LED工作原理.doc

LED工作原理首先，我们先从液晶谈起吧。我们知道，液晶是一种介乎于液体和晶体之间的物质，其显示的原理是通过给液晶施加不同的电压来改变其分子排列状态，从而控制光线的通过量，以便显示多种多样的图像。而液晶自身并不会发光，它只是控制光线的通过与否，因此所有的液晶面板都需要背光源来提供照明。电极电极液晶Field OFFField ON 图1 液晶驱动原理目前，大多数液晶电视的背光源采用的还是CCFL，也就是通常所说的冷阴极荧光灯。这种光源并不是平面光源，为了实现背光源均匀的亮度输出，我们还需要为液晶面板的背光模组搭配扩散片、导光板、反射板等众多辅助器件，如图2所示：图2 CCFL背光液晶的结构原理即使是这样，要获得如CRT那样均匀的亮度输出仍是很困难的，大部分液晶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。另外，在图像显示效果上，同CRT 相比，采用CCFL的液晶之色域表现还是明显不足的。在业界，我们一直都用美国国家电视系统委员会NTSC公布的标准来衡量视频设备的色彩还原能力，这一指标是指在整个色域内，显示设备在色彩显示时，色彩的饱和度怎样，对于大多数传统液晶面板来说，能够覆盖的色彩范围只有NTSC标准的65%75%，具体表现为在绿、黄、红色彩区域，与标准值差别较大。CCFL属于管状光源，要将所发出的光均匀散布到面板的每一个区域就需要相当复杂的辅助组件，除了亮度输出均匀度不够之外，CCFL的结构还非常复杂，应用了它的液晶电视屏幕的厚度也较难控制，而且随着面板的增大，必须使用多条光源。此外，CCFL还有发光效率低、放电电压高、低温下放电特性差、加热达到稳定灰度时间长等缺点，并且CCFL中含有有害金属，不符合环保要求。图3 点燃的冷阴极荧光灯管当然，应用CCFL作为背光源的液晶面板面临的一个最大的问题还是寿命较短。绝大多数CCFL 背光源在使用2至3年后亮度下降非常明显，许多液晶电视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。上面介绍了，由于CCFL背光源必须包含扩散板、反射板等复杂的光学器件，因此液晶面板的体积无法再进一步缩小，这与当前液晶电视超薄化的趋势则是相悖的。在功耗方面，采用CCFL背光源的液晶电视也是有很大的缺陷，我们测过，一台42 英寸液晶电视往往需要消耗220W甚至更多的电能，这与当前构建节约型社会的理念也是合不上拍的。为了解决CCFL背光源给液晶电视带来的这些缺陷，众多液晶电视厂商这些年都在搜寻一种更为优秀的液晶背光源来作为替代品，而LED背光源技术就应运而生了。实际上，LED也就是我们通常所说的发光二极管，通俗些讲，它就是在PN结中注入载流子，少数载流子与多数载流子复合后，释放出能量，表现以光的形式，从而实现电致发光。它也并非什么新物件了，这些年已经被应用在户外广告、标牌、指示灯、汽车前大灯、电器按键背光源等多个方面。另外LED显著的特色就是光电转换效率高、彩色饱和度高、体积小、耐震动、耐冲击、不含有毒物质、低压供电、对人体安全、寿命超长等。早在上世纪60 年代，LED就被认定是荧光灯管、灯泡等照明设备的终结者，甚至有人认为LED 将会开创一个全新的照明时代，最终出现在所有需要照明的场合。下面详细的介绍一下LED发光的原理。发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。图4 LED背光光源的工作原理更重要的是，LED可发出从紫外到红外不同波段、不同颜色的光线，早些时候，LED还只能发出单波长光线，还不能像白炽灯那样工作，甚至只有蓝、红、绿等颜色。如果只是这样的话，LED无法被做成白光源，也就没法被应用为液晶电视的背光源了。而这些年，众多液晶电视厂商也都在这方面动脑筋，着重开发白光LED背光源。在这一方面，日本企业一直都是先行者，它们在1996年就提出了些解决方案，以日亚化学为例，它们提出的方案就是在蓝色LED上涂抹黄色荧光粉实现白光输出。下载 (31.61 KB)2008-10-16 10:39图5 ! j8 |+ b) j5 h W3 n5 y8 r% bLED发光二极管LED背光的优势点：首先，采用了LED 背光，液晶面板的体积将进一步缩小；其次，LED是由众多栅格状的LED 组成，每个“格子”中都拥有一个LED，这样LED 背光就能实现真正的光源平面化；我们知道，平面化光源不仅有优异的亮度均匀性，还不需要复杂的光路设计，应用了LED的液晶电视就可以被做得更薄，还能实现真正的光源平面化。图6 22寸LCD电视（最厚部分95mm）图7 LC-22KN72 LED电视（最厚部分35mm）另外，在发光寿命方面，LED背光源技术更是可以超出传统的CCFL许多。咱们知道，普通的CCFL 背光源的使用寿命一般在3万小时左右，即便是顶级的CCFL背光源的寿命也不过6万小时。而LED 背光则完全没有这样的问题，现阶段白色LED 背光的寿命已经高达10万小时，很多专家还提出这一成绩甚至有进一步发展的空间，消费者即使是24小时不间断使用，LED液晶电视也是可以应付的了。（由于LED首次应用在液晶电视上，因此该项指标目前的LED屏还只有25000小时左右）在色彩表现方面，LED 背光也有明显的优势。我们知道，传统的CCFL 背光由于色纯度等问题，在色阶方面表现不佳。这就导致了液晶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 色彩区域的百分之六七十，而应用了LED背光之后，液晶面板却能轻松地实现100%的NTSC色域表现。像索尼“Bravia”系列LED 背光液晶电视就选用了能同LED 波长作最佳搭配的彩色滤光片，色域甚至可以达到126%。图8 LED背光原理图另外，LED采用的是低压驱动，它使用的是5V24V的低压电源，非常安全，驱动电路模块的设计也较为简单；其稳定性也更好，平面状结构让LED拥有稳固的内部结构，抗震性能很出色（以AUO M185XW01 V6为例）。图9 LED背光驱动板图10 LCD背光驱动板最后在绿色环保方面，LED也是更具优势的，它不采用对环境有害的金属汞，更加安全环保；再者，LED背光源非常省电，其功耗要比CCFL冷阴极背光灯更低一些，因为LED内部驱动电压远低于CCFL，功耗和安全性均好于CCFL。（以22寸为例：LC-22KU46 44.6W;LC-22KN72 27.8W.）可见，应用了LED背光源技术之后，液晶电视在色彩表现方面甚至可以同CRT相当。另外，LED还用于众多平面光源特性，可以实现CCFL望尘莫及的区域色彩和色度调节，从而可以实现更好的色彩还原，当然，在环保、节能等方面，LED背光同样是极具优势。