LED背光模组设计

浙江大学

硕士学位论文

LED背光模组设计

姓名：孟晓

申请学位级别：硕士

专业：光通信技术

指导教师：岑兆丰;李晓彤

20070508

相比，现在中国半导体照明技术落后３－５年。６月１７日，科技部联合６部和１１个地方政府，从国家层面上启动了半导体照明工程，共获资金支持１８０万元。科技部７月３日宣布，有科技部、信息产业部等６部委和１４个地方政府共同实施的“国家半导体照明工程”首批５０个项目正式启动。２００３年至２００５年，半导体照明国家科技攻关计划启动。解决产业化急需的一些关键技术、掌握一批半导体照明技术的知识产权。中远期培育新型大功率自光ＬＥＤ通用照明产业，并将在高端原创性技术方面有所突破。

近年来平板显示器件获得迅速发展，逐渐以主流产品的身份出现在显示市场，从ＦＰＤ整体市场来看，１９９８～２００５年的年平均增长率（ＣＡＧＲ）高达２１．５％，见图１．１１２１２００６年全球ＰＦＤ面板销售额约８４０亿美元，仅二季度的销售份额显示ＬＣＤ占ＦＰＤ单元总出货量的７０％以及总销售额的８７％，非晶硅ｎ呵ＬＣＤ器件占２００６年第二季度总销售额的７４％，见表１．１，１．２。这些显示器件主要用于笔记本电脑、台式电脑显示器、电视、高端手机和其它消费电子产品。

圈Ｉ－Ｉ２０００－２００６年全球ＴＦＴ－ＬＣＤ生产线按玻璃基板尺寸线统计

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图１．２１７英寸液晶显示器面板成本比重（五代线）

图ｌ－３３２英寸液晶显示器比重（六代线）

日本市场调研公司Ｄｉｓｐｌａｙｂａｎｋ报告称＂１，由于ＬＥＤ背光模组在色域、能耗等方面优势显着，ＬＣＤ显示屏、电视及笔记本市场对其的需求也会继续上涨。预计到２００７年末，ＬＥＤ背光模组在较大尺寸ＬＣＤ市场的占有率将达到１．５％，这也就是说，在９个月时问内，ＬＥＤ的市场占有率将从１％涨到１．５％，涨幅达５０％，而这还不是终限。到２０１０年时，将有１４．１％的大尺寸ＬＣＤ产品配备上ＬＥＤ背光源，由此可见其发展空间之广阔。

光源选择方面，在大、中尺寸的ＬＣＤ显示屏应用中，ＬＥＤ和ＣＣＦＬ（ＣｏｌｄＣａｔｈｏｄｅＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔＬａｍｐ）背光一直在相互竞争。目前，大尺寸ＬＣＤ厂商多采用ＣＣＦＬ背光，

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小尺寸显示屏则主要使用ＬＥＤ背光。这是由于目前因单颗ＬＥＤ的亮度仍低，故需要使用较多ＬＥＤ产品，导致耗电量无法与ＣＣＦＬ灯管相比。但自２００６年欧盟的环保法规颁布以来，ＣＣＦＬ光源逐渐遭到停用，于是新一代环保光源如外部电极灯管（ＥｘｔｅｒａａＪＥｌｅｃｔｒｏｄｅＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔＬａｍｐ，ＥＥＦＬ）、发光二极管（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ，ＬＥＤ）及平面光源，如雨后春笋般纷纷上马。其中，ＬＥＤ背光模块因其超长寿命、省电、低操作电压、高显色指数（Ｃｍ，ＣｏｌｏｒＲｅｎｄｅｒｉｎｇＩａｄｅｘ）、低温操作、反应速度快、符合环保要求等特点，吸引了众商家的目光，包括韩国三星及ＬＧＰｈｉｌｉｐｓ、索尼、中强光电、奇美、友达、华映等，先后推出了３０英寸以上的ＬＥＤ背光模块样品，（见图１—４，ＣＣＦＬ与ＬＥＤ的显示对比）．此外，ＬＥＤ在制造封装的过程中，就已经完成对光源的反射设计，例如装设反射杯等；而ＣＣＦＬ的光管型光源，在设计背光模块时，仍需要加装一片反射板，才能把光管另一面的光源反射运用，故此，ＬＥＤ在背光模块中的应用更加普遍。预计２００８年全球生产的ＬＣＤＴＶ中大约有三分之一将开始使用ＬＥＤ背光。

ＯＬＥＤ（ＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）近年来市场反响也不错，其显示技术与传统的ＬＣＤ显示方式不同，无需背光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。而且ＯＬＥＤ显示屏幕可以做得更轻更薄，可视角度更大，并且由于无须俄背光．能够显著节省电能。曾经它的寿命和价格是限制它在ＬＣＤ方面发展的瓶颈，但据市场研究机构ＤｉｓｐｌａｙＳｅａｒｃｈ的最新统计结果，２００６年全球ＯＬＥＤ市场收入约４．７５亿美元，比上年下滑３％。尽管ＯＬＥＤ出货量增长２９％，达到７２１０万套，但由于市场竞争激烈，平均售价出现较大降幅，达２４％。目前ＯＬＥＤ产品的整体市场占有率仍然不高。

图１．－４ＣＣＦＬ（前）与ＬＥＤ（后）背光显示效果对比

浙江大学硬士论文

台和９．６％，２０１０年将迅速增加到约６７８０万台和１４．１％，可见其迅猛的发展势头。

一般的背光模组中由光源、导光板、增光膜、扩散膜、反射片和胶框等部分构成，各部分所占成本比重见图１．５。增光膜是背光模组中技术含量较高的组件，长期被美国３Ｍ公司和日东电工所垄断。２００５年３Ｍ市场占有率高达８００，４，日东电工的市场占有率在１９％左右。２００６年的市场现状及未来的市场需求见图ｌ－６。但其他竞争者如韩国光学膜业者ＭＮｔｅｃｈ，近期宣布已开发出可降低５０％成本的三合一的光学膜，成功打破３Ｍ长期以来独占的光学膜市场，并取得较高的市场占有率，在此不做讨论。扩散膜的市场走势见表１－３。导光板在整个背光模组中所占的成本比重仅次子增光片，（导光板的市场发展趋势图见表ｌ－４）作为关键设计组件，其加工工艺受到众多厂商的重视。目前导光板多采用透光性好、可塑性好、强度较高的工程材料，主要是聚碳酸酯（ＰＣ：ＰｏｌｙＣａｒｂｏｎａｔｅ）和聚甲基丙烯酸甲酯（ＰＭＭＡ：ＰｏｌｙＭｅｔｈｙｌＭｅｔｈＡｃｒｙｌａｔｅ，俗称亚克力或有机玻璃），他们具有优良的光学特性，且白光穿透能力高。表１．５列出了几种塑料的性能比较。对于实际生产厂家，大尺寸导光板多用ＰＭＭＡ，小尺寸的导光板主要使用ＰＣ。

图１－５背光源组件成本构成比例

图Ｉ－６ＴＦＴ－ＬＣＤ增光膜市场规模

２００１２００２２００３２００４２００５２００６２００７产量（万枚）６９００９７８０１卯６０１８６５０２１６７０２６９３０３ｉ１００产值（亿日而８０１０３１３１１５９１８４２１３２３３供应厂家：惠和（３９％）。Ｔｓｕｊｉｄｅｎ（２３呦，ＳＫＣ（３５Ｖｏ）．

表Ｉ－３全球扩散膜市场规模

２００１２００２２００３２００４２００５２００６２００ｒ７产量（万枚）１．９３．４５．１６．５８．２１０．２１２．４产值（亿日元）７７１４８２２８２８８３５５４３２５０９

供应厂家：旭化成（３２％，’三菱（３１％），佳友化学（１７％）

表ｌ－４导光板市场规模