LED应用系列报道之三·大尺寸背光电视

白光LED是大尺寸背光应用重要技术发展方向

    根据DisplayBank预测，到2010年全球大尺寸TFT液晶面板用的LED背光模块市场，出货量将达6780万片，占整体LED背光模块市场的比重可望达到14.1%。不同于手机、Monitor等中小尺寸应用，LCD TV由于主要应用于家庭娱乐，播放动态视频图像、影像等信息，所以对其显示品质的要求比较高，例如高亮度、高对比度、高色彩还原性、快速响应、无拖尾现象、低功耗、环保节能等，因此尽管目前LED背光比较于CCFL背光还存在价格昂贵、功耗大以及散热等方面的问题，但是面板厂家、背光源厂家和LED厂家都非常看好LED背光液晶电视的市场和未来发展前景，在这方面投入较大的人力、物力进行研究开发工作，以期尽快解决上述成本和技术问题，尽快把LED背光的液晶电视推向市场。

主持人 梁红兵

京东方科技集团股份有限公司中央研究院副院长王刚

    近几年LED发光效率不断提高，同时在LED选型及二次光学设计、LED背光光学设计、热学管理设计、驱动控制技术等方面也不断提出新的技术和解决方案，使得利用LED点光源的特点，既解决了LED光源发光效率不足引起的功耗大、散热难等问题，同时也带来了整体LCD TV性能的大幅提升。这就是大家常常在有关资料中见到的如动态背光控制、区域背光控制、闪烁和扫描背光等技术，通过这些技术的应用，使得采用LED背光的LCD TV在动态对比度、图像拖尾现象、功耗、色彩饱和度等方面得到显著改善。

    大尺寸液晶电视用LED背光近两年另一个技术发展方向是白色LED光源的应用，尽管在色彩饱和度提升上较RGB独立光源的LED背光有所损失，但白光的发光效率较高，同尺寸屏使用的LED颗数大幅减少，可以降低成本，加快LED背光进入市场的进度。再有基于壁挂需求的增温，大尺寸超薄LCD TV模块的需求增大，LED背光较CCFL背光在这方面更具优势。大尺寸边灯式LED背光在LCD TV上的应用也被提出，韩国三星等已经开发出相应基于LED背光的超薄模块。在2007年10月于日本横滨举办的平板显示展会上，三星就推出了厚度仅为1cm的40英寸LCD TV，其背光厚度估计仅为5mm左右。

    LED背光未来另一个重要的应用是利用LED开关速度快的特点，实现无彩膜场序彩色显示，可去掉占液晶显示屏约20%左右成本的彩膜(C/F)材料，同时可提高整体显示屏的分辨率和光利用率，简化TFT-LCD的制备流程，降低成本。

    与Monitor类似，考虑到不同的LED背光解决方案，大尺寸LCD TV上所使用的LED灯的颗数与屏幕大小和亮度的差异关系密切，从几百颗到几千颗的都有。一般采用白光方案和边灯式结构的需要LED的颗数较少，而采用RGB三色方案和直下式结构所需要LED的颗数较多。以三星40英寸先后推出的两款LED背光LCD TV产品为例，采用白光方案的不到1000颗LED灯，而较早推出的前一代采用RGB三色灯的则需要2160颗。

帝光苏遵惠：突破光效和价格瓶颈才能快速取代CCFL

深圳帝光电子有限公司总工程师苏遵惠

突破光效和价格瓶颈才能快速取代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电视在展会上样品多，而投放市场的不多，只有三星、索尼有少部分在欧美投放。液晶电视从2003年开始真正作为商品进入市场，就显示出其主体地位。随着全球各条高世代生产线的投产，液晶电视的成本将进一步降低，市场份额将逐年上升。

    背光源在液晶器件总成本中占有重要地位，现在市面销售的液晶电视背光源还是CCFL的，我国还没有LED背光源的液晶电视上市。预计从2008年第三季度开始，LED背光源的液晶电视会陆续上市。由于价格原因，首先可能以32英寸以下为主，因为尺寸越小，与CCFL背光源的价差比例越小，容易被市场接受。其技术改进方面，也是由于价格原因，只会使用原材料成本增加较少、开发费用也较低的一些技术，如环境亮度控制背光源亮度技术、遥控调节背光源亮度技术等。LED背光源的液晶电视开始取代CCFL背光源电视可能要等到2009年，因为只有LED的发光效率达到100lm/w以上，LED才具有与CCFL抗衡的能力。只有视频分区域控制LED背光源亮度技术、无彩膜时序控制LCD技术、具有偏振光LED技术或者其他对LED背光源节能、对视频效果有大幅度提高的新技术、新方案的出现，再加上LED价格大幅度下降，LED背光源电视才可能进入发展期，成为液晶电视的主流产品。

    2006年以来，世界上研发LED优势较强的制造商，已经在中尺寸和部分大尺寸Monitor、TV中使用LED背光源，如日亚、丰田合成、CREE、飞利浦、欧司朗、三星等。日亚2006年6月报道商品化白光LED光效率可达100lm/w;2007年6月CREE公司出台了LED新标准XLaurpLED，在350ma电流条件下，LED亮度LMIN≥100 lm，即达到100lm/w水平，但价位仍居高不下。

    总之，液晶电视用LED背光源的发展前景广阔，只要LED光效率和价格的“瓶颈”一旦突破，将以超常规的速度取代CCFL背光源。

上广电海金波：LED背光在高端液晶电视上已有应用

上海广电(集团)中央研究院副总监金波

LED背光在高端液晶电视上已有应用

    由于大尺寸产品主要为电视机面板，为了体现高端产品的特性，需要RGB LED背光源，但是目前在特性、成本等方面还存在一些问题，因此LED背光源在大尺寸上的应用还较少，在高端液晶电视面板有一些应用。

    LED背光源相对CCFL背光源具有以下优势：环保优势(无汞)；显色范围广，可以实现大于NTSC150%的显色范围；点光源：可以区域控制，降低电耗，提高图像品质。基于以上优势，在40英寸以上液晶电视产品中，高端产品很有可能是LED背光源主要的应用产品。如果RGB LED背光源在成本上与白色LED背光源一样的水准，整个液晶电视面板上，RGB LED背光源有机会成为主流。

    在“第十一届中国(天津)信息技术博览会暨第四届国家信息化发展论坛”上，三星电子宣布将向中国市场发布目前世界上最大的商业化70英寸液晶电视。这意味着LED背光源液晶电视的商业化已经迈出了实质一步。在日本横滨举办的平板显示器展FPD International 2007上，三星、夏普、友达、奇美等等一线面板制造商纷纷推出LED背光源液晶显示展品，对LED背光源的产业化蓄势待发。

    目前主要技术解决方案有动态区域控制直下式RGB三色LED背光源和超薄型测光式高亮度白光LED背光源。存在的技术问题包括：直下式三色LED背光源成本太高；超薄型LED背光源导光板目前应用在LED背光NB成本仍高，若要做到40英寸以上大面积更将是一项挑战，不仅要防止超薄型导光板大面积碎裂问题，如何将侧光源均匀分布至另一端，导光板上微结构设计亦为考验。

    液晶电视用LED背光的发展趋势是使用RGB三色LED器件的动态LED背光源技术和使用高亮度白光LED器件的薄型化LED背光源技术。

    与静态LED背光源本身环保的优点相结合，动态LED背光源技术可以大幅度提高画面对比度，满足未来高清液晶彩电画质及高动态范围影像的需求。主动式动态LED背光源技术预期可有效降低LED器件功耗50%以上，功耗的降低还将进一步提高LED的寿命并降低对散热的要求，减少散热配件，降低整体成本。主动式动态LED背光源技术还可以充分发挥LED器件本身的广色域优势。

    显示超薄型LCD TV为未来TV的设计趋势之一〔因为可以壁挂〕。在日本横滨举办的平板显示器展FPD International 2007上，三星电子展出了厚度为10mm的超薄型液晶电视，其使用侧光式白光LED背光源，预计2008年中期开始量产。

中电淼浩李明远：LED大尺寸背光面临亮度、散热、光均匀分布难题

深圳市中电淼浩固体光源有限公司总经理李明远

LED大尺寸背光面临亮度、散热、光均匀分布难题

    到目前为止，世界上用LED背光源做大尺寸液晶显示的企业屈指可数。大尺寸屏幕一般用于电视上。三星、SONY等公司已经推出了40英寸以上的LED背光液晶电视产品，深圳市中电淼浩固体光源有限公司也于2005年研制成功了国内首台42英寸LED背光液晶电视。由于价格高昂，市场还比较小。

    主要技术解决方案和中型尺寸类似，一般也为侧出光方案和底部直接照明方案。

    LED应用于大尺寸的LCD背光源，技术方面面临亮度、散热、光的均匀分布等难题。

    技术重点是屏幕亮度均匀性和色彩表现力。为提高色彩表现能力，一般采用RGB三色LED光源混合光照，并采用相应的色彩管理技术来控制多色LED光源，以达到最佳色彩表现力。

    对于大尺寸LED背光电视，还有个问题是LED的发热和散热问题。必须设计良好的散热系统，以保证LED背光正常工作。

    目前市场主要面对民用市场，由于价格高昂，市场还比较小。LED要进入液晶电视背光源市场还面临价格较高、三基色LED波长衰减不一致影响寿命以及需要重新进行电路设计等问题。这些问题都使得2006年、2007年LED要进入液晶电视背光源市场十分困难，但鉴于LED背光源的多种优势，相关厂商都在积极投入资金进行研发，一旦技术成熟达到量产，规模化必将带动价格的下降，预计在2009年LED液晶电视背光源市场将启动。

    TV用LED背光的发展趋势是向更高色彩表现力和色彩还原力发展，并减低发热，提高稳定性。

    LED应用于大尺寸的LCD背光源，技术方面面临亮度、散热、光的均匀分布等难题，但目前LED进军大尺寸液晶电视背光源的主要障碍在于价格。一般LED背光源比传统的CCFL贵5倍左右。所以，在近期国内外开发LED背光源的热点都在于大屏幕的液晶显示器，故而目前LED背光源主要是定位于高端的液晶电视产品上。

    对于液晶电视来说，目前CCFL背光源的替代技术就是LED背光源。LED因采用三基色发光、色还原性好、耗电量低，再加上寿命长(5万～6万小时，可与液晶显示屏匹配)、短小轻薄、环保等优势，它已逐渐取代CCFL背光源，在液晶显示领域显示出了巨大的潜力。

海信刘卫东：未来五年需求将达2000万台

海信集团有限公司研发中心副主任刘卫东

未来五年需求将达2000万台

    LED背光大型尺寸目前应用还非常少。以电视为例，目前只有SONY、三星向市场推出了少量70英寸LED背光液晶电视产品。

    技术解决方案方面，以采用的单元发光器件来分，主要有四种方式：R、G、B芯片分立封装，R、G、B三合一或四合一(多一个绿色芯片)封装，芯片直接键合在背光线路板上(COB)和双色荧光粉白光LED。以控制方式来分，主要可分为全屏动态控制和分区动态控制两类。技术问题有四方面：一是色度均匀性的问题。LED背光由于是点光源，并且由RGB三色合成白光，因此在显示的时候会出现色度不均匀现象，特别在白场较易察觉。二是发光效率问题。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，同时也会造成散热等一系列问题。三是LED成本问题。当前LED的成本普遍偏高，尤其应用于LED背光的都是高端产品，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。四是背光动态控制算法进一步完善问题。目前实现的算法从画质改善、动态节能等方面还不是最优化的，需要进一步完善。

    未来市场需求完全可以乐观，根据Displaybank的预测，到2010年，LED背光在大尺寸市场的占有率超过10%。根据上述预测，LED背光潜在市场需求总量在未来5年将高达2000万台以上，销售额可达约50亿美元，利润10亿美元左右。目前由于成本问题，市场需求规模还不大。

    适应宽色域、精细动态控制和超薄化的需求，可以预见液晶电视用LED背光的发展趋势将以采用中、小功率R、G、B芯片分立器件或三合一封装器件为主流，效率将不断提高，成本可望持续降低，在背光控制技术方面也会不断有新的突破，以充分发挥LED背光源技术节能、提高画质的效能。

稳润光电包书林：解决热效应问题需要LED业者共同努力

江苏稳润光电有限公司总工程师包书林

解决热效应问题需要LED业者共同努力

    液晶电视至今仍使用冷阴极灯管CCFL作为主要的背光源，其成本与技术较目前发光二极管的背光源产品差异甚大。但是冷阴极灯管含汞，不利于环保，而且在亮度及色彩表现上尚未满足消费者的需求。由于LED具备效率高、耗电少及寿命长的特性，于市场的应用上非常受到重视，若应用在液晶电视的背光源，则可获得优越的色彩表现。但因液晶电视辉度最低约为450cd/m2，需要LED的使用数量相当多，可达数百、上千之余，加上必须密集排列及配置，而使得需要高辉度所产生的散热问题严重。

    近年来，由于LED厂商在技术上有大幅改善，主要为提高LED发光效率，使LED数量得以减少，进而达到低成本及低耗电量的目标。但由于LED本身特性的关系，在长时间发光状态下，温度及长时间使用下所产生白平衡变化，也是很难预期的。在LED背光模块技术不断进步下，降低背光模块的耗电量，可以避免LED因热效应所造成辉度、亮度及白平衡的变化，减少使用或不使用散热模块，仅靠背板做热传导，即可达散热效果，使得背光模块重量减轻、厚度变薄，同时也可以降低成本。目前各家厂商皆使用直下型LED背光技术，并且搭配色序法及区域控制的技术，使亮度及对比能有效地提升，有效降低模块耗电量，但须对电路的控制及面板特性的优化等进行设计。

    随着液晶面板尺寸的增加，所需的LED数量也随之增加，使得LED背光模组成本提高，对于散热技术的挑战也因而更为艰巨。如果仅靠改变模块机构的设计，就希望能一举解决热效应的问题，仍旧是不够的，还需要LED业者的一起努力，包括晶粒与PCB材料都必须进行改善，提高LED的光电转换效率等。如何有效运用LED特性、电路控制及散热模块技术，未来将是一个重大的课题。

唐国庆：量产需进一步降低成本

上海市光电子行业协会秘书长唐国庆

量产需进一步降低成本

    目前LED背光在大尺寸中主要为26英寸以上的电视机背光。早在2005年索尼、三星投入了大尺寸LED背光的研发，而中国面板龙头厂商也相继投入相关的研发工作。

    LED大尺寸背光主要包括两大类，一类为直下式发光，可以采用红绿蓝三基色LED按一定的光学设计进行排布。也可以用红绿蓝三合一白光贴片，该方案所需要的LED比较多，还存在更严重的MURA效应，散热等问题需要进一步解决，另外红绿蓝芯片各自的衰减特性不同，长时间工作之后，就会引起白光色坐标飘移，要解决这些问题还需要一定的时间。第二种就是侧光式和导光板技术相结合，以Luminus的Phlatlight技术为应用典型。在2007年日本的FPD会议上，Luminus利用该技术和GLT微透镜导光板技术相结合推出37英寸LED背光电视机，大大减少LED的数量，但要实现真正的量产，在热处理和稳定性上仍存在一些问题。目前大尺寸LED背光以研发为主，量产则需要进一步降低成本。大尺寸LED背光电视机主要仍为高阶应用为主，高昂的造价还是量产的主要障碍。

    一般直下式LED背光所需要的LED达数千颗，如果是和导光板结合则需要的LED数量会有所下降。

    目前，采用LED背光源与场序技术结合实现无彩膜的LCD显示技术为主要的发展趋势，它主要具有如下优点：一是不需要彩膜，节省成本；二是高亮度，使用彩膜时，70%以上的背光强度被彩膜吸收；三是高分辨率，由于不需像普通液晶面板那样将1个像素分割成3个子像素，因此易于提高分辨率；四是色彩表现性能更高。但上述技术尚属研发阶段，在LED与液晶电视自身制程技术上，LED驱动与液晶驱动的配合等技术难关需要攻克。

    除了LED背光之外，传统冷阴极荧光灯和新型显示技术OLED都可以作为液晶背光。

蓝宝梁秉文：散热问题和混色技术亟须攻克

上海蓝宝光电材料公司总经理梁秉文

散热问题和混色技术亟须攻克

    目前，几乎所有的液晶电视背光源都采用的是CCFL，LED背光源成本高昂，LED背光模组的价格平均为CCFL的2.5倍以上。LED背光源成本高，直接表现为采用这一光源的液晶电视售价高。我国企业虽然尚未在市场上销售LED背光液晶电视，但从去年年底开始，海信、夏新、厦华、康佳等主流彩电厂商都先后推出了样机。

    目前存在的主要技术问题是散热问题和混色技术。散热是一个待突破的问题，尤其是大尺寸TV，散热增加的成本导致的价格太高是需要面对的一个重要问题。至于混色则是较困难的技术障碍，必须将光学做得很好。LED背光板的设计，一般不希望使用太多颗数，但若使用较少光源，照出来的亮度又会不均匀，这本身是一对矛盾，这时就要用光学技术来混光。

    现阶段采用LED背光的液晶电视价格还太高，因此市场时机并没有来临，现阶段大家只是把研发的技术成果展现出来，离批量产业化还有一段距离。LED背光源液晶电视没有实现大规模应用的主要原因是LED背光源的成本过高。虽然LED背光源的成本也在降，但CCFL的性能持续提升和价格直落，让LED仍无法在大尺寸液晶电视上看到较好的发展契机。但由于LED做背光源的LCD TV的图像具有高对比度、色域广、快速和省电等特点，当价格下降到一定程度时，它的推广和市场渗透必定会迅速地发生。

    采用LED背光模块的一大挑战仍是成本问题。但无论如何，在CCFL成本降幅相对有限的现实情况下，LED背光源成本持续缩减与CCFL之价差，将会是必然的发展趋势。对于液晶面板厂商来说，为了节省成本，在目前不得不考虑采用CCFL。此外，散热、光源均匀性以及LED芯片发光效率也是整机厂商在现阶段无法大量推广LED背光的原因。