LED背光的兴起是否意味着CCFL的淘汰

某网吧老板最近遇到一件头痛的事，三年前网吧配置的一批15英寸液晶显示器屏面开始发黄了，有两三台甚至出现明显的闪烁，清晰度大大下降了，无论怎么调节亮度也无济于事。无奈之下，只好让技术人员拆开来检查，才找到“元凶”——背光灯管坏了。

背光模块是液晶器电视必不可少的部件。众所周知，液晶是一种介乎于液体和晶体之间的物质。液晶的奇妙之处是可以通过电流来改变其分子排列状态，给液晶施加不同的电压就能控制光线的通过量，从而显示多种多样的图像。但液晶本身并不会发光，因此所有的LCD都需要背光照明。背光灯管坏了，不换新的，就意味着整机报废。

CCFL冷阴极荧光灯
LCD自身不发光不发光的特性，决定了LCD背光源应用的重要性。从诞生到现在，LCD背光源用的几乎都是冷阴极荧光灯(ColdCathodeFluorescentLamps)。这种光源寿命较短，在使用2年后，屏幕会逐渐发暗变黄，生产质量差的CCFL背光往往使用不到3年就报废。

多年以来，国内外显示器生产厂商为了提升液晶电视的使用性能，无不致力探询和研发新的背光源。目前业界比较看好LED背光技术，并纷纷推出了LED背光电脑显示器，LED背光笔记本，LED背光液晶电视。那么，LED背光的兴起是否意味着CCFL的淘汰呢?

本文试从技术与市场需求两个方面进行解析，来回答大家最关心的问题。

技术解析：LED技术性能大优于CCFL

LCD背光模块包括光源(CCFL或LED)、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背光源技术，存在突出的弊端

CCFL的物理构成是在一玻璃管内封入隋性气体Ne+Ar混合气体，其中含有微量水银蒸气(数mg)，并于玻璃内壁涂布萤光体。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。其波长由萤光体物质特性决定。

CCFL荧光灯管的工作原理
目前液晶电视普遍采用的CCFL光源，无论是从发光原理还是从物理结构上看，都和我们日常使用的日光灯管都非常接近。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。但是使用寿命绞短，含汞，色域较窄，只能达到NTSC的70%～80%。对于大尺寸电视机屏，CCFL的电压加高和加长管子的加工也有困难。

　　其一，最让人头痛的问题是使用寿命较短。CCFL背光源使用寿命一般为15000小时～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，在使用2～3年后，LCD屏幕就会发暗、变黄，这正是CCFL使用寿命期较短的缺陷所造成的。

　　其二，限制了液晶显示器色彩的发挥。液晶显示器中每个像素都是由R、G、B三个长方形色块组成，而液晶显示器色彩表现完全取决于背光模块和滤色膜的性能。滤色膜的三基色默认CCFL发出的白光和日光一样均匀(三基色所占的成分)，但是CCFL背光模块实际上并不能达到设计的要求，仅能够达到NTSC标准的70%左右。

CCFL与LED的色域范围
　　其三，结构复杂、亮度输出均匀性差。由于冷阴极荧光灯不是平面光源，因此为了实现背光源均匀的亮度输出，LCD的背光模组需要搭配扩散片、导光板、反射板等众多辅助器件，但是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。

　　其四，体积较大，功耗不理想。由于CCFL背光源必须包含扩散板、反射板等复杂的光学器件，因此LCD的体积无法再进一步缩小。在功耗方面，采用CCFL作为背光源的LCD也无法令人满意，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，最近两年国内外厂商针对传统CCFL的弊端作了些改良，似乎都达到了很高的水准，厂家宣传更是说的神乎其神，例如夏普的四波长背光源系统，通过对CCFL灯管中荧光粉性能的改进，使光源光谱成分中的红色表现增强，从而在一定程度上改善色彩还原效果;SONY、三星和TCL的部分产品也搭载了WCG-CCFL-广色域型CCFL光源，使色域范围达到NTSC标准的85%左右;TOSHIBA的智能背光调节技术就是改变了CCFL常亮的缺点，能根据画面智能调节背光源亮度，从而提高了显示对比度。但是这些改进都是有限的，并不能彻底消除CCFL背光源的先天技术缺陷。　　LED背光源技术，有突出的性能优势

LED(LightEmittingDiode)即发光二极管，它诞生于在20世纪60年代。这种能直接将电能转化为光能的发光器件，具备低功耗、高亮度、长寿命的突出特点，在诞生之初就被认定为荧光灯管、灯泡等照明设备的终结者，有人甚至认为它将会开创一个新的照明时代。


白色发光二极管
发光二极管的结构
LED的工作原理和我们常见的白炽灯、荧光灯完全不同。从本质上来说，LED是一种半导体器件。LED的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，P型半导体是一种在硅或锗等半导体材料中加入微量的硼、铟、镓或铝等三价元素的晶片，N型半导体是一种在在硅或锗等半导体材料中加入微量的磷、锑、砷等五价元素的晶片。

在P型半导体中，空穴(带正电)叫多数载流子，电子(带负电)叫少数载流子。在N型半导体中，电子(带负电)叫多数载流子，空穴(带正电)叫少数载流子。加电后，在P型半导体和N型半导体的交界面就会出现一个具有特殊导电性能的薄层，也就是常说的PN结(PNJunctionTransistors)。PN结可以对P型半导体和N型半导体中多数载流子的扩散运动产生阻力，当对PN结施加正向电压时，电流从LED的阳极流向阴极，而在PN结中少数载流子与多数载流子进行复合，多余的能量就会转变成光而释放出来。

当LED处于正向工作状态时(即两端加上正向电压)，电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。通过对其中发光材料的研究，人们逐渐开发出各种光色、光效率越来越高的LED元件。

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技术的优势主要体现在耗电量方面，较广泛地应用于对功耗要求要高的移动设备。RGB-LED背光源色域宽广，主要应用于高端液晶显示器和液晶电视。

RGB-LED背光源，可大幅度提高液晶显示的色彩表现。它通过可以发出高纯度红色、绿色、蓝色光的LED器件，能够实现CCFL光源不能达到的宽广色域范围。目前主流的RGB-LED背光源可以达到105%的NTSC色域范围，如果采用性能更加强大的LED器件，则可以实现120%以上的NTSC色域范围。除了良好的色域表现力，采用RGB-LED光源还可以有效提升液晶电视和高端显示器的对比度，实现更加精确的色阶和层次感更强的画面。

综合来说，液晶显示器LED背光具备三大技术优势。

　　其一，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，这样一来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。更薄的液晶显示面板意味着笔记本电脑拥有更佳的移动性。例如，SONY采用LED背光的笔记本，液晶显示屏厚度仅有4.5mm。

LED超广色域
　　其二，在色彩表现力方面，远胜于CCFL。原有的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LCD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70%左右，即使是通过采用改进型的CCFL光源，也只能达到NTSC等比90%左右的色域范围，从而影响了图像质量。而LED背光却能轻松地获得超过100%的NTSC色彩区域，让液晶显示器真实地还原现五彩缤纷的大自然中的鲜艳色彩。另外，RGB-LED背光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。由于整个背光源由众多微小的LED发光单元组成，所以可以对其中每一个发光器件实现精确的亮度控制，根据原始画面特点进行小区域内的发光亮度修正，例如在一幅明暗对比强烈的画面中，暗部区域的LED背光可以完全关闭，而明亮区域的LED背光实现高亮度输出，由此带来的对比度提升效果是CCFL光源的液晶电视所不能企及的。

LED发出的光纯度非常高
　　其三，发光寿命远远超过CCFL。普通的CCFL背光源一般的使用寿命在2.5万小时左右，最新的顶级CCFL背光的发光寿命也不过6万小时，在使用寿命末期，LCD的亮度就会明显下降，不得不更换LCD的CCFL背光模组。而LED背光则完全没有这样的问题，现阶段白色LED背光的实际使用寿命为5万至10万小时，与LCD显示屏的使用寿命基本一致，而且还有再次提升的潜力。即使24小时不间断使用，也足够使用5年。
　　
市场解析：短期内LED背光还难替代CCFL

　　LCD液晶显示技术产生发展至今已经十几年，面板技术应用已经没有障碍，但遗憾的是一直没能完美地解决背光源问题。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。

索尼WCGCCFL技术
　　厂家不情愿放弃CCFL。LED作为新一代背光源的优势是明显的，从各大厂家争相研发该技术就能看出这一点，不过还存在着LED与LCD究竟谁是主推的疑问，现在真正着力于推广此类产品的厂家很少，所以他们更愿意将该技术用于高端机型上，甚至作为概念产品。这主要是由于各厂家在传统CCFL液晶模组上投入的成本太大，在没有收回成本之前放弃将是一笔很大的损失。目前国内除了海信的一条LED生产线以外，所有的液晶模组都是基于CCFL背光液晶电视，夏普的十代线，也是以传统液晶为主要产品的生产线。

液晶电视成像原理
　　技术还不成熟。LED背光是一项新兴的技术，和在照明领域遇到的主要问题一样，LED在作为新型背光源的同时，也面临着发光效率的问题。目前传统CCFL冷阴极荧光灯虽然耗电量大、发光质量一般，但是其发光效率可达到50～100流明/瓦，而白光LED器件在刚起步时发光效率仅为20lm/W甚至更低。不过，白光LED的发光效率以每年提高60%的幅度提升，到目前为止，白光LED器件的发光效率突破50lm/W，达到实用化水平。但是这种背光模块只是将CCFL灯管换成了白色LED发光二极管，虽然能够有效延长LCD的使用寿命，但在色彩上对显示效果基本没有提升作用，所以意义不很大。而RGB-LED技术，虽然有着众多的优点，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器件，点阵排列相当密集，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。其二，RGB-LED背光源的发光效率还稍弱一些，目前普遍在到50流明/W左右，最高的也只有70流明/W，要实现和CCFL100流明/W同等级的发光亮度，必然导致功耗的增加和发热量的提升。其次，虽然RGB-LED的色彩纯度较高，但是长期使用后每种LED色彩衰减的幅度并不一致，这也将对画面质量产生较大的影响。

　　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，但是为什么目前上市LED产品价格却高的惊人呢?其关键问题就在于LED背光还不够成熟，虽然LED厂家已经做了很大努力，但比之CCFL，LED背光模块仍存在极大价差。目前LED背光模组零组件的价格为CCFL背光源的5倍左右，屏幕尺寸越大，采用LED背光技术的成本就越高。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，即不用彩膜(ColorFilterless)，利用场序(FiELdSequentialColor)技术实现彩色化。该技术不需要使用彩色滤光片所用的光刻胶来滤光，出光量大，同时所需要的LED个数也少，可有效减少了耗电、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。

客观的评价目前的LED液晶显示器市场，无疑是雷声大雨点小，尤其是RGB-LED技术产品。不过，LED技术市场潜在着无限商机，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。而成本过高的问题，也将通过大规模的商业化生产，降低到普通用户能接受的水平。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背光源的广色域型液晶显示器，并将成为液晶产品技术再次高速发展的重要契机。




相关词语：  散热  LED  LED生产  发光亮度  液晶显示器  技术应用  照明  CCFL  开发  延长  白光LED  标准  LED背光  白炽灯  光谱  波长  厂家  质量  LCD