獲諾貝爾獎垂青 LED背光真的無敵了嗎?(全文)_液晶顯示器_液晶顯示...

1CCFL背光為何被淘汰？

　　目前我們使用的液晶顯示設備，基本都是LED背光，其輕薄、節能、壽命長，成為了目前顯示世界最重要的材料之一。也許很多人都意識不到背光對於液晶面板的重要性，其實背光技術的進步，對於液晶面板的發展有著極為重要的促進作用。如果我們現在仍停留在CCFL背光的時代，那麼可以想像的就是，我們目前使用的各種之移動智能設備，都不會是現在這種形態。

獲諾貝爾獎垂青 LED背光真的無敵了嗎？

　　液晶面板的成像原理其實很簡單，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，液晶畫素玻璃層內的液晶分子會作相對應的排列，決定哪些光線是需偏折或阻隔的。因此背光對已液晶面板來說，是不可或缺的。如今LED幾乎已經統治了顯示市場，除了不用使用背光的OLED面板，目前的液晶面板背後的發光功臣都是LED。那麼LED背光就真的完美了嗎？LED背光還有什麼可以進化的地方呢？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。CCFL即冷陰極螢光燈，是一種氣體放電發光器件，其構造類似常用的日光燈，通過連接插頭與高壓板相連。這種光源在啟動的時候，需要很高的電壓，因此才需要高壓板。而在工作的時候，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。

液晶面板的顯示結構

　　此外由於是燈管的構造，CCFL背光的體積也是一大問題。對於大屏設備來說，這種體積的問題可能還不明顯，但是應用在行動裝置之上的話，不僅電壓無法實現，其體積的問題也會讓行動裝置的厚度大大的增加，因此如果我們依舊停留在CCFL背光的時代的話，目前的移動顯示設備是沒有可能出現的。

背光系統的結構

　　LED背光其實早就在研發了，在CCFL背光還是主流的時代，LED背光的就在慢慢的發展。但是由於當時技術的原因，合成白色LED光源非常的困難，因此LED背光無法用於彩色顯示器的背光之中。不過當時的行動裝置中，LED背光也是開始出現了。不知道我們還記得那綠色或者黃色背光的顯示設備，比如著名的諾基亞3310，其實就是早期LED背光產品的代表之作。

　　那麼為什麼只有綠色或者黃色LED背光的產品出現，是什麼阻擋了LED背光技術的發展呢？關鍵點就在於藍色LED背光當時還無法製備成功，接下來我們就來討論一下藍色LED的故事。

2藍色LED背光影響一個時代

　　一個光源想要成為背光，首先它的顯色性要足夠好。人造光線應與自然光線相同，使人的肉眼能正確辨別事物的顏色，這就死顯色性的由來。因此在室內照明的時候，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。如果我們在室內使用綠色的燈光來照明，那麼很多物體的顏色會發現變化。為了實現白光的效果，工程師們想出一個聰明的辦法，就是利用三基色來實現白光，即我們經常說的RGB三色混合，這樣的光源顯色性是足夠好的。

藍色LED的研發至關重要

　　CCFL背光其實就是基於這種原理來生產的，其利用紫外線和三色螢光粉混合，實現了白光的效果。但是單一LED的發光波長很窄，這種單色的光源在多數場合併不適用。研究者參照螢光燈提出了多色LED組合與短波長的LED激發螢光粉等方案，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，也就是藍紫色端的LED。

用於背光的LED燈條

　　因此藍色LED就成為了研發的重點。1973年，當時在松下電器公司東京研究所的赤崎勇最早開始了藍光LED的研究。後來，赤崎勇和天野浩在名古屋大學合作進行了藍光LED的基礎性研發，1989年首次研發成功了藍光LED。而中村修二當時任職於日亞化學工業公司，他的實用化研究讓該公司於1993年首次推出LED照明成品，從而引發了照明技術革新。後來他們的這一成就被授予了諾貝爾物理學獎，充分說明了這個發明的對於整個世界的重要性。

獲得諾貝爾物理學獎的三位日本人

　　短波長的LED激發螢光粉的方案因為具有經濟上的優勢，逐漸成為液晶面板背光中的絕對王者。通過不斷研究LED背光的封裝技術與螢光粉的調配比例，這種方案的發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。

　　不過這種方案的顯色性相比於三色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，就是因為背光方案的天然缺陷。此外藍色LED背光還有傷眼的弊端。目前的普通LED背光中，435納米波段的藍色光成分較多。這種藍光的能量比較強，可以引起視網膜色素上皮的萎縮，再引起光敏感細胞的死亡。光敏感細胞的功能是接受人射光把光信號轉變為電信號，後者再通過視覺神經傳遞給大腦後成像。光敏感細胞的死亡將會導致視力逐漸下降甚至完全喪失。

　　因此LED背光並非是完美的，還有進化的方向，那就是護眼以及提升色域。

3量子點背光成新寵

　　量子點技術是提升色域的新辦法。量子點由鋅、鎘、硒和硫原子構成，是晶體直徑在2-10納米之間的納米材料。由於它的光電特性獨特，受到光電刺激後，會根據量子點的直徑大小，發出各種不同顏色的非常純正的高質量單色光。基於這一特性，如果把量子點材料用在電視的背光源上，用藍色LED照射就能發出全光譜的光，從而對背光進行精細調節，進而大幅提升色域表現，讓色彩更加鮮明。

受到光電刺激後 量子點根據直徑大小 發出各種不同顏色的單色光

　　可以看出量子點技術也需要藍色LED的激發，進一步證明了藍色LED發明的重要性。量子點背光的並不複雜，將量子點製成薄膜，放置在藍色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。量子點本身體積就非常的小，因此量子點薄膜的厚度也是可以控制的很好，不會讓液晶顯示設備的厚度增加。我們之前提到過的三色LED混合方案其實也能提升色域，但是由於結構複雜，這種方案會讓顯示設備的厚度增加很多，並且價格也非常的昂貴。

量子點背光的位置

　　目前量子點背光的產品已經開始出現，手機、顯示器、電視、平板都有量子點產品的出現，未來窄色域將成一種歷史，人類顯示設備將全面進入廣色域的時代，隨著量子點背光產品的逐漸擴張，新產品的價格也是不會太高。相比於一直有色域優勢的新技術OLED，液晶面板終於補齊自己的短板，這樣一來液晶面板技術使用的時間，就可以大幅度的延長。

量子點電視的已經出現

　　當然量子點技術並沒有解決藍光傷眼的問題，不過目前顯示市場正在研究藍色LED波長的控制問題，因為藍光可以根據波長分為兩部分，一直是對於視力傷害很大的420納米到460納米波長的藍光，一種則是460納米以上的藍光，也就是視覺上的淺藍色的藍光。這種藍光對於人類是有益處的，在白天的時候，可以幫助人類集中精神。所以講LED藍光的波長控制在460nm以上，就可以解決護眼的問題。

4區域控制提升對比度

　　除了色域以及護眼，背光技術還有新的突破。那就是對比度的提升上，有了新的解決方案。HDR技術的出現，就是這種變化的代表技術。HDR超高動態對比技術，藉由局部背光模塊的區域調光，使畫面亮暗對比更鮮明、暗態細節更清晰、畫質色彩更逼真，貼近人眼可觀察到的真實景像。

HDR技術的效果（右面為開啟）

　　HDR技術的關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節不同的亮度，讓畫面的對比度顯得更加的有可塑性。HDR技術增加了亮度範圍，同時提升最亮和最暗畫面的對比度，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技術並非針對所有內容都有這個效果。要想體驗HDR技術，片源需要經過重製，這樣才可以發揮HDR技術的威力，不過這種局限，也是大大的限制了HDR技術的應用範圍。因此這種改變背光的新技術，相比於量子點技術，並沒有前者的普遍意義。

HDR技術的效果（右面為開啟）

全文總結：

　　液晶面板背光的發展，經歷了CCFL到LED轉變，可以說LED背光的出現，真正改變了我們的顯示世界。超薄設備的出現，行動裝置的流行以及超大屏LED巨幕的出現，都基於這個小小的發光二極體產品。其中特別是藍色LED的研發，具有時代的意義。即便是未來量子點背光的得意成功，基礎也仍舊是藍色LED的出現。所以藍色LED的研發者被授予了諾貝爾物理學獎，這是很具有現實意義的獎勵。當然LED背光並非完美，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，相信這兩個問題將被功課，那時LED背光已經發展到了極致，但是最符合人類觀察習慣的技術，仍舊是不採用背光的面板，比如說OLED面板，無背光面板才是未來的真正發展方向。