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海天鹰

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日志

 
 

革液晶电视的命?LED电视技术全面揭秘  

2009-05-07 11:44:32|  分类: 科技 |  标签: |举报 |字号 订阅

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平板电视技术进过07、08年的高速发展之后,09年将以什么样的姿态呈现在我们面前呢?相信这也是很多一直关注平板电视动态的读者的疑问。而从今年中国外资、国产品牌的新品发布动向来看,“LED背光”已经取代了1080P全高清和100Hz倍速驱动,成为当前最有人气的一个话题。

2009年5月7日 - 海天鹰 - sonichy的博客

LED技术其实早已应用在显示领域,但是在平板电视领域仍属起步阶段

    所谓“LED电视”,这个词语的出现还要归功于三星公司的功劳。因为三星在4月份推出了几款采用LED作为背光源的液晶电视新品,并且将它们命名为“LED电视”。这个全新的词语不仅比较容易上口和记忆,同时也和现有的“LCD液晶电视”形成了很好的区隔,让LED电视一诞生,就多了一份高端和神秘的色彩。

2009年5月7日 - 海天鹰 - sonichy的博客

    虽然很多消费者都知道LED电视和普通LCD液晶电视的最大区别就是背光源的不同,但真要说道LED背光源是什么,有什么特点,往往并不能说出其中利害。因此面对即将到来的LED电视普及大潮,我们的确有必要对LED发光技术进行一些了解,多做一些技术储备肯定是没有坏处的。

○ 什么是LED

2009年5月7日 - 海天鹰 - sonichy的博客
常见的各种单色LED灯泡

    LED是英文light emitting diode的缩写,即:光线激发二极管,属于一种半导体元器件。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片,在p型半导体和n型半导体之 间有一个过渡层,称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换 为光能。PN结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管,通称LED。

2009年5月7日 - 海天鹰 - sonichy的博客

    当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压),电流从LED阳极流向阴极时,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关。打个比 方,LED就像一个汉堡,可以发光的材料是夹层中的“肉饼”,而上下的电极就是夹肉的面包。而通过对其中发光材料的研究,人们逐渐开发出各种光色、光效率 越来越高的LED元件,但是无论怎么变化,LED总的发光原理和结构都没有发生太大的变化。

    上面是LED的显示原理和结构原理。对于普通消费者而言,我们并没有必要对这些知识有过多的深入了解。其实LED设备在我们的日常生活中已经得到了非常广 泛的应用,例如公交、地铁上的单色滚动显示屏、或者车站、足球场上的彩色大屏幕,都是利用LED发光设备制造的。

○ LED 光源的主要优势

    作为一种出现时间并不长的发光技术,LED的优点还是很明显的,特别是在生产、制造和易用性方面都要大大超越白炽灯、荧光灯等传统光源,因此自LED诞生 以来,就在很多领域得到了大规模应用。而相对于白炽灯、荧光灯等老一代发光设备,LED的优点主要体现在以下几个方面:

2009年5月7日 - 海天鹰 - sonichy的博客
LED无灯丝,结构简单可靠 发热量也不高

1.LED在结构上没有玻璃外壳,不需要想白炽灯或者荧光灯那样在灯管内抽真空或者冲入特定气体,因此抗震、抗冲击性良好,给生产、运输、使用各个环节带来便利。

2.LED元件的体积可以做的非常小,更加便于各种设备的布置和设计。

3.LED的发出的光线能量集中度很高,集中在较小的波长窗口内,纯度高。

4.LED元件的寿命非常长,普遍在5万-10万小时之间,即使是频繁的开关,也不会影响到使用寿命。

5.LED响应时间非常快,在微秒级别。

6.LED的发光指向性非常强,亮度衰减比传统光源低很多。

7.LED在生产过程中不要添加“汞”,非常环保。

8.LED使用低压直流电即可驱动,对使用环境要求较低。

    LED发光设备的这些优点,不仅为其在日常照明领域的广泛应用奠定了坚实基础,也为LED进入显示领域完全成为可能。


○ LED 在显示领域的应用

    由于LED具备主动发光的特性,因此在显示领域,LED本身具备很大的应用空间。目前市面上的LED显示设备除了文章开头提到的LED电视,最广泛的形式就是各种各样的LED显示屏

2009年5月7日 - 海天鹰 - sonichy的博客
有众多单色LED构成的点阵式LED显示屏

    无论是单色的显示屏,还是全彩色的LED显示屏, 其本质结构上都非常相似。LED显示设备是将每一个可以发出单色光的LED元件作为显示设备的像素点,通过控制每一个像素点的亮于灭,来实现文字或者简单 图像的显示。这种设备是所有LED显示设备中最易实现、成本最低的产品,但是因为长寿命、高亮度,至今仍在很多场合得到使用。例如北京的大部分公交车和地 铁上,都有LED的提示器,可以滚动显示各种文字信息、站名、时间等等。而彩色的LED显示屏则是将用R/G/B三个LED管组成一个像素点,成像的原理和同样是主动发光的等离子非常相似。

2009年5月7日 - 海天鹰 - sonichy的博客
全彩色LED屏,微结构和像素排列方式

    因此,我们可以发现现在厂家们所谓的“LED电视”和真正严格意义上的LED直接成像电视还是有着很大的不同的。LED电视本质上仍然是液晶电视,只是将液晶电视的背光源换成了光学特性更好的LED光源。

○ LED电视的发展历程

    LED电视最早出现在2007年末,当时索尼三星公司都推出了一款尺寸为70吋的LED电视索尼公司的型号是70X300A,属于当时最顶级的旗舰X300A系列。而三星的型号LA70F91B,也是当时的期间系列成员之一。

2009年5月7日 - 海天鹰 - sonichy的博客
07年末上市的索尼70X300A,采用第一代RGB-LED背光源

    在2007年,这两款机型是当时国内市场上能够买到的唯一两款LED电视。由于索尼三星在液晶面板方面有着共同投资的SLCD公司的缘故,这两款电视都采用了类似的RGB LED背光源,也就是常说的三色LED背光源。这两款机型推向市场后,曾引起了很大的轰动,当然造成这种轰动的主要原因并不是因为性能有多棒,而是因为它们巨大的尺寸和非常昂贵的售价。

2009年5月7日 - 海天鹰 - sonichy的博客
海信的LED电视开创了国产平板LED的先河

    在随后的2008年,平板电视市场上也终于出现了国产品牌的声音。国内家电巨头之一的海信帅先推出了首台国产42吋LED电视,并且实现了LED电视模组的量产。但可能是大部分厂商都忙于备战北京奥运会的关系,2008年大部分时间内整个业界并没有出现关于LED的太多声音,这也一度让不少人对LED的热情受到了一定打击。

2009年5月7日 - 海天鹰 - sonichy的博客
索尼目前的旗舰电视就采用了RGB-LED背光源,不过索尼方面并没有冠以LED电视的称号

    在2008年末,三S品牌中的索尼帅先发力,在最新的产品线中,为旗舰机型配备了采用第二代RGB-LED背光源的液晶电视。也就是现在的55X4500。随后夏普发布了同样采用RGB-LED背光源的LED电视—XS1A系列。这两大领军品牌的行为不仅指明了后奥运时代平板的技术发展方向,也再一次带动了LED话题的热议。

2009年5月7日 - 海天鹰 - sonichy的博客
三星的LED电视年初批量上市,带动了LED概念的再次热度

    随后就是2009年4月,三S品牌中的唯一一个韩企三星公司一口气发布了3个系列9款LED电视,在产品线的广度和深度上,一举超越了索尼夏普。但是三星的LED电视并没有采用RGB-LED背光源,而是边缘发光LED背光源。这是三星LED电视和其他日系LED电视的最大区别。除此之外,国产品牌中的海信也发布了最新的LED电视升级品,而海信采用的是较为少见的后置式白光LED光源。

    在LED电视的四大优势中,环保是所有LED电视都具备的特性。但是在性能、色彩和纤薄化方面,LED电视按照具体的背光源种类,也有几种分支,下面我们就逐个看看。

○ 三种主流LED背光源类型

    前文我们介绍了最近两年LED电视的产品发展路线。从中我们可以发现LED电视按照背光源的种类,目前已经出现了三种技术分支,即:RGB-LED、白光LED和边缘发光LED 。

1、RGB-LED 三色LED背光源

    RGB-LED背光源是诞生时间比较早的一种技术。RGB-LED通过红色、绿色、蓝色三原色LED调制成白光,具有最好的光学特性。因此被注重画质的日系厂商广泛采用。

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索尼的第一代RGB-LED微结构

    RGB-LED在组成背光源的时候,并不是完全按照1:1:1的数量构成。目前最常见的方案就是由1个红色LED、1个蓝色LED和2个绿色LED。这组合方式是因为每种颜色的LED在发光效率上存在一定差异,必须要通过组合实现三种光源的匹配。

    RGB-LED背光源的位置和以往的CCFL相比变化并不大,仍然在液晶面板层正后方。因此从结构上看,采用这种技术的LED电视,在外观上和普通LCD液晶电视并不会有很明显的差异。

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索尼的第二代RGB-LED微结构

    RGB-LED电视的优点主要体现在色彩表现力和对比度两方面:由于采用了RGB三原色独立发光元件,因此RGB-LED电视的色域范围大都能达到NTSC 的120%以上,部分经过良好调教的机型甚至可以达到150%左右的色域范围,完全达到或者超越了等离子电视的水准。

    此外,RGB-LED电视也可以支持背光区域调整技术,亮度调节更是很容易实现,因此在对比度方面,往往能够达到千万:1级的动态对比度,这对于提升电视的图像质量有着非常关键的作用。

    当然,RGB-LED电视虽然性能很优秀,但是也并非十全十美:第一是成本方面没有很大优势。第二是RGB-LED需要单独的调光电路和更好的散热结构,这也会在一定程度上导致电视结构复杂,难以做到轻薄化。

2、白光LED

    白光LED相对于RGB-LED就要简单不少,它采用了只能发出白色光线的LED光源代替原来的CCFL荧光管。

2009年5月7日 - 海天鹰 - sonichy的博客
白光LED的区域控制很容易实现,因此白光LED电视的对比度指标往往也会很高

    白光LED由于不像RGB-LED那样需要涉及到背光源的调光,因此在电路结构方面的要求相对不高。但是白光LED的光谱特性和RGB-LED相比还是有所欠缺的,这也导致此种LED电视在色彩表现上并不如RGB-LED电视那么优秀。

    不过白光LED电视的优点也是比较明显的,例如亮度动态调节、区域背光控制都可以实现,也能实现很好的对比度。在色域范围上也能较普通CCFL液晶电视有所提升。加上成本的优势,因此我们认为将成为未来普及型LED电视最优先采用的方案。

3、边缘发光LED

    边缘发光LED被业界称为第三代LED背光技术。它虽然采用了白光LED作为背光源,但是通过结构和特殊材料的应用,在提高了色域和对比度指标的同时,也让机身厚度大幅度下降。

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某品牌边缘发光LED电视的解剖图,可以看出光线的方向和液晶面板水平

    边缘发光LED是将LED光源放置在电视的边框位置,大都紧挨液晶面板排列一层,因此非常节省空间。不过边缘发光LED发出的光线并不像前两种方案一样直接穿过液晶面板,而是和液晶面板平行。光线必须通过特殊的导光板,改变传播方向后才会透过液晶面板层。

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索尼笔记本LED液晶屏的公开资料,LED电视的结构何其非常相似。不过由于电视面板尺寸较大,为了实现均匀的亮度,其导光板的结构更加复杂

    由于边缘LED的位置在液晶面板的侧面,因此它使用的导光板不仅具有改变光线传播方向的功能,还要能够劲量均匀的将光线分散开,否则电视图像将出现严重的边缘亮、中间暗的问题。

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边缘发光LED示意图

    由于边缘LED的位置不是在液晶面板的正后方,因此这种类型的LED电视还难以实现背光源的区域调光。这也是边缘LED电视下一步需要解决的一个技术难题。

2009年5月7日 - 海天鹰 - sonichy的博客
三星LED电视的厚度非常纤薄,就是因为采用了边缘发光LED

    目前市面上能够看到的边缘LED电视只有三星的全系LED电视索尼的超薄40ZX1两种类型。这种类型的LED电视大都主打纤薄的外观,在性能上和上述两种LED电视相比目前还存在少许欠缺。


总结:

    虽然发明已有30年左右的时间,但LED技术在目前人类所采用的三种照明技术中最年轻的一个。而LED技术在平板电视上的应用也只是一个开始。相信随着LED产业的成熟和各个电视厂商的努力,有着更好色彩表现、更多画面细节表现力、更加纤薄机身的LED电视,必将在未来几年内迅速成为市场的新宠儿。

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