电视机中LED技术概念和技术发展.docx

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电视机中LED技术概念和技术发展

LED技术概念和技术发展

2011-3

1.什么是LED电视?

首先要明确的是，LED（LightEmittingDiode）电视只是LCD电视的一种，所不同是LED电视用LED灯代替LCD中普遍使用的CCFL（ColdCathodeFluorescentLamps）。

LED电视屏基本上可以分两类，D-LED（DynamicLED或Direct-lightLED）和E-LED（EdgeLED）。

D-LED屏，也称背光直出屏，是将动态的RGB三基色LED灯按阵列均匀放置在屏的后面，如右侧上图所示，这种背光方式可以使屏幕实现局部亮度调节，也就是localdimming功能，这意味着这种类型的屏可以用真正的黑来表现黑色的画面，从而得到非常高的动态对比度。

E-LED屏，也称背光侧出屏，是将发白光LED组成的灯条放置在屏幕的边缘，如右侧下图所示，屏幕和LED灯条间用专用的导光板将光线均匀的分布到整个屏幕。

E-LED的背光方式可以使LED电视做到很薄，通过导光板将光线散布道屏幕可以使得整个屏幕的色域一致性非常好。

还有一种LED可以说是介于上面两类背光方式之间，即FullArrayLED，也有简称A-LED。

与D-LED类似，它也将LED灯按阵列放置在屏的后面，但所有的LED等都是同时被控制，不能局部调节亮度，不能实现LocalDimming。

2.LED与LCD比较

尽管LEDTV从本质上讲就是LCDTV的一种，但对于LEDbacklightLCD和CCFLLCD的比较还是有意义的。

对比度和暗场：

普通LCD的背光强度是不变的，黑色区域的产生是由液晶屏液晶分子的旋转将光线“遮挡住”形成的，对比度差，暗场也不显著。

D-LED背光可以通过关掉相应区域的LED灯来形成真正的暗场，从而实现很高对的动态对比度。

右侧图片显示的D-LED电视与CCFLLCDTV相比较的明显优势。

目前的LEDTV的对比度可以达到2000000：

1。

色彩：

DynamicRGB-LED的色彩表现力当然是普通LCD所无法比拟的，但用白色LED灯条做背光的E-LED同LCD相比差别不大。

E-LED最大的优势在于，E-LED屏可以做的非常薄。

可视角：

当视角偏离屏幕中心30°以上时，LCD的对比度开始变坏，尽管目前的屏在这方面有很大的提高，但液晶屏的可视角仍不如等离子屏。

可视角的好坏是由LCD面板决定的，所以LED在这方面没有什么提高。

其它：

除了E-LED可以做的超薄，在寿命和功耗方面，由于LED电视面市时间还不足够长，从厂家声明的30,000小时的时间看，LCD的生命周期要更长。

功耗方面，总的说来LED要节能些。

3.什么是OLED?

OLED：

OrganicLightEmittingDiode，其发光原理是基于电子磷光（electrophosphorescence）。

OLED电视的图像显示原理同LCD和LED电视是完全不同的。

LCD或者LED都是通过液晶面板上液晶晶体的旋转来控制背光里一定强度的红、绿或蓝光透过，而形成不同颜色的图像。

在OLED电视中，可以发出红、绿、蓝不同光线的有机材料被置于两个导电层之间，在导电层之外覆以玻璃或者其他透明的保护层，在电流作用下，导电层分别成为带正电荷的阳极和带负电荷的阴极，能量从负极层流向正极层，激发两个导电层间的有机物发光。

OLED的构造如右图所示，包括以下部分：

基底层（Substrate）：

由透明的玻璃或者塑料和金属薄片组成，基底层支持整个OLED屏。

阳极层（Anode）：

阳极层是透明的，电流流过时阳极层移走‘电子’，产生‘空穴’。

有机材料层（Organiclayers）：

由有机分子或聚合物构成，包括，传导层（Conductinglayer）和发射层（Emissivelayer），传导层负责传输阳极的‘空穴’和阴极的‘电子’；发射层是发光层，电流流过发射层，有机材料发出不同颜色和强度的光线。

阴极层（Cathode）：

依OLED的不同类型，阴极层可以是透明的或者不透明的，阴极层负责发射电子。

4.OLED与LCDLED比较

对比度和黑场：

通过LED的介绍，LED并不是如其名称所代表的那样，LED不是真正意义上的LED电视，更准确的叫法应该是LEDbacklightLCD，LED和普通LCD本质上是一样的，只是采用不同的背光光源。

D-LED发光虽也是通过液晶面板，但它可以按区域关掉LED灯实现真正的暗场，从而得到很高的对比度和较好的黑场水平，这一点上与OLED相似。

所以除了DynamicRGBLED外，OLED在对比度和黑场水平上有很大的优势。

色彩：

LCD和LED色彩是由液晶面板将白色背光中相应成分的三基色光滤出形成的，OLED可以分别发出红、绿、兰三基色光，所以OLED电视能够表现可见光谱中任何一种色彩的光。

D-LED也可以类似OLED产生三种基本色彩，但光线最终还是要通过液晶面板滤出形成图像。

OLED用最直接的方式更丰富、更真实的还原色彩，这一点远胜于LCD和LED。

可视角：

OLED是主动发光，可以在170°的观看范围内非常清晰的看清每一个像素。

LCD和LED在这方面仍有局限。

寿命：

这是OLED的重要的缺陷，当前蓝色LED大约10,000-14,000小时的使用时限，相对应LCD和LED约100,000和30,000小时平均时间，寿命是OLED的非常重大的缺陷。

5．新的发展---QLED

什么是QLED?

QLED，即QuantumDotsLED。

QuantumDots，量子点，是一些肉眼无法看到的、极其微小的半导体纳米晶体，晶体中的颗粒直径不足10纳米。

量子点由锌、镉、硒和硫原子组合而成。

量子点有一个与众不同的特性：

当受到电或者光（诸如LED产生的光）的刺激时就会发光，其发出的光线颜色由量子点的组成材料和大小、形状所决定。

1983年美国贝尔实验室的科学家首次对其进行了研究，但却“忘了”给它起名字，数年后耶鲁大学的物理学家马克·里德将这种半导体微块正式命名为“量子点”并沿用至今。

根据特性，量子点的应用可以分为两类：

光致发光（photoluminescence）和电致发光（Electroluminescence）。

光致发光主要用于在照明领域。

目前LED受到照明领域的热捧，LED实现了电光的直接转换，具有功耗低、高亮度、色彩艳丽、抗振动、寿命长的特性，但目前市面上能发白光的LED实际的光源颜色却是蓝色的，由蓝变白需要借助一种由名为钇铝石榴子石（YAG）的物质制成的荧光体涂层，YAG荧光体能够吸收部分蓝光，将它们转换为黄光，当黄光和蓝光混合后便可产生一种新的光色，其颜色在肉眼看来非常接近白色。

但是与天然光线相比，这种混合色中缺乏红色光谱，这使得照明用的LED灯光看起来冰冷而刺眼，部分荧光灯也有此弊病。

抛开造价高的因素，从某种意义上说，光线不够柔和也阻碍了LED灯走入家庭、大规模商用的进程。

在美国国防部和能源部的财政支持下，QDVision在LED的基础上，采用纳米技术研制出了更加高效节能的量子点LED灯，在继承LED灯诸多优点的同时，它还拥有两个突出特点：

首先是实现了光线颜色的可控，使得冷冰冰的LED光线变得更加柔和；更重要的是，由于能够将LED的基色100%转化为白光，量子LED灯变得更加高效和节能。

据报道QDVision已经推出了供家庭和办公室使用的商用量子点LED灯。

电致发光：

电致发光应用在显示器中，为了让量子点在显示屏中用作主要部分，晶体需要被电子而不是光子激发。

目前从事这方面研究的主要有美国QDVision公司，韩国LG显示器公司，比利时化学品公司Solvay，美国Nanosys公司。

据报道，LG与美国QDVision公司近日宣布，他们将联合开发基于量子点LED（QLED）纳米技术的有源矩阵（ActiveMatrix）显示屏，QLED量子点显示屏的每个彩色量子点像素的开启和关闭都要使用一个薄膜晶体管。

相比目前屏幕，新显示屏在提高亮度和画面鲜艳度的同时还降低了功耗。

QDVision将提供量子点技术，LG则负责实际产品的生产。

位于美国硅谷的Nanosys公司也在研发相关新产品，其产品中的一个液晶显示屏背光灯上有很多量子点，以提高能效和色质。

QDVision公司同时与Solvay合作，建立了一个印制QLED显示屏的平台。

三星电子研发出了全球第一款4英寸全彩色量子点（quantumdots）显示屏QLED，称这种新型的显示屏比现行的LCD出色，也比三星正在使用的OLED更加优良，并表示将于三年后进行商用。

6．LED、OLEDTVorQLEDTV？

LCDLEDvsOLEDQLED：

不同于LCD和LED，OLED和QLED都是自发光器件，不需要后背光模块，所以OLEDTV和QLEDTV可以更加轻薄，在色彩、功耗、显示效果等很多方面优势非常明显，甚至可以说有质的提高。

在制造成本上OLED和QLED也具有很强的优势。

显然OLED或者QLED应该是未来的发展方向。

但目前阶段，作为新的材料和技术它们也都还有些重要的缺陷和具体应用上的技术问题需要解决。

寿命是OLED和QLED都存在的重大缺陷。

OLED使用的是有机材料，OLED屏的寿命目前约是10,000-14,000小时。

对于QLED，得益于化学和工程上的调整，QDVision公司在提高电致发光量子点的发光时长方面取得了长足发展，但目前，最好的QLED只有10,000小时的寿命。

对于电视显示屏是不够的。

OLEDvsQLED：

美国QDVision公司首席技术官赛斯·科-沙利文对比QLED和OLED，解释说，制造OLED时，需要使用一个“阴罩”，当屏幕尺寸变大时，阴罩板容易发生热胀冷缩，会使得色彩等不够精确。

而QLED的制造过程不需要使用阴罩，因此不会出现精确度减少的问题。

另外，量子点还可悬停在液体中，并使用多种技术让其沉积，包括将其喷墨打印在非常薄的、柔性或者透明的衬底上。

沙利文指出，OLED还有一处不足，其纯色需用彩色过滤器才能产生，而QLED从一开始就能产生各种不同纯色，也在将电子转化为光子方面优于OLED，因此能效更高，制造成本更低。

在同等画质下，QLED的节能性有望达到OLED屏的2倍，发光率将提升30%至40%。

OLED可以达到与无机半导体材料一样的稳定性、可靠性。

OLED已有应用于手机类小型显示设备上，正在努力向制造如计算机显示器或者电视机等大型化的设备迈进，当然在这过程中有很多未解决的挑战摆在OLED显示屏面前。

QLED也许是一个很好的解决途径，但这一技术仍然处于早期阶段，除了使用寿命显示屏Dy不够长外，保证整个光谱统一的色彩表现性能，进一步提高稳定性等问题还需要进一步提升。

由于量子点（QuantumDots）发光波长范围极窄，颜色非常纯粹，还可实现精细调节，所以量子点显示器画面比液晶画面更加清新明亮。

作为图像显示产品的电视机，QLEDTV可能更值得期待。