LED背光源的应用
引言
液晶显示器 (LCD）在目前的平板显示中处于主流地位，它具有功耗低、重量轻以及厚度薄等优点。由于液晶本身并不发光，因此LCD需要通过外来光源实现透射或反射来显示。现有LCD 大多数是透射型的，对于这些透射型LCD 来说，背光源是它们不可或缺的组成部分。
背光源系统为LCD 面板提供光源，主要由光源、导光板、光学用膜片和塑胶框等部分组成。依光源分布位置不同，分为侧光式和直下式。作为LCD 的背光源，为了确保显示画面的质量，它应具有亮度高、发光均匀、照明角度大、可调、高效率、低功耗、寿命长、轻且薄等性能。现已投入使用和正在研制的LC 背光源主要有CCFL、EL和LED 等几种类型。与CCFL及EL 背光源相比，LED 背光源具有亮度高、色纯度高、寿命长、适应性强、可靠性好、成本低、易于产业化等多种优点，随着技术的发展，LED 将成为LCD 理想的背光源。
1 CCFL 背光源
1.1 CCFL 背光源简介 背光源最早产生于二战期间，用于军用设备上的仪表显示。60~70 年代，出现了粉末电致发光的背光源，80 年代人们研制出半导体LED 背光源。之后，LCD 等非自主发光器件问世，需要大尺寸、长寿命的背光模组提供底光，伴随薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）技术的成熟，CCFL 应运而生。CCFL 具有管径细现可达到1.8m m ）、寿命长、亮度高、工作电流低等优点，已广泛应用于笔记本电脑和个人数字助理器（PDA）等产品，并在目前LCD 背光源中占据着统治地位[1-4] 。
1.2 CCFL 不及LED 之处
首先，CCFL 在其峰值光谱之外还会产生许多不需要的光谱，引起亮度恶化，并影响LCD 的色再现。在LC D中，光源发出的光是要通过由红、绿、蓝象素构成的LCD 板的，为了获得高色再现，要求来自LCD 象素的光只能有一围绕主波长的窄光谱。为此，需要开发新型LCD 背光源[4-5] ，LED 是一个很好的选择。
用RGB LED实现高亮度背光源(图)
LCD作为一种被动显示元器件，本身并不能发光，因此必须要有背光模块给LCD提供光源。背光源的性能直接决定显示器的亮度、颜色，以及功耗等主要指标。
目前的背光模组一般使用冷阴极管（CCFL）为光源，包含了红、绿、蓝等各色光的频率。CCFL因辉度高、成本低廉、技术成熟等优点被广泛的运用在平板显示器上。随着发光二极管（LED）亮度的改善，LED背光模组显示出CCFL无法比拟的优点，如色彩还原性好、寿命长、不含汞、有利于环境保护，这些使其成为LCD背光模组中的研究热点。
LED背光模组的设计主要包括光学结构设计和驱动电路设计，显示性能主要表现在亮度、色度、均匀性等方面，但是由于目前LED的电光转换效率较低，仅10％～15％，因此带来的热量问题也显现了出来，成为背光模组设计中必须考虑的一部分。驱动电路设计时需综合考虑光学结构和温度对性能造成的偏移，另外合适的驱动设计可改善显示对比度并延长LED工作寿命。针对目前车载、机载、工业仪表等显示设备的苛刻要求，如高亮度、高均匀性、宽调光比、高色度均匀性、严酷环境适应性和亮度可调等，该类显示设备主要集中在中尺寸。本文将结合这些要求探讨RGB LED高亮度背光源的设计方案。
系统设计
目前背光模组结构主要有两种：侧入式和直下式。由于产品亮度和热量的高要求，优选采取直下式背光结构。通过采用大功率RGB LED发出的光复合产生白光，R、G、B三色LED分开封装，使三色LED的电路得以独立，便于反馈电路作电流调整，以保证背光模组产生稳定的白光光源。
光源发出的光经过光学腔（腔壁采用高效漫反射片）混合后，再经过各种必要的光学膜片后，得到屏前（FOS）要求亮度。光学膜片一般包括扩散板（diffuser）、集光片（BEF）、增亮片（DBEF）、TFT屏和减反层等，如图1所示。
图1 直下式LED背光示意图
1 光学设计
显示模组的基本光学性质为屏前的白光色度、最高亮度及均匀性等。在背光系统里面，增亮片、集光片、扩散板、底反射片及LED（R、G、B）均称为光学元件，具有各自的光学性质，这些性质是光学设计时的重要参数。LED光源发出的光经过各层膜片及TFT时都发生了一定的变化。知道了这些参数后，就可以根据需求亮度和产品基本尺寸，按式（1）估算（lambertian型LED）背光所需的总光通量。
led国标要求 显色指数
随着科技的发展，LED（发光二极管）已经成为了照明领域的主要光源。与传统的白炽灯、荧光灯等相比，LED具有更高的光效、更长的使用寿命和更低的能耗等优点。然而，LED光源在照明应用中也存在一定的局限性，如色温较高、显色性较差等问题。为了解决这些问题，国家标准对LED光源的显色指数提出了一定的要求。
显色指数（Ra）是衡量光源显色性能的一个重要指标，它反映了光源对物体颜色的还原能力。显色指数越高，说明光源对物体颜色的还原能力越强，物体的颜色表现得越真实。反之，显色指数越低，说明光源对物体颜色的还原能力越弱，物体的颜色表现得越失真。
根据国家标准GB/T 24908-2010《普通照明用LED模块安全要求》，LED模块的显色指数应不低于80。这意味着，合格的LED模块在照明应用中，对物体颜色的还原能力应达到或超过传统照明设备的水平。
为了满足国家标准的要求，LED光源制造商需要采取一定的技术措施来提高显色指数。以下是一些常见的方法：
1. 选择合适的光谱分布：LED光源的光谱分布对其显色性能有很大影响。通过优化LED光源的光谱分布，可以提高其显色指数。例如，采用蓝光芯片与黄光荧光粉的组合，可以使LED光源产生接近自然光的光谱分布，从而提高显色指数。
2. 采用高质量的荧光粉：荧光粉是LED光源实现高显色指数的关键材料。高质量的荧光粉具有较高的量子效率和较好的波长转换效果，可以有效提高LED光源的显色指数。因此，选择高质量的荧光粉是提高LED光源显色性能的重要途径。
3. 优化封装结构：封装结构对LED光源的光学性能有很大影响。通过优化封装结构，可以提高LED光源的光效和显色指数。例如，采用微透镜阵列、反射杯等光学元件，可以提高LED光源的光效和显色指数。
4. 采用多颗LED组合：通过将多颗不同颜色、不同亮度的LED组合在一起，可以实现更接近自然光的光谱分布，从而提高显色指数。这种方法在高显色指数的LED灯具中应用较为广泛。
谈LED背光源在LCD上的应用
发布时间：2011-5-5 15:27:45 编辑：lwz 来源：中国LED网
提要： 随着寿命和制作技术要求更加高的LED背光源逐渐引入电视领域，电视厂商们也开始对此项技术进行了大力研发。当国际、国内大厂纷纷逐步推出了更大尺寸的led背光源液晶电视。在深入了解LED背光技术之前，我们先了解当前的背光技术存在什么问题。
随着寿命和制作技术要求更加高的LED背光源逐渐引入电视领域，电视厂商们也开始对此项技术进行了大力研发。当国际、国内大厂纷纷逐步推出了更大尺寸的led背光源液晶电视。在深入了解LED背光技术之前，我们先了解当前的背光技术存在什么问题。
我们知道，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。目前LCD的背光源几乎都是CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamps，冷阴极荧光灯)。
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的背光模块还要搭配扩散片、导光板、反射板等众多辅助器件。即便如此，要获得如CRT般均匀的亮度输出依然非常困难。大部分LCD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。
除了结构复杂、亮度输出均匀性差之外，采用CCFL作为LCD背光源还有个让人头痛的问题——使用寿命短。绝大部分CCFL背光源在使用2～3年之后亮度下降非常明显(寿命在15000小时～25000小时)，许多LCD(尤其是笔记本计算机的液晶屏)在使用几年后会出现屏幕变黄、发暗的现象，这正是CCFL使用衰减期较短的缺陷造成的。
事实上，LED(Light Emitting Diode，发光二极管)并非尖端科技产品，它在我们日常生活中随处可见:路边色彩斑斓的广告牌、家用电器上颜色各异的指示灯、手机按钮的背光照明、汽车的前大灯等等，都采用了LED作为光源。
