《LED背光技术》PPT课件.ppt

LED背光技术解析,2020/6/7,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。,2020/6/7,LED背光技术,3,2.使用寿命短,绝大部分CCFL背光源在使用23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。,2020/6/7,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。,2020/6/7,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。,2020/6/7,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,2020/6/7,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23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。,2020/6/7,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。,2020/6/7,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。,2020/6/7,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。,2020/6/7,LED背光技术,11,2020/6/7,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。,2020/6/7,LED背光技术,13,被广泛用作指示灯的LED器件,2020/6/7,LED背光技术,14,1.5mm指示灯用LED横截面示意图,2020/6/7,LED背光技术,15,LED单元构造示意图,2020/6/7,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。,2020/6/7,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。,2020/6/7,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35年内，LED的发光效率很可能超越80lm/W的水平。,2020/6/7,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:,2020/6/7,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。,2020/6/7,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。,2020/6/7,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。,2020/6/7,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。,2020/6/7,LED背光技术,24,2020/6/7,LED背光技术,25,图5OSRAM的GaAlP系LED改善组件结构，提升取光效率,2020/6/7,LED背光技术,26,图6,2020/6/7,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。,2020/6/7,LED背光技术,28,2020/6/7,LED背光技术,29,2020/6/7,LED背光技术,30,2020/6/7,LED背光技术,31,2020/6/7,LED背光技术,32,采用LED背光的LCM结构示意图,2020/6/7,LED背光技术,33,2020/6/7,LED背光技术,34,LED单元的极限参数（在25条件下）,2020/6/7,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100001！,2020/6/7,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。,2020/6/7,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23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。,2020/6/7,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。,2020/6/7,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2530%，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。,2020/6/7,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。,2020/6/7,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。,2020/6/7,LED背光技术,42,5.40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“DisplaybankFPDConferenceinJapan”上公布了液晶电视LED背光源2010年使用率预测，预计在40英寸以上机型中将达到15.5。在2006年的5460万个背光源，LED背光源的比例基本为零，2007年该背光源市场启动，到2010年，预计将达到约1亿4000万个，LED背光源将占到整体的6.8。从成本及性能来看，LED背照灯在大屏幕液晶电视中的比例较高。,FPD平板显示器件,2020/6/7,LED背光技术,43,6.三星发布30寸LED背光显示器,在CeBIT2007（汉诺威信息及通信技术博览会(以下简称CeBIT)一直是世界规模最大、影响最广的ICT顶级国际盛会）上，三星发布了一款30寸的LED背光显示器，型号“SyncMasterXL30”，最主要的特色是背光源换成了LED。索尼还在2006年发布了一款20.1寸LED背光显示器，但由于缺乏价格竞争力并存在技术限制而未能实现商品化。另外，三星还发布了一款19寸液晶显示器“SyncMaster940UX”，分辨率12801024(SXGA)，只需USB接口就能六台并联。,2020/6/7,LED背光技术,44,7.大厂抢投资LED业大洗牌,过去由于发光二极管（LED）产值小，较不受重视，但近年来技术不断改进及发展，LED应用范围也日益广泛，吸引不少的台湾大厂投资，包括面板二虎的友达、奇美，另外还有鸿海、华硕及晶圆双雄的联电等，大厂的投资让LED产业加速洗牌。,