LED背光源

背光源的起源及發(fā)展

 背光源的發(fā)展可以追溯到二戰(zhàn)時期。當時用超小型鎢絲燈作為飛機儀表的背光源。這是背光源發(fā)展的初始階段。經(jīng)過半個世紀的發(fā)展，如今背光源已經(jīng)成為電子獨立學科，并逐步形成研究開發(fā)熱點。

隨著液晶顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，液晶顯示器特別是彩色液晶顯示器的應用領域也在不斷拓寬。受液晶顯示器的市場拉動，背光源產(chǎn)業(yè)，呈現(xiàn)一派繁榮景象。

背光源的分類

LCD為非發(fā)光性的顯示裝置，須要借助背光源才能達到顯示的功能。背光源性能的好壞除了會直接影響LCD顯像質(zhì)量外，背光源的成本占LCD模塊的3-5%，所消耗的電力更占模塊的75%，可說是LCD模塊中相當重要的零組件。高精細、大尺寸的LCD，必須有高性能的背光技術(shù)與之配合，因此當LCD產(chǎn)業(yè)努力開拓新應用領域的同時，背光技術(shù)的高性能化(如高亮度化、低成本化、低耗電化、輕薄化等)亦扮演著幕后功臣的角色。

電致發(fā)光(EL)背光源體薄量輕，提供的光線均勻一致。它的功耗很低，要求的工作電壓為80～100Vac，提供工作電壓的逆變器可把5/12/24Vdc的輸入變換為交流輸出。但EL背光源的使用壽命有限(在50%亮度條件下的平均使用壽命為3000～5000小時，在更高的亮度水平上使用壽命將大為縮短)，因此，理想的EL背面照明用逆變器允許輸出電壓和頻率隨著EL燈泡的老化而增加，從而延長采用EL的背面照明光源的顯示器的有效使用壽命。

EL背面照明對于像手表、數(shù)字臺式鐘和單色PDA等需要極度微弱的照明以便在光線朦朧或昏暗條件下使用的小型反射式LCD應用而言是較為適用的。然而，低效率、低亮度以及短壽命使其不適用于諸如膝上型電腦和平板桌上型監(jiān)視器所要求的大型LCD這樣的透射型背面照明用途。

LED背光源的使用壽命比EL長(超過5000小時)，且使用直流電壓，通常應用于小型的單色顯示器，比如電話、遙控器、微波爐、空調(diào)、儀器儀表、立體聲音頻設備等。但是，其亮度目前也不足以為大型透射式顯示器提供背面光源。LED背光源與CCFL背光源在結(jié)構(gòu)上基本是一致的，其中主要的區(qū)別在于LED是點光源，而CCFL是線光源。

小型冷陰極熒光燈(CCFL)提供了用于大型LCD所需的亮度和壽命(以及燈光管制能力)，這就是它至今仍是背光照明最為常用的方法的原因。但是，熱量堆積是一個值得關注的問題。

導光板的作用在于引導光的散射方向，用來提高面板的亮度，并確保面板亮度的均勻性，導光板的良優(yōu)對背光板影響甚大，因此，側(cè)光式背光板中導光板的設計制作是關鍵技術(shù)之一。導光板是利用射出成型的方法將丙烯壓制成表面光滑的板塊，然后用具有高反射且不吸光的材料，在導光板的底面用網(wǎng)版印刷的方式印上擴散點，冷陰極熒光燈位于導光板側(cè)邊的厚端，冷陰極管所發(fā)出的光利用反射往薄的一端傳導，當光線射到擴散點時，反射光會往各個角度擴散，然后破壞反射條件由導光板正面射出，利用各種疏密、大小不一的擴散點，可使導光板均勻發(fā)光。反射板的用途在于將底面露出的光反射回導光板中，用來提高光的使用效率。

導光板按照工藝流程不同又可分為印刷式及非印刷式，印刷式是在壓克力平板上用具高反射率且不吸光的材料，在導光板底面用網(wǎng)版印刷印上圓形或方形的擴散點。非印刷式則是利用精密模具使導光板在射出成型時，在丙烯材料中加入少量不同折射率的顆粒狀材質(zhì)，直接形成密布的微小凸點，其作用有如網(wǎng)點。印刷法的效果不如非印刷法。非印刷法效果優(yōu)異，使用人數(shù)少，速度快，效率高，但是技術(shù)門檻很高，需要掌握精密射出成型，精密模具，光學等技術(shù)才能掌握。目前世界上有三家企業(yè)精于此道，市場基本也有這三家把持，按照2002年臺灣IEK統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，市場份額分別是旭化成(35%)、三菱(25%)、Kuraray(18%)、其余大多是印刷法生產(chǎn)的導光板。同時旭化成也是有機玻璃材料的最大提供商，占據(jù)市場超過50%的份額。而三菱在有機玻璃生產(chǎn)加工技術(shù)方面是全世界最優(yōu)秀的。目前國內(nèi)廠商大多仍采用印刷式的導光板作為導光組件，印刷式的導光板具有開發(fā)成本低及生產(chǎn)快速的優(yōu)點，而非印刷式的技術(shù)難度較高，但在亮度上表現(xiàn)優(yōu)異，技術(shù)為瓶頸所在，另外，根據(jù)形狀可分為平板及楔形板，平板多應用于監(jiān)視器，楔型板多用于筆記型計算機。至于擴散板及主要用途，在于提高正面的亮度，擴散板的作用在于讓光的分布更加均勻使從正面看不到反射點的影子。由于光自擴散板射出后，其光的指向性非常差，必須利用棱鏡片來修正光的方向，達到聚光的效果，提高正面的亮度。

可見，背光模組的作用無非就是把點光源或線光源發(fā)出的光通過漫反射使之成為面光源。但這個背光源大有學問，在搭配不同數(shù)量的燈管時其表面的紋理會有不同的變化，背光板的設計涵蓋了光學設計、精密模具以及蝕刻、印刷等精密科技。

LCD-TV的背光模組大約占原材料成本的23%（15英寸）到37%（30英寸），是LCD-TV原材料中比例最大的一部分。背光模組中光學膜最昂貴，占到背光模組成本的44%，導光板占16%，燈管占12%，其它如燈罩，外框等占28%。

a0中國已經(jīng)成為世界最大的TN-LCD生產(chǎn)國。據(jù)統(tǒng)計:2000年中國顯示器產(chǎn)業(yè)銷售額約為407億元。其中液晶顯示器為60億元。到今年底，中國顯示器產(chǎn)業(yè)的工業(yè)總產(chǎn)值約為600億元，其中液晶顯示器約為80～100億元。中國是液晶顯示器背光源巨大的潛在市場。

B0背光模組技術(shù)門檻和資金門檻很低，又是朝陽產(chǎn)業(yè)，因此初期產(chǎn)業(yè)進入障礙并不高，吸引許多中小型廠商跨入此一領域。然而，由于背光板模塊并不是可以大量產(chǎn)的商品，在LCD面板應用范圍越趨廣泛下，產(chǎn)品尺寸及規(guī)格也就越來越多，其中，導光板的規(guī)格、尺寸及厚薄各家面板廠商皆不相同，背光模塊廠商必須針對各家客戶的需求，以設計各種不同的背光模塊。此外，零組件的供應來源是否齊備，線上人員的訓練和品質(zhì)，加上后段組立能否達到量產(chǎn)等議題皆值得追蹤，人力培訓至上線均需至少3個月時間，人員制程熟練度影響其制程良率甚大，且訓練初期材料耗損較高，因此廠商如何控制成本為重點。故盡管在初期障礙不大下，小廠林立，惟實際能爭取到客源，穩(wěn)定量產(chǎn)出貨的廠商將僅是少數(shù)。

背光板模塊獲利遭LCD模組廠商擠壓、及同業(yè)的競爭壓力下，薄利多銷現(xiàn)已成為業(yè)界普遍的現(xiàn)象。激烈競爭的背光模組市場只有靠規(guī)模出效益，大者恒大。不過由于背光模組上游競爭不充分，加上目前背光模組廠家度日維艱，價格一降再降，因此背光模組的價格不可能下降很多。　由于背光模塊認證期間長，一旦獲得LCD面板廠商采用后將不會輕易改變，新競爭者將不易輕易介入，因此，在市場上經(jīng)營較早者，將占有一定優(yōu)勢。

值得注意的是，隨著歐美市場上環(huán)保認證的推行，越來越多的背光源要舍棄含鉛汞成份的CCFL光源。加上近二年間LED亮度突破性的提高和生產(chǎn)成本的降低，所以加大力度研發(fā)LED為光源的背光系統(tǒng)作為替代CCFL背光源，是將來各大背光源廠商的重要方向。

背光源工藝簡介

導光板的制作

導光板如果只是一個平面，沒有導柱和各種擋墻的結(jié)構(gòu)，厚度在2MM以上，一般就可以采用切割壓克力板，然后在上面絲印網(wǎng)點的方式制作，切割的方法有機械切割和激光切割。這種方式一來可以比較快的調(diào)整光線輸出的均勻性，二是省去了注塑開模費用，三是可以快速貼光學膜。這種方式的光源一般采用插燈（2x3x4mm方燈）。如果導光板上有導柱和擋墻等定位結(jié)構(gòu)，導光板就需要開注塑模具生產(chǎn)，模芯一般用S136鋼，表面要進行拋光處理，為了提高正面出光效率，有時還會在出光面進行放電或噴砂處理。一個模仁的使用壽命大概在30~50萬次左右。與這種導光板配套的光學模片一般要用模切的方式生產(chǎn)，背光源制作效率較低，產(chǎn)品重復精度高。

光學模片的制作

光學模片一般采用模切的方式制作，制作時會在相應的定位位置備覆雙面膠或不干膠，然后排列在離型紙上給貼膜工序使用。對于比較精細的白光產(chǎn)品，要使用無纖維剝離的離型膜，并且要在千級的超凈車間里模切生產(chǎn)。而用于提高亮度的增光膜，則在模切和使用過程中都要用保護膜保護，在組裝背光源成品時才可以去除。

關于LED背光源技術(shù)簡介

所謂的LED就是指Light Emitting Diode，也就是我們常說得發(fā)光二極管，這種產(chǎn)品及其應用更不是現(xiàn)在才有，而且其應用在我們現(xiàn)在的現(xiàn)實生活中隨處可見，例如路邊的廣告牌、家用電器上的各色指示燈和手機鍵盤上的背光照明等等都是采用了LED作為光源，所以在談到LED時，我們不應該感到新鮮，所以在這里也沒必要詳細地對這種產(chǎn)品及其工作原理作詳細地解釋，而就其在顯示器產(chǎn)品上的應用來說，則還應該算作是一種新興技術(shù)產(chǎn)品。

由于傳統(tǒng)LCD顯示設備上CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamps，冷陰極熒光燈)背光技術(shù)及產(chǎn)品的某些先天不足，例如色域狹窄、能源利用率低其功耗較高和壽命短小等，所以人們一直在尋找著其替代技術(shù)及產(chǎn)品，而在這個過程中，LED背光技術(shù)產(chǎn)品便被納入了人們的選用范疇。
 

從發(fā)光原理上來看，由于LED是由數(shù)層很薄的摻雜半導體材料制成，一層帶有過量的電子，另一層則缺乏電子而形成帶正電的“空穴”，工作時電流通過，電子和空穴相互結(jié)合，多余的能量則以光輻射的形式被釋放出來,LED正是根據(jù)這樣的原理實現(xiàn)電光的轉(zhuǎn)換,又根據(jù)半導體材料物理性能的不同，LED可發(fā)出從紫外到紅外不同光譜下不同顏色的光線，特別是LED不能發(fā)出白光的技術(shù)問題解決之后，為LED在顯示領域的應用奠定了根本性的基礎。

采用LED為液晶電視的背光源，最主要目的是提升畫質(zhì)，特別是色彩飽和度上，LED背光技術(shù)的顯示屏可以取得足夠?qū)挼纳?，彌補液晶顯示設備顯示色彩數(shù)量不足的缺陷，使之能達到甚至超過Adobe RGB和NTSC色彩標準要求，可以達到NTSC ratio 100%以上，其中索尼推出采用LED背光的液晶電視面板，特別強調(diào)鮮紅和深綠的表現(xiàn)，可顯示較以往的方式更為逼真的顏色。同時因為LED的平面光源特性，使LED背光還能實現(xiàn)CCFL無法比及的分區(qū)域的色彩和色度調(diào)節(jié)功能，從而實現(xiàn)更加精確的色彩還原性，以適應平面出版和圖形設計工作的需要，畫面的動態(tài)調(diào)整可以使得在顯示不同畫面時，亮度與對比可以動態(tài)修正，以達到更好的畫質(zhì)。

另外，LED做為背光源的優(yōu)點是可以取代color filter的使用。以三色RGB LED采用色序法(color sequential)技術(shù)，利用人類視覺暫留的特性，達到全彩的效果，因此可以取代彩色濾光片。當然，這必須配合液晶的反應速度才能達到。不過要達到此一境界，仍有許多困難必須克服。

不過LED背光模塊也不是沒有缺點，耗電量的問題仍然是LED背光模塊必須克服的重要課題。由于采用較多的LED，除了耗電量增加之外，也導致溫度升高的問題，因此也必須增加冷卻系統(tǒng)與傳感器來解決此一問題，因此在厚度上顯得較采用CCFL背光的產(chǎn)品來得厚。

盡管LED背光技術(shù)有著很多優(yōu)點，但是其同樣也有著難以回避的普及應用難點，首先來說，應用了這種新技術(shù)的產(chǎn)品在價格方面還不具優(yōu)勢，再者，LED技術(shù)掌握在少數(shù)廠商手中為其普及帶來困難，最后就是該項技術(shù)自身的原因，LED背光技術(shù)在發(fā)光效率、電流控制和散熱上還不是做的很好，從長遠的趨勢來看，LED背光技術(shù)作為一種替換型的技術(shù)產(chǎn)品存在肯定會慢慢的普及開來，而根據(jù)相關的行業(yè)預期，這種大面積應用應該在2008年。當然隨著三星、LG的新面板技術(shù)的快速發(fā)展，其也有可能提前大面積應用。