LED背光源现况与展望

摘要：现阶段，LED被广泛地应用到中小尺寸背光源中，大尺寸TV背光源也由原来的CCFL向LED转变。LED背光源的优势有低能耗、无汞环保、超薄化结构设计、高色彩饱和度、高品质画面显示，其应用领域广阔，几乎涵盖了中小尺寸、大尺寸显示应用领域。文章介绍了国内外LED背光源的标准体系建立情况，并根据当前产业面临的困难提出大尺寸LED背光源的发展方向。

关键词：发光二极管；低功耗；环保；超薄；色彩饱和度

中图分类号：TN1312+.8

文献标识码：B

文章编号：1006－6268(2011)05－0027－05

引言

随着平板显示技术的不断升级，一种新型的LED背光源液晶电视开始逐步走进人们的视线。由于液晶显示器本身并不发光，所以为液晶显示器提供光源的背光源扮演着十分重要的角色。LED背光源最先开始应用在部分高端笔记本电脑上，2008年以后，三星、海信等中外彩电企业都相继推出了LED背光源液晶电视。LED背光源凭借着出色的画质表现以及节能环保等诸多优点，在平板显示技术领域中具有划时代意义。

1　LED背光源的特点

所谓LED就是发光二极管，这种产品在现实生活中随处可见，例如路边的广告牌、家用电器上的各色指示灯以及手机键盘上的背光照明等，都采用了LED作为光源，而LED在液晶电视产品上的应用仍是一种新兴的显示技术。LED背光源在液晶电视领域的技术优势很明显：首先，LED背光源较之其它光源不含汞等有毒物质，符合绿色环保的消费诉求，同时LED内部驱动电压低、功耗小，节能效果显著：第二，LED可以实现传统CCFL光源所不能达到的宽广色域范围，为液晶电视的色彩提升提供了保障；第三，LED背光源衰变周期长，使用寿命长：第四，由于LED的响应时间只有纳秒级，因此可以明显改善运动图像拖尾问题，提升动态清晰度。以上技术优势解决了目前平板电视显示技术发展中的瓶颈问题，LED背光源将是未来平板电视产品发展的主流趋势。

LED光源由于具有绿色环保、长寿命、快速响应、高色彩饱和度等诸多优点，必将成为液晶显示的主宰。LED目前发展迅速，性价比飞速提高，有望全面取代CCFL。CCFL背光与LED背光的性能比较如表1所示。

2　LED背光源应用领域

液晶产业是目前唯一具有可以从小尺寸到中尺寸，再到大尺寸全系列都可以涉足的产业，是目前与人类进行交互的最好的工具，可以预见LCD具有广阔的前景。相伴之的LED也具有从小尺寸、中尺寸，到大尺寸全系列广阔的应用前景(如表2所示)。

3　国内外LED背光源标准体系建立情况

“液晶显示器用背光模组”国内、外标准都才开始起步，目前在国际上IEC TC110正在着手制定相关的标准，IEC IEC／TC110平板显示器件技术委员会成立了PT6背光源项目组，开始制定相关标准，但尚未成体系，PT6的专家组有我国的赵英、牟同升两位专家参加。2009年12月，在日本举行的国际电工委员会年会上作出决议，由来自海信公司的刘卫东博士牵头起草LED液晶背光总规范国际标准。

国内的标准起草工作已经开始，由工信部平板显示技术标准工作组和半导体照明技术标准工作组组织，汇集京东方科技集团、北京京东方茶谷电子有限公司、中国计量科学研究院等重点企业，根据目前我国产业状况和需求来制定标准，预计结构如表3所示。

4　产业面临的困难

尽管LED背光源技术弥补了现有显示技术的缺陷，是未来平板电视显示技术的发展趋势，但真正要取代或部分取代传统液晶电视的CCFL背光技术仍需努力。

(1)价格门槛

首先，横亘在消费者面前的依然是一道价格门槛，应用LED背光源技术的液晶电视产品在价格方面还不具优势，目前价格还没有降低到能够让普通消费者接受的程度。目前LED背光源的价格为CCFL背光源的2～5倍左右。LED模块的成本占整个LED背光源成本的百分之三十多，屏幕尺寸越大，采用LED背光技术的成本就越高。另外，作为一项新兴的显示技术，LED背光源技术目前还不是特别成熟，例如发光效率、电流控制和散热等技术问题仍需完善。

(2)专利问题

同时，专利问题也是一个不可忽视的问题。目前在LED专利方面，如果要进入国际市场，特别是日本市场，必须要符合日本市场的专利要求。目前我国在LED产业专利所有权上还没有话语权，LED产品的专利要求如表4所示。

(3)供应链问题

LED背光源目前核心的两大部材，即LED和导光板(LGP)，从目前的市场分析来看，两大部材市场供应较为紧张，从2010年4月开始出现供应不畅的现象，主要是因为侧光式LED TV的快速增长，导致LGP和LED的需求量大增。但主流一线厂商，如三星、LG由于有自己的战略供应链，相对影响不大。

各大背光源厂都在与LED厂家建立运营合作模式，但现在的状况是LED大厂的产能都不能满足现有需求量。

5　LED背光源的发展方向

5.1LED薄型化、高功率以及导光板薄型化

LED彩电本质上并不是新型显示技术，只不过是应用新型的LED光源技术取代了传统冷阴极荧光灯。但这种采用侧边式LED背光的液晶电视却拥有传统产品难以比拟的纤薄机身，目前大部分知名厂家生产的LED电视的厚度都在2cm左右，这样的厚度是传统液晶电视所无法比拟的。

LED电视主要比拼的不仅是厚度，还包括更为经济节能的电力消耗，更为出色的画质。诸多方面的技术性能优势是LED电视市场快速增长的核心原因。

5.2“无边框”化

虽然液晶电视机不可能真正实现“无边框”――这只是对超窄边框的一种夸张的形容，但是业界专家纷纷预测，无边框产品将成为LED超薄之后液晶电视工艺设计的又一座高峰。

早在三年之前，包括三星等在内的众多液晶显示企业均已投入到了超窄边框的产品研发之中。只不过这些技术主要应用在工程显示领域，例如液晶电视拼接墙等。2010年4月，三星在国内市场推出的一款液晶拼接墙产品的最窄边框宽度仅有不足3mm。此后，包括夏普、LG、台湾的奇美等企业也先后推出了能够满足毫米级边框厚度的液晶显示面板，供整机企业选用。众多上游厂商的支持，一方面说明了无边框技术的实际价值，另一方面更是说明了制作毫米级，甚至更小级别边框的液晶电视的技术瓶颈已经基本被突破。

图1中，(a)为直下式背光源，为降低混光高度，要求灯的数量比较多，现在普遍量产：(b)为侧光式背光源，现在发展到四边入光，需要6根灯条，灯是两个芯片封装在一个里面，后期随着LED灯功效的提高，会发展为两边入光：(c)需要4根灯条，也是两个芯片封装在一起：(d)也是两侧入光，只需2根灯条，在短 边入光：(e)为后期发展目标，单侧入光，如现在的笔记本电脑产品和MNT产品，单个芯片封装，达到客户要求，满足降低成本、提高组装效率、降低功耗、节能环保的要求。

5.3环保

现阶段，大尺寸TV背光源主要还是以直下式为主，现在欧盟、国内要求产品都必须符合RoHS标准、UL标准，后期又加入了无卤素要求。现在大量使用的CCFL产品，灯管中都含有Hg，由于这种特性，所以标准中加入了该物质的豁免项，也就是该物质在一定量的情况下是合格可用的，但CCFL中含有Hg依然与现在的环境要求相违背。大尺寸LED背光源的出现正好符合现在市场的绿色、环保要求。

5.4低功耗：侧发光式动态背光源以及低功耗技术

现在普遍量产的大尺寸TV产品，都是使用直下式CCFL作为光源，此种驱动需要逆变器技术。使用CCFL作为光源功耗比较大，随着技术的不断提高，此种技术所达到的功耗已经接近极限值。高端产品直下式LED背光源的推出，使降低功耗的技术上了一个台阶，随着高功率LED的出现以及效率的提高，直下式的功耗在不断降低。直下式LED背光源还有一项突破性的技术，区域控制也就是动态背光技术，很大程度地降低了背光源的功耗，并且提高了TV产品的对比度，但是要求LED的数量比较多，TV产品的厚度比较大，美观度以及灵活性稍差。后期推出的侧发光式LED大尺寸背光源技术，集合了超薄、美观、LED、低功耗的优势。预期，在侧发光式LED大尺寸背光源上，引用区域控制技术能够大大降低背光源的功耗。直下式的LED动态背光源与图像处理相结合，暗的地方LED降低电流或者电压，这样对驱动电路技术要求比较高，但大大降低了背光源的功耗。而侧入式LED背光源通过LED交叉控制，达到区域控制，一定程度上降低了功耗。侧入式LED大尺寸背光源结合了各个优势，如果在区域控制上取得突破，将是技术的又一提高。

5.5散热性：LED封装上考虑，直接封装散热材料

现在开发设计的大尺寸LED背光源产品，所要面对的一个重要问题就是散热问题，并且在LED技术中散热问题也是一个比较大的问题。直下式LED大尺寸背光源有一定量的混光高度，对散热有一定的帮助，并且在整个LED大板上会相应地做散热板，达到散热效果。由于现在LED灯的功率比较高，并且有一定的能量以热的形式释放，而背光源对热信赖性要求比较严格，过热影响电路元器件性能、降低LED灯的发光效率、膜材方面产生褶皱现象造成背光源mura不良、背光源局部温度过热，在模块做老化试验时产生液晶工作不稳定的现象。而现在开发量产的大尺寸LED侧发光式背光源要求的灯条数量减少，灯的功率加大，对LED灯条的散热要求更高。现在的技术是灯条使用铝基板，灯条在组装到背光源上需要散热条，结构方面要配合更好的散热，但后期随着灯条的减少，相应灯的数量减少，灯的亮度增加，对现有技术是一个挑战。后期的趋势集中在LED的发光效率上，发光效率越高，产生的热越低。从LED灯封装技术上考虑，直接把散热材料封装到内部，达到更好的散热效果，随着封装技术的提高，LED灯的散热会更好。并且现在各个LED厂家都在研究LED灯的模块，该种技术是把多个芯片封装在一个模块下，并相应做散热处理，在灯条模块中混光达到最佳状态，并且使用陶瓷封装更好的散热，功率提升向100Im／W的方向发展。

5.6直下式超薄技术

现阶段，大尺寸直下式LED背光源正在向大尺寸侧入式LED背光源发展，遵循现在要求的低碳、绿色、环保、超薄、高色彩显示，侧入式LED背光源在后期的动态区域控制背光源达不到最佳值，需要我们在直下式背光源技术上做到更薄，通过对LGP的微结构处理，并且在导光板上做印刷，使LED灯在最短的距离达到混光要求，并且提高光源在LGP的传输效率，解决原有侧入式由于长距离传输所带来的光损失的问题。在大尺寸直下式背光源做到超薄的同时，完成区域控制技术，达到低功耗要求，并且在直下式技术的基础上使用RGB LED或者高功率白光LED，达到超薄、低功耗、高色彩的背光源产品。

5.7供应链

随着大尺寸TV背光源技术的发展，LED逐渐取代CCFL，在笔记本电脑机种上，LED已经大量使用，监视器方面也在迅速增量。现在来看，LED灯的供应是现在大家关注的问题。现在背光源大厂都相应与LED封装厂绑定，或者背光源厂有自己的LED封装厂，在供应链问题上，背光源大厂都在考虑把LED封装厂纳入为自己的合作伙伴。全球专利芯片的荧光粉、封装技术分成了多个亮度档，更多的色块，而各个背光源厂家的量产要求都不同，只是所有分块中的一小部分，这样封装出来的产品就会有一大部分废掉，成本费用都会加在背光源厂，增加了成本费用。现在一些厂家推出在同样亮度档基础上的色度混频技术，达到白光现象，并且达到背光源所要求的色度范围，能够在一定程度上降低成本。现在直下式LED背光源通过区域控制技术，利用电路驱动，完成不同亮度、不同色度的混频技术，满足了量产需求，成功降低了LED成本费用。