《LED背光技术》PPT课件.ppt
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1、LED背光技术解析背光技术解析1/17/20231一、传统CCFL背光的缺陷1.1.结构复杂、亮度输出均匀性差结构复杂、亮度输出均匀性差目前目前LCDLCD的背光源几乎都是的背光源几乎都是CCFLCCFL(ColdCathodeColdCathodeFluorescentLampsFluorescentLamps,冷阴极荧光灯)。,冷阴极荧光灯)。由于冷阴极荧光灯不是平面光源,因此为了实由于冷阴极荧光灯不是平面光源,因此为了实现背光源现背光源均匀均匀的亮度输出,的亮度输出,LCDLCD的背光模组还的背光模组还要搭配扩散片、导光板、反射板等众多辅助器要搭配扩散片、导光板、反射板等众多辅助器件。即
2、便如此,件。即便如此,要获得如要获得如CRTCRT般均匀的亮度输般均匀的亮度输出依然非常困难出依然非常困难。大部分。大部分LCDLCD在显示全白或全在显示全白或全黑画面时,屏幕边缘和中心亮度的差异十分明黑画面时,屏幕边缘和中心亮度的差异十分明显。显。1/17/202322.2.使用寿命短使用寿命短绝大部分绝大部分CCFLCCFL背光源在使用背光源在使用2 23 3年之后亮度下年之后亮度下降非常明显(寿命在降非常明显(寿命在1500015000小时小时2500025000小时),小时),许多许多LCDLCD(尤其是笔记本电脑的液晶屏)在使(尤其是笔记本电脑的液晶屏)在使用几年后会出现屏幕变黄、发
3、暗的现象,这正用几年后会出现屏幕变黄、发暗的现象,这正是是CCFLCCFL使用衰减期较短的缺陷造成的。使用衰减期较短的缺陷造成的。1/17/202333.3.体积无法进一步缩小体积无法进一步缩小由于由于CCFLCCFL背光源必须包含扩散板、反射板等复背光源必须包含扩散板、反射板等复杂的光学器件,因此杂的光学器件,因此LCDLCD的体积无法再进一步的体积无法再进一步缩小。缩小。1/17/202344.4.功耗大功耗大在功耗方面,采用在功耗方面,采用CCFLCCFL作为背光源的作为背光源的LCDLCD也无也无法令人满意,法令人满意,1414英寸英寸LCDLCD的的CCFLCCFL背光源往往需背光源
4、往往需要消耗要消耗20W20W甚至更多的电能。这对笔记本电脑甚至更多的电能。这对笔记本电脑和便携设备来说,它们的续航能力将经受重大和便携设备来说,它们的续航能力将经受重大的考验。的考验。1/17/20235CCFLCCFL和和LEDLED之间比较,之间比较,LEDLED是直流的、低压的;而是直流的、低压的;而CCFLCCFL是高压的(是高压的(600600伏的),当然小面积的伏的),当然小面积的CCFLCCFL也有低压的,但一般也有也有低压的,但一般也有300-400300-400伏以上。伏以上。LEDLED的光源可以根据尺寸和应用情况的不同而自由分布。的光源可以根据尺寸和应用情况的不同而自由
5、分布。CCFLCCFL则比较则比较固定,它需要更多的扩散材料来做到光的分散,才能使亮度的均匀度固定,它需要更多的扩散材料来做到光的分散,才能使亮度的均匀度达到达到 要求。要求。1.1.从延伸的角度来讲从延伸的角度来讲,(a a)LEDLED的色域更广,色饱和度可以做到的色域更广,色饱和度可以做到105105以上,而相反以上,而相反CCFLCCFL是比较是比较窄的,大部分只能做到窄的,大部分只能做到7070左右;左右;(b b)LEDLED的速度非常快,可以帮助的速度非常快,可以帮助LCDLCD消除拖尾的现象;消除拖尾的现象;(c c)LCDLCD的一大的缺陷是的一大的缺陷是“黑屏黑屏”不黑,如
6、果用不黑,如果用LEDLED动态来控制的话,可动态来控制的话,可以很好的解决这一问题;以很好的解决这一问题;(d d)LEDLED的电流可以调整;的电流可以调整;(e e)LEDLED是绿色环保产品,不含汞,是固体光源,抗震性好,低电压安是绿色环保产品,不含汞,是固体光源,抗震性好,低电压安全。所以全。所以LEDLED在将来很可能会被广泛的应用。在将来很可能会被广泛的应用。二、LED和CCFL的比较1/17/202362.普通的普通的CCFLCCFL背光源一般的背光源一般的使用寿命使用寿命在在3 3万小时左右,一些顶级的万小时左右,一些顶级的CCFLCCFL背光的发光寿命也不过在背光的发光寿命
7、也不过在6 6万小时左右。这样的寿命对于频繁使用万小时左右。这样的寿命对于频繁使用的用户来说意味着使用的用户来说意味着使用2 23 3年后年后LCDLCD的亮度就将会明显下降,而不得不的亮度就将会明显下降,而不得不更换更换LCDLCD的的CCFLCCFL背光模组。而背光模组。而LEDLED背光则完全没有这样的问题,现阶段背光则完全没有这样的问题,现阶段白色白色LEDLED背光的寿命已经高达背光的寿命已经高达1010万小时,而且还有再次提升的潜力。即万小时,而且还有再次提升的潜力。即使使2424小时不间断使用,这样的寿命也足够使用小时不间断使用,这样的寿命也足够使用5 5年!年!3.CCFL和L
8、ED的特性方面,CCFL的击穿电压和工作电压都相对比较高,LED的电压就很低。所以说LED的安全性能非常好。1/17/202374.LED背光源是由众多栅格状的半导体组成,每个“格子”中都拥有一个LED半导体,这样LED背光就成功实现了光源的平面化光源的平面化。平面化的光源不仅有优异的亮度均匀性,还不需要复杂的光路设计,这样一来LCD的厚度就能做得更薄,同时还拥有更高的可靠性和稳定性。更薄的液晶显示面板意味着笔记本电脑拥有更佳的移动性。1/17/20238三、LED背光的工作原理事实上,事实上,LEDLED(LightEmittingDiodeLightEmittingDiode,发光二极管)
9、并非,发光二极管)并非尖端科技产品,它在我们日常生活中随处可见:路边尖端科技产品,它在我们日常生活中随处可见:路边色彩斑斓的广告牌、家用电器上颜色各异的指示灯、色彩斑斓的广告牌、家用电器上颜色各异的指示灯、手机按钮的背光照明、汽车的前大灯等等,都采用了手机按钮的背光照明、汽车的前大灯等等,都采用了LEDLED作为光源。作为光源。LEDLED在在2020世纪世纪6060年代诞生后就被认定是荧光灯管、灯泡年代诞生后就被认定是荧光灯管、灯泡等照明设备的终结者,甚至有人认为等照明设备的终结者,甚至有人认为LEDLED将会开创一个将会开创一个新的照明时代,最终出现在所有需要照明的场合。新的照明时代,最终
10、出现在所有需要照明的场合。LEDLED的工作原理和我们常见的白炽灯、荧光灯完全不同,的工作原理和我们常见的白炽灯、荧光灯完全不同,LEDLED从本质上来说是一种半导体器件从本质上来说是一种半导体器件。1/17/20239LEDLED的核心部分的核心部分是由是由P P型半导体型半导体和和N N型半导体型半导体组成的晶片,组成的晶片,在在P P型半导体和型半导体和N N型半导体的交界面就会出现一个具有特殊型半导体的交界面就会出现一个具有特殊导电性能的薄层,也就是常说的导电性能的薄层,也就是常说的PNPN结结(PNJunctionPNJunctionTransistorsTransistors)。)
11、。PNPN结可以对结可以对P P型半导体和型半导体和N N型半导体中多数载流子的扩散运动产生型半导体中多数载流子的扩散运动产生阻力,当对阻力,当对PNPN结施加正向电压时,电流从结施加正向电压时,电流从LEDLED的阳极流向阴极,而的阳极流向阴极,而在在PNPN结中少数载流子与多数载流子进行复合,多余的能量就会转结中少数载流子与多数载流子进行复合,多余的能量就会转变成光而释放出来。(即变成光而释放出来。(即自发辐射自发辐射发光,不需要较高的注入电流发光,不需要较高的注入电流产生粒子数反转分布,也不需要光学谐振产生粒子数反转分布,也不需要光学谐振腔,发射的是非相干光。腔,发射的是非相干光。)光的
12、波长也就是光的颜色,由形成光的波长也就是光的颜色,由形成P-NP-N结的材料决定,目结的材料决定,目前可以制造各种不同波长的前可以制造各种不同波长的LEDLED。一般来说。一般来说LEDLED晶片都是由晶片都是由稼基晶体形成,这个稼基晶体里包含荧光粉产生一种特定稼基晶体形成,这个稼基晶体里包含荧光粉产生一种特定的颜色。的颜色。1/17/2023101/17/202311小知识:小知识:P P型半导体和型半导体和N N型半导体型半导体如果在硅或锗等半导体材料中加入微量的硼、铟、镓如果在硅或锗等半导体材料中加入微量的硼、铟、镓或铝等三价元素,就变成以空穴导电为主的半导体,或铝等三价元素,就变成以空
13、穴导电为主的半导体,即即P P型半导体。在型半导体。在P P型半导体中,空穴(带正电)叫多型半导体中,空穴(带正电)叫多数载流子;电子(带负电)叫少数载流子。数载流子;电子(带负电)叫少数载流子。如果在硅或锗等半导体材料中加入微量的磷、锑、如果在硅或锗等半导体材料中加入微量的磷、锑、砷等五价元素,就变成以电子导电为主的半导体,即砷等五价元素,就变成以电子导电为主的半导体,即N N型半导体。在型半导体。在N N型半导体中,电子(带负电)叫多数载型半导体中,电子(带负电)叫多数载流子;空穴(带正电)叫少数载流子。流子;空穴(带正电)叫少数载流子。1/17/202312被广泛用作指示灯的LED器件1
14、/17/2023131.5mm指示灯用LED横截面示意图1/17/202314LED单元构造示意图1/17/202315四、LED背光的未来1.1.尽管尽管LEDLED背光技术有着巨大的优势,但是现背光技术有着巨大的优势,但是现阶段依然面临一些阶段依然面临一些难题难题急需解决。急需解决。LEDLED背光技背光技术首先遇到的挑战就是术首先遇到的挑战就是成本问题成本问题。白光白光LEDLED器件被几大寡头器件被几大寡头垄断垄断-制造成本居高不下。制造成本居高不下。采用采用LEDLED背光的产品售价现阶段依然明显高于背光的产品售价现阶段依然明显高于CCFLCCFL背光产品,背光产品,白光白光LEDL
15、ED器件的器件的产量产量无法满足大批量需求无法满足大批量需求要实现要实现LEDLED背光的快速普及,就必须背光的快速普及,就必须突破白光突破白光LEDLED的专利封锁。的专利封锁。1/17/2023162.2.发光效率发光效率 现阶段的现阶段的CCFLCCFL发光效率基本都在发光效率基本都在60lm/W60lm/W(流明(流明/瓦)瓦)左右,而大型化的左右,而大型化的LEDLED背光则只有背光则只有30lm/W30lm/W。原因:原因:LEDLED会随着芯片面积的增大而出现电流密度会随着芯片面积的增大而出现电流密度不均匀的现象,这必然导致整体发光效率低下,同不均匀的现象,这必然导致整体发光效率
16、低下,同时产生较高的热量。由于在大尺寸背光发光效率上时产生较高的热量。由于在大尺寸背光发光效率上的差距达到了的差距达到了5050,因此,因此LEDLED背光用在大尺寸面板背光用在大尺寸面板上所需要的功耗将会是普通上所需要的功耗将会是普通CCFLCCFL的的2 2倍!这也是现倍!这也是现在成品化的大尺寸在成品化的大尺寸LEDLED背光背光LCDLCD都搭配了主动散热系都搭配了主动散热系统的原因。统的原因。1/17/202317各大厂商对于各大厂商对于LEDLED背光研究投入的持续增加背光研究投入的持续增加,以上两个,以上两个困扰困扰LEDLED背光的关键问题都有望很快得到解决。背光的关键问题都有
17、望很快得到解决。白光白光LEDLED主导厂商日亚化学在主导厂商日亚化学在20042004年开始便不断提升旗下白光年开始便不断提升旗下白光LEDLED产品的产量,同时其他厂商的白光产品的产量,同时其他厂商的白光LEDLED产品也开始量产,产品也开始量产,白光白光LEDLED的价格也正以较快的速度下降,相信不超过两年,的价格也正以较快的速度下降,相信不超过两年,LEDLED背光模组的价格就将会和背光模组的价格就将会和CCFLCCFL背光模组的价格持平。背光模组的价格持平。LEDLED的发光效率问题,近期也有了明显的改善。新一代白光的发光效率问题,近期也有了明显的改善。新一代白光LEDLED的发光效
18、率已经提升到了的发光效率已经提升到了50lm/W50lm/W,和,和CCFLCCFL的差距只有区区的差距只有区区10lm/W10lm/W。在未来。在未来3 35 5年内,年内,LEDLED的发光效率很可能超越的发光效率很可能超越80lm/W80lm/W的水平。的水平。1/17/202318五、五、LEDLED发光效率发展动向发光效率发展动向LEDLED背光模块能够迅速扩展应用范围另一项要因,是背光模块能够迅速扩展应用范围另一项要因,是LEDLED背光背光模块单位耗电量能获得很高的辉度,亦即单位瓦特的发光流模块单位耗电量能获得很高的辉度,亦即单位瓦特的发光流明数明数lm/W lm/W。如图。如图
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