LED技術(shù)全面解析

近幾年，模塊化LED顯示屏在全球范圍內(nèi)都得到了非常廣泛的應(yīng)用，其超高的顯示亮度、靈活的搭配方式得到了絕大多數(shù)人士的認(rèn)可，已經(jīng)成為戶外顯示設(shè)備的主力品種，并且在活動(dòng)、演出、展覽展示等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

LED技術(shù)在顯示領(lǐng)域的應(yīng)用

由于LED的優(yōu)良發(fā)光特性，LED元件不僅可以做成直接顯示的設(shè)備，近年來(lái)，LED也被逐漸引入到現(xiàn)有的平板顯示技術(shù)中，特別是液晶顯示技術(shù)，非常有可能下一個(gè)被LED所壟斷的產(chǎn)業(yè)。LED背光源的色彩飽和度較佳，響應(yīng)時(shí)間極快，漏光效果較弱。如果通過(guò)增加對(duì)比、進(jìn)行區(qū)域控制等手段，性能要大大優(yōu)于冷陰極熒光燈（CCFL）。而且冷陰極熒光燈含有汞等有害物質(zhì)，LED相較之下更具環(huán)保優(yōu)勢(shì)。LED已經(jīng)在很多移動(dòng)設(shè)備所使用的小尺寸面板中普及。而筆記本電腦和液晶電視等大尺寸面板用背光源將是LED產(chǎn)業(yè)下一個(gè)重量級(jí)應(yīng)用。

目前LED技術(shù)在液晶領(lǐng)域的應(yīng)用，主要是利用LED發(fā)光元件替代以前的CCFL熒光燈光源，作為液晶顯示設(shè)備的背光源。而如果要再次細(xì)分的話，又可以按照LED發(fā)出的光源色彩，分成白光LED背光源和RGB-LED背光源兩種。

白光LED背光源技術(shù)

在上文中，我們?cè)?jīng)提到過(guò)LED在發(fā)展過(guò)程中的突破之一就是實(shí)現(xiàn)了可發(fā)出白色光的目標(biāo)。在液晶顯示設(shè)備的成像原理中，背光源發(fā)出的白光，經(jīng)過(guò)液態(tài)晶體層后，再通過(guò)R/G/B彩色濾光膜，變成獨(dú)立的原色。在這一過(guò)程中，決定最后液晶顯示設(shè)備色彩的關(guān)鍵并不是液態(tài)晶體層，而是背光源的發(fā)光質(zhì)量。背光源的光譜中RGB每種原色光的純度越高，在最后才能還原出越純正的原色，只有還原出純正的RGB三原色，才能調(diào)配出純正而且真實(shí)的色彩效果。

傳統(tǒng)的CCFL光源在發(fā)光質(zhì)量上并不理想，因此還原不出非常純正的色彩，用色域范圍來(lái)衡量的話，一般就在NTSC等比的72%左右，即使是通過(guò)采用改進(jìn)型的CCFL光源，也只能達(dá)到NTSC等比90%左右的色域范圍，這就造成現(xiàn)實(shí)世界中鮮艷、真實(shí)的色彩無(wú)法在液晶電視上還原，從而影響了圖像質(zhì)量。而通過(guò)采用高發(fā)光質(zhì)量的白色LED背光源，液晶電視的色域范圍可以輕松達(dá)到NTSC等比100%左右，對(duì)色彩效果提升作用明顯。

索尼VAIO SZ筆記本采用白光LED前后結(jié)構(gòu)對(duì)比

采用白光LED的另一個(gè)好處是可以有效降低液晶面板的厚度，非常適合移動(dòng)設(shè)備對(duì)輕薄的追求。在介紹LED技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的時(shí)候，有一條就是LED的體積可以做的非常小。在液晶顯示設(shè)備中，LED背光燈板的形狀與尺寸會(huì)按照液晶面板的形狀及尺寸不同而不同。LED背光燈板基本上是長(zhǎng)方形或長(zhǎng)條形的。它有側(cè)部發(fā)光及底部發(fā)光兩種基本結(jié)構(gòu)。側(cè)部發(fā)光的結(jié)構(gòu)主要用于狹長(zhǎng)條形的背光燈板(一般長(zhǎng)度大于2倍的寬度);而底部發(fā)光結(jié)構(gòu)主要用于長(zhǎng)度與寬度相差不多的背光燈板。發(fā)光二極管點(diǎn)亮?xí)r，光線射入透明有機(jī)玻璃，使整個(gè)發(fā)光面都可以看到亮光，這稱為邊光效應(yīng)。有機(jī)玻璃頂部做成微珠粒狀，可使整個(gè)發(fā)光面的光線更均勻。有機(jī)玻璃的頂部有一層乳白色透明塑料膜，可使發(fā)出的光更為柔和。背光燈板兩側(cè)邊用銀色遮光膠帶封住。每個(gè)LED發(fā)光單元列有兩個(gè)串聯(lián)的二極管，若干列組成LED陣列(視背光燈板的長(zhǎng)度而定)。 以筆記本產(chǎn)品為例，采用白光LED作為液晶顯示屏的背光源后，LED背光源以多組排列于底部放置，來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的CCFL細(xì)燈管，在SONY VAIO TX筆記本上，就使用了40個(gè)的LED發(fā)光元件。用LED代替細(xì)燈管后，原導(dǎo)光板厚且成楔形的設(shè)計(jì)被取消，轉(zhuǎn)而導(dǎo)光板可以用厚度均勻且可以把整體的厚度降底。

LED的另一優(yōu)點(diǎn)——省電，也在應(yīng)用時(shí)得到了青睞。對(duì)于筆記本等移動(dòng)型產(chǎn)品而言，使用LED可以提高整機(jī)的使用時(shí)間，從而提升了移動(dòng)時(shí)的持久性。不過(guò)對(duì)于電視機(jī)而言，現(xiàn)階段使用LED背光并不能大幅度降低耗電量，主要是因?yàn)殡娨晫?duì)亮度的要求較高，為了滿足亮度的需求，就要提高LED元件的數(shù)量，從而導(dǎo)致整體功率沒(méi)有出現(xiàn)明顯降低。不過(guò)，相信隨著更高發(fā)光效率的LED元件的出現(xiàn)，液晶電視將使用數(shù)量較少的LED元件就能實(shí)現(xiàn)高亮度顯示，屆時(shí)耗電量將出現(xiàn)大幅的下降。

RGB-LED背光源技術(shù)

由于RGB三原色可以調(diào)配出自然界中任何一種色彩，因此除了白光LED，在液晶顯示領(lǐng)域，還有一種采用可以發(fā)出R/G/B三種單色光的LED背光源技術(shù)。

RGB-LED背光源，就是通過(guò)可以發(fā)出高純度紅色、綠色、藍(lán)色光的LED元件，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)CCFL光源不能達(dá)到的寬廣色域范圍。目前主流的RGB-LED背光源已經(jīng)可以達(dá)到105%的NTSC色域范圍，而且只要采用性能更加強(qiáng)大的LED器件，目前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)120%以上的NTSC色域范圍。這點(diǎn)對(duì)于以還原圖像為主的電視機(jī)而言，將是一個(gè)非常有效的提升畫(huà)質(zhì)的手段?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，RGB-LED將在未來(lái)幾年內(nèi)成為液晶電視的一個(gè)重要發(fā)展突破方向。

除了更加良好的色域表現(xiàn)力，采用RGB-LED光源還可以有效提升電視機(jī)的對(duì)比度，實(shí)現(xiàn)更加精確的色階和層次感更強(qiáng)的畫(huà)面。由于整個(gè)背光源由眾多微小的LED發(fā)光單元組成，所以可以對(duì)其中每一個(gè)發(fā)光器件實(shí)現(xiàn)精確的亮度控制。根據(jù)原始畫(huà)面特點(diǎn)進(jìn)行小區(qū)域內(nèi)的發(fā)光亮度修正變成可能，例如在一幅明暗對(duì)比強(qiáng)烈的畫(huà)面中，暗部區(qū)域的LED背光可以完全關(guān)閉，而明亮區(qū)域的LED背光實(shí)現(xiàn)高亮度輸出，由此帶來(lái)的對(duì)比度提升效果將是以往采用CCFL光源的液晶電視所不能企及的。

SONY的TRILUMINOS技術(shù)就是RGB-LED背光源

目前在電視機(jī)領(lǐng)域，已經(jīng)有多家廠商推出了采用RGB-LED背光源的商用化產(chǎn)品，例如索尼最新的70吋液晶電視70X300A，就采用了RGB-LED背光源。利用LED可以快速關(guān)閉、分區(qū)域靈活控制、亮度可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，不僅擺脫了傳統(tǒng)液晶電視暗部畫(huà)面層次表現(xiàn)不良的缺點(diǎn)，表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)美色彩效果，已經(jīng)和現(xiàn)有任一種液晶電視拉開(kāi)了足夠距離。

由于可以直接發(fā)出R/G/B三原色光，因此更有廠家計(jì)劃取消液晶電視中占有較高成本的彩色濾膜，不過(guò)這項(xiàng)技術(shù)還沒(méi)有進(jìn)入真正的商用階段，還需要市場(chǎng)和時(shí)間的考驗(yàn)。

總的說(shuō)來(lái)，LED技術(shù)無(wú)論是應(yīng)用于照明領(lǐng)域，還是顯示輔助領(lǐng)域，或者直接用作顯示設(shè)備使用，都能通過(guò)自身的優(yōu)勢(shì)獲得各種傳統(tǒng)設(shè)備不能比擬的性能。然而，凡事存在好的一面，當(dāng)然也會(huì)有不好的一面。作為新一代的照明技術(shù)，LED并非十全十美，在上述的幾個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中，還存在著一定的問(wèn)題。

LED在照明領(lǐng)域面臨的問(wèn)題：

(1)首先是發(fā)光效率問(wèn)題。提高LED的發(fā)光效率最主要的方法是改進(jìn)半導(dǎo)體發(fā)光材料與LED芯片的結(jié)構(gòu)和制造工藝。由于這部分工作需要強(qiáng)大的理論研究基礎(chǔ)和先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝設(shè)備，因此要實(shí)現(xiàn)200流明/瓦的目標(biāo)路途依然比較艱難。

(2)高功率問(wèn)題。作為