固态光源在显示领域创新应用与发展

LMD*: 混光厚度 (mm)
薄型化背光: 直下式背光 or 侧背光??
White LED vs. RGB LED
白光LED或RGB LED?? 藍光LED+RG 螢光粉 à LCD TV 背光源折衷解決方案??
背光對色彩表現的影響
CCFL BLU: NTSC 70-75%
SONY WCG CCFL BLU: NTSC 92.5%
固态光源在显示领域创新应用与发展
Dr. Chen Jung Tsai (蔡振荣)
显示系统组 / LED / 材料构装技术 香港应用科技研究院 (ASTRI)
Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute
May, 2009
LED 市场预测 2007-2012
p 应用领域:
p 微投影显示 (Pico-projector) p 车载抬头显示器 (HUD) p 互动感应检测系统 p 穿戴式显示器(HMD) p 视网膜扫瞄投影显示 (RSD) p …..
整合微光机电系统与固态光源的相关技术，发展低成本与超微 型光引擎之创新、独特的最佳方案
香港应科院微光机电元件及激光扫瞄投影系统
High
n/a
Middle
Lowest
Low
System size Peripheral electronic Power
ASTRI Confidential
Large
Small
Middle
百度文库Small
Small
Complex
One driver
No need
One driver
One driver
High 0.5-1.5 WW
NB
Monitor
LCD TV
前投/背投 投影显示
Companion
Embedded Pocket Projector RPTV
Pico Projector
微型投影
LED 投影显示
Pico-Projector
嵌入式微型投影模块 独立型微型投影器
亮度: 7-15 lm 功耗: < 1W 尺寸: 5-10cc (模块 模块)
Direct Emitting LED BLU: 47” TV
40 lm/W => 280W LED LED No. 20mA 60mA 150mA 350mA 700mA 4200 1400 560 240 120 23.5 37 LMD* LED No. 2100 700 280 120 60 35 LMD* LED No. 1400 467 187 80 40 LMD* 23.5 41 80 lm/W => 140W 120 lm/W => 93W
Source: Insight media
微型投影显示解决方案
LED + LCoS
LED + DLP
p 光源: 固態光源 LED, 激光 or 混合 p 顯示器件: (1). 微顯示器件: DLP, LCoS, LCD (2). 微光機電掃瞄鏡片 (MOEMS Scanning Mirror)
微型投影显示技术
~70-90 >105 >105
No Yes No
1X 1.2-1.5X 1.2-1.5X
Adaptive: Proposed by ASTRI
Power Saving of 2-D Dimming
1 .2
Power consumption ratio
1 0 .8
(100%)
0 .6 0 .4 0 .2 0 0 20 40 60 80 100 A v e ra g e P ic tu re L e v e l(% )
Source: Strategies Unlimited, OIDA
Suitable LED for LCD TV BLU?
High power (1W / 3W / 5W) Middle power (0.3-0.5W)
Small power ( <0.1W)
High power LED? Small or Middle power LED? For LCD TV Backlight
LED在投影显示的优势: 由小到大!!
微型投影显示系统市场与应用
p微型投影器
n独立型微型投影器 n整合/嵌入式微型投影器
p应用: n独立型多媒体播放器 n玩具或家庭娱乐微型投影机 (Data source: Yole Development) n整合/嵌入便携式电子产品， 如手机、PDA、GPS, DSC, UMPC, NB, DVD player…. 庞大市场商机: 5%手机份额(12亿/年): ~ 六千万台微型投影器
导光板效率 / 0-D Dimming
p 多重导光板组合 (<10 mm) p 导光条 (15-25mm)
Ø 48pcs 2W white LED for 32” LED BLU Ø 85-90% optical efficiency (by ASTRI)
p 二次光学透镜 (15-25mm)
Ø High optical efficiency: 95% (by ASTRI) Ø Light mixing distance reduction: 40-50% Ø Available 2-D local dimming
n/a
0.1W
n/a
0.3W
LED微型投影挑战與展望
OIDA: 150 lm/W @2A in 2012
p 问题与挑战
n n n n 微显示器:LCoS vs. DLP (效率vs.成本) LED 光源模块: 20-30 lm/W (高电流驱动下) 微型光机引擎设计 vs. 影像质量 亮度 vs. 功耗 vs. 产品应用 vs. 价格市场定位
S a m s u n g _ G ra y le v e l A S T R I _ G ra y le v e l A S T R I _ A d a p tiv e
q Samsung Gray Level: measured on LN-4081
区域动态背光的技術挑战
p Brightness perseveration p Flaring/Halo artefact p Contour/Mura Artefacts p Flicking
深港創新圈合作計畫 (量產準備中!!)
B. 独立式投影器
Size: ~100cc (含电池) 解析度: VGA
“创新产品奖”
2008第二届中国半导体照明创新竞赛
香港应科院微光机电组件及激光扫瞄投影系统
p 技术平台:
p 微光机电系统组件结构与仿真设计、制程平台 p 微光机电系统扫描镜组件与封装 (单轴扫描镜 / 双轴扫描镜) p 微型激光扫瞄投影系统整合
p 展望
n 整合/嵌入式微型投影器 n 15-25 lm @ <1W, volume 5-10cc n 独立便携式微型投影器 n 80-120 lm @ <5W, volume <100cc
香港应科院LED 微型投影系统
全球最小LED投影模块
A.微型投影模块
pRGB LED + 场序驱动 LCoS 模块尺寸:~ 9cc 解析度: VGA p白光 LED + 彩膜 LCoS 模块尺寸:~ 6-7cc 解析度: VGA
Market growth from 4.6B (2007) to 11.4B (2012), CAGR: 20% 2012年显示领域将成为市场份额最大的应用,主要成长驱动力为大尺寸 LED背光源(NB,TV, monitor, LCD display)
LED在显示领域的应用
大尺寸(>10”) LCD 背光源
区域动态背光解决方案
Dimming solution 0-D Graylevel RGB Adaptive
LED BLU White/RGB White/RGB RGB RGB
Ave Power Saving
NTSC %
Color Crosstalk
FPGA Cost
>30% >50% >40-50%
p 微型显示器投影(Micro-display) n 光源: RGB LED, White LED, RGB 激光 n 微型显示器: DLP,LCoS, LCD p 激光扫瞄投影(Laser Scanning) n 光源: RGB 激光 n 显示器: 微光机电扫瞄镜片
微型显示器投影
技术及产业链成熟 Pros. Time to market!! 短期成本优势 较复杂光机结构 低系统光机效率 长期成本下降?? 关键零组件自主??
ASTRI Proprietary
微型投影显示技术比较
Display Device Field Sequential (場序) DLP
60-70%
Color Filter (彩色濾光片) LCoS
60%
LCD
5-15%*
<2.5% w/o recycling <3.7 w/ recycling
LCD
商品化 LED LCD TV現況
RGB LED 直下式 區域控制
52”, 65” (120HZ) 46”, 55” (120HZ) 40-70” (60/120HZ) 42“, 47”, 55 (120HZ) 42” (120HZ) 42” (60HZ) 46”, 55” (120HZ)
RG-p 白光 LED
激光扫瞄投影
简易光机结构 极高系统光机效率 可能具长期成本优势 关键零组件可自主?? 技术及产业链不成熟 绿色激光?? 影像质量激光光斑 激光安全问题?
Cons
微型投影显示技术比较
DLP ? or LCoS?
ASTRI confidential
DLP‘s 微型显示器功耗
功耗是DLP微型显示器问题?
RG-p LED BLU: NTSC ~80-85%
RGB LED BLU: NTSC >100%
LED required specification
81% NTSC after panel
83% NTSC after panel
86% NTSC after panel
薄型化LED背光解决方案
p 大尺寸单一导光板 (<10 mm)
Mini-Pocket
Pocket
亮度: >300lm lm 功耗: >50W 尺寸: ~600cc (交流电源)
亮度: 50-100 lm 亮度: 10-30 lm 功耗: ~20W 功耗: 3-5W 尺寸: 200-300cc 尺寸: ~100cc (含电池模块,无风扇散热)(含电池模块,风扇散热)
微光机电晶圆
双轴扫瞄镜片器件
Original Image
Laser Scanned Image
微型激光扫瞄投影器模組
LED背光源液晶彩电
大尺寸LCD TV LED背光源研发进展
n Y2004 SONY 量产全球第一台LED背光源 LCD TV n Y2005 SONY 2004 n 高功率LED背光源主导 n 靜態背光及多样化技术开展LED背光源 n Y2006 n 动态LED背光源为研发主流 n Y2007 n 主流技术: 动态LED背光源 /薄型LED背光源 n 大尺寸LED背光源产业化 (Samsung, SONY) n Y2008 n 低成本RG荧光粉LED背光源 n 产业化…(Samsung, SONY, Philips, 海信, LG , Sharp)
2-5%
<1.2% w/o recycling <1.8% w/ recycling
LCoS
20%
5% w/o recycling 7% w/ recycling
Panel efficiency System Efficiency Panel cost
20%
10% w/o recycling 15% w/ recycling
机会与挑战
p 机会: 国内LCD TV厂跨足液晶后段模块组装产业 背光源模块开发与制造àLED 供货商决定权 p 现况: 是否有适合LCD TV背光源的LED (RGB LED & RG-p White LED)? p 挑战: n 国内彩电厂抢进LED产业??à 新的竞争?? n 国内产业链à利用有利条件形成国内LED背光源产业链 降低成本 / 提高获利à LCD TV 及 LED双赢 n 标准与检测规范 n LED种类,操作条件,规范(中心波长,色谱,色温,)及检测标准 n LED背光源行业规范及检测标准 n 动态背光源(LCD TV LED背光源主流)及低成本控制模块
側發光
RG-p (?) White LED
40-55” (120HZ/240) 40” (120HZ)
产业化冷白光 LED 效率发展趋势
Nov./Y08: Cree R&D achieves 161 lm/W for high-power LED (1mm2@350mA)
150 lm/W @ 2A (OIDA)