LED背光技術(shù) (2)課件

LED背光技術(shù)解析2/6/20231LED背光技術(shù)一、傳統(tǒng)CCFL背光的缺陷

1.結(jié)構(gòu)復(fù)雜、亮度輸出均勻性差目前LCD的背光源幾乎都是CCFL（ColdCathodeFluorescentLamps，冷陰極熒光燈）。由于冷陰極熒光燈不是平面光源，因此為了實現(xiàn)背光源均勻的亮度輸出，LCD的背光模組還要搭配擴散片、導光板、反射板等眾多輔助器件。即便如此，要獲得如CRT般均勻的亮度輸出依然非常困難。大部分LCD在顯示全白或全黑畫面時，屏幕邊緣和中心亮度的差異十分明顯。2/6/20232LED背光技術(shù)2.使用壽命短絕大部分CCFL背光源在使用2～3年之后亮度下降非常明顯（壽命在15000小時～25000小時），許多LCD（尤其是筆記本電腦的液晶屏）在使用幾年后會出現(xiàn)屏幕變黃、發(fā)暗的現(xiàn)象，這正是CCFL使用衰減期較短的缺陷造成的。2/6/20233LED背光技術(shù)4.功耗大在功耗方面，采用CCFL作為背光源的LCD也無法令人滿意，14英寸LCD的CCFL背光源往往需要消耗20W甚至更多的電能。這對筆記本電腦和便攜設(shè)備來說，它們的續(xù)航能力將經(jīng)受重大的考驗。2/6/20235LED背光技術(shù)CCFL和LED之間比較，LED是直流的、低壓的；而CCFL是高壓的（600伏的），當然小面積的CCFL也有低壓的，但一般也有300-400伏以上。LED的光源可以根據(jù)尺寸和應(yīng)用情況的不同而自由分布。CCFL則比較固定，它需要更多的擴散材料來做到光的分散，才能使亮度的均勻度達到要求。1.從延伸的角度來講，（a）LED的色域更廣，色飽和度可以做到105％以上，而相反CCFL是比較窄的，大部分只能做到70％左右；（b）LED的速度非?？?，可以幫助LCD消除拖尾的現(xiàn)象；（c）LCD的一大的缺陷是“黑屏”不黑，如果用LED動態(tài)來控制的話，可以很好的解決這一問題；（d）LED的電流可以調(diào)整；（e）LED是綠色環(huán)保產(chǎn)品，不含汞，是固體光源，抗震性好，低電壓安全。所以LED在將來很可能會被廣泛的應(yīng)用。二、LED和CCFL的比較2/6/20236LED背光技術(shù)2.普通的CCFL背光源一般的使用壽命在3萬小時左右，一些頂級的CCFL背光的發(fā)光壽命也不過在6萬小時左右。這樣的壽命對于頻繁使用的用戶來說意味著使用2～3年后LCD的亮度就將會明顯下降，而不得不更換LCD的CCFL背光模組。而LED背光則完全沒有這樣的問題，現(xiàn)階段白色LED背光的壽命已經(jīng)高達10萬小時，而且還有再次提升的潛力。即使24小時不間斷使用，這樣的壽命也足夠使用5年！

3.CCFL和LED的特性方面，CCFL的擊穿電壓和工作電壓都相對比較高，LED的電壓就很低。所以說LED的安全性能非常好。2/6/20237LED背光技術(shù)三、LED背光的工作原理事實上，LED（LightEmittingDiode，發(fā)光二極管）并非尖端科技產(chǎn)品，它在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見：路邊色彩斑斕的廣告牌、家用電器上顏色各異的指示燈、手機按鈕的背光照明、汽車的前大燈等等，都采用了LED作為光源。

LED在20世紀60年代誕生后就被認定是熒光燈管、燈泡等照明設(shè)備的終結(jié)者，甚至有人認為LED將會開創(chuàng)一個新的照明時代，最終出現(xiàn)在所有需要照明的場合。LED的工作原理和我們常見的白熾燈、熒光燈完全不同，LED從本質(zhì)上來說是一種半導體器件。2/6/20239LED背光技術(shù)LED的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體的交界面就會出現(xiàn)一個具有特殊導電性能的薄層，也就是常說的PN結(jié)（PNJunctionTransistors）。PN結(jié)可以對P型半導體和N型半導體中多數(shù)載流子的擴散運動產(chǎn)生阻力，當對PN結(jié)施加正向電壓時，電流從LED的陽極流向陰極，而在PN結(jié)中少數(shù)載流子與多數(shù)載流子進行復(fù)合，多余的能量就會轉(zhuǎn)變成光而釋放出來。（即自發(fā)輻射發(fā)光，不需要較高的注入電流產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，也不需要光學諧振腔，發(fā)射的是非相干光。)

光的波長也就是光的顏色，由形成P-N結(jié)的材料決定，目前可以制造各種不同波長的LED。一般來說LED晶片都是由稼基晶體形成，這個稼基晶體里包含熒光粉產(chǎn)生一種特定的顏色。

2/6/202310LED背光技術(shù)2/6/202311LED背光技術(shù)被廣泛用作指示燈的LED器件2/6/202313LED背光技術(shù)1.5mm指示燈用LED橫截面示意圖2/6/202314LED背光技術(shù)LED單元構(gòu)造示意圖2/6/202315LED背光技術(shù)2.發(fā)光效率現(xiàn)階段的CCFL發(fā)光效率基本都在60lm/W（流明/瓦）左右，而大型化的LED背光則只有30lm/W。原因：LED會隨著芯片面積的增大而出現(xiàn)電流密度不均勻的現(xiàn)象，這必然導致整體發(fā)光效率低下，同時產(chǎn)生較高的熱量。由于在大尺寸背光發(fā)光效率上的差距達到了50％，因此LED背光用在大尺寸面板上所需要的功耗將會是普通CCFL的2倍！這也是現(xiàn)在成品化的大尺寸LED背光LCD都搭配了主動散熱系統(tǒng)的原因。2/6/202317LED背光技術(shù)各大廠商對于LED背光研究投入的持續(xù)增加，以上兩個困擾LED背光的關(guān)鍵問題都有望很快得到解決。白光LED主導廠商日亞化學在2004年開始便不斷提升旗下白光LED產(chǎn)品的產(chǎn)量，同時其他廠商的白光LED產(chǎn)品也開始量產(chǎn)，白光LED的價格也正以較快的速度下降，相信不超過兩年，LED背光模組的價格就將會和CCFL背光模組的價格持平。LED的發(fā)光效率問題，近期也有了明顯的改善。新一代白光LED的發(fā)光效率已經(jīng)提升到了50lm/W，和CCFL的差距只有區(qū)區(qū)10lm/W。在未來3～5年內(nèi)，LED的發(fā)光效率很可能超越80lm/W的水平。2/6/202318LED背光技術(shù)五、LED發(fā)光效率發(fā)展動向LED背光模塊能夠迅速擴展應(yīng)用范圍另一項要因，是LED背光模塊單位耗電量能獲得很高的輝度，亦即單位瓦特的發(fā)光流明數(shù)lm/W。如圖2所示LED背光模塊的光源可分為下列四種:2/6/202319LED背光技術(shù)2.近紫外白光LED由可產(chǎn)生近紫外光的LED，與可產(chǎn)生RGB三種顏色的熒光體兩者組合而成，由于它是利用RGB三種顏色混合變成白光所以色再現(xiàn)性很高.不過,紫外光會使封裝樹脂與熒光體劣化，因此必需另外開發(fā)抗紫外光的樹脂與熒光體。2/6/202321LED背光技術(shù)3.單體RGB白光LED單體RGB白光LED可針對各單體LED設(shè)計散熱結(jié)構(gòu)，因此較容易獲得高輸出效果，不過RGB單體LED的芯片物理上彼此相隔，所以必需設(shè)計專用的導光路，使RGB單體LED的光線能均勻混色變成白光，如此才能避免背光照明模塊變厚。2/6/202322LED背光技術(shù)4.一體化RGB白光LED

一體化RGB可直接混色變成白光，所以沒有專用導光路與背光照明模塊厚度限制等困擾，不過施加的電流量受到限制，因此不易獲得高輸出效果。2/6/202323LED背光技術(shù)圖5OSRAM的GaAlP系LED改善組件結(jié)構(gòu)，提升取光效率

2/6/202325LED背光技術(shù)圖62/6/202326LED背光技術(shù)六.LCM用LED特點：壽命長，>100,000小時；

亮度調(diào)節(jié)簡便；

是常用的背光方式；

有四種不同的布局（如下圖示）可適合各種不同模塊的采光需求；

可根據(jù)客戶設(shè)計其它形式的布局。2/6/202327LED背光技術(shù)2/6/202329LED背光技術(shù)2/6/202330LED背光技術(shù)2/6/202331LED背光技術(shù)采用LED背光的LCM結(jié)構(gòu)示意圖

2/6/202332LED背光技術(shù)2/6/202333LED背光技術(shù)LED單元的極限參數(shù)（在25℃條件下）2/6/202334LED背光技術(shù)七、LED行業(yè)資訊

1.LED背光技術(shù)成品化步伐

早在2004年，SONY便率先將LED背光技術(shù)成品化，推出了一款采用LED背光的23英寸LCD和一款46英寸的液晶電視。盡管這兩款產(chǎn)品都存在功耗高、發(fā)熱量大和價格高昂的缺陷，但LED在顯示質(zhì)量方面的優(yōu)勢得到了充分體現(xiàn)。

在2005年5月舉行的SID2005（2005顯示信息學會）會議上，LG－飛利浦、三星電子等都展出了他們各自的LED背光平面顯示器。其中LG-飛利浦還首次提出將LED與CCFL混用各取所長的背光解決方案，通過這樣的設(shè)計不僅成功地降低了LED背光的功耗問題，還將LCD的對比度提升到了10000∶1！2/6/202335LED背光技術(shù)毫無疑問，LED背光技術(shù)在不久的將來會取代CCFL，成為LCD主流背光源。在LED背光技術(shù)的幫助下，LCD將會在色彩還原度、使用壽命方面獲得極大的提升。屆時，LCD距離完美又近了一步。2/6/202336LED背光技術(shù)2.走過低潮LED背光源蓄勢待發(fā)1：手機背光源訂單將倍數(shù)成長

2006年因侵權(quán)訴訟而萎縮的手機背光源訂單再度回流，而且出貨量明顯增長！

寶來證券研究員游智超指出，原本有意向臺灣業(yè)者采購LED背光源的手機廠，因日亞化（Nichia）等國際大廠警告與專利權(quán)訴訟而縮手，但臺灣LED業(yè)者花了2～3季的時間重新設(shè)計與取得認證，加上手機模塊廠以臺廠為主，基于地緣與成本考慮，傾向下單給臺灣企業(yè)，因此從2006年第4季起，宏齊等出貨量已有明顯增長，而這只是開端而已。

佰鴻發(fā)言人王碧玉也證實這樣的情況，她表示，手機LED背光源毛利持續(xù)走低，讓日亞化不愿意繼續(xù)出貨，并將重點轉(zhuǎn)向NB與7英寸面板用背光源市場，日廠在手機背光源的釋單效應(yīng)才剛開始。

2006年手機LED背光源出貨量雖不到全球的1成，但2007年保守估計上看2成，樂觀估計可達4成，是業(yè)者獲利的最大成長動能。

2/6/202337LED背光技術(shù)2：侵權(quán)訴訟壓力減輕

專利權(quán)一向是LED產(chǎn)業(yè)的最大干擾源，影響性可大可小，像去年第1季日亞化為了捍衛(wèi)手機背光源訂單，對臺灣的宏齊、億光提出侵權(quán)訴訟，造成訂單大幅萎縮。隨著日亞化將重心移轉(zhuǎn)到7英寸與NB用背光源市場，去年下半年韓國專利法院裁定日亞化白光背光源LED多項專利無效、今年初晶電在與美商Philips

Lumileds侵權(quán)訴訟中初判勝訴，王碧玉認為業(yè)者在手機背光源被告的機率已降低很多。

2/6/202338LED背光技術(shù)3：7英寸應(yīng)用全球市占率今年上看5成

7英寸面板背光源應(yīng)用是LED與CCFL（冷陰極燈管）競逐激烈的戰(zhàn)場，如果具亮度優(yōu)勢的LED能將售價盡量貼近較便宜的CCFL，訂單就會轉(zhuǎn)到LED業(yè)者手中。去年第3季，CCFL大演降價秀，導致LED被迎頭痛擊，但到了今年初，兩者價差僅剩25～30%，LED在7英寸應(yīng)用有了勝出機會。

游智超認為，今年下半年LED價格有機會貼近CCFL，LED替代CCFL的效應(yīng)將愈趨明顯，而這也代表LED在中大尺寸面板的應(yīng)用正式進入商業(yè)化階段，更往NB與TV市場前進一步。

日盛投信與LED業(yè)者均預(yù)期，臺灣在7英寸背光源出貨量的市占率，有機會從2006年的1成提高到今年的5成，潛力可期。2/6/202339LED背光技術(shù)3.海信“大尺寸LCD背光源”項目通過評審上月，在“十一五”首批啟動的國家“863”計劃項目中，海信集團申報的“大尺寸LCD背光源”項目，經(jīng)過嚴格審查，最終在LED背光課題中以第一名的身份通過評審。

就在前不久國家信息產(chǎn)業(yè)部下達的2006年國家電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金第一批項目計劃中，海信3個項目被選入列，共獲國家支持資金650萬。在國家火炬計劃項目中，海信還將承擔“PHOTOPIA畫質(zhì)增強技術(shù)及在等離子電視上的應(yīng)用”等3個項目的研發(fā)。海信靠技術(shù)迎來的開門紅為海信打下一個良好的新年開局。

有專家評價，“大尺寸LCD背光源”項目的申報成功將對海信掌握液晶顯示領(lǐng)域的自主創(chuàng)新技術(shù)，提升自主創(chuàng)新實力產(chǎn)生積極的影響?，F(xiàn)階段液晶電視市場不斷擴大，搶占液晶面板產(chǎn)業(yè)的技術(shù)高點成為前瞻舉措。

2/6/202340LED背光技術(shù)4.TecnoVISION展出全球最大205英寸LED電視在2007年度的Cebit大展上來自TecnoVISION的205英寸LED電視Luxio才是獲得全球最大屏幕頭銜的電視產(chǎn)品。這臺電視屏幕寬455cm，高256cm，同是也是目前世界上最大的一臺平板電視產(chǎn)品。

CeBIT2007概況時間：2007年3月15-3月21日地點：德國漢諾威

CeBIT源于1947年在德國漢諾威創(chuàng)立的旨在向國際市場展示德國產(chǎn)品的漢諾威工業(yè)展覽會(HannoverMesse)。2/6/202341LED背光技術(shù)5.40英寸以上液晶電視中，LED使用率2010年達到15.5％韓國Displaybank在該公司主辦的“Displaybank

FPD

Conference

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Japan”上公布了液晶電視LED背光源2