LED技術(shù)全面解析

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

LED技術(shù)在顯示領(lǐng)域的應用

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備，近年來(lái)，LED也被逐漸引入到現有的平板顯示技術(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，響應時(shí)間極快，漏光效果較弱。如果通過(guò)增加對比、進(jìn)行區域控制等手段，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。LED已經(jīng)在很多移動(dòng)設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)重量級應用。

目前LED技術(shù)在液晶領(lǐng)域的應用，主要是利用LED發(fā)光元件替代以前的CCFL熒光燈光源，作為液晶顯示設備的背光源。而如果要再次細分的話(huà)，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，我們曾經(jīng)提到過(guò)LED在發(fā)展過(guò)程中的突破之一就是實(shí)現了可發(fā)出白色光的目標。在液晶顯示設備的成像原理中，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，變成獨立的原色。在這一過(guò)程中，決定最后液晶顯示設備色彩的關(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，才能調配出純正而且真實(shí)的色彩效果。

傳統的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(huà)，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，也只能達到NTSC等比90%左右的色域范圍，這就造成現實(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到NTSC等比100%左右，對色彩效果提升作用明顯。

索尼VAIO SZ筆記本采用白光LED前后結構對比

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)設備對輕薄的追求。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(cháng)方形或長(cháng)條形的。它有側部發(fā)光及底部發(fā)光兩種基本結構。側部發(fā)光的結構主要用于狹長(cháng)條形的背光燈板(一般長(cháng)度大于2倍的寬度);而底部發(fā)光結構主要用于長(cháng)度與寬度相差不多的背光燈板。發(fā)光二極管點(diǎn)亮時(shí)，光線(xiàn)射入透明有機玻璃，使整個(gè)發(fā)光面都可以看到亮光，這稱(chēng)為邊光效應。有機玻璃頂部做成微珠粒狀，可使整個(gè)發(fā)光面的光線(xiàn)更均勻。有機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(cháng)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)代替傳統的CCFL細燈管，在SONY VAIO TX筆記本上，就使用了40個(gè)的LED發(fā)光元件。用LED代替細燈管后，原導光板厚且成楔形的設計被取消，轉而導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，也在應用時(shí)得到了青睞。對于筆記本等移動(dòng)型產(chǎn)品而言，使用LED可以提高整機的使用時(shí)間，從而提升了移動(dòng)時(shí)的持久性。不過(guò)對于電視機而言，現階段使用LED背光并不能大幅度降低耗電量，主要是因為電視對亮度的要求較高，為了滿(mǎn)足亮度的需求，就要提高LED元件的數量，從而導致整體功率沒(méi)有出現明顯降低。不過(guò)，相信隨著(zhù)更高發(fā)光效率的LED元件的出現，液晶電視將使用數量較少的LED元件就能實(shí)現高亮度顯示，屆時(shí)耗電量將出現大幅的下降。

RGB-LED背光源技術(shù)

由于RGB三原色可以調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、藍色光的LED元件，實(shí)現傳統CCFL光源不能達到的寬廣色域范圍。目前主流的RGB-LED背光源已經(jīng)可以達到105%的NTSC色域范圍，而且只要采用性能更加強大的LED器件，目前已經(jīng)可以實(shí)現120%以上的NTSC色域范圍。這點(diǎn)對于以還原圖像為主的電視機而言，將是一個(gè)非常有效的提升畫(huà)質(zhì)的手段?？梢灶A見(jiàn)的是，RGB-LED將在未來(lái)幾年內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力，采用RGB-LED光源還可以有效提升電視機的對比度，實(shí)現更加精確的色階和層次感更強的畫(huà)面。由于整個(gè)背光源由眾多微小的LED發(fā)光單元組成，所以可以對其中每一個(gè)發(fā)光器件實(shí)現精確的亮度控制。根據原始畫(huà)面特點(diǎn)進(jìn)行小區域內的發(fā)光亮度修正變成可能，例如在一幅明暗對比強烈的畫(huà)面中，暗部區域的LED背光可以完全關(guān)閉，而明亮區域的LED背光實(shí)現高亮度輸出，由此帶來(lái)的對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

目前在電視機領(lǐng)域，已經(jīng)有多家廠(chǎng)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、分區域靈活控制、亮度可調的優(yōu)點(diǎn)，不僅擺脫了傳統液晶電視暗部畫(huà)面層次表現不良的缺點(diǎn)，表現出來(lái)的優(yōu)美色彩效果，已經(jīng)和現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(chǎng)家計劃取消液晶電視中占有較高成本的彩色濾膜，不過(guò)這項技術(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。

總的說(shuō)來(lái)，LED技術(shù)無(wú)論是應用于照明領(lǐng)域，還是顯示輔助領(lǐng)域，或者直接用作顯示設備使用，都能通過(guò)自身的優(yōu)勢獲得各種傳統設備不能比擬的性能。然而，凡事存在好的一面，當然也會(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)應用領(lǐng)域中，還存在著(zhù)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)半導體發(fā)光材料與LED芯片的結構和制造工藝。由于這部分工作需要強大的理論研究基礎和先進(jìn)的半導體工藝設備，因此要實(shí)現200流明/瓦的目標路途依然比較艱難。

(2)高功率問(wèn)題。作為