點亮21世紀理想之光 LED技術全面解析

LED技術在顯示領域的應用

    由於LED的優良發光特性，LED元件不僅可以做成直接顯示的設備，近年來，LED也被逐漸引入到現有的平板顯示技術中，特別是液晶顯示技術，非常有可能下一個被LED所壟斷的產業。LED背光源的色彩飽和度較佳，響應時間極快，漏光效果較弱。如果通過增加對比、進行區域控制等手段，性能要大大優於冷陰極熒光燈（CCFL）。而且冷陰極熒光燈含有汞等有害物質，LED相較之下更具環保優勢。LED已經在很多移動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產業下一個重量級應用。

    目前LED技術在液晶領域的應用，主要是利用LED發光元件替代以前的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，又可以按照LED發出的光源色彩，分成白光LED背光源和RGB-LED背光源兩種。

白光LED背光源技術

    在上文中，我們曾經提到過LED在發展過程中的突破之一就是實現了可發出白色光的目標。在液晶顯示設備的成像原理中，背光源發出的白光，經過液態晶體層後，再通過R/G/B彩色濾光膜，變成獨立的原色。在這一過程中，決定最後液晶顯示設備色彩的關鍵並不是液態晶體層，而是背光源的發光質量。背光源的光譜中RGB每種原色光的純度越高，在最後纔能還原出越純正的原色，只有還原出純正的RGB三原色，纔能調配出純正而且真實的色彩效果。

    傳統的CCFL光源在發光質量上並不理想，因此還原不出非常純正的色彩，用色域范圍來衡量的話，一般就在NTSC等比的72%左右，即使是通過采用改進型的CCFL光源，也只能達到NTSC等比90%左右的色域范圍，這就造成現實世界中鮮艷、真實的色彩無法在液晶電視上還原，從而影響了圖像質量。而通過采用高發光質量的白色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，對色彩效果提昇作用明顯。

索尼VAIO SZ筆記本采用白光LED前後結構對比

    采用白光LED的另一個好處是可以有效降低液晶面板的厚度，非常適合移動設備對輕薄的追求。在介紹LED技術優點的時候，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方形或長條形的。它有側部發光及底部發光兩種基本結構。側部發光的結構主要用於狹長條形的背光燈板(一般長度大於2倍的寬度);而底部發光結構主要用於長度與寬度相差不多的背光燈板。發光二極管點亮時，光線射入透明有機玻璃，使整個發光面都可以看到亮光，這稱為邊光效應。有機玻璃頂部做成微珠粒狀，可使整個發光面的光線更均勻。有機玻璃的頂部有一層乳白色透明塑料膜，可使發出的光更為柔和。背光燈板兩側邊用銀色遮光膠帶封住。每個LED發光單元列有兩個串聯的二極管，若乾列組成LED陣列(視背光燈板的長度而定)。 以筆記本產品為例，采用白光LED作為液晶顯示屏的背光源後，LED背光源以多組排列於底部放置，來代替傳統的CCFL細燈管，在SONY VAIO TX筆記本上，就使用了40個的LED發光元件。用LED代替細燈管後，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的另一優點——省電，也在應用時得到了青睞。對於筆記本等移動型產品而言，使用LED可以提高整機的使用時間，從而提昇了移動時的持久性。不過對於電視機而言，現階段使用LED背光並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有出現明顯降低。不過，相信隨著更高發光效率的LED元件的出現，液晶電視將使用數量較少的LED元件就能實現高亮度顯示，屆時耗電量將出現大幅的下降。

RGB-LED背光源技術

    由於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，在液晶顯示領域，還有一種采用可以發出R/G/B三種單色光的LED背光源技術。

    RGB-LED背光源，就是通過可以發出高純度紅色、綠色、藍色光的LED元件，實現傳統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，目前已經可以實現120%以上的NTSC色域范圍。這點對於以還原圖像為主的電視機而言，將是一個非常有效的提昇畫質的手段。可以預見的是，RGB-LED將在未來幾年內成為液晶電視的一個重要發展突破方向。

    除了更加良好的色域表現力，采用RGB-LED光源還可以有效提昇電視機的對比度，實現更加精確的色階和層次感更強的畫面。由於整個背光源由眾多微小的LED發光單元組成，所以可以對其中每一個發光器件實現精確的亮度控制。根據原始畫面特點進行小區域內的發光亮度修正變成可能，例如在一幅明暗對比強烈的畫面中，暗部區域的LED背光可以完全關閉，而明亮區域的LED背光實現高亮度輸出，由此帶來的對比度提昇效果將是以往采用CCFL光源的液晶電視所不能企及的。

SONY的TRILUMINOS技術就是RGB-LED背光源

    目前在電視機領域，已經有多家廠商推出了采用RGB-LED背光源的商用化產品，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可以快速關閉、分區域靈活控制、亮度可調的優點，不僅擺脫了傳統液晶電視暗部畫面層次表現不良的缺點，表現出來的優美色彩效果，已經和現有任一種液晶電視拉開了足夠距離。

    由於可以直接發出R/G/B三原色光，因此更有廠家計劃取消液晶電視中佔有較高成本的彩色濾膜，不過這項技術還沒有進入真正的商用階段，還需要市場和時間的考驗。

    總的說來，LED技術無論是應用於照明領域，還是顯示輔助領域，或者直接用作顯示設備使用，都能通過自身的優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，當然也會有不好的一面。作為新一代的照明技術，LED並非十全十美，在上述的幾個應用領域中，還存在著一定的問題。