LED應用系列報道之三·大尺寸背光電視

白光LED是大尺寸背光應用重要技術(shù)發(fā)展方向

    根據(jù)DisplayBank預測，到2010年全球大尺寸TFT液晶面板用的LED背光模塊市場，出貨量將達6780萬片，占整體LED背光模塊市場的比重可望達到14.1%。不同于手機、Monitor等中小尺寸應用，LCD TV由于主要應用于家庭娛樂，播放動態(tài)視頻圖像、影像等信息，所以對其顯示品質(zhì)的要求比較高，例如高亮度、高對比度、高色彩還原性、快速響應、無拖尾現(xiàn)象、低功耗、環(huán)保節(jié)能等，因此盡管目前LED背光比較于CCFL背光還存在價格昂貴、功耗大以及散熱等方面的問題，但是面板廠家、背光源廠家和LED廠家都非常看好LED背光液晶電視的市場和未來發(fā)展前景，在這方面投入較大的人力、物力進行研究開發(fā)工作，以期盡快解決上述成本和技術(shù)問題，盡快把LED背光的液晶電視推向市場。

主持人 梁紅兵

京東方科技集團股份有限公司中央研究院副院長王剛

    近幾年LED發(fā)光效率不斷提高，同時在LED選型及二次光學設(shè)計、LED背光光學設(shè)計、熱學管理設(shè)計、驅(qū)動控制技術(shù)等方面也不斷提出新的技術(shù)和解決方案，使得利用LED點光源的特點，既解決了LED光源發(fā)光效率不足引起的功耗大、散熱難等問題，同時也帶來了整體LCD TV性能的大幅提升。這就是大家常常在有關(guān)資料中見到的如動態(tài)背光控制、區(qū)域背光控制、閃爍和掃描背光等技術(shù)，通過這些技術(shù)的應用，使得采用LED背光的LCD TV在動態(tài)對比度、圖像拖尾現(xiàn)象、功耗、色彩飽和度等方面得到顯著改善。

    大尺寸液晶電視用LED背光近兩年另一個技術(shù)發(fā)展方向是白色LED光源的應用，盡管在色彩飽和度提升上較RGB獨立光源的LED背光有所損失，但白光的發(fā)光效率較高，同尺寸屏使用的LED顆數(shù)大幅減少，可以降低成本，加快LED背光進入市場的進度。再有基于壁掛需求的增溫，大尺寸超薄LCD TV模塊的需求增大，LED背光較CCFL背光在這方面更具優(yōu)勢。大尺寸邊燈式LED背光在LCD TV上的應用也被提出，韓國三星等已經(jīng)開發(fā)出相應基于LED背光的超薄模塊。在2007年10月于日本橫濱舉辦的平板顯示展會上，三星就推出了厚度僅為1cm的40英寸LCD TV，其背光厚度估計僅為5mm左右。

    LED背光未來另一個重要的應用是利用LED開關(guān)速度快的特點，實現(xiàn)無彩膜場序彩色顯示，可去掉占液晶顯示屏約20%左右成本的彩膜(C/F)材料，同時可提高整體顯示屏的分辨率和光利用率，簡化TFT-LCD的制備流程，降低成本。

    與Monitor類似，考慮到不同的LED背光解決方案，大尺寸LCD TV上所使用的LED燈的顆數(shù)與屏幕大小和亮度的差異關(guān)系密切，從幾百顆到幾千顆的都有。一般采用白光方案和邊燈式結(jié)構(gòu)的需要LED的顆數(shù)較少，而采用RGB三色方案和直下式結(jié)構(gòu)所需要LED的顆數(shù)較多。以三星40英寸先后推出的兩款LED背光LCD TV產(chǎn)品為例，采用白光方案的不到1000顆LED燈，而較早推出的前一代采用RGB三色燈的則需要2160顆。

帝光蘇遵惠：突破光效和價格瓶頸才能快速取代CCFL

深圳帝光電子有限公司總工程師蘇遵惠

突破光效和價格瓶頸才能快速取代CCFL

    LED背光大型尺寸由于亮度要求高，只能采用直下式背光源，至2007年，LED背光大型尺寸的液晶電視在展會上樣品多，而投放市場的不多，只有三星、索尼有少部分在歐美投放。液晶電視從2003年開始真正作為商品進入市場，就顯示出其主體地位。隨著全球各條高世代生產(chǎn)線的投產(chǎn)，液晶電視的成本將進一步降低，市場份額將逐年上升。

    背光源在液晶器件總成本中占有重要地位，現(xiàn)在市面銷售的液晶電視背光源還是CCFL的，我國還沒有LED背光源的液晶電視上市。預計從2008年第三季度開始，LED背光源的液晶電視會陸續(xù)上市。由于價格原因，首先可能以32英寸以下為主，因為尺寸越小，與CCFL背光源的價差比例越小，容易被市場接受。其技術(shù)改進方面，也是由于價格原因，只會使用原材料成本增加較少、開發(fā)費用也較低的一些技術(shù)，如環(huán)境亮度控制背光源亮度技術(shù)、遙控調(diào)節(jié)背光源亮度技術(shù)等。LED背光源的液晶電視開始取代CCFL背光源電視可能要等到2009年，因為只有LED的發(fā)光效率達到100lm/w以上，LED才具有與CCFL抗衡的能力。只有視頻分區(qū)域控制LED背光源亮度技術(shù)、無彩膜時序控制LCD技術(shù)、具有偏振光LED技術(shù)或者其他對LED背光源節(jié)能、對視頻效果有大幅度提高的新技術(shù)、新方案的出現(xiàn)，再加上LED價格大幅度下降，LED背光源電視才可能進入發(fā)展期，成為液晶電視的主流產(chǎn)品。

    2006年以來，世界上研發(fā)LED優(yōu)勢較強的制造商，已經(jīng)在中尺寸和部分大尺寸Monitor、TV中使用LED背光源，如日亞、豐田合成、CREE、飛利浦、歐司朗、三星等。日亞2006年6月報道商品化白光LED光效率可達100lm/w;2007年6月CREE公司出臺了LED新標準XLaurpLED，在350ma電流條件下，LED亮度LMIN≥100 lm，即達到100lm/w水平，但價位仍居高不下。

    總之，液晶電視用LED背光源的發(fā)展前景廣闊，只要LED光效率和價格的“瓶頸”一旦突破，將以超常規(guī)的速度取代CCFL背光源。

上廣電海金波：LED背光在高端液晶電視上已有應用

上海廣電(集團)中央研究院副總監(jiān)金波

LED背光在高端液晶電視上已有應用

    由于大尺寸產(chǎn)品主要為電視機面板，為了體現(xiàn)高端產(chǎn)品的特性，需要RGB LED背光源，但是目前在特性、成本等方面還存在一些問題，因此LED背光源在大尺寸上的應用還較少，在高端液晶電視面板有一些應用。

    LED背光源相對CCFL背光源具有以下優(yōu)勢：環(huán)保優(yōu)勢(無汞)；顯色范圍廣，可以實現(xiàn)大于NTSC150%的顯色范圍；點光源：可以區(qū)域控制，降低電耗，提高圖像品質(zhì)�；�于以上優(yōu)勢，在40英寸以上液晶電視產(chǎn)品中，高端產(chǎn)品很有可能是LED背光源主要的應用產(chǎn)品。如果RGB LED背光源在成本上與白色LED背光源一樣的水準，整個液晶電視面板上，RGB LED背光源有機會成為主流。

    在“第十一屆中國(天津)信息技術(shù)博覽會暨第四屆國家信息化發(fā)展論壇”上，三星電子宣布將向中國市場發(fā)布目前世界上最大的商業(yè)化70英寸液晶電視。這意味著LED背光源液晶電視的商業(yè)化已經(jīng)邁出了實質(zhì)一步。在日本橫濱舉辦的平板顯示器展FPD International 2007上，三星、夏普、友達、奇美等等一線面板制造商紛紛推出LED背光源液晶顯示展品，對LED背光源的產(chǎn)業(yè)化蓄勢待發(fā)。

    目前主要技術(shù)解決方案有動態(tài)區(qū)域控制直下式RGB三色LED背光源和超薄型測光式高亮度白光LED背光源。存在的技術(shù)問題包括：直下式三色LED背光源成本太高；超薄型LED背光源導光板目前應用在LED背光NB成本仍高，若要做到40英寸以上大面積更將是一項挑戰(zhàn)，不僅要防止超薄型導光板大面積碎裂問題，如何將側(cè)光源均勻分布至另一端，導光板上微結(jié)構(gòu)設(shè)計亦為考驗。

    液晶電視用LED背光的發(fā)展趨勢是使用RGB三色LED器件的動態(tài)LED背光源技術(shù)和使用高亮度白光LED器件的薄型化LED背光源技術(shù)。

    與靜態(tài)LED背光源本身環(huán)保的優(yōu)點相結(jié)合，動態(tài)LED背光源技術(shù)可以大幅度提高畫面對比度，滿足未來高清液晶彩電畫質(zhì)及高動態(tài)范圍影像的需求。主動式動態(tài)LED背光源技術(shù)預期可有效降低LED器件功耗50%以上，功耗的降低還將進一步提高LED的壽命并降低對散熱的要求，減少散熱配件，降低整體成本。主動式動態(tài)LED背光源技術(shù)還可以充分發(fā)揮LED器件本身的廣色域優(yōu)勢。

    顯示超薄型LCD TV為未來TV的設(shè)計趨勢之一〔因為可以壁掛〕。在日本橫濱舉辦的平板顯示器展FPD International 2007上，三星電子展出了厚度為10mm的超薄型液晶電視，其使用側(cè)光式白光LED背光源，預計2008年中期開始量產(chǎn)。

中電淼浩李明遠：LED大尺寸背光面臨亮度、散熱、光均勻分布難題

深圳市中電淼浩固體光源有限公司總經(jīng)理李明遠

LED大尺寸背光面臨亮度、散熱、光均勻分布難題

    到目前為止，世界上用LED背光源做大尺寸液晶顯示的企業(yè)屈指可數(shù)。大尺寸屏幕一般用于電視上。三星、SONY等公司已經(jīng)推出了40英寸以上的LED背光液晶電視產(chǎn)品，深圳市中電淼浩固體光源有限公司也于2005年研制成功了國內(nèi)首臺42英寸LED背光液晶電視。由于價格高昂，市場還比較小。

    主要技術(shù)解決方案和中型尺寸類似，一般也為側(cè)出光方案和底部直接照明方案。

    LED應用于大尺寸的LCD背光源，技術(shù)方面面臨亮度、散熱、光的均勻分布等難題。

    技術(shù)重點是屏幕亮度均勻性和色彩表現(xiàn)力。為提高色彩表現(xiàn)能力，一般采用RGB三色LED光源混合光照，并采用相應的色彩管理技術(shù)來控制多色LED光源，以達到最佳色彩表現(xiàn)力。

    對于大尺寸LED背光電視，還有個問題是LED的發(fā)熱和散熱問題。必須設(shè)計良好的散熱系統(tǒng)，以保證LED背光正常工作。

    目前市場主要面對民用市場，由于價格高昂，市場還比較小。LED要進入液晶電視背光源市場還面臨價格較高、三基色LED波長衰減不一致影響壽命以及需要重新進行電路設(shè)計等問題。這些問題都使得2006年、2007年LED要進入液晶電視背光源市場十分困難，但鑒于LED背光源的多種優(yōu)勢，相關(guān)廠商都在積極投入資金進行研發(fā)，一旦技術(shù)成熟達到量產(chǎn)，規(guī)模化必將帶動價格的下降，預計在2009年LED液晶電視背光源市場將啟動。

    TV用LED背光的發(fā)展趨勢是向更高色彩表現(xiàn)力和色彩還原力發(fā)展，并減低發(fā)熱，提高穩(wěn)定性。

    LED應用于大尺寸的LCD背光源，技術(shù)方面面臨亮度、散熱、光的均勻分布等難題，但目前LED進軍大尺寸液晶電視背光源的主要障礙在于價格。一般LED背光源比傳統(tǒng)的CCFL貴5倍左右。所以，在近期國內(nèi)外開發(fā)LED背光源的熱點都在于大屏幕的液晶顯示器，故而目前LED背光源主要是定位于高端的液晶電視產(chǎn)品上。

    對于液晶電視來說，目前CCFL背光源的替代技術(shù)就是LED背光源。LED因采用三基色發(fā)光、色還原性好、耗電量低，再加上壽命長(5萬～6萬小時，可與液晶顯示屏匹配)、短小輕薄、環(huán)保等優(yōu)勢，它已逐漸取代CCFL背光源，在液晶顯示領(lǐng)域顯示出了巨大的潛力。

海信劉衛(wèi)東：未來五年需求將達2000萬臺

海信集團有限公司研發(fā)中心副主任劉衛(wèi)東

未來五年需求將達2000萬臺

    LED背光大型尺寸目前應用還非常少。以電視為例，目前只有SONY、三星向市場推出了少量70英寸LED背光液晶電視產(chǎn)品。

    技術(shù)解決方案方面，以采用的單元發(fā)光器件來分，主要有四種方式：R、G、B芯片分立封裝，R、G、B三合一或四合一(多一個綠色芯片)封裝，芯片直接鍵合在背光線路板上(COB)和雙色熒光粉白光LED。以控制方式來分，主要可分為全屏動態(tài)控制和分區(qū)動態(tài)控制兩類。技術(shù)問題有四方面：一是色度均勻性的問題。LED背光由于是點光源，并且由RGB三色合成白光，因此在顯示的時候會出現(xiàn)色度不均勻現(xiàn)象，特別在白場較易察覺。二是發(fā)光效率問題。目前可以用于背光的LED，合成白光的光效一般在40lm/W左右，光能利用不高，同時也會造成散熱等一系列問題。三是LED成本問題。當前LED的成本普遍偏高，尤其應用于LED背光的都是高端產(chǎn)品，目前42英寸LED背光的平均成本在500美元-700美元，而同尺寸的CCFL背光成本只有150美元左右。四是背光動態(tài)控制算法進一步完善問題。目前實現(xiàn)的算法從畫質(zhì)改善、動態(tài)節(jié)能等方面還不是最優(yōu)化的，需要進一步完善。

    未來市場需求完全可以樂觀，根據(jù)Displaybank的預測，到2010年，LED背光在大尺寸市場的占有率超過10%。根據(jù)上述預測，LED背光潛在市場需求總量在未來5年將高達2000萬臺以上，銷售額可達約50億美元，利潤10億美元左右。目前由于成本問題，市場需求規(guī)模還不大。

    適應寬色域、精細動態(tài)控制和超薄化的需求，可以預見液晶電視用LED背光的發(fā)展趨勢將以采用中、小功率R、G、B芯片分立器件或三合一封裝器件為主流，效率將不斷提高，成本可望持續(xù)降低，在背光控制技術(shù)方面也會不斷有新的突破，以充分發(fā)揮LED背光源技術(shù)節(jié)能、提高畫質(zhì)的效能。

穩(wěn)潤光電包書林：解決熱效應問題需要LED業(yè)者共同努力

江蘇穩(wěn)潤光電有限公司總工程師包書林

解決熱效應問題需要LED業(yè)者共同努力

    液晶電視至今仍使用冷陰極燈管CCFL作為主要的背光源，其成本與技術(shù)較目前發(fā)光二極管的背光源產(chǎn)品差異甚大。但是冷陰極燈管含汞，不利于環(huán)保，而且在亮度及色彩表現(xiàn)上尚未滿足消費者的需求。由于LED具備效率高、耗電少及壽命長的特性，于市場的應用上非常受到重視，若應用在液晶電視的背光源，則可獲得優(yōu)越的色彩表現(xiàn)。但因液晶電視輝度最低約為450cd/m2，需要LED的使用數(shù)量相當多，可達數(shù)百、上千之余，加上必須密集排列及配置，而使得需要高輝度所產(chǎn)生的散熱問題嚴重。

    近年來，由于LED廠商在技術(shù)上有大幅改善，主要為提高LED發(fā)光效率，使LED數(shù)量得以減少，進而達到低成本及低耗電量的目標。但由于LED本身特性的關(guān)系，在長時間發(fā)光狀態(tài)下，溫度及長時間使用下所產(chǎn)生白平衡變化，也是很難預期的。在LED背光模塊技術(shù)不斷進步下，降低背光模塊的耗電量，可以避免LED因熱效應所造成輝度、亮度及白平衡的變化，減少使用或不使用散熱模塊，僅靠背板做熱傳導，即可達散熱效果，使得背光模塊重量減輕、厚度變薄，同時也可以降低成本。目前各家廠商皆使用直下型LED背光技術(shù)，并且搭配色序法及區(qū)域控制的技術(shù)，使亮度及對比能有效地提升，有效降低模塊耗電量，但須對電路的控制及面板特性的優(yōu)化等進行設(shè)計。

    隨著液晶面板尺寸的增加，所需的LED數(shù)量也隨之增加，使得LED背光模組成本提高，對于散熱技術(shù)的挑戰(zhàn)也因而更為艱巨。如果僅靠改變模塊機構(gòu)的設(shè)計，就希望能一舉解決熱效應的問題，仍舊是不夠的，還需要LED業(yè)者的一起努力，包括晶粒與PCB材料都必須進行改善，提高LED的光電轉(zhuǎn)換效率等。如何有效運用LED特性、電路控制及散熱模塊技術(shù)，未來將是一個重大的課題。

唐國慶：量產(chǎn)需進一步降低成本

上海市光電子行業(yè)協(xié)會秘書長唐國慶

量產(chǎn)需進一步降低成本

    目前LED背光在大尺寸中主要為26英寸以上的電視機背光。早在2005年索尼、三星投入了大尺寸LED背光的研發(fā)，而中國面板龍頭廠商也相繼投入相關(guān)的研發(fā)工作。

    LED大尺寸背光主要包括兩大類，一類為直下式發(fā)光，可以采用紅綠藍三基色LED按一定的光學設(shè)計進行排布。也可以用紅綠藍三合一白光貼片，該方案所需要的LED比較多，還存在更嚴重的MURA效應，散熱等問題需要進一步解決，另外紅綠藍芯片各自的衰減特性不同，長時間工作之后，就會引起白光色坐標飄移，要解決這些問題還需要一定的時間。第二種就是側(cè)光式和導光板技術(shù)相結(jié)合，以Luminus的Phlatlight技術(shù)為應用典型。在2007年日本的FPD會議上，Luminus利用該技術(shù)和GLT微透鏡導光板技術(shù)相結(jié)合推出37英寸LED背光電視機，大大減少LED的數(shù)量，但要實現(xiàn)真正的量產(chǎn)，在熱處理和穩(wěn)定性上仍存在一些問題。目前大尺寸LED背光以研發(fā)為主，量產(chǎn)則需要進一步降低成本。大尺寸LED背光電視機主要仍為高階應用為主，高昂的造價還是量產(chǎn)的主要障礙。

    一般直下式LED背光所需要的LED達數(shù)千顆，如果是和導光板結(jié)合則需要的LED數(shù)量會有所下降。

    目前，采用LED背光源與場序技術(shù)結(jié)合實現(xiàn)無彩膜的LCD顯示技術(shù)為主要的發(fā)展趨勢，它主要具有如下優(yōu)點：一是不需要彩膜，節(jié)省成本；二是高亮度，使用彩膜時，70%以上的背光強度被彩膜吸收；三是高分辨率，由于不需像普通液晶面板那樣將1個像素分割成3個子像素，因此易于提高分辨率；四是色彩表現(xiàn)性能更高。但上述技術(shù)尚屬研發(fā)階段，在LED與液晶電視自身制程技術(shù)上，LED驅(qū)動與液晶驅(qū)動的配合等技術(shù)難關(guān)需要攻克。

    除了LED背光之外，傳統(tǒng)冷陰極熒光燈和新型顯示技術(shù)OLED都可以作為液晶背光。

藍寶梁秉文：散熱問題和混色技術(shù)亟須攻克

上海藍寶光電材料公司總經(jīng)理梁秉文

散熱問題和混色技術(shù)亟須攻克

    目前，幾乎所有的液晶電視背光源都采用的是CCFL，LED背光源成本高昂，LED背光模組的價格平均為CCFL的2.5倍以上。LED背光源成本高，直接表現(xiàn)為采用這一光源的液晶電視售價高。我國企業(yè)雖然尚未在市場上銷售LED背光液晶電視，但從去年年底開始，海信、夏新、廈華、康佳等主流彩電廠商都先后推出了樣機。

    目前存在的主要技術(shù)問題是散熱問題和混色技術(shù)。散熱是一個待突破的問題，尤其是大尺寸TV，散熱增加的成本導致的價格太高是需要面對的一個重要問題。至于混色則是較困難的技術(shù)障礙，必須將光學做得很好。LED背光板的設(shè)計，一般不希望使用太多顆數(shù)，但若使用較少光源，照出來的亮度又會不均勻，這本身是一對矛盾，這時就要用光學技術(shù)來混光。

    現(xiàn)階段采用LED背光的液晶電視價格還太高，因此市場時機并沒有來臨，現(xiàn)階段大家只是把研發(fā)的技術(shù)成果展現(xiàn)出來，離批量產(chǎn)業(yè)化還有一段距離。LED背光源液晶電視沒有實現(xiàn)大規(guī)模應用的主要原因是LED背光源的成本過高。雖然LED背光源的成本也在降，但CCFL的性能持續(xù)提升和價格直落，讓LED仍無法在大尺寸液晶電視上看到較好的發(fā)展契機。但由于LED做背光源的LCD TV的圖像具有高對比度、色域廣、快速和省電等特點，當價格下降到一定程度時，它的推廣和市場滲透必定會迅速地發(fā)生。

    采用LED背光模塊的一大挑戰(zhàn)仍是成本問題。但無論如何，在CCFL成本降幅相對有限的現(xiàn)實情況下，LED背光源成本持續(xù)縮減與CCFL之價差，將會是必然的發(fā)展趨勢。對于液晶面板廠商來說，為了節(jié)省成本，在目前不得不考慮采用CCFL。此外，散熱、光源均勻性以及LED芯片發(fā)光效率也是整機廠商在現(xiàn)階段無法大量推廣LED背光的原因。