获诺贝尔奖垂青 LED背光真的无敌了吗？

　　目前我们使用的液晶显示设备，基本都是LED背光，其轻薄、节能、寿命长，成为了目前显示世界最重要的材料之一。也许很多人都意识不到背光对于液晶面板的重要性，其实背光技术的进步，对于液晶面板的发展有着极为重要的促进作用。如果我们现在仍停留在CCFL背光的时代，那么可以想象的就是，我们目前使用的各种之移动智能设备，都不会是现在这种形态。

获诺贝尔奖垂青 LED背光真的无敌了吗？

　　液晶面板的成像原理其实很简单，背光光源通过一组菱镜片与背光模块，将光源均匀地传送到前方，依照所接收的影像讯号，液晶画素玻璃层内的液晶分子会作相对应的排列，决定哪些光线是需偏折或阻隔的。因此背光对已液晶面板来说，是不可或缺的。如今LED几乎已经统治了显示市场，除了不用使用背光的OLED面板，目前的液晶面板背后的发光功臣都是LED。那么LED背光就真的完美了吗？LED背光还有什么可以进化的地方呢？让我们从头说起。

被淘汰的CCFL背光灯管

　　上面我们提到CCFL背光，这是液晶背光的早期技术。CCFL即冷阴极荧光灯，是一种气体放电发光器件，其构造类似常用的日光灯，通过连接插头与高压板相连。这种光源在启动的时候，需要很高的电压，因此才需要高压板。而在工作的时候，电压值稍微低一些，但是也需要600到800V的水平，因此能耗高是这种背光的典型特点。

液晶面板的显示结构

　　此外由于是灯管的构造，CCFL背光的体积也是一大问题。对于大屏设备来说，这种体积的问题可能还不明显，但是应用在移动设备之上的话，不仅电压无法实现，其体积的问题也会让移动设备的厚度大大的增加，因此如果我们依旧停留在CCFL背光的时代的话，目前的移动显示设备是没有可能出现的。

背光系统的结构

　　LED背光其实早就在研发了，在CCFL背光还是主流的时代，LED背光的就在慢慢的发展。但是由于当时技术的原因，合成白色LED光源非常的困难，因此LED背光无法用于彩色显示器的背光之中。不过当时的移动设备中，LED背光也是开始出现了。不知道我们还记得那绿色或者黄色背光的显示设备，比如著名的诺基亚3310，其实就是早期LED背光产品的代表之作。

　　那么为什么只有绿色或者黄色LED背光的产品出现，是什么阻挡了LED背光技术的发展呢？关键点就在于蓝色LED背光当时还无法制备成功，接下来我们就来讨论一下蓝色LED的故事。

　　一个光源想要成为背光，首先它的显色性要足够好。人造光线应与自然光线相同，使人的肉眼能正确辨别事物的颜色，这就死显色性的由来。因此在室内照明的时候，我们通常使用白光，这样的效果和日光最接近，可以让观察者看到事物的本来颜色。如果我们在室内使用绿色的灯光来照明，那么很多物体的颜色会发现变化。为了实现白光的效果，工程师们想出一个聪明的办法，就是利用三基色来实现白光，即我们经常说的RGB三色混合，这样的光源显色性是足够好的。

蓝色LED的研发至关重要

　　CCFL背光其实就是基于这种原理来生产的，其利用紫外线和三色荧光粉混合，实现了白光的效果。但是单一LED的发光波长很窄，这种单色的光源在多数场合并不适用。研究者参照荧光灯提出了多色LED组合与短波长的LED激发荧光粉等方案，它们理论上都可以获得白光和全色显示，但是它们都需要短波段，也就是蓝紫色端的LED。

用于背光的LED灯条

　　因此蓝色LED就成为了研发的重点。1973年，当时在松下电器公司东京研究所的赤崎勇最早开始了蓝光LED的研究。后来，赤崎勇和天野浩在名古屋大学合作进行了蓝光LED的基础性研发，1989年首次研发成功了蓝光LED。而中村修二当时任职于日亚化学工业公司，他的实用化研究让该公司于1993年首次推出LED照明成品，从而引发了照明技术革新。后来他们的这一成就被授予了诺贝尔物理学奖，充分说明了这个发明的对于整个世界的重要性。

获得诺贝尔物理学奖的三位日本人

　　短波长的LED激发荧光粉的方案因为具有经济上的优势，逐渐成为液晶面板背光中的绝对王者。通过不断研究LED背光的封装技术与荧光粉的调配比例，这种方案的发光效率以及显色性一直都在提升，从而奠定了液晶面板使用LED背光的基础。

　　不过这种方案的显色性相比于三色LED混合的方案还是有差距的，因此目前液晶面板的色域能力始终不强，就是因为背光方案的天然缺陷。此外蓝色LED背光还有伤眼的弊端。目前的普通LED背光中，435纳米波段的蓝色光成分较多。这种蓝光的能量比较强，可以引起视网膜色素上皮的萎缩，再引起光敏感细胞的死亡。光敏感细胞的功能是接受人射光把光信号转变为电信号，后者再通过视觉神经传递给大脑后成像。光敏感细胞的死亡将会导致视力逐渐下降甚至完全丧失。

　　因此LED背光并非是完美的，还有进化的方向，那就是护眼以及提升色域。

　　量子点技术是提升色域的新办法。量子点由锌、镉、硒和硫原子构成，是晶体直径在2-10纳米之间的纳米材料。由于它的光电特性独特，受到光电刺激后，会根据量子点的直径大小，发出各种不同颜色的非常纯正的高质量单色光。基于这一特性，如果把量子点材料用在电视的背光源上，用蓝色LED照射就能发出全光谱的光，从而对背光进行精细调节，进而大幅提升色域表现，让色彩更加鲜明。

受到光电刺激后 量子点根据直径大小 发出各种不同颜色的单色光

　　可以看出量子点技术也需要蓝色LED的激发，进一步证明了蓝色LED发明的重要性。量子点背光的并不复杂，将量子点制成薄膜，放置在蓝色LED和液晶面板之间，这样就可以有效的提升液晶面板的色域了。量子点本身体积就非常的小，因此量子点薄膜的厚度也是可以控制的很好，不会让液晶显示设备的厚度增加。我们之前提到过的三色LED混合方案其实也能提升色域，但是由于结构复杂，这种方案会让显示设备的厚度增加很多，并且价格也非常的昂贵。

量子点背光的位置

　　目前量子点背光的产品已经开始出现，手机、显示器、电视、平板都有量子点产品的出现，未来窄色域将成一种历史，人类显示设备将全面进入广色域的时代，随着量子点背光产品的逐渐扩张，新产品的价格也是不会太高。相比于一直有色域优势的新技术OLED，液晶面板终于补齐自己的短板，这样一来液晶面板技术使用的时间，就可以大幅度的延长。

量子点电视的已经出现

　　当然量子点技术并没有解决蓝光伤眼的问题，不过目前显示市场正在研究蓝色LED波长的控制问题，因为蓝光可以根据波长分为两部分，一直是对于视力伤害很大的420纳米到460纳米波长的蓝光，一种则是460纳米以上的蓝光，也就是视觉上的浅蓝色的蓝光。这种蓝光对于人类是有益处的，在白天的时候，可以帮助人类集中精神。所以讲LED蓝光的波长控制在460nm以上，就可以解决护眼的问题。

　　除了色域以及护眼，背光技术还有新的突破。那就是对比度的提升上，有了新的解决方案。HDR技术的出现，就是这种变化的代表技术。HDR超高动态对比技术，藉由局部背光模块的区域调光，使画面亮暗对比更鲜明、暗态细节更清晰、画质色彩更逼真，贴近人眼可观察到的真实景像。

HDR技术的效果（右面为开启）

　　HDR技术的关键之一便是增加亮度，面板的亮度从400尼特增加至700甚至1000尼特。这样厂商就可以通过调节不同的亮度，让画面的对比度显得更加的有可塑性。HDR技术增加了亮度范围，同时提升最亮和最暗画面的对比度，明显改善灰阶，也带来了更黑或更白的颜色效果。不过需要注意的是，HDR技术并非针对所有内容都有这个效果。要想体验HDR技术，片源需要经过重制，这样才可以发挥HDR技术的威力，不过这种局限，也是大大的限制了HDR技术的应用范围。因此这种改变背光的新技术，相比于量子点技术，并没有前者的普遍意义。

HDR技术的效果（右面为开启）

全文总结：

　　液晶面板背光的发展，经历了CCFL到LED转变，可以说LED背光的出现，真正改变了我们的显示世界。超薄设备的出现，移动设备的流行以及超大屏LED巨幕的出现，都基于这个小小的发光二极管产品。其中特别是蓝色LED的研发，具有时代的意义。即便是未来量子点背光的得意成功，基础也仍旧是蓝色LED的出现。所以蓝色LED的研发者被授予了诺贝尔物理学奖，这是很具有现实意义的奖励。当然LED背光并非完美，其伤眼以及色域不广的问题，目前正在得到解决，未来一到两年，相信这两个问题将被功课，那时LED背光已经发展到了极致，但是最符合人类观察习惯的技术，仍旧是不采用背光的面板，比如说OLED面板，无背光面板才是未来的真正发展方向。