《LED背光源(网友整理)》.pdf

中功率配合光学设计 LED 背光源极佳解决方案 发光二极管 （LED）用作LCD 面板背光源技术现阶段非常热门，要使用什么样的 LED 模块、光学架构如何设计， 怎么样能让发光效率高、颗数少、但又不能够太厚，这些条件成为技术设计上必须trade off 的考虑点。 在设计上，想达到最佳混色效果的首要条件，这就要用光学设计技术来克服；现在一般使用高功率 （high power） 和低功率 （low power）的LED，各有一些缺点，但若使用中功率 （middle power）LED 配合镜片设计，不失为折 衷方案，以下会详细说明。另外，他也认为因为价格还太高，大尺寸LCD TV 采用 LED 背光源时代不会那么快来临， 大家可能太乐观了。 ■价格太高LED 背光源大成长再等2 年 LED 的亮度持续增加，每2~ 3年就有倍数增加的态势，促成了LED 现今作为多种发光源的趋势，像是灯具、户 外大型广告灯箱、或者本篇谈的LCD 显示器背光源等等。 以发光效率而言，LED 较现阶段所使用的冷阴极管 （CCFL）为低，而且大尺寸LCD 面板事实上面临PDP 等其它 平面显示器的竞争；并且CCFL 也不是完全没有未来，欧盟虽然决议依环保考虑给予较严格的限制，但汞含量低于5mg 还是可以输入。因此，LED 作为背光源，其实并没有像市场炒的那么乐观。 其中最主要的问题还是在价格，以近半年来说，应用在LCD TV 背光源的RGBLED，价格都没有什么动，主要是 需求量还未起来。依据与日韩主要LCD TV 大厂接触的经验，日韩电视大厂多半希望年底可以有接近量产规格的LED 背光电视，这显示LED 背光是未来TV 主流的格局确立，但市场成形需要一段时间，并且量逐渐起来才能使成本下降， 进一步带动市场；一般估计，真正LED 背光TV 市场大成长的启动力量，应该要到2年以后。 ■multiple chip 提高发光效率 LED 的发光效率较差，例如CCFL 灯管发光效率约在 60~ 100lm/W，白光LED 的发光效率，若是Luminade 1W 可以驱动40lm/W 的发光效率，3W则可以驱动65lm/W 的发光效率，可以看出目前白光LED发光效率仍较CCFL逊 色。 不过这也可以用改变芯片架构的方式来改善，例如Citizen就用multiple chip 的设计，使得1.2W可以／ 输出84 lm，而且在不同的封装方式下，3W甚至可以驱动 210lm/W 的发光效率。这样技术未来也可望使用于R、G、 B 架构中。 Multiple chip是什么样的技术架构呢？主要是将原本的芯片割成小块，每颗给予较小的功率，使得个别消耗 功率较低、产生热量较小，并且发光效率可以有效提高。Citizen 的设计是切割成大约8颗0.2mm×0.2mm 的小芯片， 并且使用中间4颗，外面4个角包围4颗的方式排列，再封装起来成一个LED 模块。 白光LED 的发光效率都较CCFL 为低了，R、G、B LED 的平均发光效率又较白光低一些，因此提高发光效率也成 为研发的方向。 ■散热问题可解混色技术待突破 除了发光效率不高以外，散热也是另外一个待突破的问题，不过这应该不是太严重的问题，以现有现成的散热技 术就可以解决，只是会有热源处温度高、外围温度低的热度分布不均的问题，若采用导热管 （Loop Heat Pipe）散 热技术，则可以均匀分布导热。不过若使用于大尺寸TV，LHP 使用量也会随着倍增，价格太高则是届时需要面对的另 一个问题。 至于混色则是较困难的技术障碍，必须将光学做得很好。因为基本上，LED 背光板的设计，不会希望使用太多颗 数，但若使用较少光源，照出来的亮度又会不均匀，这时就要用光学技术来混光，让光可以张得开，均匀涵盖在更大 的照射面积。 混光的方式也有多种，有些设计是在光源处就先用一些方法先混光，但这样做会浪费能量，不如让光直接射出， 然后再用光学方式做混光处理。 另外值得一提的是，这里谈的LED 背光都是采用直下光源 （direct type）技术，而不是侧光技术，主要是侧 光要利用导光板将点光源转变成面光源，能量耗损较大，不适合应用到很大尺寸的TV 面板，而且使用侧光其实技术能 力并不高；但使用直下光源既能够发挥LED 亮度高的特性，并且输出辉度才足够符合大尺寸LCD TV 之需求。 ■低功率LED 电路设计不易控制 LED 背光面板设计上，采用的LE