jì)到2010年，LED背光源在中、大尺寸LCD屏幕上的應(yīng)用將占主導(dǎo)地位。

　?。?）新背光源

　　正在研發(fā)的新背光源還有好多種，如日本DiaLight成功開發(fā)了一款采用碳納米管的場發(fā)射型高亮度背光燈，適用于LCD W等大屏顯示器。從原理上講，碳納米管可實(shí)現(xiàn)150 000cd／m2的超高亮度。它除可作為電視機(jī)和移動(dòng)電話的背光燈使用外，還可用做特殊光源。此背光燈通過在使用碳納米管的平面電極（發(fā)射極）上施加高壓電場，使放射出的電子射向熒光板而發(fā)光。除了高發(fā)光效率、低能耗和高亮度發(fā)光外，它還具有無汞、長壽命及高速響應(yīng)等特點(diǎn)。如按32英寸的背光燈換算，它的發(fā)光效率為80lm／W，亮度為150 000cd／m2，耗電量為85W，壽命為5萬小時(shí)，響應(yīng)速度為100ps；而采用冷陰極熒光燈（CCFL）的情況是：效率為50lm／W，亮度為12000cd／m2，耗電量為11OW，壽命為5萬小時(shí)，響應(yīng)速度為10～15ms；采用白色LED的情況是：效率為30lm／W，亮度為9 500cd／m2，耗電量為185W，壽命為5萬小時(shí)，響應(yīng)速度為數(shù)十ns。