傳統CCFL背光的缺陷

　　在深入了解LED背光技術之前，我們有必要先了解當前的背光技術存在什么問題。我們知道，液晶是一種介乎于液體和晶體之間的物質。液晶的奇妙之處是可以通過電流來改變其分子排列狀態，給液晶施加不同的電壓就能控制光線的通過量，從而顯示多種多樣的圖像。但液晶本身并不會發光，因此所有的LCD都需要背光照明。目前LCD的背光源幾乎都是CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamps，冷陰極熒光燈)。

　　由于冷陰極熒光燈不是平面光源，因此為了實現背光源均勻的亮度輸出，LCD的背光模組還要搭配擴散片、導光板、反射板等眾多輔助器件。即便如此，要獲得如CRT般均勻的亮度輸出依然非常困難。大部分LCD在顯示全白或全黑畫面時，屏幕邊緣和中心亮度的差異十分明顯。

　　除了結構復雜、亮度輸出均勻性差之外，采用CCFL作為LCD背光源還有個讓人頭痛的問題——使用壽命短。絕大部分CCFL背光源在使用2～3年之后亮度下降非常明顯(壽命在15000小時～25000小時)，許多LCD(尤其是筆記本電腦的液晶屏)在使用幾年后會出現屏幕變黃、發暗的現象，這正是CCFL使用衰減期較短的缺陷造成的。

　　與此同時，由于CCFL背光源必須包含擴散板、反射板等復雜的光學器件，因此LCD的體積無法再進一步縮小。在功耗方面，采用CCFL作為背光源的LCD也無法令人滿意，14英寸LCD的CCFL背光源往往需要消耗20W甚至更多的電能。這對筆記本電腦和便攜設備來說，它們的續航能力將經受重大的考驗。

　　為了解決CCFL的這些硬傷，幾乎所有的LCD廠商都開始尋找更為優秀的液晶背光源。由于LED有著超低的能耗、極長的工作壽命和簡單的結構，迅速獲得了LCD廠商的青睞，那么LED究竟是什么東西?它有什么奇妙之處呢?

CCFL的管狀外形很像普通的日光燈

事實上，LED(Light Emitting Diode，發光二極管)并非尖端科技產品，它在我們日常生活中隨處可見:路邊色彩斑斕的廣告牌、家用電器上顏色各異的指示燈、手機按鈕的背光照明、汽車的前大燈等等，都采用了LED作為光源。

LED在20世紀60年代誕生后就被認定是熒光燈管、燈泡等照明設備的終結者，甚至有人認為LED將會開創一個新的照明時代，最終出現在所有需要照明的場合。LED的工作原理和我們常見的白熾燈、熒光燈完全不同，LED從本質上來說是一種半導體器件。

LED的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體的交界面就會出現一個具有特殊導電性能的薄層，也就是常說的PN結(PN Junction Transistors)。PN結可以對P型半導體和N型半導體中多數載流子的擴散運動產生阻力，當對PN結施加正向電壓時，電流從LED的陽極流向陰極，而在PN結中少數載流子與多數載流子進行復合，多余的能量就會轉變成光而釋放出來。LED正是根據這樣的原理實現電光的轉換。根據半導體材料物理性能的不同，LED可發出從紫外到紅外不同波段、不同顏色的光線。

小知識:P型半導體和N型半導體

如果在硅或鍺等半導體材料中加入微量的硼、銦、鎵或鋁等三價元素，就變成以空穴導電為主的半導體，即P型半導體。在P型半導體中，空穴(帶正電)叫多數載流子;電子(帶負電)叫少數載流子。

如果在硅或鍺等半導體材料中加入微量的磷、銻、砷等五價元素，就變成以電子導電為主的半導體，即N型半導體。在N型半導體中，電子(帶負電)叫多數載流子;空穴(帶正電)叫少數載流子。

由于LED只能發出單波長光線，因此LED無法像白熾燈那樣輕易發出白色光。這也就是LED指示燈只有藍色、紅色、綠色等顏色，而沒有白色的原因。無法發出白色光對于指示燈之類的應用并不是什么問題，但對于LCD背光源來說則是無法逾越的障礙。為了早日實現LED成為顯示器背光源的接班人，各個LED制造商都開始重點研究白光LED產品。而在這一領域，日本的日亞化學是先行者，它在1996年就提出了解決方案，即在藍色LED上涂上黃色熒光粉實現白光輸出。由于起步早，技術成熟，日亞化學取得了白光LED領域的主導地位。據統計采用日亞化學方案的產品占據了80%的市場份額。

被廣泛用作指示燈的LED器件

1.5mm指示燈用LED橫截面示意圖

LED單元構造示意圖

LED作為LCD背光會帶來哪些好處呢?首先，采用LED背光的LCD的體積將進一步縮小。LED背光源是由眾多柵格狀的半導體組成，每個“格子”中都擁有一個LED半導體，這樣LED背光就成功實現了光源的平面化。平面化的光源不僅有優異的亮度均勻性，還不需要復雜的光路設計，這樣一來LCD的厚度就能做得更薄，同時還擁有更高的可靠性和穩定性。更薄的液晶顯示面板意味著筆記本電腦擁有更佳的移動性。例如，SONY近期推出的VAIO TX筆記本就采用了厚度僅有4.5mm的LED背光液晶顯示屏。

其次，在發光壽命方面，LED背光技術也將CCFL遠遠拋在后面。普通的CCFL背光源一般的使用壽命在3萬小時左右，一些頂級的CCFL背光的發光壽命也不過在6萬小時左右。這樣的壽命對于頻繁使用的用戶來說意味著使用2～3年后LCD的亮度就將會明顯下降，而不得不更換LCD的CCFL背光模組。而LED背光則完全沒有這樣的問題，現階段白色LED背光的壽命已經高達10萬小時，而且還有再次提升的潛力。即使24小時不間斷使用，這樣的壽命也足夠使用5年!

在色彩表現力方面，LED背光也遠勝于CCFL。原有的CCFL背光由于色純度等問題，在色階方面表現不佳。這就導致了LCD在灰度和色彩過渡方面不如CRT。據測試，采用CCFL背光只能實現NTSC色彩區域的78%，而LED背光卻能輕松地獲得超過100%的NTSC色彩區域。在色彩表現力和色階過渡方面，LED背光也有顯著的優勢。