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三波段LED液晶背光源的制作与性能

已有 10857 次阅读 2009-1-13 14:31 |系统分类:科研笔记| LED液晶背光源荧光粉

背光源模块是液晶显示器最为重要的组件之一,主要是因为液晶分子本身是不发光的。冷阴极荧光灯(CCFL)是目前液晶显示器的主要背光系统。但是,与技术和性能日趋成熟的发光二极管(LED)相比,CCFL存在着色域范围小、功耗大、使用寿命短、含有汞等问题。另外,CCFL是一种散射光源,会浪费掉大量的光;而LED光源的方向性很好,很容易有效地与光导板结合在一起,光源能得到更有效地应用。因此,随着大尺寸液晶显示器的迅速发展和人们对更高画质显示器的要求,近年,历经时间考验的CCFL背光源正在迅速地被LED所取代。从图1可以清楚地看出,以LED为背光源的液晶电视的色彩比以CCFL为背光源的要鲜艳和逼真。最近,韩国三星报道了他们成功开发了color gamut为NTSC标准的143%的LED背光源,而通常的CCFL只有65-75%。当然,CCFL的技术仍然在大步发展中,SONY最近开发了color gamut为103% CCFL背光源(请参考博客http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=49784)。
图1 左为CCFL,右为LED背光源
 
 作为背光源的LED与作为普通照明的LED在发光波谱的要求上是不一致的。前者因为使用滤光片要求RGB发光峰的位置要合理、发光峰的半高宽要窄;而后者则需要连续的光谱以最大限度地拟合太阳光谱。因此,这种差异导致了所应用的发光材料也不相同。相比较而言,背光源所应用的发光材料比较缺乏,特别是合适的绿色和红色的荧光粉。这也是目前液晶电视机的LED背光源主要还是采用单色RGB三种LED组合的方式的原因之一。
我们研究小组在成功开发了绿色和红色氮化物荧光粉的基础上,进一步开发了液晶用LED背光源器件。该器件采用了如下的技术路线:利用蓝色LED芯片(发射波长为450nm)激发绿色b-sialon:Eu和红色CaAlSiN3:Eu荧光粉,得到所需要的白光三波段发光光谱。绿色荧光粉、红色荧光粉以及硅胶的比例为10:1:200。参考例选用YAG:Ce和蓝色LED的组合,称之为两波段LED。
图2是两波段和三波段LED的发射光谱。我们发现,三波段LED的发光峰较两波段LED的适合作为背光源(注:目前手机屏幕的背光源采用的是两波段LED)。经过图3所示的RGB滤光片后,我们得到图4所示的三波段和两波段LED的RGB波谱。从中可以发现,相比较两波段LED,三波段LED波谱中(1)红色荧光粉和绿色荧光粉发光波谱之间分隔得比较开,有效地提高了绿光的纯度;同时,(2)绿色荧光粉发光峰的高能部分比较陡,使得蓝光的纯度也得到改善;另外,(3)红色部分的发光光谱显著红移,导致了红光部分的纯度也获得提高。这三方面的改进造就了所开发的三波段LED的color gamut 达到NTSC标准的92%(CIE 1976),而两波段LED只有72%(如图5所示)。(注:本工作即将发表在Applied Physics Express上)。
目前我们所开发的LED背光源已经应用于Softbank的某款手机和SONY的某款游戏机上,充分让人们体会到了优质、逼真画面所带来的视觉享受。

图2 LED的发光光谱


图3 RGB 滤光片的光谱



图4 经过滤光片光谱处理后的LED发光光谱

 图5 LED的色域范围



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