LED逐漸在LCD背光源市場中茁壯成長

前言

　　2003年彩屏手機的換機風潮帶動了LED的需求，尤其是彩色面板用的白光LED更是供不應求。根據iSuppli的統計，如圖1所示，2004年LED在背光源的應用，市場增長率較2003年提高44.5%，并開始成為LED最大的應用市場，市場占有率達25.2%，預估2005年比例將提升至26.4%，然而市場增長率僅預估15.7%，主要的原因在于彩色手機的換機需求已趨于飽和，手機產業在未達另一波3G革命前，僅為穩定的成長，將會使得LED在手機背光市場的成長有所限制。

　　然而背光源的應用不僅如此，在中小尺寸面板的背光源如DSC、PDA、手持游戲機及汽車衛星導航系統等市場量雖不及手機市場來的龐大，不過白光LED卻已開始敲敲的取代CCFL，成為中小尺寸LCD主要背光源。然而在10英寸以上的LCD背光源的市場，LED目前苦于價格、技術成熟度等問題，尚未能在此應用領域中開花結果，但日本SONY公司于2004年開始銷售全世界第一臺以LED作為背光源的46英寸LCD 電視(QUALIA 005)后，打破了LED在LCD 背光源發展上由小尺寸循序發展的定律，這讓LED在背光源市場中有了更快速且多元化的發展。

價格不是進入市場的唯一門票

　　日本Sony公司于2004年推出的QUILIA 005，是全世界第一款采用LED作為背光源的消費性平面電視，該產品與目前的CCFL背光源優缺點比較如表1所示。LED背光源可使紅色與綠色的表現更接近原色，色彩重現范圍達NTSC規格的105%，比CCFL為背光源的機種提升了50%。單以40英寸的機種為例，共享了325個模塊(每一模塊為GRBRG五顆LED依序排列)，消耗功率達470W，比起以CCFL為背光源之消耗電力多出了62%，主要原因在于LED的發光效率仍不及CCFL。但LED的發光效率正在快速的提升中，SONY希望于2-3年內達到與CCFL相同的電力消耗，同時該公司也計劃將色彩再生范圍提高到NTSC的110%-120%。

表1. LED背光源與CCFL的比較

46英寸LED背光源

40英寸LED背光源

CCFL

消耗功率

550W

470W

290W

模塊數量

450個模塊

325個模塊

GRBRG五顆LED為一模塊

電視售價

97萬日幣

74萬日幣

37萬日幣

(40v-KDL-L40HVX)

LCD WEGA

NTSC面積比

105%

70%

sRGB面積比

150%

AdobeRGB

114%

資料來源：Nikkei Electronics，2004/12

　　然而以LED作為背光源產品的LCD電視，在SONY的銷售策略上，是采取高單價策略，相同40英寸LCD電視，LED背光源產品價格為CCFL的兩倍。如此的訂價策略對未來后進者有或多或少的參考價值存在。不過這也間接證明LED在大尺寸LCD 電視背光源的應用中，是可以達到替換目的，但有待LED組件提供更高的發光效率，除了改善色彩表現外，節能的家電產品勢必是在能源危機下的產物，因此當未來LED發光效率再度提升之時，耗電問題也救會迎刃而解了。不過SONY直接將LED背光源切入大型LCD 電視的應用中，打破了LED在背光源應用領域發展的定式，且以RGB混色為開發方向，這與中小尺寸LCD直接采用白光LED作為背光源有著截然不同的發展模式，因此針對以RGB 三色LED作為背光源所產生的問題，如表2所示。

　　以RGB三色混光的背光模式，容易產生顏色不均勻的現象，因此就必須由增加光的路徑，改善背光結構已達成充分混光的目標。另外，由于各種顏色的LED隨時間、溫度的敏感程度因為有所差異，因此必須以color sensor或temperature sensor來控制電流大小來調整各色LED所需的光通量。不過在這方面的技術與LED已無直接之關系，反倒是在背光模塊廠商的設計中，是否了解LED的特性，這又再次證明LED組件與下游應用系統合作的重要性。

表2. 以RGB三色LED作為背光源之主要問題與解決對策

LED Back light的問題

主要發生原因

解決對策

持續性

降低顏色不均的狀況

采用RGB LED的關系

增加光路經，改良背光結構

降低色變的發生

各顏色LED發光特性隨溫度、時間變化

利用color sensor或溫度sensor

過渡性

減少耗電量

LED發光效率不足

使用高效率LED

資料來源：Nikkei Electronics， 2004/12

LED背光源之技術現況

　　以LED作為背光源之發展模式，在小尺寸產品中，側面發光再加上導光板的發光模式為主要被背光源系統，不過其光的利用率僅50%，但因背光源在面板側面因此背光模塊之厚度可控制的與CCFL不相上下，但整體系統重量也相對高出許多。而在大尺寸的LCD背光源中，為了增加光的利用率，采用直下型的背光模式，將使光的利用率提升至70%，但相對厚度也由29nm增加到50nm。但OMROM的合作伙伴多摩Fine opto將LED直下型背光源的厚度縮短為30mm，該公司計劃于2005年秋季開始量產時再將厚度縮短為25mm，此時已優于利用導光板的側面發光形式，該公司有鑒于臺灣面板產業規模之龐大，已于2004年10月在臺灣地區設立分公司，為未來搶奪LCD 電視背光源市場做準備。

表3. 不同背光源系統的比較

發光二極管

冷陰極管(CCFL)

利用導光板

直下型

光的利用率

50%

70%

75%以上

厚度

29mm

50mm

28mm

重量

4200g

3800g

1500g

資料來源：Nikkei Electronics， 2004/12

　　在直下型背光源中，LED的排列方式對其混色效果與放熱性的考慮必須擷取一個平衡的位置，如圖2所示，當LED的配置越緊密，RGB混色的效果也越佳，但其散熱性問題就較為嚴重，但若LED排列的較為稀疏，就會降低RGB的混色效果，但散熱性就會較佳。因此如何設計出混色效果良好的LED排列，與容易散熱的設計，將考驗著LED背光源設計者的智慧。除了大尺寸LCD背光應用的開發，Rohm于FPD 2004上發表NB用于11.6_的LCD背光源，更在Ceatec Japan期間展示了15英寸LCD背光源，亮度達800cd/m2，共使用136顆LED(R,B各34，G為68顆)。這顯示了已有廠商開始注意PC市場中的LCD背光源這塊尚未被開發的市場，并開始進行研發布局。

　　然而，在大尺寸LCD采用RGB發展的同時，以紫外光LED+RGB熒光粉的發光模式，在白光LED市場中更被寄予更多的期望。如豐田合成于Ceatec Japan 2004中展示32英寸LCD背光源，為380nm LED+RGB熒光粉方式，數量為1200顆，消耗功率140W，白光發光效率15lm/W。紫外光LED發光效率已達40lm/W。比起2003年僅展示15英寸LCD背光源更是突破尺寸障礙。因此在LCD背光源市場中發現兩種發展模式，一類是直接以系統應用的發展是選用較為成熟的RGB三色LED作為系統背光源之組合，另一類則是本身是LED組件的開發者，以紫外光LED搭配RGB熒光粉所呈現出的白光LED，然以紫外光LED的開發。目前兩種方式都有其優缺點存在，也間接證明在LED在背光源的市場中仍有相當大的努力空間。

OLED的威脅

　　當全彩手機的需求創造了LED足夠的市場規模，但另一項技術更敲敲開始侵蝕LED的應用市場，那就是OLED的崛起。由圖3中，isuppli的預估與統計，未來幾年OLED將由全彩取代單色，而應用市場中，小尺寸的手機面板仍是最主要的應用，這對LED目前用在手機市場中是最大的應用市場來說，是一個威脅。但從另外一個角度來看，OLED應用在PC、 電視市場要在2008年后才會出現，對LED是個相當大的機會。

　　然而，LED所用的背光源主要是以LCD為主，但是在電視市場中，PDP、背投的競爭也是相當激烈，不過在LCD產業的規模仍是持續擴大的情況下，背光源的市場是可以確定的。另外在背投中的光源也是可以考慮用LED來取代，目前雖有研究單位開發以LED作為背投背光源之產品，但目前仍鎖定掌上型機種在開發，但要切入大畫面的背投，在體積限制的考慮下，LED的亮度仍顯不足。

結語

　　用LED取代傳統CCFL背光源的優點除了提高色彩飽和度、真實度以外， LED也可以融入電視劇情之內，如圖4中將電視內的色彩延伸到電視外，電視內的背光源，延伸到電視外的背光源，讓觀眾更有深入其境的感覺，LED除了作為功能性取代之外，LED比其它光源更容易提供視覺性的功能。除了背光源外，LED在照明市場的應用將被運用的更為廣泛。