主导LED背光技术 LCD厂需先了解LED特性在哪里里

时间:07-01-25 17:46:12  阅读次数:

主导LED背光技术 LCD厂需先了解LED特性在哪里里
编者按:LED用作LCD背光源的话题性已经熟到有点发烂,然而实现在市场却仍旧不清不楚充满不确定性。2007年不管是电视或者是笔记型计算机一线大厂都确定会小量出货,预估时间点则是第一季到年底都有;然而在市场一片期待声中,相对持平的业者也不少。

有趣的是,看法保守的业者以LED产业人士较为明显,尤其是上游业者。LED上游芯片业者是最了解LED特性,也最了解制程是否成熟、效率能够提升的程度,和良率状况的,上游业者看法考量较多,是否表示此一应用的确未到商品化的阶段?

针对LED用作LCD背光源的技术趋势,我们在「CTO技术观」专栏曾多次报导专家的看法;若以LCD业者的角度来说,「LED效率提升」,长久以来是他们最寄望的关键因素;另一方面,LCD业者也已经点出另外一个关键,就是LCD和LED两个产业间的谋合问题,恐怕需要几个产品周期的时间来彼此适应。

那么,LED业者的想法又是如何?看法保守又是为什么?本期专栏针对此问题专访华上光电照明系统事业部副总经理顾振声,他以LED晶粒兼下游背光模块系统业者的角度来看,一方面以现在台湾业界能够达到的5060lm/W的发光效率而言,还没有发挥最大亮度,2007年底希望能够提升到80100lm/W;这也呼应了LCD业者对LED效率提升的期待。

另一方面则是,现在整体进展是由LCD大厂主导,LCD业者把光源资质达资优生程度的LED当作一般生看待,期望视LED最终能如同CCFL成为可掌控的光源,忽视LED波长随制程与外在环境变化的本质;每一家晶粒厂都有自己最适制程的波长变化分布,LCD厂若不了解,很难找到最佳色彩分布,技术开发自然会有困难。

除此之外,LED的保证使用时间也是另外一个技术障碍,1,000小时测试是半导体的寿命魔咒,但是对于长时间需要打开光源的许多笔记型计算机使用者来说,1,000小时显得太不实际;虽然现在有5万小时的说法,但那只是一个推估值,必须过得了1,000小时这一关,才有机会迈向5万小时。

LCD现在强势主导LED在TV背光技术,对于不同产业的学习与掌握,一段时间是必要的,若以过去经验,23年的时间跑不掉;换句话说,LED背光源应用于大尺寸LCD,2007年不会成主流,2008年或许有机会。


图说:LED龙头日亚化(Nichia)发光效率的Roadmap,由于过去几年,Nichia通常超前进度,未来也可作此期待,量产化的100lm/W时代有机会在2007年来临。(资料来源:Nichia、华上光电提供)

主导LCD用LED背光技术 到底谁最适合

LED用作LCD背光是新技术吗?以落实程度来看,的确很新,实现只在日本厂商少数较小尺寸的笔记型计算机机种,而且量似乎非常有限;然而以话题性来看,它又的确是一个炒作多年的旧议题。

如果摊开它在台湾产业的技术发展史,会发现主导者一变再变,包括LED封装和LCD背光模块厂商都曾经投注心力,现在则由LCD大厂主导。

回顾2003年,开始有业者发展LED背光源,首度主导者由LED封装厂来扮演,以导入Monitor与TV为目标。由于是一个极新鲜的观念,因此以教育成分居多。2004年时,业界认为应该是由懂背光模块,又懂LED晶粒的业者来主导,LED封装厂也因为推动不起来,而从主导者的席位退下。

到了2005年,由于LCD业者要求背光模块厂提供以LED为光源的背光模块,致使背光模块厂被动进入此领域。2006年则正式由LCD厂来主导,而且是强势主导,以LCD的思考方式来执行,把LED当成CCFL同类型光源的观念来开发。

到底哪里一层的业者应该来主导LED技术的开发与落实?LED用作LCD TV的背光源,应该是TV系统业者和LED业者之间的事,因此最应该主导的应该是TV系统业者;只是TV系统厂商利润是最低的,人力资源有限,而且其中面板成本就占了大约7成,致使主导的角色拱手让给面板厂。

用作LCD的固定光源-LED

与灯管不同,LED是会变的,它的特性就是颜色活泼与反应快,适合用来做各种设计。不过各家LCD厂商硬是把LED当成固定光源,这个现象在月前日本横滨展就可以明显看出来。

以展场内各厂商的设计理念来看,大家已经掌握住LED快速反应的特性,但是LED的色彩特性还没有完全发挥,也就是说,每种颜色的晶粒因为波长不同,有其不同的物理特性;好比亮度增加,每种颜色的反应时间都是不相同的,若被当作固定光源,LED这样的特性就完全被忽视掉了。

当作CCFL的替代品,成为固定光源,需要的必然是一个标准规格,然而现在举目望去,标准规格在哪里里?

LCD厂自己跳下来投入LED封装 恐怕欠缺销售管道

2006年时,LCD厂商在LED背光源开发的动作积极,陆续开展LED封装的业务,以求掌握住LED的变化和未来若需求大增时的货源。

不过,新设立的业务需要母体的孕育,尤其LED晶粒如同华上总经理汪培值博士所形容,好象是艺术品一般,变化性甚大,相对可适用的比例就小,如果生产出10颗,只有5颗在某一需求下适用,那么,另外5颗要怎么办呢?

如果是以现在专业封装厂而言,有自己多元的销售管道,遇到上述的状况,剩下的5颗可卖给需求不同的各种客户;然而若LCD厂涉足LED封装的目的,只是为了单一目的,用作LCD背光,在LED销售通路不熟之下,不适用的产品就成了库存问题。

若LCD厂找到可用波长范围够大 技术瓶颈或可克服

上述问题的根源,在于LED的特性就是变化大,不管是上游晶粒或下游封装,都会产生变化,致使应用端掌握不易。

因此,要克服这个问题有一个根本的方式,就是若LCD厂能找到适用波长在极大的范围内都行,则10颗中有9颗都能用,就能够突破这样的困境。

当然,现在的情况不是如此;LCD厂渴望掌握住LED的特性,但是各家LED厂商并不会透露出自己的主要分布,因为这是LED厂的业务机密,会影响销售的方向。每一家的波长都不同,LCD厂商自然很难找到最佳色彩分布。

LED保证时间无法保证5万小时的迷思

LED使用于手机LCD背光发展顺遂,并不表示同样的模式可以复制到笔记型计算机和电视领域;就使用习惯就能看出差异性,使用手机不仅单次时间并不长,背光源打开也是在铃响或操作的时候,时间更短。

但是笔记型计算机或电视则不然,看看你我使用笔记型计算机的习惯便可知,一旦开机时间可能长达8小时或更久,这时的背光源必须持续开著,因此,LED的使用寿命就成了一个大问题。

现在许多电视或面板厂要求LED保证使用时间可以达到3万小时,上游厂商口头上是说没有问题,可以提供3万小时保证的规格;然而这是一个推估值,这个保证谁也不能保证。


图说:LED的信赖性成为NB或TV背光的另外一个关键问题。由上图左可以看出,在室温测试下,1,000小时是一大关卡,过了1,000小时,就产生衰减问题;上图右则为高温测试结果,LED更提前在200小时之后就不稳定。另外,图中圆点的直径甚大,表示亮度测试结果在一个大范围间都可能落于圆点内,因此看规格书上保证的时间是不准的。(资料来源:Nichia、华上光电提供)

以LED来说,对于笔记型计算机使用的LED较无法保证1万小时之后,亮度还可以维持8成或9成,现有的封装型式并不是针对笔记型目的所设计的,在目前模块外形限制的应用方式下,若未注意散热方式,则信赖性问题还是最大考量。半导体的寿命在1,000小时是魔咒,若过了此关卡可以推估寿命,但也很有可能到此关卡就寿终正寝。

尽管有时会听到1万小时、甚至5万小时的寿命,就算是Nichia实测达到1万小时以上的那颗LED,是LED在某一种封装之下的使用,但也相对较厚,并不适用于目前笔记型计算机的厚度需求;5万小时则是推估值,可以说是一个迷思。

笔记型计算机将多颗LED放置于一排,长时间一直点亮,就会出现信赖性和散热问题;若使用原本的框架,PCB材料也因为成本考量采用较低价的,只是将导光板改一改,外形件都定死了,这样设计出来的笔记型计算机用LED背光模块就很有可能会产生散热问题,并进而影响LED的信赖性。

3年技术开发跑不掉 2008年为适当时机

我们再来回顾LED导入终端产品的发展史,看看能不能从历史推估大家期待的LED背光源究竟何时实现。

2000年第一颗侧光式白光LED由Nichia开发成功问市,并在2003年成为手机主流;2002年时,首度将白光LED使用于3.8寸PDA,并且在2005年时,应用于所有的PDA产品,也就是说,LED导入新的装置,通常需要经过3年的导入期。

2004年底,LED使用于LCD TV首度出现,之后进入发酵期;2005年大家则在看LED使用于笔记型计算机的技术;如果历史进行的节奏变化不大,LED使用于电视和笔记型计算机,较成熟的时机应该是2008年。

各产业对毛利率认知落差大 增加合作困难度

LED成为LCD供应链的一环,原本关连度甚低的产业对毛利率认知上的差异,也成为需要时间来达成共识的一个点。

若以现在产业状况来说,针对LCD背光规格较高的应用来说,LED晶粒厂的毛利率约为2030%,封装厂则为30%,LCD产业则因为景气循环变化很大,一般来说可以抓在35%。当这些本质差异就很大的产业链在一起后,对毛利率的看法是否都能彼此接受,也成为一个问题。

结论

不同产业应各自发挥核心能力,LCD使用的LED还是未来几年LED最大且成长最快的应用市场,的确值得期待,只是现在还在努力阶段,遇到不少困难。

例如在LCD厂强势主导下,在20mA下运作的低功率LED,亮度要求要达到1,800mcd;1,6001,800mcd的亮度是日本厂商的专长,台湾厂商能够达到的亮度为1,4001,600mcd。事实上,台湾厂商因为目标客户仍以大陆厂商的平价机种为大宗,因此还未将其列为制造主流,便增加了这样应用要求供货的困难。

另外,LED作为LCD的背光源,最大的问题必然是在光源,现在大家跟随SONY笔记型计算机的设计,力求把导光板做很薄,致使光源也走向薄形化,方向也有所偏离。

至于LCD TV,则要等到标准出现,才会有比较明朗的发展;TV用LED背光源模块化势在必行,预估2007年底大厂陆续有产品推出后,可以提供其它厂商跟进,标准逐渐明朗。

以LED用作照明市场的经验,中国大陆的路灯原本使用当地厂商的LED,但是经过几次使用不顺的修理之后,最近已经不敢使用,转而向台湾厂商采购。

这说明了LED产品的质量落差的确很大,不管是何种业者,原本想要驱动(driving)市场,然而到后来的发展很有可能与预期不符合,最后被市场驱动(driven by)。

就好像以LCD TV来说,面板厂商虽然部分也致力于色彩控制,但是面板厂能够著力的终究是在面板上呈现出来的色彩和亮度;真正LCD TV的色彩管理,应该是下游系统厂领域的技术,因为需取决于终端客户的喜好,会随地域与人种而有差异。

每个产业有自己发展的特色和应扮演的角色,走向水平专业分工或垂直整合,端赖内部知识分享的透明度,或外在供应链上下游的认同度;因此,不同产业合作时,较健康的发展模式是,各自专注于其核心能力。

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