分析LED的重要应用——背光

2007-03-23 15:13:00 来源:中华液晶网
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        背光源可以使用CCFL(冷阴机荧光灯), EL场致发光器)和LED(发光二极管)等可见光源。下面是带背光源的液晶显示模块的结构示意图。

1 CCFL(冷阴极荧光灯)特性

        高亮度, 3,000 - 4,000 cd/m2
        长寿命(约 20,000 小时)
        低发热量
        亮白色光
2  EL(场致发光器)特性

        厚度小, 0.4 到 1.0 mm
        驱动条件范围宽,频率 60 to 1000hz,最大 150V 交流电压
        光颜色有蓝绿,黄绿和白色
        寿命大约 5,000 小时
3  LED(发光二极管) 特性

        光亮度均匀
        使用寿命长(约 100,000 小时)
        低电压(支流)驱动,不需要逆变器
        颜色丰富,黄绿,琥珀色,红色等

背光模组的结构

A.入光光源

一、萤光灯

        冷阴极管:中、大型背光模组。
        热阴极管:超大尺寸中空型结构背光模组。

二、有机EL面状发光源

        一种能配合背光模组面光源型态的光源型式,由於其辉度低,适用于小型、全彩等使用的背光模组。

三、 LED光源

        近年来成功发展出青色光源的LED,经过导光板反射板等作用形成白色光源显示,由於其辉度高,渐成为具有实用性的导光板光源。

B.导光板

C.扩散片与稜镜片

扩散板:修正光进行的角度, 对於破坏全反射面的光学结构亦具有覆盖的作用,扩散板的光学参数包含了透过率及雾面程度,视导光板的外观作有利的选择。

稜镜片: 稜镜片是提升正面辉度的重要元件,最有效且常用的为BEF系列。BEFII 90/50 1~2枚应用於导光板上可使辉度提升约1.4~1.8倍,DBEF一枚甚至可使辉度提升达1.5倍之多。

D.灯管反射罩

作用: 包住灯管发出的光源, 尽量送入导光板内。

  • 反射罩的形状对导光板的入光效率有相当大的影响。
  • 中小型尺寸常用包含银烝镀膜及PET的软性材质,约有80%的入光效率。
  • 大尺寸多以外型特殊及固定的铜材质作为灯管反射罩, 以增加入光效率,最佳可达90%以上。
  • 在机构设计时,需注意漏电流现象。

E.外框架组合

外框架组合: 固定整个背光模组, 防止不当碰撞脏污等对功能的损害及影响。

F.反射板

反射板:将未被散射的光源反射再进入光传导区内,其本身对光源亦稍有散射的效应。

G.偏光转换

由导光板出射的光包含两种极化方向: P偏光和S偏光

  • P偏光能通过LCD,S偏光则否, 造成近一半的光源无法被应用。
  • 偏光转换的技术为利用多层膜结构将光分成P偏光及S偏光,S偏光经反射后转换成P偏光,即可通过LCD 。
  • 偏光转换技术提高了LCD的亮度,也降低了稜镜片的使用数量及电力耗费。

H.变换器(Inverter)

  • 变换器是驱动灯管点灯的高压脉动提供者。
  • 它将由电源供应器(Power Supply) 的直流电压讯号转换成高频的高压脉衝, 使灯管能持续点灯。

背光模组的结构分类

        侧光式结构:常用於14吋以下的背光模组, 其侧边入射的光源设计, 拥有注重轻量、 薄型、 窄框化、 低消费电力的特色。

        直下型结构:超大尺寸的背光模组,不含导光板。光源经反射后,向上经扩散板均匀分散后由正面射出。其优点为轻量化,高辉度, 出光角良好。

        中空型结构:超大尺寸的背光模组,以空气作为光源传递的媒介 ,导光板的形状为楔型结构,其目的在求均一化的效果。

        LED背光采用发光二极管作为背光光源,是未来最有希望替代传统冷阴极荧光管的技术。发光二极管由数层很薄的搀杂半导体材料制成,一层带有过量的电子,另一层则缺乏电子而形成带正电的空,工作时电流通过,电子和空相互结合,多余的能量则以光辐射的形式被释放出来。通过使用不同的半导体材料可以获得不同发光特性的发光二极管。

        目前已经投入商业应用的发光二极管可以提供红、绿、蓝、青、橙、琥珀、白等颜色,色域也非常宽广,能够达到NTSC色域的105%,这为液晶电视的色彩提升提供了保障。今年5月在波士顿举办的SID2005上,LG-Philips已经展示了使用10bit和12bit驱动IC,分别能够显示10亿和680亿种色彩的42英寸LED背光照明液晶电视产品。索尼公司也看好LED背光照明的前景,它的顶级产品Qualia 005液晶电视就采用了Lumileds公司的Luxeon LED背光照明。

        在液晶电视上使用的LED背光光源可以是白色,也可以是红、绿、蓝三基色,在高端产品中也可以应用多色LED背光来进一步提高色彩表现力,如三菱电机在SID2005上发布了使用六原色LED背光光源的液晶显示器。采用LED背光的液晶电视厚度大约为5厘米,比传统的液晶电视稍薄。

        早期的LED背光光源亮度比冷荧光灯管稍差,能够达到的对比度也仅仅在普通水平。不过在SID2005上LG-Philips展示了使用LED背光光源的超高对比度47英寸液晶电视,在LED背光源上引入新技术,将整个屏幕的LED分成了若干区域,根据显示的影像信号,可单独控制每个区域的发光量。

        所以影像的暗部能够更暗,亮部能够更亮,对比度由此得到了提高。LG-Philips展示的这款样品将黑色的光通量降低到0.05流明,对比度高达10000:1,可以和最新的等离子电视的对比度媲美。

        LED背光光源的另外一个优点是寿命非常长,使用寿命可达10万小时,如果按每天开机5小时计算,一台采用LED背光光源的液晶电视可以使用将近55年。此外,它还不含汞,环保性能更好。目前制约LED背光发展的问题主要是成本,由于价格比冷荧光灯管光源高出许多,LED背光光源只能在高端液晶电视中出现。

       与液晶电视相比,等离子电视在屏幕尺寸、响应时间、色域以及可视角度等方面具有独特的优势,但在像素的精细程度、功耗和使用寿命等方面则处于劣势。

        虽然目前在42英寸及以上的大屏领域几乎是等离子电视的天下,不过随着未来7.5代和8代液晶面板工厂相继建设和投产,大屏液晶电视成本将飞速下降,更大屏幕的液晶产品也已经呼之欲出,如三星已经能够生产82英寸的液晶电视面板,这已经对超大屏等离子电视构成了现实的威胁,因此等离子面板生产厂商也在不断降低成本和改良技术以应对液晶的挑战。

        LED产业积极切入TFT面板供应链,以取代CCFL作为背光源。业内人士表示,一旦LED在背光源上的应用如果成型,一个月的需求量高达十亿颗将有望带动明年LED产业荣景再现。

        据了解,全球LED产业在2003年与2004年历经将近30%的高成长率之后,2005年仍持续成长。不过由于带动LED增长的手机应用领域需求放缓,业者因此预估,2005和2006年两年后取而代之的新应用领域,将是以汽车照明、显示器、相机用闪光灯、面板背光源以及室内照明为主。而这几大应用领域只要一个新应用市场能成型,业者预测,明年LED高阶产品很可能呈缺货状。

        有关方面数据显示,2005年LED市场年成长率约16%。因需求持续增长,预估2008年时可望达到68亿美元的市场规模,其中,以高亮度LED与超高亮度LED最具成长潜力。从全球市场来看,高亮度LED主要的应用领域还是在移动设备的背光源上,这种需求占整个市场的近60%。另一个主要市场是汽车和信号灯市场。

        其中就背光源需求量而言,业内认为,LED若能在面板的应用上趋于成熟,一个月光面板产品对LED的需求就高达十亿颗,但是以国内及台湾厂商现阶段的高阶产能来看,能切入面板产业的产能并不多,因此高阶产能极容易出现缺货的情况。

         LED市场目前值得注意的情况是,由于近两年带动LED成长相当快速的手机应用领域,预估未来一年仍将持续成长,但2006年之后LED在手机应用的产值将呈现趋缓。在近几年手机市场往彩色化、照相化与薄型化的趋势发展之下,LED在手机市场的应用已成为带动LED市场快速成长的关键因素,而今随着市场成熟及终端需求放缓,LED在手机领域的市场成长动力明显不及汽车电子等领域。

        经验人士认为,未来取而代之的LED新应用领域,将是以汽车照明、显示器、相机用闪光灯、面板背光源以及室内照明市场等为主。而在LCD面板背光源的应用方面,LED将深具成长潜力。

 
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