- LED以其效率高等特點，對液晶電視背光領(lǐng)域產(chǎn)生了重要的影響
- 國內(nèi)外針對電視應(yīng)用的LED背光技術(shù)研發(fā)全面開展，并不斷走向深入
- 液晶電視LED背光控制算法多種多樣，發(fā)展?jié)摿薮?
- 高對比度、無運動拖尾、高色域、高畫質(zhì)、低功耗的LED背光液晶電視將迅速進(jìn)入人們的生活
目前作為液晶電視主要背光源的冷陰極燈管(CCFL)有一些明顯的缺點：如低色域、含有汞、發(fā)光效率低等等。而LED(發(fā)光二極管)以其色域高、發(fā)光效率高、響應(yīng)時間快、環(huán)保等特點，對液晶電視背光領(lǐng)域產(chǎn)生了重要的影響。
| 直下式 | 側(cè)導(dǎo)光 | 混合式（拼接） | |
| 區(qū)域控制 | 可以 | 不可以 | 可以 |
| 掃描背光 | 可以 | 不可以 | 可以 |
| 高度對比 | 高 | 一般 | 高 |
| 超薄設(shè)計 | 較困難 | 較容易 | 較困難 |
| 節(jié)能效果 | 節(jié)能50%以上 | 節(jié)能小于20% | 節(jié)能40% |
在國內(nèi)，2008年7月海信自主研發(fā)的42英寸超薄LED液晶電視TLM42T08GP批量上市，成為全球第三家實現(xiàn)LED背光電視批量上市的公司。
以LED為背光源的液晶電視正逐步走進(jìn)人們的視線，并逐步產(chǎn)業(yè)化。LED作為液晶電視的新型背光源，其發(fā)展前景日益看好。
直下式與側(cè)導(dǎo)光目前各具優(yōu)勢
目前兩種主流的LED背光架構(gòu)是直下式和側(cè)導(dǎo)光。另外，還有一種試圖結(jié)合兩種方式特點的混合式，即將一個個側(cè)導(dǎo)光小單元拼接成整個背光模組，從而兼具直下式和側(cè)導(dǎo)光的特點。
比較三種方式，我們可以發(fā)現(xiàn)，直下式在節(jié)能、畫質(zhì)(由高對比度、區(qū)域控制、掃描背光來實現(xiàn))等方面具有明顯優(yōu)勢，但目前實現(xiàn)超薄設(shè)計較困難;而側(cè)導(dǎo)光在超薄設(shè)計方面比較容易實現(xiàn)，但畫質(zhì)和節(jié)能方面的表現(xiàn)則較差一些;至于混合式，雖然節(jié)能、畫質(zhì)方面的性能與直下式相當(dāng)，但結(jié)構(gòu)、工藝復(fù)雜以及各單元之間亮度、色彩均勻性等問題的解決是很大的挑戰(zhàn)。
有一種觀點認(rèn)為：側(cè)導(dǎo)光方式的LED背光將取代所有其他方式，占據(jù)絕對統(tǒng)治地位，因為它可以做得很薄。這種看法是片面的。LED背光的發(fā)展趨勢一定是節(jié)能、畫質(zhì)、美觀、環(huán)保的統(tǒng)一，而不僅僅是輕薄化。從整機結(jié)構(gòu)工業(yè)設(shè)計實現(xiàn)差異化需要一定的發(fā)揮空間，以及散熱及結(jié)構(gòu)強度設(shè)計的最優(yōu)化要求來分析，LED背光電視整機的厚度在30毫米-40毫米是比較理想的。而直下式只要從技術(shù)上有效克服混光距離與超薄設(shè)計的矛盾就能達(dá)到這一厚度要求。
因此，分析直下式、側(cè)導(dǎo)光LED背光以及CCFL之間的競爭格局演變，我們認(rèn)為將呈現(xiàn)下面的趨勢：首先是直下式占據(jù)LED高端，而側(cè)導(dǎo)光占據(jù)LED低端，接著側(cè)導(dǎo)光逐漸取代CCFL背光，而直下式又逐漸取代側(cè)導(dǎo)光。
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LED背光技術(shù)不斷走向深入
隨著LED器件技術(shù)及性能的不斷提高，國內(nèi)外針對電視應(yīng)用的LED背光技術(shù)研發(fā)也全面開展起來，并不斷走向深入。
LED為低電壓工作器件，低電壓啟動;工作電流易控制，可操作性好;固態(tài)發(fā)光源，防震性好，壽命長;色域?qū)?，?00%NTSC左右;不含汞等有害環(huán)保物質(zhì);響應(yīng)速度快，其響應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于液晶分子的響應(yīng)速度。因此，LED是作為背光源的理想發(fā)光器件。隨著LED技術(shù)的不斷發(fā)展，LED的發(fā)光效率會進(jìn)一步提高，散熱問題也將大大改善。
各種LED背光技術(shù)可以不同的分類方式進(jìn)行分類，如以背光源光學(xué)架構(gòu)來劃分，LED背光技術(shù)大體可分為直下式、側(cè)導(dǎo)光以及混合(拼接)式等;若以采用LED芯片的種類來劃分，又可分為單色(包括藍(lán)光芯片+黃熒光粉、藍(lán)光芯片+紅綠雙色熒光粉等)、雙色和三色等幾種;若考慮液晶面板的因素，采用無濾光片液晶面板，可進(jìn)行時序色彩疊加調(diào)光方式等等。
另外在LED背光的動態(tài)控制技術(shù)方面，同樣的硬件架構(gòu)，因其調(diào)光機理完全不同，其完成的功能及實現(xiàn)的效果也不同。若僅僅從LED背光技術(shù)方面考慮，LED背光技術(shù)可完成的功能大體可分為：提高動態(tài)對比度、減小液晶顯示的拖尾現(xiàn)象、節(jié)能、改善畫質(zhì)等。所以一個LED背光液晶電視系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該將LED背光技術(shù)所能完成的功能與所需的硬件架構(gòu)(指LED背光排列驅(qū)動)統(tǒng)籌考慮，LED背光的排列、分區(qū)個數(shù)、分區(qū)陣列對LED背光液晶電視所能達(dá)到的顯示效果以及節(jié)能等性能指標(biāo)影響很大。
就LED液晶電視發(fā)展趨勢而言，LED的技術(shù)革新是推動其發(fā)展的一個重要方面，光效更高、散熱更好的LED器件的研發(fā)是大勢所趨。
LED液晶電視發(fā)展的關(guān)鍵之一是LED背光控制技術(shù)的發(fā)展。LED背光控制功能的開發(fā)目標(biāo)日益明朗，即克服或改善液晶顯示固有的問題：如暗灰階的漏光問題、液晶顯示拖尾現(xiàn)象，以及改善畫質(zhì)、提高色域、節(jié)能環(huán)保等。在各種LED背光控制算法中，分區(qū)動態(tài)控制算法可以很好地解決上述液晶顯示的兩大缺點，因此是不二選擇，大勢所趨。
發(fā)光效率和色域?qū)σ壕щ娨暠彻庠碙ED的選型有著重要的影響。紅、綠、藍(lán)LED混合出的白光色域最高，但光效很低，驅(qū)動電路需要顏色控制模塊控制，增加了電路成本。藍(lán)光芯片+紅、綠熒光粉LED是目前液晶電視比較理想的白光LED背光源。
一般LED的封裝比CCFL要小得多，由LED代替CCFL，LED的數(shù)量要遠(yuǎn)大于CCFL的數(shù)量。因此，LED的驅(qū)動方式，LED控制算法的復(fù)雜性、可靠性，以及如何排列LED有利于LCD顯示質(zhì)量的提高，是設(shè)計LED背光需要考慮的問題。
將LED進(jìn)行分區(qū)排列、驅(qū)動是比較好的選擇。然而，對于一個LCD的背光源，如何進(jìn)行分區(qū)，分區(qū)大小、個數(shù)的確定，是提高LCD顯示畫質(zhì)的一個重要問題。海信42英寸LED背光液晶電視的LED背光分區(qū)個數(shù)在100個左右時，整個LCD的對比度、顯示效果、驅(qū)動成本、算法復(fù)雜性是最佳的。
LED背光采用均勻分區(qū)，也可應(yīng)用背光掃描算法，改善或消除液晶顯示動態(tài)畫面拖尾問題。
LED分區(qū)的形狀一般為矩形或正方形，分區(qū)內(nèi)各個LED串聯(lián)在一起。由于分區(qū)內(nèi)流過每個LED的電流是相同的，因此分區(qū)內(nèi)各個LED的光學(xué)性能差異主要依賴于LED性能的離散性。分區(qū)間光學(xué)性能的差異主要與外圍電路有關(guān)，如外圍電壓浮動等。
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液晶電視LED背光控制算法多種多樣
LCD采用的LED背光源(白色LED背光、R/G/B三色LED背光、其他組合LED背光)，對LED背光控制算法有重要影響，對最終LCD的顯示方式、顯示效果、節(jié)能效果，色域等方面也有重要的影響。
按LED背光控制算法所完成的功能劃分可以有以下幾種：
第一，提高對比度的LED背光控制算法。此種算法一般是基于LED分區(qū)控制，首先根據(jù)輸入圖像畫面，分析、統(tǒng)計、提取分區(qū)對應(yīng)的典型背光值，然后進(jìn)行一定的背光值處理，對圖像進(jìn)行一定的亮度補償，最后將背光值轉(zhuǎn)換為LED驅(qū)動電路的控制信號，完成背光控制。其中，在分析、統(tǒng)計、提取分區(qū)背光值時，存在很多不同的方法。如將圖像數(shù)據(jù)的亮度最大值與平均值分別統(tǒng)計，通過一定的決策條件，決定分區(qū)的點的亮度是采用最大值還是平均值;根據(jù)主觀評價(其依據(jù)是在處理圖像低灰階漏光時存在圖像高灰階失真問題，在進(jìn)行補償時存在圖像高灰階溢出問題)建立了一種數(shù)學(xué)模型，從而決策分區(qū)背光值。此外，還有很多統(tǒng)計方法，不同的考慮有著不同的背光值統(tǒng)計。在調(diào)節(jié)背光時，可能引入一些圖像失真，一般可通過一定的圖像補償辦法消除或改善圖像失真問題。如分區(qū)調(diào)整可能帶來光暈及顏色漂移問題，可通過鄰域平均或背光選擇決策方法來改善。
第二，改善運動拖尾的LED背光控制算法。改善LCD顯示拖尾的方法一般是參照CRT(陰極射線管)顯示脈沖發(fā)光原理提出的。此種算法一般采用LED背光一維(1-D)掃描，即：在液晶分子進(jìn)行灰度切換時將LED背光一行或多行LED分區(qū)同時關(guān)閉或調(diào)整到比較暗的亮度，使液晶分子的翻轉(zhuǎn)動作被屏蔽掉，從而達(dá)到改善液晶顯示拖尾的目的。另外，由于人眼的視覺存在圖像滯留問題，對于改善液晶顯示拖尾，考慮人眼視覺系統(tǒng)的影響是必要的。
第三，其他目的的LED背光控制算法。由于LED本身特性優(yōu)越，應(yīng)用LED作為LCD的背光源，其初衷(除上述提高對比度、改善拖尾外)可能是多方面的，如節(jié)能、環(huán)保、高色域、給人舒適的觀看效果等，從而衍生出很多不同的LED背光控制算法。下面介紹采用LED背光進(jìn)行高色域、給人舒適觀看效果的動態(tài)控制算法：
LED背光的高色域算法。白光LED色域一般在80%～90%NTSC，一般不用進(jìn)行色域匹配。若采用R/G/B三色LED背光源，或采用其他高色域LED背光源，背光源色域在100%NTSC左右，采用色域匹配算法是必要的。色域匹配及色域提高可根據(jù)LCD彩色濾光膜的光學(xué)性能參數(shù)進(jìn)行計算。若采用R/G/BLED背光，進(jìn)行3D分區(qū)背光控制，可能出現(xiàn)顏色漂移問題。另外，若采用無彩色濾光膜(colorfilter)TFTLCD和R/G/BLED背光，實施R/G/BLED時序掃描算法也可達(dá)到帶有colorfilter的LCD彩色顯示效果，其可提高液晶透過率和LCD色域。
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給人舒適觀看效果的LED動態(tài)控制算法。根據(jù)環(huán)境光的變化，動態(tài)調(diào)整LED背光和適當(dāng)調(diào)整LCD的gamma曲線，使背光亮度適合人眼舒適需要，避免長時間地觀看LCD對人眼的傷害。盡管彩色圖像在環(huán)境光比較暗的境況下，更容易得到比較高的對比度和色彩艷麗的效果，然而觀看高對比度圖像更容易讓眼睛產(chǎn)生疲勞，長時間觀看對眼睛極為不利。因此，從保護(hù)眼睛提倡健康電視方面考慮，將環(huán)境光因素添加到背光控制算法中，也是LED動態(tài)控制算法的一個發(fā)展方向。
按背光采用的LED種類及驅(qū)動方式劃分可以有以下幾種：
第一，白光LED背光分區(qū)動態(tài)控制算法。主要采用藍(lán)光芯片+紅、綠熒光粉LED，其光效、色域比較適合。白光LED背光采用分區(qū)驅(qū)動方式。此種算法可能帶來一些問題，如分區(qū)光暈、閃爍等問題，可通過一定的算法得到改善。
第二，R/G/B三色LED背光分區(qū)動態(tài)控制算法。LED背光一般采用三芯片或多芯片封裝的LED或分離R/G/BLED，采用分區(qū)驅(qū)動方式。三色LED背光可進(jìn)行3D背光控制算法，可提高LCD對比度和飽和度。其缺點是可引起白點顏色漂移問題，可在算法中考慮分區(qū)內(nèi)圖像色調(diào)等因素得到解決。另外若液晶面板采用無彩色濾光膜TFTLCD，背光采用R/G/BLED分區(qū)驅(qū)動，實施R/G/BLED時序掃描算法，可讓LCD達(dá)到彩色顯示，背光利用效率更高，節(jié)能效果更加明顯，色彩純度更高，色域更寬。
第三，其他組合LED背光動態(tài)控制算法。所采用的LED經(jīng)過一定的特殊處理，如在白光LED或其他顏色LED上添加特殊材料，使色域提高。LED背光一般采用色域匹配算法，在飽和度和色調(diào)不失真的情況下，可提高色域，提高畫質(zhì)。
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LED背光控制技術(shù)發(fā)展?jié)摿薮?br />
未來顯示技術(shù)的發(fā)展趨勢是高清晰、大畫面、高畫質(zhì)(快速響應(yīng)、高對比度等)、節(jié)能環(huán)保、高色域、超輕薄、智能化、廉價等，簡單地說，就是“節(jié)能、畫質(zhì)、美觀、環(huán)保”的統(tǒng)一，LED背光液晶顯示技術(shù)符合這一發(fā)展趨勢。
LED背光的響應(yīng)速度遠(yuǎn)快于液晶分子偏轉(zhuǎn)速度。LED背光可在液晶分子偏轉(zhuǎn)的過程中，快速通斷。LED背光控制技術(shù)可通過時序點亮熄滅背光解決運動拖尾問題，達(dá)到高畫質(zhì)的顯示效果。因此改善運動拖尾是LED背光控制技術(shù)的一大發(fā)展方向。
LED背光的色域要高于CCFL背光，R/G/BLED背光可達(dá)100%NSTC以上，從而在飽和度、鮮艷度等顯示方面，LED背光液晶電視性能更加突出。因此，色域匹配也成為LED背光控制技術(shù)的一個發(fā)展方向。
LED背光是低電壓恒流驅(qū)動，電壓更易于控制，響應(yīng)驅(qū)動更加迅速,背光的控制更加靈活，可根據(jù)環(huán)境光及液晶電視遙控指令靈活調(diào)整背光，使人眼觀看電視更加舒適，從而改善人眼長時間觀看電視帶來的疲勞問題。因此，靈活互動的背光控制也是LED背光控制技術(shù)的一個發(fā)展方向。
總之，LED背光控制技術(shù)在液晶電視顯示方面發(fā)展?jié)摿薮?。相信不久的將?高對比度、無運動拖尾、高色域、高畫質(zhì)、低功耗的LED背光液晶電視將迅速進(jìn)入人們的生活。
