LED背光架构直下式VS侧导光.docx
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LED背光架构直下式VS侧导光
LED背光架构直下式VS侧导光：
对立还是融合？
目前两种主流的LED背光架构是直下式和侧导光。
另外，还有一种试图结合两种方式特点的混合式，即将一个个侧导光小单元拼接成整个背光模组，从而兼具直下式和侧导光的特点。
3种方式的主要性能特点比较见表1。
由表1的比较可见，直下式在节能、画质（由高对比度、区域控制、扫描背光来实现）等方面具有明显优势，但目前实现超薄设计较困难；而侧导光在超薄设计方面比较容易实现，但画质和节能方面的表现则较差一些；至于混合式，虽然节能、画质方面的性能与直下式相当，但结构、工艺复杂以及各单元之间亮度、色彩均匀性等问题的解决是很大的挑战。
表1直下式、侧导光、混合式3种背光架构的主要性能比较
直下式
侧导光
混合式（拼接）
区域控制
可以
不可以
可以
扫描背光
可以
不可以
可以
高对比度
高
一般
高
超薄设计
较困难
较容易
较困难
节能效果
节能50%以上
节能小于20%
节能40%左右
有一种观点认为：
侧导光方式的LED背光将取代所有其他方式，占据绝对统治地位，因为它可以做得很薄。
这种看法是片面的。
LED背光的发展趋势一定是节能、画质、美观、环保的统一，而不仅仅是轻薄化。
从整机结构工业设计实现差异化需要一定的发挥空间以及散热及结构强度设计的最优化要求来分析，LED背光电视整机的厚度在30~40mm是比较理想的。
而直下式只要从技术上有效克服了混光距离与超薄设计的矛盾就能达到这一厚度要求。
因此，分析直下式、侧导光LED背光以及CCFL之间的竞争格局演变，我们认为将呈现下面的趋势：
首先是直下式占据LED高端，而侧导光占据LED低端。
接着侧导光逐渐取代CCFL背光，而直下式又逐渐取代侧导光。
（摘自《半导体照明》杂志2010年总第5期编辑：
maysoong）
LED背光源技术发展趋势：
由侧光式过渡到直下式
目前，背光的主流技术包括：
低功耗技术、轻薄化技术，背光源的色彩管理技术。
LED背光源技术在各项技术基础上向着低成本、高质量的目标不断迈进。
而满足这一目标的技术趋势就是LED背光电视技术也会随着消费者需求和市场的接受程度由侧光式技术产业化过渡到直下式白光LED背光电视乃至RGB直下式背光。
液晶自身不发光的特性，决定了背光源应用的重要性。
LED作为绿色环保的清洁光源得到广泛的认可，LED使用寿命长、节能省电、色彩表现力好、应用简单方便，这些突出的优点使得LED背光源成为代替CCFL背光源的必然选择。
LED背光源的技术发展关乎此项应用的未来。
LED背光源技术发展趋势
目前，背光的主流技术包括：
低功耗技术、轻薄化技术，背光源的色彩管理技术。
LED背光源技术在各项技术基础上向着低成本、高质量的目标不断迈进。
而满足这一目标的技术趋势就是LED背光电视技术也会随着消费者需求和市场的接受程度由侧光式技术产业化过渡到直下式白光LED背光电视乃至RGB直下式背光。
LED发光单元价格阻碍了LED背光模块的普及，而现阶段，LED发光单元价格走向很大程度上主导着LED背光源价格走向。
以大尺寸侧光式白光LED背光源为例，背光源成本中，LED灯源部分占整个背光模块30%成本，导光板占13%、增亮膜等光学模材占22%，框架等占25%。
理论上，LED发光单元价格并不高，但是目前上市LED产品价格却很高，其关键问题就在于LED背光市场还不够成熟。
目前，由于LED诸多参数譬如电压、亮度、色度等分并极为严格，导致产品成本增加，应用厂家的整机性能一致性下降，或者说良率也会下降。
这样一来，LED和LED背光源的成本就会大大增加，最终延缓了LED背光源的产业化发展。
伴随着中国大陆6代线、8.5代线等多条高世代产线建成和从2010年第四季度的逐步量产，全球TFT-LCD产业的格局正在重新形成一个新的版图，与之对应的LED芯片生产制造格局也在形成规模。
据LED生产企业的观察，LED产业也存在类似微处理器产业中的“摩尔定律”。
由此可以预见，随着LED应用市场不断拓展，产能的增加，发光效率的提升，LED背光源的成本将快速下滑，LED背光的成本将会与市场相互推动，LED背光的成本下降直接加速了LED背光电视等显示产品的市场渗透率，而快速增长的LED背光电视等显示产品的市场渗透率又会使LED背光的成本快速下滑。
随着大尺寸侧光式白光LED电视价格的下降，客户对LED电视的性能、色彩等要求会越来越高。
早在2006年就有人提出了一种整体上是直下式，而单个来看却是采用侧光式的LED，从而提高了其光线利用率，减少了所需LED数目。
这种整体直下加局部侧光的技术能够减少LED数目降低成本，采用区域控制来降低功耗，或许可能暂时解决LED价格高，光效低的问题来实现LED背光电视或显示器的市场化，但在色彩上仍然不能达到更好的效果。
直下式RGB-LED背光源，可大幅度提高液晶显示的色彩表现。
它通过可以发出高纯度红色、绿色、蓝色光的LED器件，能够实现CCFL光源及白光LED不能达到的宽广色域范围。
目前主流的RGBLED可以使设计的LED背光源达到105%NTSC色域范围，如果采用性能更加强大的LED器件，则可以实现130%以上的NTSC色域范围。
除了良好的色域表现力，采用RGB-LED背光可以整合复杂的微处理器控制技术，视频数字图像处理技术，有效提升液晶显示器的对比度，实现更加精确的色阶和层次感更强的画面。
由于整个背光源由众多微小的LED发光单元组成，所以可以对其中每一个发光器件实现精确的亮度控制，根据原始画面特点进行小区域内的发光亮度修正，例如在一幅明暗对比强烈的画面中，暗部区域的LED背光可以完全关闭，而明亮区域的LED背光实现高亮度输出。
另外，由于LED的生产技术发展也受限于机械加工技术，数控技术，制备工艺技术的发展。
目前，生产一批LED，应用到同一台背光源上有两种情况：
一种是严格控制LED分bin，一批LED背光的显示产品用一个bin的LED，使背光亮度均匀性达到量产要求；另一种是允许有混binLED，即几个bin的LED安装到一台背光源上，但需要有亮度校正控制，使其达到均匀性好的效果。
对于第一种情况，由于对LED的分并要求严格，就等于大大增加了背光成本，现在市场上LED背光源价格高的一部分原因就是来源于此。
对于第二种情况，正好可以用区域控制技术和图像处理技术来解决，并且此技术在直下式背光源上实现较为容易。
尽管大尺寸液晶显示在未来的几年还有相当大的市场份额，但针对大尺寸直下式背光源的驱动和控制芯片的开发才刚刚有几年的历史。
针对LED背光源的特点，可以将复杂的控制技术和信号处理技术融合到背光源技术中，目前的做法是采用FPGA，各家均有不同的算法和控制方法。
随着背光技术和数字电视技术的发展，背光的控制算法及驱动方法的规范化，为了降低成本，将背光控制单元、屏显控制和电视的机芯微处理器由一个微处理器统一实现将是一种技术趋势。
在大尺寸LED背光源逐渐走向成熟的同时，中小尺寸LED背光源在显示领域存在着被OLED所替代的风险。
因为从能源消耗的角度看，有彩膜的TFT-LCD对背光利用率低的弊端与绿色产品的主题是不相符的，而目前中小尺寸的OLED主动式发光技术却大有市场前景。
（摘自《半导体照明》杂志2010年总第5期编辑：
maysoong）
我国首次掌握LED背光源核心技术
作为国内最早进军LED产业的企业之一，清华同方却异军突起，率先成为中国首个掌握LED背光源模组核心技术的企业，其17寸——57寸LED背光源模组已经全面实现量产，成为LED背光源市场的主供应商之一。
据LEDinside保守预计，2009年LED电视占全球1.2亿台平板电视的销售量比例为5％左右，以后将以每年200％的速度递增，2012年全球销量有望接近3亿台，而一直占销售量90％以上的CCFL液晶电视将被LED电视替代。
在中国市场，LED背光源液晶电视替代CCFL液晶电视的速度有些出人意料，从上市到进入市场爆发期只用了短短一年的时间。
这让本来在这一领域缺乏提前布局的我国彩电企业有些措手不及。
据国内一彩电企业高层透露，近一两年内，海信、康佳、创维等本土品牌相继推出了LED电视，但所用光源都是外购或未大规模量产的本品牌产品。
目前，包括海信、创维、康佳等在内的传统彩电厂家纷纷加大了投入力度，进军LED背光源模组领域。
据业内人士分析，由于液晶电视面板专利主要集中于日韩企业手中，背光源技术则成了中国企业进军上游的主要目标和机会。
不过，据业内人士透露，上述企业更多采取与产业链上游企业合作，属于LED模组二次加工，并没有真正掌握核心技术。
然而，作为国内最早进军LED产业的企业之一，清华同方却异军突起，率先成为中国首个掌握LED背光源模组核心技术的企业，其17寸——57寸LED背光源模组已经全面实现量产，成为LED背光源市场的主供应商之一。
截止到目前为止，清华同方已经形成了LED外延片、芯片制造及封装、终端产品的生产和应用、到城市景观照明完整的产业链和规模化生产，并拥有LED外延及芯片制造专利近30项。
据国内LED权威检测机构——国家半导体器件质量监督检验中心的测试结果表明，清华同方LED产品性能参数十分优异，达到国际先进水平，完全满足高端LED芯片产品的技术需求。
“通过近几年的开发研究，清华同方在 LED背光源大规模制造的成本、光效率、亮度均匀性控制等方面取得突破，掌握了关键技术。
最近沈阳基地四条LED背光源液晶显示模组生产线正式进入批量化生产阶段。
” 同方半导体与照明产业本部常务副总经理刘刚说，公司在大功率芯片研发方面取得显著进展，关键工艺改进后大幅提高了芯片的发光效率和成品率。
“掌握核心技术才是硬道理!
”同方股份半导体与照明产业本部副总经理吴文峰说，“经过两年的产业化开发，我们批量生产的产品技术指标高于国际主流产品，我们现在的目标就是将技术优势转化为规模优势、成本优势，参与国际竞争”。
“目前国内高亮度蓝绿光LED外延片、芯片主要依赖进口，且难以稳定供货，这将极大地阻碍下游高端封装和照明应用技术的发展，预计随着LED背光源市场启动，全世界将出现LED芯片荒，这将为清华同方发展提供了历史性的机遇。
”
近期清华同方江苏南通LED背光源产业基地即将动工，到明年投入使用时，清华同方整个LED背光源模组年生产能力将达到800多万套。
业内人士表示，清华同方在LED领域取得的竞争优势不仅给中国LED企业带来示范作用，更成为了中国彩电行业掌握产业链话语权的典范。
（编辑：
Led鱼）
LED背光国内外的技术现状与发展趋势
[导读]LED液晶电视发展的关键之一是LED背光控制技术的发展。
LED背光的控制功能的开发目标日益明朗，即克服或改善液晶显示固有的问题：
如暗灰阶的漏光问题、液晶显示拖尾现象以及改善画质，提高色域、节能环保等。
在各种LED背光控制算法中，分区动态控制算法可很好的解决上述液晶显示的两大缺点，因此是不二选择、大势所趋。
自2004年Sony推出第一款以LED为背光的液晶电视发展至今，随着LED器件技术、性能的不断提高，国内外针对电视应用的LED背光技术研发也全面开展起来，并不断走向深入。
LED为低电压工作器件，具有低电压启动；工作电流易控制，可操作性好；固态发光源，防震性好，寿命长；色域宽，在100%NTSC左右；不含有汞等有害物质；其响应速度远远高于液晶分子的响应速度等优点。
因此，LED是作为背光源的理想发光器件。
随着LED技术的不断发展，LED的发光效率也会进一步提高，散热问题也将大大改善。
各种LED背光技术可以不同的分类方式进行分类。
如以背光源光学架构来划分，LED背光技术大体可分为直下式、侧导光以及混合（拼接）式等；若以采用LED芯片的种类来划分，又可分为单色（包括蓝光芯片+黄荧光粉、蓝光芯片+红、绿双色荧光粉等）、双色和三色等几种；若考虑液晶面板的因素，采用无滤光片液晶面板，可进行时序色彩叠加调光方式等。
另外在LED背光的动态控制技术方面，同样的硬件架构，因其调光机理完全不同，其完成的功能及实现的效果也不同。
若仅仅从技术方面考虑，LED背光技术可完成的功能大体可分为：
提高动态对比度、减小液晶显示的拖尾现象、节能、改善画质等。
所以一个LED背光液晶电视系统的设计应该将LED背光技术所能完成的功能与所需的硬件架构（指LED背光排列驱动）统筹考虑，LED背光的排列、分区个数、分区阵列对LED背光液晶电视所能达到的显示效果以及节能等性能指标影响很大。
就LED液晶电视发展趋势而言，LED的技术革新是推动其发展的一个重要方面，光效更高、散热更好的LED器件的研发是大势所趋。
LED液晶电视发展的关键之一是LED背光控制技术的发展。
LED背光的控制功能的开发目标日益明朗，即克服或改善液晶显示固有的问题：
如暗灰阶的漏光问题、液晶显示拖尾现象以及改善画质，提高色域、节能环保等。
在各种LED背光控制算法中，分区动态控制算法可很好的解决上述液晶显示的两大缺点，因此是不二选择、大势所趋。
（一）LED的选型
发光效率和色域对液晶电视背光源LED的选型有着重要的影响。
红、绿、蓝色LED混合出的白光色域最高，但光效很低，驱动电路需颜色控制模块控制，增加了电路成本。
蓝光芯片＋红、绿荧光粉LED是目前液晶电视比较理想的白光LED背光源。
（二）直下式LED的分区
一般LED的封装比CCFL要小得多，由LED代替CCFL，LED的数量要远大于CCFL的数量。
因此，LED的驱动方式，LED控制算法的复杂性、可靠性以及如何排列LED有利于LCD显示质量的提高，是设计LED背光需考虑的问题。
将LED进行分区块排列、驱动是比较好的选择。
然而，对于一个LCD的背光源，如何进行分区，分区的大小、个数，是提高LCD显示画质的一个重要问题。
海信42寸LED背光液晶电视的LED背光分区个数在100个左右，整个LCD的对比度、显示效果、驱动成本、算法复杂性是最佳的。
LED背光采用均匀分区也可应用背光扫描算法，改善或消除液晶显示动态画面拖尾问题。
（三）LED的排列方式（分区形状）
LED分区的形状一般为矩形或正方形，分区内各个LED串联在一起。
由于分区内流过每个LED的电流是相同的，因此分区内各个LED的光学性能差异主要依赖于LED性能的离散性。
分区间光学性能的差异主要与外围电路有关，如外围电压浮动等。
（四）LED背光源的0D/1D/2D/3D控制
LED背光源的0D/1D/2D/3D（D为dimension的缩写）是指在背光源的平面上，LED的分区、排列、驱动所形成的维数。
LED背光源的维数设计对LED分区排列和驱动方式等硬件设计和本文LED背光控制算法设计都有着直接的影响。
（1）0DLED背光源：
LED背光源的所有LED同时驱动，在背光源平面上显示为同时点亮、同等亮度。
其在平面上没有行列的亮度灰阶差异，因此这样的LED背光源称为0DLED背光源。
0DLED背光源可分为直下式和侧光式两种。
直下式0DLED背光源所有LED串联在一起，这样LED背光源的显示效果表现为一个LED平面的明暗灰度变换。
侧光式0DLED背光源，是将LED串联于长窄的PCB板上，通过导光板等，使LED发出的光以一个平面光束的形式表现出来，这样也可达到一个平面的明暗变化。
（2）1DLED背光源：
一行或多行LED作为一个分区排列驱动，多个这样的分区就构成了1DLED背光源。
1DLED背光源在排列驱动方面是以行分区为基本单位，分区内LED同时点亮、同等亮度。
在列方向上，可表达不同的亮度灰阶变换。
图１为1DLED背光源平面示意图，图中两行LED串联驱动组成一个行分区，这个背光源有3个行分区组成，每个行分区可独立进行亮度灰阶调整。
图1 1DLED背光源平面示意图
（3）2DLED背光源：
几个LED作为一个分区排列驱动，在行、列方向上，有多个分区组成，每个分区可独立调整亮度灰阶变换，这样的LED背光源称为2DLED背光源。
图２为2DLED背光源平面示意图，图中有9个分区，每个分区有4颗LED组成，分区内4颗LED串联驱动，可独立调整亮度灰阶。
图2 2DLED背光源平面示意图
（4）3DLED背光源：
3DLED背光源与2DLED背光源分区方式相同，但白光的产生是由RGB三色LED合成的，R/G/B三色LED分别驱动。
每个分区除了可进行亮度灰阶调整外，也可进行RGB色彩的独立调整。
因此，3DLED背光源可进行行列分区的亮度和色彩的独立控制。
图3为3DLED背光源平面示意图，每颗LED是由RGB三芯组成，可独立驱动。
（摘自《半导体照明》杂志2010年总第5期编辑：
maysoong）
图3 3DLED背光源平面示意图
其實不論是點光源、線光源、面光源，都僅是根據照明應用需求不同，所提供的解決方案，與是否使用LED並無絕對的關係或優缺點；若使用LED構成點、線、面光源，可依LED封裝方式、LEDemitter排列方式、二次光學等，達到照明應用解決方案。
以下，就使用LED構成點、線、面光源應用，做一概說:
[點光源]主要作為指示、裝飾或警示用途，可使用多顆低功率或單顆高功率LED製作，依可視距離、價格、保固等要求，製作高亮度或低亮度的點光源。
[線光源]主要作為輪廓裝飾、指示或間接照明用途，通常以多顆低功率LED製作，目前作為間接照明用途上，亮度仍不足且價格偏高。
[面光源]主要作為看板照明、顯示或照明用途，搭配導光板、柔光板或二次光學等，達到均勻、洗牆或指向性的光源應用，目前因LED亮度上的提高，多使用中、低功率LED製作，以降底成本，達取代傳統照明的目標。
照明如何变化：
面光源采用有机EL,点光源为白色光源
如果白色LED照现在这样发展下去，新一代照明光源只要有白色LED就足够了？
……目前还不能这么简单地下结论。
白色LED是点光源，要想得到可用于照明的亮度，必须并列多个白色LED，使其形成一个面。
而作为点光源来说，白色LED的亮度实际上还不如HID灯。
而需要面光源和点光源的时候，白色LED之外其他光源的重要性就浮现了出来。
在“GreenDevice论坛2010”上就出现了站着这一角度所做的演讲。
从面光源的观点出发，松下电工的菰田卓哉介绍了白色有机EL照明的发展动向。
菰田认为，与作为线光源的荧光管和点光源的白色LED一样，作为面光源，白色有机EL将成为照明领域中独具特色的中坚力量。
松下电工计划于2011年开始白色有机EL面板的样品供货，最初将应用于特殊照明，接着将用于店铺照明，2014年以后预计将扩展到普通照明领域。
虽然与白色LED相比，现阶段白色有机EL的发光效率稍显逊色，但将来肯定会赶上白色LED。
白色LED的发光效率可能基本上会稳定在200lm/W左右，而随着高效率磷光类有机EL材料开发的不断推进，白色有机EL与白色LED之间的差距将会迅速缩小。
从松下电工的研究成果来看，2014年前后出现发光效率达130lm/W的产品将不是梦想。
作为最近松下电工的举措，菰田还介绍了“双层多单元构造有机EL元件”。
该元件是把红色、绿色磷光发光层（由美国通用显示器公司和新日铁化学制）和蓝色荧光发光层（出光兴产制）作纵向堆叠而成。
RGB三种颜色通过纵向堆叠得以均匀混合，即使观看白色有机EL面板的角度有变，白光的色调也几乎不变。
演讲过程中还点亮了色温度分别为4600K和3000K（演色性均为Ra95）的试制面板，向听众强调了该面板几乎看不出角度依存性。
另外，之所以在蓝色有机EL层使用把荧光发光材料，是因为现阶段还没有实用型蓝色磷光发光材料。
使用半导体激光器，使亮度达到HID的约2.5倍
介绍以最高端点光源为目标推进开发措施的是日亚化学工业的长滨慎一。
长滨介绍了亮度为270cd/mm2，达到HID灯2.5倍左右的固体光源。
其亮度比白色LED高出近一位数。
该固体光源组合使用了激光投影仪蓝色光源所用蓝色半导体激光器和荧光体材料。
以0.65mm直径获得了250lm的亮度（电流1.2A、电压4.6V时）。
设想应用于图像识别用聚光光源、医疗及产业用特殊光源等。
称之为“体现了对终极光源的追求”（长滨）的白色光源，还具有以简易镜头即可集聚光的特点。
演讲过程中长滨还做了演示：
结合使用白色光源和外置镜头把会场照得通明。
此白色光源的构造是把镜头置于蓝色半导体激光器CAN封装的上部，并将其用其他CAN封装包覆起来。
在外层CAN封装上面的中心位置开一个可射出光线的孔，将掺有荧光体的粘合剂嵌入其中。
孔径为0.65mm。
蓝色激光由封装内的镜头聚光并照射到荧光体上，荧光体便可向外部射出白色光。
说起激光光源，很多人都会认为其寿命比较短。
此次开发的白色光源在外壳温度为25℃的条件下，亮度减半寿命平均为2万小时。
激光器的寿命是由封装内反射层的劣化及反射率的下降决定的。
由于蓝色半导体激光器在外壳温度为50℃的条件下寿命一般为4万个小时，如果改进反射层，预计能把亮度减半寿命延长到3万个小时以上。
白色光源的封装及封装内的镜头和混合有荧光体材料的粘合剂均为无机材料。
这是由于要使用强蓝色激光照射，如果采用树脂材料，则会很快劣化。
另外，激光器光源虽给人比LED要贵的印象，但是由于其利用了投影仪用激光器，而且还能利用Blu-ray录像机等所用蓝紫色半导体激光器元件的半导体量产技术制造，因此只要激光器元件开始量产，就会有降低价格的潜力。
这种光源虽然亮度极高，但发光效率还只有为45lm/W。
与发光效率在100lm/W以上的白色LED相比要略逊一筹。
据长滨介绍，迄今为止是不惜牺牲效率来追求高亮度，真要想要提高发光效率，还是有办法的。
此次荧光体嵌入部分的直径为0.65mm，封装内部还有一些未射到外面的光。
如果是亮度无需达到HID2.5倍的用途，则可以采取一些手段扩大荧光体嵌入部分的直径。
这样浪费掉的光线就能够放射到封装外部，从而提高发光效率。
笔者在2009东京国际照明展“LightingFair2009”（东京有明国际会展中心，2009年3月3～6日）上，看到了夹杂在LED照明器具中展出的几款有机EL照明器具。
透明有机EL照明器具东京灯展上风头不小
有机电子研究所亮度5000cd/m2的面板。
从左到右的色温度依次为3300K、4000K、5000K
有机电子研究所的透明有机EL照明器具。
照片为不同时间拍摄的同一展品
其中，有机电子研究所以有机EL照明器具为主题，展示了各种款式的有机EL照明器具。
其中一款试制品的亮度高达5000cd/m2，而耗电量却仅为15W。
发光效率“与白炽灯相同，为15lm/W”。
其他款式还展出了除布线外几乎全透明的有机EL照明器具。
透明度为70～75％。
吊灯试制品中还有色温度为5300K，演色性（平均演色评价数Ra）为80～85的品种。
另外，NECLighting的展区内展出了该公司与有机电子研究所共同开发的有机EL照明器具。
一、前言
美国积极研发新的照明装置，所以在国家计划中有固态照明（SolidStateLighting,SSL）的项目，其固态照明划分两大类，一为LED技术，另一为OLED技术。
在OLED照明项目的目标为要达到75-150lm/W，且使用寿命为10,000小时，并且从2004至2010年，将共投入5,155万美元的研究经费进行研发，从项目的研究核心方向中，我们可以发现所研究的范围从上游的材料特性至器件制作及性能测试，均有相关的项目进行研发，可见其研发力量的布局是全面性的。
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