《LED背光技术》PPT课件.ppt

LED背光技术解析 2020 1 9 LED背光技术 2 一 传统CCFL背光的缺陷1 结构复杂 亮度输出均匀性差 目前LCD的背光源几乎都是CCFL ColdCathodeFluorescentLamps 冷阴极荧光灯 由于冷阴极荧光灯不是平面光源 因此为了实现背光源均匀的亮度输出 LCD的背光模组还要搭配扩散片 导光板 反射板等众多辅助器件 即便如此 要获得如CRT般均匀的亮度输出依然非常困难 大部分LCD在显示全白或全黑画面时 屏幕边缘和中心亮度的差异十分明显 2020 1 9 LED背光技术 3 2 使用寿命短 绝大部分CCFL背光源在使用2 3年之后亮度下降非常明显 寿命在15000小时 25000小时 许多LCD 尤其是笔记本电脑的液晶屏 在使用几年后会出现屏幕变黄 发暗的现象 这正是CCFL使用衰减期较短的缺陷造成的 2020 1 9 LED背光技术 4 3 体积无法进一步缩小 由于CCFL背光源必须包含扩散板 反射板等复杂的光学器件 因此LCD的体积无法再进一步缩小 2020 1 9 LED背光技术 5 4 功耗大 在功耗方面 采用CCFL作为背光源的LCD也无法令人满意 14英寸LCD的CCFL背光源往往需要消耗20W甚至更多的电能 这对笔记本电脑和便携设备来说 它们的续航能力将经受重大的考验 2020 1 9 LED背光技术 6 CCFL和LED之间比较 LED是直流的 低压的 而CCFL是高压的 600伏的 当然小面积的CCFL也有低压的 但一般也有300 400伏以上 LED的光源可以根据尺寸和应用情况的不同而自由分布 CCFL则比较固定 它需要更多的扩散材料来做到光的分散 才能使亮度的均匀度达到要求 1 从延伸的角度来讲 a LED的色域更广 色饱和度可以做到105 以上 而相反CCFL是比较窄的 大部分只能做到70 左右 b LED的速度非常快 可以帮助LCD消除拖尾的现象 c LCD的一大的缺陷是 黑屏 不黑 如果用LED动态来控制的话 可以很好的解决这一问题 d LED的电流可以调整 e LED是绿色环保产品 不含汞 是固体光源 抗震性好 低电压安全 所以LED在将来很可能会被广泛的应用 二 LED和CCFL的比较 2020 1 9 LED背光技术 7 2 普通的CCFL背光源一般的使用寿命在3万小时左右 一些顶级的CCFL背光的发光寿命也不过在6万小时左右 这样的寿命对于频繁使用的用户来说意味着使用2 3年后LCD的亮度就将会明显下降 而不得不更换LCD的CCFL背光模组 而LED背光则完全没有这样的问题 现阶段白色LED背光的寿命已经高达10万小时 而且还有再次提升的潜力 即使24小时不间断使用 这样的寿命也足够使用5年 3 CCFL和LED的特性方面 CCFL的击穿电压和工作电压都相对比较高 LED的电压就很低 所以说LED的安全性能非常好 2020 1 9 LED背光技术 8 4 LED背光源是由众多栅格状的半导体组成 每个 格子 中都拥有一个LED半导体 这样LED背光就成功实现了光源的平面化 平面化的光源不仅有优异的亮度均匀性 还不需要复杂的光路设计 这样一来LCD的厚度就能做得更薄 同时还拥有更高的可靠性和稳定性 更薄的液晶显示面板意味着笔记本电脑拥有更佳的移动性 2020 1 9 LED背光技术 9 三 LED背光的工作原理 事实上 LED LightEmittingDiode 发光二极管 并非尖端科技产品 它在我们日常生活中随处可见 路边色彩斑斓的广告牌 家用电器上颜色各异的指示灯 手机按钮的背光照明 汽车的前大灯等等 都采用了LED作为光源 LED在20世纪60年代诞生后就被认定是荧光灯管 灯泡等照明设备的终结者 甚至有人认为LED将会开创一个新的照明时代 最终出现在所有需要照明的场合 LED的工作原理和我们常见的白炽灯 荧光灯完全不同 LED从本质上来说是一种半导体器件 2020 1 9 LED背光技术 10 LED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型半导体的交界面就会出现一个具有特殊导电性能的薄层 也就是常说的PN结 PNJunctionTransistors PN结可以对P型半导体和N型半导体中多数载流子的扩散运动产生阻力 当对PN结施加正向电压时 电流从LED的阳极流向阴极 而在PN结中少数载流子与多数载流子进行复合 多余的能量就会转变成光而释放出来 即自发辐射发光 不需要较高的注入电流产生粒子数反转分布 也不需要光学谐振腔 发射的是非相干光 光的波长也就是光的颜色 由形成P N结的材料决定 目前可以制造各种不同波长的LED 一般来说LED晶片都是由稼基晶体形成 这个稼基晶体里包含荧光粉产生一种特定的颜色 2020 1 9 LED背光技术 11 2020 1 9 LED背光技术 12 小知识 P型半导体和N型半导体 如果在硅或锗等半导体材料中加入微量的硼 铟 镓或铝等三价元素 就变成以空穴导电为主的半导体 即P型半导体 在P型半导体中 空穴 带正电 叫多数载流子 电子 带负电 叫少数载流子 如果在硅或锗等半导体材料中加入微量的磷 锑 砷等五价元素 就变成以电子导电为主的半导体 即N型半导体 在N型半导体中 电子 带负电 叫多数载流子 空穴 带正电 叫少数载流子 2020 1 9 LED背光技术 13 被广泛用作指示灯的LED器件 2020 1 9 LED背光技术 14 1 5mm指示灯用LED横截面示意图 2020 1 9 LED背光技术 15 LED单元构造示意图 2020 1 9 LED背光技术 16 四 LED背光的未来 1 尽管LED背光技术有着巨大的优势 但是现阶段依然面临一些难题急需解决 LED背光技术首先遇到的挑战就是成本问题 白光LED器件被几大寡头垄断 制造成本居高不下 采用LED背光的产品售价现阶段依然明显高于CCFL背光产品 白光LED器件的产量无法满足大批量需求要实现LED背光的快速普及 就必须突破白光LED的专利封锁 2020 1 9 LED背光技术 17 2 发光效率现阶段的CCFL发光效率基本都在60lm W 流明 瓦 左右 而大型化的LED背光则只有30lm W 原因 LED会随着芯片面积的增大而出现电流密度不均匀的现象 这必然导致整体发光效率低下 同时产生较高的热量 由于在大尺寸背光发光效率上的差距达到了50 因此LED背光用在大尺寸面板上所需要的功耗将会是普通CCFL的2倍 这也是现在成品化的大尺寸LED背光LCD都搭配了主动散热系统的原因 2020 1 9 LED背光技术 18 各大厂商对于LED背光研究投入的持续增加 以上两个困扰LED背光的关键问题都有望很快得到解决 白光LED主导厂商日亚化学在2004年开始便不断提升旗下白光LED产品的产量 同时其他厂商的白光LED产品也开始量产 白光LED的价格也正以较快的速度下降 相信不超过两年 LED背光模组的价格就将会和CCFL背光模组的价格持平 LED的发光效率问题 近期也有了明显的改善 新一代白光LED的发光效率已经提升到了50lm W 和CCFL的差距只有区区10lm W 在未来3 5年内 LED的发光效率很可能超越80lm W的水平 2020 1 9 LED背光技术 19 五 LED发光效率发展动向 LED背光模块能够迅速扩展应用范围另一项要因 是LED背光模块单位耗电量能获得很高的辉度 亦即单位瓦特的发光流明数lm W 如图2所示LED背光模块的光源可分为下列四种 2020 1 9 LED背光技术 20 1 拟似白光LED 由蓝光LED与黄色荧光体构成 利用互补原理产生白光 这种型式的LED结构简单 发光效率高 因此可作为小型LCD的背光光源 广泛应用在行动电话 缺点 红色成份的强度较弱 2020 1 9 LED背光技术 21 2 近紫外白光LED 由可产生近紫外光的LED 与可产生RGB三种颜色的荧光体两者组合而成 由于它是利用RGB三种颜色混合变成白光所以色再现性很高 不过 紫外光会使封装树脂与荧光体劣化 因此必需另外开发抗紫外光的树脂与荧光体 2020 1 9 LED背光技术 22 3 单体RGB白光LED 单体RGB白光LED可针对各单体LED设计散热结构 因此较容易获得高输出效果 不过RGB单体LED的芯片物理上彼此相隔 所以必需设计专用的导光路 使RGB单体LED的光线能均匀混色变成白光 如此才能避免背光照明模块变厚 2020 1 9 LED背光技术 23 4 一体化RGB白光LED 一体化RGB可直接混色变成白光 所以没有专用导光路与背光照明模块厚度限制等困扰 不过施加的电流量受到限制 因此不易获得高输出效果 2020 1 9 LED背光技术 24 2020 1 9 LED背光技术 25 图5OSRAM的GaAlP系LED改善组件结构 提升取光效率 2020 1 9 LED背光技术 26 图6 2020 1 9 LED背光技术 27 六 LCM用LED 特点 寿命长 100 000小时 亮度调节简便 是常用的背光方式 有四种不同的布局 如下图示 可适合各种不同模块的采光需求 可根据客户设计其它形式的布局 2020 1 9 LED背光技术 28 2020 1 9 LED背光技术 29 2020 1 9 LED背光技术 30 2020 1 9 LED背光技术 31 2020 1 9 LED背光技术 32 采用LED背光的LCM结构示意图 2020 1 9 LED背光技术 33 2020 1 9 LED背光技术 34 LED单元的极限参数 在25 条件下 2020 1 9 LED背光技术 35 七 LED行业资讯1 LED背光技术成品化步伐 早在2004年 SONY便率先将LED背光技术成品化 推出了一款采用LED背光的23英寸LCD和一款46英寸的液晶电视 尽管这两款产品都存在功耗高 发热量大和价格高昂的缺陷 但LED在显示质量方面的优势得到了充分体现 在2005年5月举行的SID2005 2005显示信息学会 会议上 LG 飞利浦 三星电子等都展出了他们各自的LED背光平面显示器 其中LG 飞利浦还首次提出将LED与CCFL混用各取所长的背光解决方案 通过这样的设计不仅成功地降低了LED背光的功耗问题 还将LCD的对比度提升到了10000 1 2020 1 9 LED背光技术 36 毫无疑问 LED背光技术在不久的将来会取代CCFL 成为LCD主流背光源 在LED背光技术的帮助下 LCD将会在色彩还原度 使用寿命方面获得极大的提升 届时 LCD距离完美又近了一步 2020 1 9 LED背光技术 37 2 走过低潮LED背光源蓄势待发 1 手机背光源订单将倍数成长2006年因侵权诉讼而萎缩的手机背光源订单再度回流 而且出货量明显增长 宝来证券研究员游智超指出 原本有意向台湾业者采购LED背光源的手机厂 因日亚化 Nichia 等国际大厂警告与专利权诉讼而缩手 但台湾LED业者花了2 3季的时间重新设计与取得认证 加上手机模块厂以台厂为主 基于地缘与成本考虑 倾向下单给台湾企业 因此从2006年第4季起 宏齐等出货量已有明显增长 而这只是开端而已 佰鸿发言人王碧玉也证实这样的情况 她表示 手机LED背光源毛利持续走低 让日亚化不愿意继续出货 并将重点转向NB与7英寸面板用背光源市场 日厂在手机背光源的释单效应才刚开始 2006年手机LED背光源出货量虽不到全球的1成 但2007年保守估计上看2成 乐观估计可达4成 是业者获利的最大成长动能 2020 1 9 LED背光技术 38 2 侵权诉讼压力减轻专利权一向是LED产业的最大干扰源 影响性可大可小 像去年第1季日亚化为了捍卫手机背光源订单 对台湾的宏齐 亿光提出侵权诉讼 造成订单大幅萎缩 随着日亚化将重心移转到7英寸与NB用背光源市场 去年下半年韩国专利法院裁定日亚化白光背光源LED多项专利无效 今年初晶电在与美商PhilipsLumileds侵权诉讼中初判胜诉 王碧玉认为业者在手机背光源被告的机率已降低很多 2020 1 9 LED背光技术 39 3 7英寸应用全球市占率今年上看5成7英寸面板背光源应用是LED与CCFL 冷阴极灯管 竞逐激烈的战场 如果具亮度优势的LED能将售价尽量贴近较便宜的CCFL 订单就会转到LED业者手中 去年第3季 CCFL大演降价秀 导致LED被迎头痛击 但到了今年初 两者价差仅剩25 30 LED在7英寸应用有了胜出机会 游智超认为 今年下半年LED价格有机会贴近CCFL LED替代CCFL的效应将愈趋明显 而这也代表LED在中大尺寸面板的应用正式进入商业化阶段 更往NB与TV市场前进一步 日盛投信与LED业者均预期 台湾在7英寸背光源出货量的市占率 有机会从2006年的1成提高到今年的5成 潜力可期 2020 1 9 LED背光技术 40 3 海信 大尺寸LCD背光源 项目通过评审 上月 在 十一五 首批启动的国家 863 计划项目中 海信集团申报的 大尺寸LCD背光源 项目 经过严格审查 最终在LED背光课题中以第一名的身份通过评审 就在前不久国家信息产业部下达的2006年国家电子信息产业发展基金第一批项目计划中 海信3个项目被选入列 共获国家支持资金650万 在国家火炬计划项目中 海信还将承担 PHOTOPIA画质增强技术及在等离子电视上的应用 等3个项目的研发 海信靠技术迎来的开门红为海信打下一个良好的新年开局 有专家评价 大尺寸LCD背光源 项目的申报成功将对海信掌握液晶显示领域的自主创新技术 提升自主创新实力产生积极的影响 现阶段液晶电视市场不断扩大 抢占液晶面板产业的技术高点成为前瞻举措 2020 1 9 LED背光技术 41 4 TecnoVISION展出全球最大205英寸LED电视 在2007年度的Cebit大展上来自TecnoVISION的205英寸LED电视Luxio才是获得全球最大屏幕头衔的电视产品 这台电视屏幕宽455cm 高256cm 同是也是目前世界上最大的一台平板电视产品 2020 1 9 LED背光技术 42 5 40英寸以上液晶电视中 LED使用率20