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LED逐渐在LCD背光源市场中茁壮成长

发布时间:2020-07-21 18:54:54 阅读: 来源:胸针厂家

LED逐渐在LCD背光源市场中茁壮成长

前言

2003年彩屏手机的换机风潮带动了LED的需求,尤其是彩色面板用的白光LED更是供不应求。根据iSuppli的统计,如图1所示,2004年LED在背光源的应用,市场增长率较2003年提高44.5%,并开始成为LED最大的应用市场,市场占有率达25.2%,预估2005年比例将提升至26.4%,然而市场增长率仅预估15.7%,主要的原因在于彩色手机的换机需求已趋于饱和,手机产业在未达另一波3G革命前,仅为稳定的成长,将会使得LED在手机背光市场的成长有所限制。

然而背光源的应用不仅如此,在中小尺寸面板的背光源如DSC、PDA、手持游戏机及汽车卫星导航系统等市场量虽不及手机市场来的庞大,不过白光LED却已开始敲敲的取代CCFL,成为中小尺寸LCD主要背光源。然而在10英寸以上的LCD背光源的市场,LED目前苦于价格、技术成熟度等问题,尚未能在此应用领域中开花结果,但日本SONY公司于2004年开始销售全世界第一台以LED作为背光源的46英寸LCD 电视(QUALIA 005)后,打破了LED在LCD 背光源发展上由小尺寸循序发展的定律,这让LED在背光源市场中有了更快速且多元化的发展。

价格不是进入市场的唯一门票

日本Sony公司于2004年推出的QUILIA 005,是全世界第一款采用LED作为背光源的消费性平面电视,该产品与目前的CCFL背光源优缺点比较如表1所示。LED背光源可使红色与绿色的表现更接近原色,色彩重现范围达NTSC规格的105%,比CCFL为背光源的机种提升了50%。单以40英寸的机种为例,共享了325个模块(每一模块为GRBRG五颗LED依序排列),消耗功率达470W,比起以CCFL为背光源之消耗电力多出了62%,主要原因在于LED的发光效率仍不及CCFL。但LED的发光效率正在快速的提升中,SONY希望于2-3年内达到与CCFL相同的电力消耗,同时该公司也计划将色彩再生范围提高到NTSC的110%-120%。

表1. LED背光源与CCFL的比较

46英寸LED背光源

40英寸LED背光源

CCFL

消耗功率

550W

470W

290W

模块数量

450个模块

325个模块

GRBRG五颗LED为一模块

电视售价

97万日币

74万日币

37万日币

(40v-KDL-L40HVX)

LCD WEGA

NTSC面积比

105%

70%

sRGB面积比

150%

AdobeRGB

114%

资料来源:Nikkei Electronics,2004/12

然而以LED作为背光源产品的LCD电视,在SONY的销售策略上,是采取高单价策略,相同40英寸LCD电视,LED背光源产品价格为CCFL的两倍。如此的订价策略对未来后进者有或多或少的参考价值存在。不过这也间接证明LED在大尺寸LCD 电视背光源的应用中,是可以达到替换目的,但有待LED组件提供更高的发光效率,除了改善色彩表现外,节能的家电产品势必是在能源危机下的产物,因此当未来LED发光效率再度提升之时,耗电问题也救会迎刃而解了。不过SONY直接将LED背光源切入大型LCD 电视的应用中,打破了LED在背光源应用领域发展的定式,且以RGB混色为开发方向,这与中小尺寸LCD直接采用白光LED作为背光源有着截然不同的发展模式,因此针对以RGB 三色LED作为背光源所产生的问题,如表2所示。

以RGB三色混光的背光模式,容易产生颜色不均匀的现象,因此就必须由增加光的路径,改善背光结构已达成充分混光的目标。另外,由于各种颜色的LED随时间、温度的敏感程度因为有所差异,因此必须以color sensor或temperature sensor来控制电流大小来调整各色LED所需的光通量。不过在这方面的技术与LED已无直接之关系,反倒是在背光模块厂商的设计中,是否了解LED的特性,这又再次证明LED组件与下游应用系统合作的重要性。

表2. 以RGB三色LED作为背光源之主要问题与解决对策

LED Back light的问题

主要发生原因

解决对策

持续性

降低颜色不均的状况

采用RGB LED的关系

增加光路经,改良背光结构

降低色变的发生

各颜色LED发光特性随温度、时间变化

利用color sensor或温度sensor

过渡性

减少耗电量

LED发光效率不足

使用高效率LED

资料来源:Nikkei Electronics, 2004/12

LED背光源之技术现况

以LED作为背光源之发展模式,在小尺寸产品中,侧面发光再加上导光板的发光模式为主要被背光源系统,不过其光的利用率仅50%,但因背光源在面板侧面因此背光模块之厚度可控制的与CCFL不相上下,但整体系统重量也相对高出许多。而在大尺寸的LCD背光源中,为了增加光的利用率,采用直下型的背光模式,将使光的利用率提升至70%,但相对厚度也由29nm增加到50nm。但OMROM的合作伙伴多摩Fine opto将LED直下型背光源的厚度缩短为30mm,该公司计划于2005年秋季开始量产时再将厚度缩短为25mm,此时已优于利用导光板的侧面发光形式,该公司有鉴于台湾面板产业规模之庞大,已于2004年10月在台湾地区设立分公司,为未来抢夺LCD 电视背光源市场做准备。

表3. 不同背光源系统的比较

发光二极管

冷阴极管(CCFL)

利用导光板

直下型

光的利用率

50%

70%

75%以上

厚度

29mm

50mm

28mm

重量

4200g

3800g

1500g

资料来源:Nikkei Electronics, 2004/12

在直下型背光源中,LED的排列方式对其混色效果与放热性的考虑必须撷取一个平衡的位置,如图2所示,当LED的配置越紧密,RGB混色的效果也越佳,但其散热性问题就较为严重,但若LED排列的较为稀疏,就会降低RGB的混色效果,但散热性就会较佳。因此如何设计出混色效果良好的LED排列,与容易散热的设计,将考验着LED背光源设计者的智慧。除了大尺寸LCD背光应用的开发,Rohm于FPD 2004上发表NB用于11.6_的LCD背光源,更在Ceatec Japan期间展示了15英寸LCD背光源,亮度达800cd/m2,共使用136颗LED(R,B各34,G为68颗)。这显示了已有厂商开始注意PC市场中的LCD背光源这块尚未被开发的市场,并开始进行研发布局。

然而,在大尺寸LCD采用RGB发展的同时,以紫外光LED+RGB荧光粉的发光模式,在白光LED市场中更被寄予更多的期望。如丰田合成于Ceatec Japan 2004中展示32英寸LCD背光源,为380nm LED+RGB荧光粉方式,数量为1200颗,消耗功率140W,白光发光效率15lm/W。紫外光LED发光效率已达40lm/W。比起2003年仅展示15英寸LCD背光源更是突破尺寸障碍。因此在LCD背光源市场中发现两种发展模式,一类是直接以系统应用的发展是选用较为成熟的RGB三色LED作为系统背光源之组合,另一类则是本身是LED组件的开发者,以紫外光LED搭配RGB荧光粉所呈现出的白光LED,然以紫外光LED的开发。目前两种方式都有其优缺点存在,也间接证明在LED在背光源的市场中仍有相当大的努力空间。

OLED的威胁

当全彩手机的需求创造了LED足够的市场规模,但另一项技术更敲敲开始侵蚀LED的应用市场,那就是OLED的崛起。由图3中,isuppli的预估与统计,未来几年OLED将由全彩取代单色,而应用市场中,小尺寸的手机面板仍是最主要的应用,这对LED目前用在手机市场中是最大的应用市场来说,是一个威胁。但从另外一个角度来看,OLED应用在PC、 电视市场要在2008年后才会出现,对LED是个相当大的机会。

然而,LED所用的背光源主要是以LCD为主,但是在电视市场中,PDP、背投的竞争也是相当激烈,不过在LCD产业的规模仍是持续扩大的情况下,背光源的市场是可以确定的。另外在背投中的光源也是可以考虑用LED来取代,目前虽有研究单位开发以LED作为背投背光源之产品,但目前仍锁定掌上型机种在开发,但要切入大画面的背投,在体积限制的考虑下,LED的亮度仍显不足。

结语

用LED取代传统CCFL背光源的优点除了提高色彩饱和度、真实度以外, LED也可以融入电视剧情之内,如图4中将电视内的色彩延伸到电视外,电视内的背光源,延伸到电视外的背光源,让观众更有深入其境的感觉,LED除了作为功能性取代之外,LED比其它光源更容易提供视觉性的功能。除了背光源外,LED在照明市场的应用将被运用的更为广泛。

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