顯示革命勢(shì)在必行 LED技術(shù)成必然趨勢(shì)
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隨著09年LED背光液晶顯示器的殺入讓顯示器的選購(gòu)變得簡(jiǎn)單起來(lái)，LED背光液晶顯示器采用了更先進(jìn)的白LED器件從幅度降低了成本，環(huán)保、節(jié)能、輕薄的諸多時(shí)尚理念贏得了主流消費(fèi)者的青睞，那么究竟什么事LED背光顯示技術(shù)？它與傳統(tǒng)的CCFL背光相比又有何優(yōu)勢(shì)所在？
LED技術(shù)的誕生時(shí)間很早，1923年，羅塞夫（Lossen.o.w）在研究半導(dǎo)體SIC時(shí)有雜質(zhì)的P-N結(jié)中有光發(fā)射，研究出了發(fā)光二極管（LED：Light Emitting Diode），而這一技術(shù)在當(dāng)時(shí)并沒有受到足夠的重視，直到1962年,GE、Monsanto、IBM的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出了發(fā)紅光的磷砷化鎵（GaAsP）半導(dǎo)體化合物，從此可見光發(fā)光二極管步入商業(yè)化發(fā)展進(jìn)程。隨著技術(shù)的進(jìn)步不同顏色的發(fā)光LED器件相繼問世，20世紀(jì)70年代，由于LED器件在家庭與辦公設(shè)備中的大量應(yīng)用而使LED的價(jià)格直線下降。
LED以其固有的特點(diǎn)，如省電、壽命長(zhǎng)、耐震動(dòng)，響應(yīng)速度快、冷光源等特點(diǎn)而在多方面得到了廣泛的應(yīng)用，在體育場(chǎng)館，大屏幕顯示系統(tǒng)可以比賽實(shí)況及比賽比分、時(shí)間、精彩回放等；在交通運(yùn)輸業(yè)，可以顯示道路運(yùn)行情況；在金融行業(yè)，可以、實(shí)時(shí)顯示金融信息，如股票、匯率、利率等；諸多商場(chǎng)的大屏廣告也是LED技術(shù)帶來(lái)的全新視覺感受。
DIY產(chǎn)業(yè)在21世紀(jì)初得到了空前的發(fā)展，顯示器作為重要的顯示設(shè)備也從CRT、LCD發(fā)展到時(shí)下炙手可熱的LED背光顯示器。今天我們就LED顯示技術(shù)來(lái)一同探討一下。
LED器件發(fā)光原理
經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的LED發(fā)展史介紹之后我們首先需要了解LED發(fā)光原理，發(fā)光二極管主要由PN結(jié)芯片、電極和光學(xué)系統(tǒng)組成。其發(fā)光體——晶片的面積為10.12mil（1mil=0.0254平方毫米），目前國(guó)際上出現(xiàn)大晶片LED，晶片面積達(dá)40mil。
其發(fā)光過(guò)程包括三部分：正向偏壓下的載流子注入、復(fù)合輻射和光能傳輸。微小的半導(dǎo)體晶片被封裝在潔凈的環(huán)氧樹脂物中，當(dāng)電子經(jīng)過(guò)該晶片時(shí)，帶負(fù)電的電子移動(dòng)到帶正電的空穴區(qū)域并與之復(fù)合，電子和空穴消失的同時(shí)產(chǎn)生光子。電子和空穴之間的能量（帶隙）越大，產(chǎn)生的光子的能量就越高。光子的能量反過(guò)來(lái)與光的顏色對(duì)應(yīng)，可見光的頻譜范圍內(nèi)，藍(lán)色光、紫色光攜帶的能量最多，桔色光、紅色光攜帶的能量最少。由于不同的材料具有不同的帶隙，從而能夠發(fā)出不同顏色的光。
LED光源的基本特性
發(fā)光效率高
LED經(jīng)過(guò)幾十年的技術(shù)改良，其發(fā)光效率有了較大的提升。白熾燈、鹵鎢燈光效為12-24流明／瓦，熒光燈50～70流明／瓦，鈉燈90～140流明／瓦，大部分的耗電變成熱量損耗。LED光效經(jīng)改良后將達(dá)到達(dá)50～200流明／瓦，而且其光的單色性好、光譜窄，無(wú)需過(guò)濾可直接發(fā)出有色可見光。
耗電量少
LED單管功率0.03～0.06瓦，采用直流驅(qū)動(dòng)，單管驅(qū)動(dòng)電壓1.5～3.5伏，電流15～18毫安，反應(yīng)速度快，可在高頻操作。
使用壽命長(zhǎng)
采用電子光場(chǎng)輻射發(fā)光，燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰減等缺點(diǎn)。和CCFL光源5萬(wàn)小時(shí)的壽命相比，LED原件普遍達(dá)到了10萬(wàn)小時(shí)左右的壽命，而且在生產(chǎn)的過(guò)程中，也不想CCFL要用到會(huì)污染環(huán)境的水銀，同時(shí)也更加環(huán)保。
安全可靠性強(qiáng)
發(fā)熱量低，無(wú)熱輻射，冷光源，可以安全抵摸：能精確控制光型及發(fā)光角度，光色柔和，無(wú)眩光；不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質(zhì)。內(nèi)置微處理系統(tǒng)可以控制發(fā)光強(qiáng)度，調(diào)整發(fā)光方式，實(shí)現(xiàn)光與藝術(shù)結(jié)合。
高色純度
LED器件發(fā)出的光純度非常高，在光譜上的表現(xiàn)就是光線集中在某一小段波長(zhǎng)上。
高響應(yīng)時(shí)間
與CCFL光源毫秒級(jí)的響應(yīng)時(shí)間相比，LED光源能夠?qū)崿F(xiàn)納秒級(jí)的響應(yīng)時(shí)間。因此對(duì)于改善液晶顯示器的拖尾效應(yīng)，也具有相當(dāng)?shù)囊饬x。
傳統(tǒng)CCFL背光源的缺陷
在揭示CCFL背光源的缺陷之前我們先回顧一下液晶顯示器的成像原理。
液晶顯示器構(gòu)造
它是利用在常溫下呈液態(tài)的有機(jī)晶體分子，受電壓排列順序會(huì)會(huì)發(fā)生變化的特性，讓背光源發(fā)出的白色光由不同狀態(tài)的液晶分子中透射后，通過(guò)RGB三種顏色的彩色濾光膜后實(shí)現(xiàn)成像。我們?nèi)绻拷壕э@示器的屏幕，會(huì)發(fā)現(xiàn)液晶顯示器是由一個(gè)個(gè)極小的紅、綠、藍(lán)色小點(diǎn)組成。打個(gè)比喻，液晶的成像原理就像在窗戶后面放一盞燈，通過(guò)控制窗戶的開關(guān)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)光線的控制。
了解了液晶顯示器成像原理和LED產(chǎn)品的特性之后，我們回頭看當(dāng)今傳統(tǒng)的LCD顯示器表現(xiàn)如何，LCD顯示器自其誕生至今都無(wú)法解決其易產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)拖尾、對(duì)比度差、色域小等先天缺陷。這些都源于CCFL型背光源。
CCFL為何物？
CCFL光源即（Cold Cathode Fluorescent Lamps）冷陰極管。無(wú)論是從發(fā)光原理，還是從物理結(jié)構(gòu)上看，CCFL光源和我們?nèi)粘Ｊ褂玫娜展鉄艄芏挤浅＝咏６际峭ㄟ^(guò)燈管兩端的電極，讓燈管內(nèi)由氣態(tài)汞激發(fā)的紫外線碰撞管壁上的熒光粉，從而發(fā)出光線。
CCFL背光工作原理
CCFL光源缺陷一
即便應(yīng)用在主流的顯示器、液晶電視等方面，但它并不是一種最佳的方案。受制于CCFL的技術(shù)原理和生產(chǎn)工藝影響，CCFL一般都是管狀光源，要實(shí)現(xiàn)均勻的背光效果，就要是采用大量的燈管去模擬真正的面光源。而由此帶來(lái)的高耗電量、高熱量十分明顯，并且不能實(shí)現(xiàn)完美的平面光源。
CCFL光源缺陷二
CCFL光源的壽命只有5萬(wàn)小時(shí)左右，而且隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，光源發(fā)出的光線會(huì)變得暗淡和發(fā)黃。由于液晶電視中背光源只要開機(jī)后就一致保持常量狀態(tài)，這樣一來(lái)，在使用幾年后，液晶電視會(huì)發(fā)生明顯的偏色、亮度衰減的問題。
CCFL光源缺陷三
CCFL的亮度一般都是恒定不變的，即便是液晶分子在全關(guān)閉狀態(tài)，也會(huì)有一些光線能從中透射過(guò)來(lái)，因此目前的液晶電視很難表現(xiàn)出真正的黑色，這也就導(dǎo)致了液晶電視的對(duì)比度不佳的缺陷。
CCFL光源缺陷四
CCFL最大的缺陷來(lái)自光譜特性上的缺陷。在上文我們已經(jīng)說(shuō)過(guò)，背光源的發(fā)出的白色光線最后要經(jīng)過(guò)RGB彩色濾光膜后才能實(shí)現(xiàn)成像，因此背光源發(fā)出的白光中R/G/B三原色光的波長(zhǎng)（即三原色的純度）將直接影響到顯示器最后的色彩效果。而從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，CCFL發(fā)出的白光就不是一種光譜特性非常理想的光源。所以目前市面上大部分的LCD顯示器只能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)NTSC色域標(biāo)準(zhǔn)的60%-78%，色彩效果自然大打折扣。
全新的LED顯示技術(shù)分析
使用在各種液晶顯示設(shè)備上的LED光源都是通過(guò)大量LED單元平面排列的方式提供大面積均勻的背光源。而根據(jù)LED發(fā)光顏色的不同，可以分為白光LED背光源和RGB-LED背光源。白光LED技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在耗電量方面，因此在對(duì)功耗要求要高的移動(dòng)設(shè)備上有較廣泛的應(yīng)用，自04年開始就有不少筆記本電腦開始采用這種技術(shù)。
LED色域優(yōu)勢(shì)
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器件，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顯示器而言，將是一個(gè)非常有效的提升畫質(zhì)的手段。
除了良好的色域表現(xiàn)力，采用RGB-LED光源還可以有效提升顯示器的對(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光源的液晶顯示器所不能企及的。
除了對(duì)畫質(zhì)的提升作用，液晶顯示器使用RGB-LED光源后，可以實(shí)現(xiàn)更薄的厚度和較小的重量，也更加符合“平板”的概念和現(xiàn)代人的審美觀。近期BenQ發(fā)布的V系列產(chǎn)品中厚度已經(jīng)控制15mm，未來(lái)還有更加輕薄化的可能。
LED目前的不足
雖然RGB-LED技術(shù)有著眾多的優(yōu)點(diǎn)，但是在目前的技術(shù)水平下，它仍然存在著一些不可避免的局限性。首先，LED背光源中使用到了大量獨(dú)立的LED器件，因此要保證每一個(gè)器件發(fā)光的一致性是一個(gè)比較難解決的問題，這也導(dǎo)致了過(guò)高的廢品率和成本負(fù)擔(dān)。其次雖然RGB-LED的色彩純度較高，但是長(zhǎng)期使用后每種LED色彩衰減的幅度并不一致，這也將對(duì)畫面質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。
顯示革命勢(shì)在必行
目前我們接觸到市面上的LED背光顯示器都采用了成本較低的白光LED背光顯示器，RGB-LED技術(shù)由于其成本問題目前之應(yīng)用與少數(shù)的高端產(chǎn)品中，在環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品普及的之風(fēng)下，更加輕薄和節(jié)能的LED背光顯示器無(wú)可爭(zhēng)議的會(huì)取代CCFL背光顯示器。
如同LCD在前幾年將CRT打入冷宮一樣，LED器件10萬(wàn)小時(shí)左右的使用壽命和強(qiáng)筋的色彩還原能力都讓CCFL汗顏。納米級(jí)的響應(yīng)時(shí)間也為用戶的游戲和娛樂提供了絕佳的選擇。LED背光顯示器憑借其更輕薄、節(jié)能、環(huán)保等直流消費(fèi)潮流的要求必然取代CCFL。
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