LED背光

定义

LED背光指以发光二极管作为光源、为透射式液晶面板提供照明的背光方式，其完整部件通常称背光模组，由光源、导光板或扩散板、反射片、扩散膜与增亮膜等光学膜片构成^[5]。它本身不是一种显示器件，而是依附于液晶显示而存在的配套光源：液晶分子只负责调节光线的通过量，画面的亮度、白点与色彩基础都由背光决定^[6]。按光源所处的位置，LED背光分为光源置于面板正后方的直下式与置于面板边缘、借助导光板把光引向中央的侧入式两类^[7]。

按光源的色彩构成，又可分为用蓝光芯片加荧光粉合成白光的白光LED背光，以及由红、绿、蓝三种单色LED混光的RGB-LED背光；前者成本低、产量大，后者色域更宽但价格较高^[1]。由于市场上常把采用此类背光的液晶电视简称为「LED电视」，这一称呼容易被误读为以LED直接作为像素发光的显示器，二者在技术上并不相同^[6]。

原理

发光二极管是一种把电能直接转换为光能的半导体器件，其核心是P型与N型半导体相接形成的PN结；正向电流通过时，电子与空穴复合而以光子形式释放能量^[3]。单颗芯片发出的光波长由材料决定，蓝光芯片配合黄色或红、绿荧光粉即可得到白光，这是白光LED的主流做法^[8]。

直下式结构中，多颗LED排成阵列置于扩散板之后的灯箱内，光线经底面与侧面反射、再透过扩散板与光学膜片均匀射出，因此可以按区域分别控制各颗LED的明暗^[1][9]。侧入式结构把LED灯条固定在背板边缘，光从侧面进入导光板，经全反射、散射后由出光面射出，再经膜片形成面光源。若以亮度衡量，屏幕的平均亮度$L$可近似表示为光源总光通量$\Phi$与有效出光面积$A$之比：$L \approx \dfrac{\Phi \cdot \eta}{A}$，其中$\eta$为导光板与膜片的光利用率^[1]。

分区调光(local dimming)是LED背光区别于灯管背光的关键机制：画面被划成若干区域，控制器依据各区域图像的灰阶调整对应LED的电流或脉宽，使暗场区域降低甚至关闭背光，从而提高动态对比度并降低整机功耗^[7][1]。在脉冲驱动方式下，背光还会与液晶面板的扫描时序同步，逐行开关光源以减少运动画面的拖影^[7]。

发展历程

发光二极管问世于20世纪60年代，早期因发光效率与色域有限，只用作电子设备的指示灯，未进入显示照明领域^[8]。液晶显示器长期使用冷阴极荧光灯管作为背光源，该类灯管成本低、易于组合，但存在含水银、反应速度低、亮度均匀性不足等问题，为LED的替代提供了动因^[7][2]。高光效蓝光芯片与白光LED封装工艺成熟后，LED开始用于小尺寸液晶面板的背光^[8]。

2004年，索尼在CEATEC展会上展示了采用LED背光的Qualia 005液晶电视；2005年东芝在Libretto U100笔记本上采用LED背光，索尼则在2005年底推出配备白光LED背光的VAIO TX系列，机身厚度约21毫米、重约1.26千克^[8][10][11]。到2007年，东芝、富士通、华硕、戴尔、惠普、苹果等厂商相继推出LED背光笔记本，面板厂也陆续规划相应产品线^[8]。

产业化速度随后加快。有统计显示，2009年第一季度LED背光的出货量为2008年同期的8倍，2008年采用LED背光的笔记本约占出货量的15%^[12][13]。市场研究机构当时预计，2012年1英寸至70英寸的液晶显示设备将广泛采用LED背光，用于液晶背光的LED数量将达340亿颗，比2008年增长逾300%^[2]。

2010年前后出现进一步细分的方案。采用更多LED、可控制区域更细的「FULL LED」直下式背光投入市场^[9]。2013年起，业界把量子点材料引入背光，以蓝光LED激发量子点薄膜或封装管产生纯红、纯绿光，再与剩余蓝光混合成白光，使液晶色域明显提升^[14][15]。此后又出现以尺寸约100至200微米的Mini LED芯片构成、分区数更多的直下式背光，并在2019年后的高端显示器与2021年的平板电脑上投入应用^[16]。

应用

LED背光最主要的用途是液晶显示。笔记本电脑因对功耗与机身厚度敏感，成为较早普及的品类：同等尺寸下，LED背光机型整机功耗可低至灯管机型的六成左右，且降低屏幕亮度时省电效果更明显^[17][2]。在桌面显示器与液晶电视领域，LED背光既是减薄机身的手段，也是实现高动态对比度与广色域的基础^[4][18]。

手机、平板电脑等小尺寸设备同样普遍采用白光LED背光，量子点膜方案还被用于提升这类产品的色域与光效，在相同色域目标下可比传统白光LED方案提高约20%的效率^[19]。以广色域为卖点的液晶电视则多采用蓝光LED加量子点膜的组合，使色域覆盖超过100%的NTSC标准^[14][16]。

在分区调光电视上，背光区域数量直接影响画质表现的精细程度。2015年前后部分高端4K机型的背光分区已达200个以上，而Mini LED方案的分区数可达1000个以上，75英寸级产品甚至公布过5184个分区的方案^[20]。除消费电子外，车载面板与大尺寸商用显示屏也被列为LED背光的应用方向^[16]。

局限

LED背光并未改变液晶「被动透光」的成像方式，光线仍须穿过液晶层与彩色滤光片，透光损失使其难以达到自发光器件的对比度与响应水平^[6]。白光LED背光的提升幅度有边界：以蓝光芯片加荧光粉制成的白光LED配合滤色片时，色域大致只相当于NTSC标准的七成左右，单纯把灯管换成白光LED对画质的改善有限^[19][6]。

两种结构各有短板。侧入式使用LED数量少、机身可做得很薄，但光线须经导光板传输，容易出现边缘偏亮、中央偏暗的均匀性问题，边缘温度也较高，且早期难以实现分区控制^[4][9]。直下式便于分区调光，却需要更多LED，成本与机身厚度都较高^[1][20]。

分区调光本身也有固有缺陷。由于相邻区域存在漏光与光扩散，暗区旁的亮物体周围可能出现光晕，分区越少越明显；同时背光亮度与液晶透过率需精细匹配，一旦控制不当反而带来闪烁或色彩偏差^[18][7]。成本方面，早期LED背光模组价格约为普通灯管模组的2倍，尺寸越大差距越明显，40英寸电视模组成本曾达360美元^[13]。量子点与Mini LED等改良方案同样受制于材料、分区驱动与制造成本，长期停留在高端产品区间^[15][16]。

此外，LED背光与OLED、Micro LED等自发光显示技术在原理上不同，后者无需背光模组，被视为替代路径；这也决定了LED背光的改进只能围绕光源与光路优化展开，而非成像机理的变革^[6]。

参见

• 液晶显示器 —— LED背光最主要的服务对象，为其提供成像所需的照明。

• 发光二极管 —— 构成LED背光的发光元件，其光电特性决定了背光的亮度与效率。

• 导光板 —— 侧入式LED背光把边缘点光源转换为面光源的关键光学部件。

• 量子点 —— 用于提升LED背光色域的发光材料，多以薄膜或封装形式引入。

• Mini LED —— 以更小尺寸芯片构成高分区直下式背光的技术路线。

• OLED —— 无需背光的自发光显示技术，与LED背光构成技术路线上的对照。