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LED背光源知识概论

LED背光
  近来,随着平板商场里铺天盖地的LED电视宣传,有关LED电视的话题被广泛关注。对于LED电视技术、价格的议论,也此起彼伏,不绝于耳。这里所说的的LED电视,实际上是指LED背光源液晶电视。
  由于传统LCD显示设备上CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamps,冷阴极荧光灯)背光技术及产品的某些先天不足,例如色域狭窄、能源利用率低其功耗较高和寿命短小等,所以人们一直在寻找着其替代技术及产品,而在这个过程中,LED背光技术产品便被纳入了人们的选用范畴。
  白光LED背光源是在液晶显示设备的成像原理中,背光源发出的白光,经过液态晶体层后,再通过R/G/B彩色滤光膜,变成独立的原色。在这一过程中,决定最后液晶显示设备色彩的关键并不是液态晶体层,而是背光源的发光质量。背光源的光谱中RGB每种原色光的纯度越高,在最后才能还原出越纯正的原色,只有还原出纯正的RGB三原色,才能调配出纯正而且真实的色彩效果。
  从发光原理上来看,由于LED是由数层很薄的掺杂半导体材料制成,一层带有过量的电子,另一层则缺乏电子而形成带正电的“空穴”,工作时电流通过,电子和空穴相互结合,多余的能量则以光辐射的形式被释放出来,LED正是根据这样的原理实现电光的转换,又根据半导体材料物理性能的不同,LED可发出从紫外到红外不同光谱下不同颜色的光线,特别是LED不能发出白光的技术问题解决之后,为LED在显示领域的应用奠定了根本性的基础。
  LED背光源的使用寿命比EL长(超过5000小时),且使用直流电压,通常应用于小型的单色显示器,比如电话、遥控器、微波炉、空调、仪器仪表、立体声音频设备等。但是,其亮度目前也不足以为大型透射式显示器提供背面光源。LED背光源与CCFL背光源在结构上基本是一致的,其中主要的区别在于LED是点光源,而CCFL是线光源。
  导光板的作用在于引导光的散射方向,用来提高面板的亮度,并确保面板亮度的均匀性,导光板的良优对背光板影响甚大,因此,侧光式背光板中导光板的设计制作是关键技术之一。导光板是利用射出成型的方法将丙烯压制成表面光滑的板块,然后用具有高反射且不吸光的材料,在导光板的底面用网版印刷的方式印上扩散点,冷阴极荧光灯位于导光板侧边的厚端,冷阴极管所发出的光利用反射往薄的一端传导,当光线射到扩散点时,反射光会往各个角度扩散,然后破坏反射条件由导光板正面射出,利用各种疏密、大小不一的扩散点,可使导光板均匀发光。反射板的用途在于将底面露出的光反射回导光板中,用来提高光的使用效率。
  导光板按照工艺流程不同又可分为印刷式及非印刷式,印刷式是在压克力平板上用具高反射率且不吸光的材料,在导光板底面用网版印刷印上圆形或方形的扩散点。非印刷式则是利用精密模具使导光板在射出成型时,在丙烯材料中加入少量不同折射率的颗粒状材质,直接形成密布的微小凸点,其作用有如网点。印刷法的效果不如非印刷法。非印刷法效果优异,使用人数少,速度快,效率高,但是技术门槛很高,需要掌握精密射出成型,精密模具,光学等技术才能掌握。目前世界上有三家企业精于此道,市场基本也有这三家把持,按照2002年台湾IEK统计数据显示,市场份额分别是旭化成(35%)、三菱(25%)、Kuraray(18%)、其余大多是印刷法生产的导光板。同时旭化成也是有机玻璃材料的最大提供商,占据市场超过50%的份额。而三菱在有机玻璃生产加工技术方面是全世界最优秀的。目前国内厂商大多仍采用印刷式的导光板作为导光组件,印刷式的导光板具有开发成本低及生产快速的优点,而非印刷式的技术难度较高,但在亮度上表现优异,
  技术为瓶颈所在,另外,根据形状可分为平板及楔形板,平板多应用于监视器,楔型板多用于笔记型计算机。至于扩散板及主要用途,在于提高正面的亮度,扩散板的作用在于让光的分布更加均匀使从正面看不到反射点的影子。由于光自扩散板射出后,其光的指向性非常差,必须利用棱镜片来修正光的方向,达到聚光的效果,提高正面的亮度。
  可见,背光模组的作用无非就是把点光源或线光源发出的光通过漫反射使之成为面光源。但这个背光源大有学问,在搭配不同数量的灯管时其表面的纹理会有不同的变化,背光板的设计涵盖了光学设计、精密模具以及蚀刻、印刷等精密科技
  LCD-TV的背光模组大约占原材料成本的23%(15英寸)到37%(30英寸),是LCD-TV原材料中比例最大的一部分。背光模组中光学膜最昂贵,占到背光模组成本的44%,导光板占16%,灯管占12%,其它如灯罩,外框等占28%。
  中国已经成为世界最大的TN-LCD生产国。据统计:2000年中国显示器产业销售额约为407亿元。其中液晶显示器为60亿元。到今年底,中国显示器产业的工业总产值约为600亿元,其中液晶显示器约为80~100亿元。中国是液晶显示器背光源巨大的潜在市场。
  背光模组技术门槛和资金门槛很低,又是朝阳产业,因此初期产业进入障碍并不高,吸引许多中小型厂商跨入此一领域。然而,由于背光板模块并不是可以大量产的商品,在LCD面板应用范围越趋广泛下,产品尺寸及规格也就越来越多,其中,导光板的规格、尺寸及厚薄各家面板厂商皆不相同,背光模块厂商必须针对各家客户的需求,以设计各种不同的背光模块。此外,零组件的供应来源是否齐备,线上人员的训练和品质,加上后段组立能否达到量产等议题皆值得追踪,人力培训至上线均需至少3个月时间,人员制程熟练度影响其制程良率甚大,且训练初期材料耗损较高,因此厂商如何控制成本为重点。故尽管在初期障碍不大下,小厂林立,惟实际能争取到客源,稳定量产出货的厂商将仅是少数。
  背光板模块获利遭LCD模组厂商挤压、及同业的竞争压力下,薄利多销现已成为业界普遍的现象。激烈竞争的背光模组市场只有靠规模出效益,大者恒大。不过由于背光模组上游竞争不充分,加上目前背光模组厂家度日维艰,价格一降再降,因此背光模组的价格不可能下降很多。由于背光模块认证期间长,一旦获得LCD面板厂商采用后将不会轻易改变,新竞争者将不易轻易介入,因此,在市场上经营较早者,将占有一定优势。
  值得注意的是,随着欧美市场上环保认证的推行,越来越多的背光源要舍弃含铅汞成份的CCFL光源。加上近二年间LED亮度突破性的提高和生产成本的降低,所以加大力度研发LED为光源的背光系统作为替代CCFL背光源,是将来各大背光源厂商的重要方向。

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