概要
    本白皮書將探討發(fā)光二極管（Light Emitting Diode；led）技術(shù)及其應(yīng)用于電視機(jī)產(chǎn)品所造成的影響。本文將著重該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢與挑戰(zhàn)，及其應(yīng)用于DLP產(chǎn)品的特殊優(yōu)勢。

    介紹
    led已經(jīng)成為一種關(guān)鍵的照明技術(shù)，用途廣泛。自發(fā)明伊始 ，LED就被應(yīng)用在包括手表、計算器、遙控器、指示燈在內(nèi)的各種常見產(chǎn)品和家用設(shè)備。LED技術(shù)發(fā)展迅速，隨著亮度和效率的不斷提高，新的應(yīng)用更是層出不窮。

    LED歷史
    自20世紀(jì)初期，科學(xué)家們就不斷尋找能夠發(fā)光的各種物質(zhì)。1907年，亨利·約瑟夫·讓德發(fā)現(xiàn)碳化硅（SiC）能夠發(fā)光。在接下來的50年中，不斷有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)能夠發(fā)光的化合物。到了20世紀(jì)50年代，隨著對砷化鎵（GaAs）研究的不斷深入，LED的發(fā)現(xiàn)終于水到渠成。①
    貝爾實驗室、惠普、IBM、孟山都及RCA等公司在20世紀(jì)60年代首先開始了LED的研究?；萜蘸兔仙蕉甲钕仍?968年推出了基于鎵砷磷的商用紅光LED。在70年代早期，隨著德州儀器、惠普和Sinclair等公司推出計算器和電子表等全新的產(chǎn)品，LED應(yīng)用暴增。其它諸如指示燈和字母數(shù)字顯示器等應(yīng)用很快成為LED的主流應(yīng)用，并延續(xù)至今。②

    LED技術(shù)背景
    顧名思義，LED就是會發(fā)光的二極管。二極管是最基本的半導(dǎo)體組件，其作用是在一定可控的范圍內(nèi)導(dǎo)電。最簡單的二極管由電的不良導(dǎo)體構(gòu)成，并對其進(jìn)行改性（摻雜）以增加自由電子。高電子含量材料（稱為N型材料）與低電子含量材料（稱為P型材料）相連，為自由電子流動建立了通路。這個連接被稱為PN連接。
    LED就是擁有PN連接的二極管半導(dǎo)體，在通電后釋放光子。該過程被稱為注入發(fā)光，發(fā)生于電子從N型材料填充到P型材料低能量孔的過程中。高能電子進(jìn)入低能量孔時會釋放能量，產(chǎn)生光子。P型和N型材料層所使用的材料，以及兩者之間的間距決定了生成光線的波長和能量水平。
    有多種材料可以用來生產(chǎn)LED，而目前比較普遍的應(yīng)用是砷化鋁鎵(AlGaAs)、磷化鋁銦鎵(AlInGaP)和氮化銦鎵(InGaN)。磷化鋁銦鎵一般用來產(chǎn)生紅光和黃光；而氮化銦鎵一般用來產(chǎn)生藍(lán)光和綠光——這些材料生成的光子都在可視光譜之內(nèi)。結(jié)合新的生產(chǎn)架構(gòu)，它們可以被做成極亮的LED，用于一般照明和汽車照明。一些架構(gòu)開始應(yīng)用額外的磷化物以生成白光，憑借極低的能量消耗和更長的壽命與普通白熾燈和熒光燈展開競爭。
    全球LED產(chǎn)量已達(dá)每月40億只左右，主要生產(chǎn)廠商集中在臺灣、日本和美國，而臺灣地區(qū)以占全球總產(chǎn)量50%的份額居于首位。多數(shù)廠家只是對LED晶粒進(jìn)行封裝，只有少數(shù)幾家有能力實際生產(chǎn)LED晶粒。圖1描述了LED市場中低亮度和高亮度LED各自所占的份額。③

    LED技術(shù)突破
    近來晶粒材料和封裝生產(chǎn)方面的創(chuàng)新使LED亮度達(dá)到極高水平?；迨褂昧诵碌牟牧希岣吡藢?dǎo)熱性能，從而吸收更多的能量，發(fā)出更亮的光。亮度的提升帶來了新的LED應(yīng)用，如汽車照明、交通信號，以及最新的電視顯示屏。圖2描述了新的架構(gòu)。
    磷化鋁銦鎵和氮化銦鎵生產(chǎn)水平的顯著提升使藍(lán)光和綠光的亮度分別得以提高，而其它顏色（如琥珀和青色）也隨即問世。這些改進(jìn)使整個系統(tǒng)能以等同于利用普通燈泡技術(shù)的亮度忠實地再現(xiàn)色彩，且壽命更長。其它的性能改進(jìn)包括系統(tǒng)層的特性，如瞬時顯像，無水銀，無色彩刷新偽像，動態(tài)可調(diào)亮度，以及更寬的色域。圖3將LED和通用參考標(biāo)準(zhǔn) (Rec. 709)的色域范圍作了比較。
    led照明的色域非常寬（比高清電視的色彩標(biāo)準(zhǔn)[Rec. 709]寬40%），因而色彩的忠實度更高。對于壽命和色彩還原度都有極高要求的電視機(jī)產(chǎn)品而言，LED技術(shù)尤其具有吸引力。隨著LED技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，其對于電視機(jī)產(chǎn)業(yè)的影響也與日俱增。圖4描述了LED技術(shù)的演進(jìn)，以及未來幾年的亮度效率。④

    LED技術(shù)挑戰(zhàn)
    控制LED晶粒的熱穩(wěn)定性是LED發(fā)旋旋光性能和穩(wěn)定性的關(guān)鍵所在。LED架構(gòu)發(fā)出的漫射光從PN結(jié)構(gòu)的表面和四周射向各個方向（在180度空間內(nèi)均勻分布）。盡管這看起來效率很高，但實際上大部分光都被鄰近的晶粒、基板，或者其它LED表面吸收了。這一吸收造成了整個LED裝置熱負(fù)荷的增加。為了獲得最大的光輸出和可靠性，熱的問題必須妥善處理。此外，對于需要將光能集中到小型顯示設(shè)備（如DLP高清電視）成像的應(yīng)用而言，任何超出系統(tǒng)光學(xué)徑角的光都不可用，且還有可能造成熱度并增加系統(tǒng)能耗。因此, 控制對光的吸收，將光的發(fā)散形狀和系統(tǒng)的光學(xué)徑角相對應(yīng)并提升熱效率，將熱從晶粒中發(fā)散出去，對于提高LED的產(chǎn)出和可用性都至為關(guān)鍵。
    對于傳統(tǒng)的應(yīng)用而言，LED一般以連續(xù)波的模式驅(qū)動（100%負(fù)載循環(huán)）。