LED背光技术 (2)课件

LED背光技术解析2/6/20231LED背光技术一、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。2/6/20232LED背光技术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。2/6/20233LED背光技术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。2/6/20235LED背光技术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2/6/20236LED背光技术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。2/6/20237LED背光技术三、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。2/6/20239LED背光技术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。

2/6/202310LED背光技术2/6/202311LED背光技术被广泛用作指示灯的LED器件2/6/202313LED背光技术1.5mm指示灯用LED横截面示意图2/6/202314LED背光技术LED单元构造示意图2/6/202315LED背光技术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。2/6/202317LED背光技术各大厂商对于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。2/6/202318LED背光技术五、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:2/6/202319LED背光技术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。2/6/202321LED背光技术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。2/6/202322LED背光技术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。2/6/202323LED背光技术图5OSRAM的GaAlP系LED改善组件结构，提升取光效率

2/6/202325LED背光技术图62/6/202326LED背光技术六.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。2/6/202327LED背光技术2/6/202329LED背光技术2/6/202330LED背光技术2/6/202331LED背光技术采用LED背光的LCM结构示意图

2/6/202332LED背光技术2/6/202333LED背光技术LED单元的极限参数（在25℃条件下）2/6/202334LED背光技术七、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！2/6/202335LED背光技术毫无疑问，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。2/6/202336LED背光技术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。

2/6/202337LED背光技术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Philips

Lumileds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。

2/6/202338LED背光技术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。2/6/202339LED背光技术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。

2/6/202340LED背光技术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。

CeBIT2007概况时间：2007年3月15-3月21日地点：德国汉诺威

CeBIT源于1947年在德国汉诺威创立的旨在向国际市场展示德国产品的汉诺威工业展览会(HannoverMesse)。2/6/202341LED背光技术5.40英寸以上液晶电视中，LED使用率2010年达到15.5％韩国Displaybank在该公司主办的“Displaybank

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Japan”上公布了液晶电视LED背光源2