LED深植LCD背光源市场

用LED取代传统CCFL背光源的优点除了提高色彩饱和度、真实度以外，LED也可以融入电视剧情之内，让观众更有深入其境的感觉，LED除了作为功能性取代之外，也比其它光源更容易提供视觉性的功能。此外，LED在照明市场的应用也将更为广泛。

003年彩色手机的换机风潮带动了LED的需求，尤其是彩色面板用的白光LED更是供不应求。根据isuppli的统计，如(图一)所示，2004年LED在背光源的应用，市场成长率较2003年成长44.5％，并开始成为LED最大的应用市场，市场占有率达25.2％，预估2005年市占率将更往上提升至26.4％，然而市场成长率仅预估15.7％，主要的原因在于彩色手机的换机需求已趋于饱和，手机产业在未达另一波3G革命前，仅为稳定的成长，将会使得LED在手机背光市场的成长有所限制。

 
资料来源：iSuppli，PIDA整理，2004/10
图一　LED背光源市场

然而需要背光源的应用不仅如此，在中小尺寸面板的背光源如DSC、PDA、Handheld Games及汽车卫星导航系统等市场量虽不及手机市场来的庞大，不过白光LED却已开始悄悄的取代CCFL，成为中小尺寸LCD主要背光源。然而在10吋以上的LCD背光源的市场，LED目前苦于价格、技术成熟度等问题，尚未能在此应用领域中开花结果，但日本Sony于2004年开始贩售全世界第一台以LED作为背光源的46吋LCD TV（QUALIA 005）后，打破了LED在LCD 背光源发展上由小尺寸循序发展的Roadmap，这让LED在背光源市场中有了更快速且多元性的发展。
　
价格不是进入市场的唯一门票

日本Sony于2004年发表的QUILIA 005，是全世界第一款采用LED作为背光源的消费性平面电视，该产品与目前的CCFL背光源优缺点比较如(表一)所示。LED背光源可使红色与绿色的表现更接近原色，色彩重现范围达NTSC规格的105％，比CCFL为背光源的机种提升了50％。但以40吋的机种为例，共享了325个模块（每一模块为GRBRG五颗LED依序排列），消耗功率达470W，比起以CCFL为背光源之消耗电力多出了62％，主要原因在于LED的发光效率仍不及CCFL。但LED的发光效率正在快速的提升中，Sony希望于2～3年内达到与CCFL相同的消耗电力，同时间该公司也计划将色彩再生范围达到NTSC的110％～120％。　

资料来源：Nikkei Electronics，PIDA整理，2004/12

表一　LED背光源与CCFL的比较

然而以LED作为背光源产品的LCD电视，在Sony的销售策略上，是采取高单价策略，相同40吋LCD电视，LED背光源产品价格为CCFL的两倍。如此的订价策略对未来后进者有或多或少的参考价值存在。不过这也间接证明LED在大尺寸LCD TV背光源的应用中，是可以达到替换目的，但有待LED组件提供更高的发光效率，除了改善色彩表现外，节能的家电产品势必是在能源危机下的产物，因此当未来LED发光效率再度提升之时，耗电问题也救会迎刃而解了。不过Sony直接将LED背光源切入大型LCD TV的应用中，打破了LED在背光源应用领域发展的Roadmap，且以RGB混色为开发方向，这与中小尺寸LCD直接采用白光LED作为背光源有着截然不同的发展模式，因此针对以RGB三色LED作为背光源所产生的问题，如(表二)所示。

以RGB三色混光的背光模式，容易产生颜色不均匀的现象，因此这方面，就必须由增加光的路径，改善背光结构以达成充分混光的目标。另外，由于各种颜色的LED随时间、温度的敏感程度因为有所差异，因此必须以color sensor或temperature sensor来控制电流大小以调整各色LED所需的光通量。不过在这方面的技术与LED并无直接之关系，反倒是在背光模块厂商的设计中，是否了解LED的特性，这又再次证明LED组件与下游应用系统合作的重要性。

资料来源：Nikkei Electronics，PIDA整理，2004/12

表二　以RGB三色LED作为背光源之主要问题与解决对策
　

LED背光源之技术现况

以LED作为背光源之发展模式，在小尺寸产品中，侧面发光再加上导光板的发光模式为主要被背光源系统，不过其光的利用率仅50％，但因背光源在面板侧面因此背光模块之厚度可控制的与CCFL不相上下，但整体系统重量也相对高出许多。而在大尺寸的LCD背光源中，为了增加光的利用率，采用直下型的背光模式，将使光的利用率提升至70％，但相对厚度也由29nm增加到50nm。但OMROM的合作伙伴多摩Fine opto将LED直下型背光源的厚度缩短为30mm，该公司并计划于2005年秋季开始量产时再将厚度缩短为25mm，此时已优于利用导光板的侧面发光形式，该公司有鉴于台湾面板产业规模之庞大，已于2004年10月来台设立分公司，为未来抢夺LCD TV背光源市场做准备。

表三　不同背光源系统的比较

发光二极管 冷阴极管(CCFL) 利用导光板 直下型 光的利用率 50％ 70％ 75％以上 厚度 29mm 50mm 28mm 重量 4200g 3800g 1500g @图注:资料来源：Nikkei Electronics，PIDA整理，2004/12

在直下型背光源中LED的排列方式对其混色效果与放热性的考量必须撷取一个平衡的位置，如(图二)所示，当LED的配置越紧密，RGB混色的效果也越佳，但其散热性问题就较为严重，但若LED排列得较为稀疏，就会降低RGB的混色效果，但散热性问题就会较佳。因此如何设计出混色效果良好的LED排列，与容易散热的设计，将考验着LED背光源设计者的智慧。除了大尺寸LCD背光应用的开发，Rohm于FPD 2004发表NB用于11.6吋的LCD背光源，更于Ceatec Japan展示了15吋LCD背光源，辉度达800cd/m2，共使用136颗LED（R、B各34，G为68颗）。这显示了已有厂商开始注意PC市场中的LCD背光源这块尚未被开发的市场，并开始进行研发布局。
 

资料来源：Nikkei Electronics，PIDA整理，2004/12
图二　直下型背光源LED排列方式

　
然而，在大尺寸LCD采用RGB发展的同时，以紫外光LED＋RGB荧光粉的发光模式，在白光LED市场中更被抱与更多的期望。如丰田合成于Ceatec Japan 2004中展示32吋LCD背光源，为380nm LED＋RGB荧光粉方式，数量为1200颗，消耗功率140W，白光发光效率15lm/W。紫外光LED发光效率已达40lm/W。比起2003年仅展示15吋LCD背光源更是突破尺寸障碍。因此在LCD背光源市场中发现两种发展模式，一类是直接以系统应用的发展，为选用较成熟的RGB三色LED作为系统背光源之组合，另一类则是本身为LED组件的开发者，以紫外光LED搭配RGB荧光粉所呈现出的白光LED，来进行紫外光LED的开发。目前两种方式都有其优缺点存在，也间接证明在LED在背光源的市场中仍有相当大的努力空间。

 OLED的威胁

当全彩手机的需求创造了LED足够的市场规模，但另一项技术更悄悄开始侵蚀LED的应用市场，那就是OLED的崛起。由(图三)中，isuppli的预估与统计，未来几年OLED将由全彩取代单色，而应用市场中，小尺寸的手机面板仍是最主要的应用，这对LED目前用在手机市场中是最大的应用市场来说，是一个威胁。但从另外一个角度来看，OLED在PC、TV市场中的实际应用要在2008年后才会出现，对LED是个相当大的机会。

　
 
资料来源：iSuppli，PIDA整理，2004/10
图三　全球OLED应用市场
然而，LED所用的背光源主要是以LCD为主，但是在TV市场中，PDP、Project的竞争也是相当激烈，不过以LCD产业的规模仍是持续扩大的情况下，背光源的市场是可以确定的。另外在Projector中的光源也是可以考虑用LED来取代，目前虽有研究单位开发以LED作为Projector背光源之产品，但目前虽然仍锁定掌上型机种进行开发，但要切入大画面的Projector，在体积限制的考量下，LED的亮度仍显不足。
 

结语：用LED取代传统CCFL背光源的优点除了提高色彩饱和度、真实度以外，LED也可以融入电视剧情之内，如(图四)中将电视内的色彩延伸到电视外，电视内的背光源，延伸到电视外的背光源，让观众更有深入其境的感觉，LED除了作为功能性取代之外，LED比其它光源更容易提供视觉性的功能。除了背光源外，LED在照明市场的应用也将被运用得更为广泛。

 
资料来源：Philips，2004/12
图四　Light Express Drama