獲諾貝爾獎(jiǎng)垂青 LED背光真的無敵了嗎？

　　目前我們使用的液晶顯示設(shè)備，基本都是LED背光，其輕薄、節(jié)能、壽命長(zhǎng)，成為了目前顯示世界最重要的材料之一。也許很多人都意識(shí)不到背光對(duì)于液晶面板的重要性，其實(shí)背光技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)于液晶面板的發(fā)展有著極為重要的促進(jìn)作用。如果我們現(xiàn)在仍停留在CCFL背光的時(shí)代，那么可以想象的就是，我們目前使用的各種之移動(dòng)智能設(shè)備，都不會(huì)是現(xiàn)在這種形態(tài)。

　　獲諾貝爾獎(jiǎng)垂青 LED背光真的無敵了嗎?

　　液晶面板的成像原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，背光光源通過一組菱鏡片與背光模塊，將光源均勻地傳送到前方，依照所接收的影像訊號(hào)，液晶畫素玻璃層內(nèi)的液晶分子會(huì)作相對(duì)應(yīng)的排列，決定哪些光線是需偏折或阻隔的。因此背光對(duì)已液晶面板來說，是不可或缺的。如今LED幾乎已經(jīng)統(tǒng)治了顯示市場(chǎng)，除了不用使用背光的OLED面板，目前的液晶面板背后的發(fā)光功臣都是LED。那么LED背光就真的完美了嗎?LED背光還有什么可以進(jìn)化的地方呢?讓我們從頭說起。 

　　被淘汰的CCFL背光燈管

　　上面我們提到CCFL背光，這是液晶背光的早期技術(shù)。CCFL即冷陰極熒光燈，是一種氣體放電發(fā)光器件，其構(gòu)造類似常用的日光燈，通過連接插頭與高壓板相連。這種光源在啟動(dòng)的時(shí)候，需要很高的電壓，因此才需要高壓板。而在工作的時(shí)候，電壓值稍微低一些，但是也需要600到800V的水平，因此能耗高是這種背光的典型特點(diǎn)。 

　　液晶面板的顯示結(jié)構(gòu)

　　此外由于是燈管的構(gòu)造，CCFL背光的體積也是一大問題。對(duì)于大屏設(shè)備來說，這種體積的問題可能還不明顯，但是應(yīng)用在移動(dòng)設(shè)備之上的話，不僅電壓無法實(shí)現(xiàn)，其體積的問題也會(huì)讓移動(dòng)設(shè)備的厚度大大的增加，因此如果我們依舊停留在CCFL背光的時(shí)代的話，目前的移動(dòng)顯示設(shè)備是沒有可能出現(xiàn)的。 

　　背光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　LED背光其實(shí)早就在研發(fā)了，在CCFL背光還是主流的時(shí)代，LED背光的就在慢慢的發(fā)展。但是由于當(dāng)時(shí)技術(shù)的原因，合成白色LED光源非常的困難，因此LED背光無法用于彩色顯示器的背光之中。不過當(dāng)時(shí)的移動(dòng)設(shè)備中，LED背光也是開始出現(xiàn)了。不知道我們還記得那綠色或者黃色背光的顯示設(shè)備，比如著名的諾基亞3310，其實(shí)就是早期LED背光產(chǎn)品的代表之作。

　　那么為什么只有綠色或者黃色LED背光的產(chǎn)品出現(xiàn)，是什么阻擋了LED背光技術(shù)的發(fā)展呢?關(guān)鍵點(diǎn)就在于藍(lán)色LED背光當(dāng)時(shí)還無法制備成功，接下來我們就來討論一下藍(lán)色LED的故事。

　　藍(lán)色LED背光影響一個(gè)時(shí)代

　　一個(gè)光源想要成為背光，首先它的顯色性要足夠好。人造光線應(yīng)與自然光線相同，使人的肉眼能正確辨別事物的顏色，這就死顯色性的由來。因此在室內(nèi)照明的時(shí)候，我們通常使用白光，這樣的效果和日光最接近，可以讓觀察者看到事物的本來顏色。如果我們?cè)谑覂?nèi)使用綠色的燈光來照明，那么很多物體的顏色會(huì)發(fā)現(xiàn)變化。為了實(shí)現(xiàn)白光的效果，工程師們想出一個(gè)聰明的辦法，就是利用三基色來實(shí)現(xiàn)白光，即我們經(jīng)常說的RGB三色混合，這樣的光源顯色性是足夠好的。

　　藍(lán)色LED的研發(fā)至關(guān)重要

　　CCFL背光其實(shí)就是基于這種原理來生產(chǎn)的，其利用紫外線和三色熒光粉混合，實(shí)現(xiàn)了白光的效果。但是單一LED的發(fā)光波長(zhǎng)很窄，這種單色的光源在多數(shù)場(chǎng)合并不適用。研究者參照熒光燈提出了多色LED組合與短波長(zhǎng)的LED激發(fā)熒光粉等方案，它們理論上都可以獲得白光和全色顯示，但是它們都需要短波段，也就是藍(lán)紫色端的LED。

　　用于背光的LED燈條

　　因此藍(lán)色LED就成為了研發(fā)的重點(diǎn)。1973年，當(dāng)時(shí)在松下電器公司東京研究所的赤崎勇最早開始了藍(lán)光LED的研究。后來，赤崎勇和天野浩在名古屋大學(xué)合作進(jìn)行了藍(lán)光LED的基礎(chǔ)性研發(fā)，1989年首次研發(fā)成功了藍(lán)光LED。而中村修二當(dāng)時(shí)任職于日亞化學(xué)工業(yè)公司，他的實(shí)用化研究讓該公司于1993年首次推出LED照明成品，從而引發(fā)了照明技術(shù)革新。后來他們的這一成就被授予了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，充分說明了這個(gè)發(fā)明的對(duì)于整個(gè)世界的重要性。 

　　獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的三位日本人

　　短波長(zhǎng)的LED激發(fā)熒光粉的方案因?yàn)榫哂薪?jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)，逐漸成為液晶面板背光中的絕對(duì)王者。通過不斷研究LED背光的封裝技術(shù)與熒光粉的調(diào)配比例，這種方案的發(fā)光效率以及顯色性一直都在提升，從而奠定了液晶面板使用LED背光的基礎(chǔ)。

　　不過這種方案的顯色性相比于三色LED混合的方案還是有差距的，因此目前液晶面板的色域能力始終不強(qiáng)，就是因?yàn)楸彻夥桨傅奶烊蝗毕?。此外藍(lán)色LED背光還有傷眼的弊端。目前的普通LED背光中，435納米波段的藍(lán)色光成分較多。這種藍(lán)光的能量比較強(qiáng)，可以引起視網(wǎng)膜色素上皮的萎縮，再引起光敏感細(xì)胞的死亡。光敏感細(xì)胞的功能是接受人射光把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，后者再通過視覺神經(jīng)傳遞給大腦后成像。光敏感細(xì)胞的死亡將會(huì)導(dǎo)致視力逐漸下降甚至完全喪失。

　　因此LED背光并非是完美的，還有進(jìn)化的方向，那就是護(hù)眼以及提升色域。

　　量子點(diǎn)背光成新寵

　　量子點(diǎn)技術(shù)是提升色域的新辦法。量子點(diǎn)由鋅、鎘、硒和硫原子構(gòu)成，是晶體直徑在2-10納米之間的納米材料。由于它的光電特性獨(dú)特，受到光電刺激后，會(huì)根據(jù)量子點(diǎn)的直徑大小，發(fā)出各種不同顏色的非常純正的高質(zhì)量單色光?；谶@一特性，如果把量子點(diǎn)材料用在電視的背光源上，用藍(lán)色LED照射就能發(fā)出全光譜的光，從而對(duì)背光進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，進(jìn)而大幅提升色域表現(xiàn)，讓色彩更加鮮明。 

　　受到光電刺激后 量子點(diǎn)根據(jù)直徑大小 發(fā)出各種不同顏色的單色光

　　可以看出量子點(diǎn)技術(shù)也需要藍(lán)色LED的激發(fā)，進(jìn)一步證明了藍(lán)色LED發(fā)明的重要性。量子點(diǎn)背光的并不復(fù)雜，將量子點(diǎn)制成薄膜，放置在藍(lán)色LED和液晶面板之間，這樣就可以有效的提升液晶面板的色域了。量子點(diǎn)本身體積就非常的小，因此量子點(diǎn)薄膜的厚度也是可以控制的很好，不會(huì)讓液晶顯示設(shè)備的厚度增加。我們之前提到過的三色LED混合方案其實(shí)也能提升色域，但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這種方案會(huì)讓顯示設(shè)備的厚度增加很多，并且價(jià)格也非常的昂貴。 

　　量子點(diǎn)背光的位置

　　目前量子點(diǎn)背光的產(chǎn)品已經(jīng)開始出現(xiàn)，手機(jī)、顯示器、電視、平板都有量子點(diǎn)產(chǎn)品的出現(xiàn)，未來窄色域?qū)⒊梢环N歷史，人類顯示設(shè)備將全面進(jìn)入廣色域的時(shí)代，隨著量子點(diǎn)背光產(chǎn)品的逐漸擴(kuò)張，新產(chǎn)品的價(jià)格也是不會(huì)太高。相比于一直有色域優(yōu)勢(shì)的新技術(shù)OLED，液晶面板終于補(bǔ)齊自己的短板，這樣一來液晶面板技術(shù)使用的時(shí)間，就可以大幅度的延長(zhǎng)。 

　　量子點(diǎn)電視的已經(jīng)出現(xiàn)

　　當(dāng)然量子點(diǎn)技術(shù)并沒有解決藍(lán)光傷眼的問題，不過目前顯示市場(chǎng)正在研究藍(lán)色LED波長(zhǎng)的控制問題，因?yàn)樗{(lán)光可以根據(jù)波長(zhǎng)分為兩部分，一直是對(duì)于視力傷害很大的420納米到460納米波長(zhǎng)的藍(lán)光，一種則是460納米以上的藍(lán)光，也就是視覺上的淺藍(lán)色的藍(lán)光。這種藍(lán)光對(duì)于人類是有益處的，在白天的時(shí)候，可以幫助人類集中精神。所以講LED藍(lán)光的波長(zhǎng)控制在460nm以上，就可以解決護(hù)眼的問題。

　　區(qū)域控制提升對(duì)比度

　　除了色域以及護(hù)眼，背光技術(shù)還有新的突破。那就是對(duì)比度的提升上，有了新的解決方案。HDR技術(shù)的出現(xiàn)，就是這種變化的代表技術(shù)。HDR超高動(dòng)態(tài)對(duì)比技術(shù)，藉由局部背光模塊的區(qū)域調(diào)光，使畫面亮暗對(duì)比更鮮明、暗態(tài)細(xì)節(jié)更清晰、畫質(zhì)色彩更逼真，貼近人眼可觀察到的真實(shí)景像。 

　　HDR技術(shù)的效果(右面為開啟)

　　HDR技術(shù)的關(guān)鍵之一便是增加亮度，面板的亮度從400尼特增加至700甚至1000尼特。這樣廠商就可以通過調(diào)節(jié)不同的亮度，讓畫面的對(duì)比度顯得更加的有可塑性。HDR技術(shù)增加了亮度范圍，同時(shí)提升最亮和最暗畫面的對(duì)比度，明顯改善灰階，也帶來了更黑或更白的顏色效果。不過需要注意的是，HDR技術(shù)并非針對(duì)所有內(nèi)容都有這個(gè)效果。要想體驗(yàn)HDR技術(shù)，片源需要經(jīng)過重制，這樣才可以發(fā)揮HDR技術(shù)的威力，不過這種局限，也是大大的限制了HDR技術(shù)的應(yīng)用范圍。因此這種改變背光的新技術(shù)，相比于量子點(diǎn)技術(shù)，并沒有前者的普遍意義。

　　全文總結(jié)：

　　液晶面板背光的發(fā)展，經(jīng)歷了CCFL到LED轉(zhuǎn)變，可以說LED背光的出現(xiàn)，真正改變了我們的顯示世界。超薄設(shè)備的出現(xiàn)，移動(dòng)設(shè)備的流行以及超大屏LED巨幕的出現(xiàn)，都基于這個(gè)小小的發(fā)光二極管產(chǎn)品。其中特別是藍(lán)色LED的研發(fā)，具有時(shí)代的意義。即便是未來量子點(diǎn)背光的得意成功，基礎(chǔ)也仍舊是藍(lán)色LED的出現(xiàn)。所以藍(lán)色LED的研發(fā)者被授予了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，這是很具有現(xiàn)實(shí)意義的獎(jiǎng)勵(lì)。當(dāng)然LED背光并非完美，其傷眼以及色域不廣的問題，目前正在得到解決，未來一到兩年，相信這兩個(gè)問題將被功課，那時(shí)LED背光已經(jīng)發(fā)展到了極致，但是最符合人類觀察習(xí)慣的技術(shù)，仍舊是不采用背光的面板，比如說OLED面板，無背光面板才是未來的真正發(fā)展方向。