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克服成本与技术障碍 LED背光荣景可期

导读: 替代照明远景虽美,正在发酵的LED背光商机却更值得关注。随着LED价格越来越低,取代CCFL背光的动能也就益发强大。目前LED背光在小尺寸LCD面板的渗透率已达100%,在中尺寸面板如笔记本电脑的应用也正加紧扩散,不过若欲跨入大尺寸面板如LCD TV,则尚有技术和成本问题待解决,即便如此,一台LCD

-专访东贝光电总经理邱显明

作者:林其锋
 
替代照明远景虽美,正在发酵的LED背光商机却更值得关注。随着LED价格越来越低,取代CCFL背光的动能也就益发强大。目前LED背光在小尺寸LCD面板的渗透率已达100%,在中尺寸面板如笔记本电脑的应用也正加紧扩散,不过若欲跨入大尺寸面板如LCD TV,则尚有技术和成本问题待解决,即便如此,一台LCD TV就需搭载上千颗LED的需求潜力,却已为LED厂商勾勒出美好荣景…。
 
替代照明路迢迢 LED背光先起跑
照明是LED未来广受期待的高产量应用,但是要真正达到可替代现今灯管或灯泡的地步,还有许多问题待克服,并非一蹴可几。不过,就在众人引颈企盼LED照明市场迈向成熟之际,还有另一项值得关注且成熟更快的应用,正吸引着LED业者纷纷投入,那就是用于LCD面板的背光模块。

根据Strategies Unlimited的统计,2006年全球LED产业总产值约为62亿美元,其中仍以占五成比重的手机应用为最大宗,指示灯和车用大约各占14%,照明为8.8%,大型显示器为1.4%,至于背光源则隐藏于其它11.4%之中,包括LCD TV和笔记型计算机等背光源应用仅各占约0.03%和0.02%。

虽然数字看起来并不亮眼,但是LED作为LCD面板的背光,与传统CCFL灯管相较具有无汞、低耗电、寿命长、色彩饱和度佳、反应速度快、动态对比高等优势,理论上替代CCFL的确有其合理性,而实际应用上唯一的替代障碍就在于成本。
 
 
取代CCFL背光 成本为主要关键
东贝光电总经理邱显明表示,成本绝对是LED能否取代CCFL的先决条件,只要两者成本相近即可产生替代效应,因为LED具备的优势如省电、环保、变化弹性大(CCFL灯管设计上较难变化)等等,都足以胜过CCFL。

与仍需等待三到五年以上时间孵化的照明应用相较,邱显明认为LED用于LCD面板背光将是近期内最快可让LED放量的机会。他指出,目前用于手机或PDA的3.5吋以下小尺寸LCD面板,已完全成为LED背光的天下,渗透率达到百分之百;至于中小尺寸所谓的泛7吋LCD面板(包含5、7、8、9、10吋等),则是目前LED背光正在快速扩张的领域,主要应用标的包含可携式DVD播放机、车用面板、电子相框等等,2006年的渗透率约为10~20%左右,今年则可望快速增长至70~80%以上。

邱显明指出,LED在泛7吋LCD面板的渗透率之所以能快速攀升,主要拜近来LED成本快速降低之赐,以泛7吋而言,目前采用LED背光的成本仅比采用CCFL高出约10%左右,而泛7吋也刚好是所有LCD面板中跌价最快的一个市场,例如东贝光电去年到今年的降价幅度就大约达到八成左右,不过这也是因为泛7吋是所有LCD面板中出货量最大者,东贝光电去年至今出货量就提升近乎15倍以上,反应市场需求。

至于中大型LCD面板,包括12、13、15、17、19、22、24吋范围左右,LED背光的渗透率则视应用不同而有所差异。邱显明表示,这个尺寸范围的面板主要使用于计算机显示器和笔记型计算机屏幕,前者由于是插电的桌上型用途,并不特别计较耗电和体积的问题,够不够便宜才是销售重点,目前也仅有三星电子(Samsung)宣告将在2008年生产的LCD显示器中大量导入LED背光;后者则完全不同,由于耗电和体积一向是笔记型计算机最关注的条件,也是吸引消费者掏钱的重要诱因,使用LED背光刚好可以让笔记型计算机的屏幕厚度缩减也更为省电,重量也得以减轻(因可使用较轻的低容量电池),再加上还有显示效果更佳的加乘效果,使得LED背光已开始在笔记型计算机市场蔓延。

但是,根据部分研究单位的推估,LED背光今年在笔记型计算机的渗透率可能还不到5%,邱显明则较为乐观地预期可达5%,之所以扩散如此慢,邱显明认为原因在于LED背光的价位和可靠度。因为与传统笔记型计算机面板相较,LED背光面板的价位大约还在三到五倍左右,所以目前仅有部分高阶机种采用,但是只要LED价格持续下探,全面替代并非难事,比较麻烦的是可靠度问题,囿于当前LED封装方式限制,散热仍然是一大问题,散热不佳将使LED亮度衰减,连带波及面板可靠度,目前包括东贝光电在内的封装厂都正在努力改善此问题。
 
 
RGB LED背光仍有技术与成本障碍
LED背光依据采用的晶粒和配置方式不同而有多种选择。以晶粒而言有两种选择,一种是采用白光LED,另一种则是采用RGB三色LED,目前趋势均倾向以RGB三色LED开发大尺寸面板(如LCD TV),中大尺寸以下的面板(如笔记型计算机或手机)则都采用白光LED,由于RGB三色混光可达到白光效果,而其色彩饱和度又可超过百分之百,较CCFL的百分之七十更佳。邱显明表示,若比较RGB LED背光面板与CCFL面板的色彩表现,可以明显看出前者的红色差异最大(较鲜艳也较饱和),绿色次之,蓝色差异则最小,这是由于CCFL灯管使用的荧光粉偏蓝所致,此外,肤色显现上也可察觉前者比较接近真实肤色,后者则较为死白。

虽然RGB LED背光有其优势,但是成本依然是影响其普及的最大罩门,技术上也有困难之处。邱显明解释,RGB LED因为有三个晶粒在同一封装中,每个晶粒又再划分出不同的亮度、波长和驱动电压,所需的接脚数非常多,而且置于同一片面板中,又必须让所有RGB LED维持同一亮度及电子特性,若再加上既有的散热问题,设计难度的确颇高,可说是白光LED的三倍以上;此外,RGB LED背光模块通常必须额外加装传感器和色彩管理系统,以监测不同颜色晶粒的衰减程度并控制使其色彩表现维持均匀性,这也使其成本难以很快下降。

至于LED的配置方式,依照光源入射位置可区分成直下式和侧入式两大类,前者是将LED排列于LCD面板背光模块下方,使用的LED颗数较多、成本较高;后者则是把光源设置在导光板(Light Guide Plate;LGP)侧边,使用的LED颗数较少、成本较低,但也因为颗数较少,加上亮度有限无法照亮大范围区域,使得侧入式通常无法使用于大尺寸面板的背光模块,一般应用以20吋以下居多。

邱显明表示,LCD TV因为面板尺寸大,多半采用直下式的LED背光模块,但相对成本也高,因为若以40吋电视而言,采用RGB三色LED作为背光的话,就大概需要1,600乘以3(R、G、B)将近5,000的LED颗数,再加上前述的传感器和色彩控制系统,成本想当然尔不可能太低。

推动LED背光颇力的三星电子曾以40吋LCD面板为例,预估其LED背光模块将从2007年起以每年约三成的幅度降低成本,因此大概要到2010年才足以和CCFL背光模块一搏,目前大尺寸LCD面板采用LED背光尚言之过早。

邱显明也认为,今年谈LED背光的LCD TV都还只算是营销噱头,因为光是笔记型计算机LED背光面板就已是CCFL三到五倍价位了,面板尺寸更大的LCD TV成本一定会贵到让普罗消费者难以接受,顶多只能视为一种技术宣告,或仅可销售给金字塔顶层客户。

技术层面上,LED若要用于大尺寸面板的背光也不是完全打包票。邱显明表示,以封装而言,散热是目前最主要的问题,但是相较于上游磊晶厂商面对的问题,这还算较容易解决;因为若要用于大尺寸面板的背光源,每颗LED晶粒的差异必须做到非常小,例如蓝色的波长介于445~465nm,差异可能要控制在1~2nm范围内才不会造成色偏,简单来说,就是必须让每个晶粒的波长更窄、亮度均匀性更好,才能减少排序(Sorting)的功夫,产出的磊晶也不会因为波长分布过广而增加呆滞品数量,成本也才能降低,而这都必须透过制程改善及良品率提升才得以实现。由于改善不易,也因此上游磊晶厂商对于LED背光应用于LCD TV的前景,普遍较下游封装厂商来得保守谨慎。
 
 
LCD TV勾勒LED背光荣景
邱显明表示,相对于业界普遍认为LED背光将于2008年起才会开始在LCD TV市场发酵,从2000年起就把背光视为重要发展项目的东贝光电,今年起就会着手练兵布局,但是舞台并非在台湾揭幕,而是在中国。

邱显明指出,由于中国大陆主流LCD TV落在26吋,最多不超过32吋,不像台湾主流落在32吋到37吋,较小的面板需求使之采纳LED背光的技术难度不那么高,此外,当地业者在竞争激烈下,很希望能够尽快踏入LED背光,并以此作为销售上的差异化诉求,只要LED厂商提供的价格能够与CCFL背光尽量接近,例如仅贵上1.5到2倍左右,当地厂商对于尝试生产LCD TV的意愿就会浮现。邱显明表示,东贝光电的策略是透过与系统厂商直接合作,取得保证一定数量的订单再投入LED背光市场,目前已和某中国电视制造商谈妥合作案,将提供白光LED和RGB LED两种产品。

邱显明进一步指出,以东贝光电而言,今年LED背光即可对营收产生明显的贡献,初步预估这方面营收可达八亿台币(约2亿人民币),约占旗下所有LED产品总营收的30%左右,在业界来说应该算是比重偏高者,但是出货预估会以中小尺寸面板的应用居多,大概占到八成以上,因为总括来说,LED背光应用于中小尺寸LCD面板并没有质量问题,问题仅在于成本,但是若用在LCD TV等大尺寸面板则必须同时兼顾质量和成本两种因素,因为面板越大使用的LED颗数越多,就需要越大的电力来驱动,这时若散热不佳就会导致严重的色彩衰减问题。

虽然LCD TV采用LED背光仍有多重阻碍待克服,但是邱显明指出,由于一台LCD TV就需要千颗以上LED,而单单一家电视制造商一年出货量可能就有上万台,简单乘法即可算出其中潜藏的LED需求如何惊人,而这幅美好荣景也正是近来LED厂商积极扩产的原因之一。

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