- LED以其效率高等特點，對液晶電視背光領域產(chǎn)生了重要的影響
- 國內(nèi)外針對電視應用的LED背光技術研發(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、響應時間快、環(huán)保等特點，對液晶電視背光領域產(chǎn)生了重要的影響。
| 直下式 | 側(cè)導光 | 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)導光目前各具優(yōu)勢
目前兩種主流的LED背光架構是直下式和側(cè)導光。另外，還有一種試圖結合兩種方式特點的混合式，即將一個個側(cè)導光小單元拼接成整個背光模組，從而兼具直下式和側(cè)導光的特點。
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)超薄設計較困難;而側(cè)導光在超薄設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，但結構、工藝復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)。
有一種觀點認為：側(cè)導光方式的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。從整機結構工業(yè)設計實現(xiàn)差異化需要一定的發(fā)揮空間，以及散熱及結構強度設計的最優(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上有效克服混光距離與超薄設計的矛盾就能達到這一厚度要求。
因此，分析直下式、側(cè)導光LED背光以及CCFL之間的競爭格局演變，我們認為將呈現(xiàn)下面的趨勢：首先是直下式占據(jù)LED高端，而側(cè)導光占據(jù)LED低端，接著側(cè)導光逐漸取代CCFL背光，而直下式又逐漸取代側(cè)導光。
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LED背光技術不斷走向深入
隨著LED器件技術及性能的不斷提高，國內(nèi)外針對電視應用的LED背光技術研發(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)挘?00%NTSC左右;不含汞等有害環(huán)保物質(zhì);響應速度快，其響應速度遠遠高于液晶分子的響應速度。因此，LED是作為背光源的理想發(fā)光器件。隨著LED技術的不斷發(fā)展，LED的發(fā)光效率會進一步提高，散熱問題也將大大改善。
各種LED背光技術可以不同的分類方式進行分類，如以背光源光學架構來劃分，LED背光技術大體可分為直下式、側(cè)導光以及混合(拼接)式等;若以采用LED芯片的種類來劃分，又可分為單色(包括藍光芯片+黃熒光粉、藍光芯片+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)控制技術方面，同樣的硬件架構，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背光技術方面考慮，LED背光技術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)的設計應該將LED背光技術所能完成的功能與所需的硬件架構(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到的顯示效果以及節(jié)能等性能指標影響很大。
就LED液晶電視發(fā)展趨勢而言，LED的技術革新是推動其發(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)展的關鍵之一是LED背光控制技術的發(fā)展。LED背光控制功能的開發(fā)目標日益明朗，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)量要遠大于CCFL的數(shù)量。因此，LED的驅(qū)動方式，LED控制算法的復雜性、可靠性，以及如何排列LED有利于LCD顯示質(zhì)量的提高，是設計LED背光需要考慮的問題。
將LED進行分區(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、算法復雜性是最佳的。
LED背光采用均勻分區(qū)，也可應用背光掃描算法，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的光學性能差異主要依賴于LED性能的離散性。分區(qū)間光學性能的差異主要與外圍電路有關，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)對應的典型背光值，然后進行一定的背光值處理，對圖像進行一定的亮度補償，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，在進行補償時存在圖像高灰階溢出問題)建立了一種數(shù)學模型，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：在液晶分子進行灰度切換時將LED背光一行或多行LED分區(qū)同時關閉或調(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彩色濾光膜的光學性能參數(shù)進行計算。若采用R/G/BLED背光，進行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背光控制技術發(fā)展?jié)摿薮?br />
未來顯示技術的發(fā)展趨勢是高清晰、大畫面、高畫質(zhì)(快速響應、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背光液晶顯示技術符合這一發(fā)展趨勢。
LED背光的響應速度遠快于液晶分子偏轉(zhuǎn)速度。LED背光可在液晶分子偏轉(zhuǎn)的過程中，快速通斷。LED背光控制技術可通過時序點亮熄滅背光解決運動拖尾問題，達到高畫質(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背光控制技術的一個發(fā)展方向。
總之，LED背光控制技術在液晶電視顯示方面發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｏ嘈挪痪玫膶?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入人們的生活。
