AC驅动背光有眉目　LED TV对比功耗再突破.docxVIP

AC驅動背光有眉目　LED TV對比/功耗再突破 為加速LED TV商品普及，工研院透過改善光學設計、時序控制、交流電源驅動模組、區域控制等技術，克服LED TV諸多技術瓶頸，惟目前LED光源和區域控制價格仍高於CCFL，為發展一大阻礙。背光模組應用在液晶顯示器已行之有年，主要是採用冷陰極燈管(CCFL)，由於液晶電視背光模組使用的CCFL燈管數量更多，為了點亮液晶電視背光源的CCFL，每支CCFL皆須使用一個變流器(Inverter)電路(圖1)，使其空間和電轉換成光的能量大大浪費，主因為變流器會發熱，把電轉光的能量，部分轉換成熱。 圖1　CCFL背光模組的驅動電路發光二極體(LED)背光模組具備高細膩度、高輝度、無水銀、高色再現性等特點，所以能夠賦予液晶面板更高的附加價值，不像過去的LED始終僅是給人省空間的印象，一般認為今後LED背光模組的應用，將跨越可攜式電子產品的門檻，迅速蔓延至汽車、顯示器、電視等領域。目前國外已有諸多大廠如Lumileds、索尼(Sony)、三星(Samsung)、樂金(LG)、東芝(Toshiba)、夏普(Sharp)、飛利浦(Philips)、恩益禧(NEC)都已有LED TV的展示，但若以技術的角度分析，目前LED TV仍有諸多窒礙待突破，其中包括紅綠藍(RGB)三色點光源所產生的亮度與色度不均勻、大尺寸高亮度背光系統所產生的散熱、紅綠藍三種LED亮度衰退與壽命長短不一致、耗電量高、成本高等問題。上述這些弊病目前同樣為國際大廠技術開發的重點。國內工研院電光所也積極開發這方面相關技術。 ? 薄型化光學設計實現模組輕薄化?? 為了因應大尺寸電視高亮度的需求，目前大型液晶電視所使用的CCFL背光模組都已採用直下式設計，因此LED背光模組也將朝此趨勢發展。不過，不同的是CCFL光源發白色光源，而使用紅綠藍光LED的背光模組卻須有混色機制，以混成白色光源，因此LED背光模組須要有特別的光學元件和系統設計，才能達到色彩及亮度均勻化的效果。 ? 側邊發光LED光學設計蔚為風?? 美國晶片大廠Lumileds在LED晶片上加特殊光學鏡片(圖2)，可將LED發出的光線折向側邊，如此可以增加混光距離，而不至於使背光模組變厚。LED加入適當的光學鏡片除了增強色光混合外，更可將LED的光線導引至正確的方向，以增加光的利用率，並降低LED顆數。 圖2　(a)具光學封裝之LED、(b)光線追跡(摘自Lumileds網站)美國專利US2005/ 0001537就利用前述的側邊發光(Side?Emitting)LED來進行系統的設計，其直接將紅綠藍光LED排列成長條狀(圖3)，模擬CCFL的發光配置，以直接套用其背光模組架構。但這種側邊發光鏡片的缺點是結構太過複雜，因此製作上較為困難，成本亦較高；另一方面，要滿足全反射(TIR)之條件相當嚴苛，只要LED晶粒位置與TIR面之相對位置稍有誤差，光就會從正面漏出，實際上做出來的樣品會有正面漏光的問題，所以在整個模組的設計需要兩片擴散板，並於LED正上方額外加裝小區域之反射片，才能達到均勻化之效果。 圖3　美國專利US20050001537新型鏡頭蓋設計　擺脫舊式側光式LED弊端?? 為了改善前述的LED缺點，可利用國內廠商所生產的高功率LED(HT-P178)來做新型鏡頭蓋(Lens Cap)的設計。因為光是經由金屬面反射而不是利用TIR的原理(圖4)，因此不會有正面漏光的問題。從模擬的結果可以看到光從LED出射之後，經過金屬反射面的反射，可將出射光控制在70～80度的方向。 圖4　(a)新型LED Lens?Cap、(b)光強度分度模擬結果電光所利用光學模擬軟體ASAP(Advanced?System Analysis Program)來計算光在背光模組系統中的行為，並分析光能量分布情形。在此假設反射板為朗伯特(Lambertian)的反射特性，從圖5可以看到利用新型Lens Cap的設計，背光模組的均勻度可以大於85%，而中心點亮度可以大於5,000nits、模組厚度為3公分。 圖5　32吋LED背光模組分析結果新型類弦波結構擴散板設計提高出光效率?? 傳統直下式背光模組使用的擴散板材料，都是藉由透光性較差的樹脂(Opaque Resin)增加光擴散的效果，或是在擴散板印製不規則排列的印刷網點，以降低燈管區域的亮帶、消除面板不均勻的現象。由於這種方式是利用光的損耗來達到均勻化的效果，因此會大大的降低光的利用效率。美國專利US2003/0184993就提出在透明的基板上製作微透鏡陣列(Lens Array)，利用光線經過微透鏡後，先聚焦再發散的方式來達到擴散的效果(圖6)。這種方法雖然可以避免材料的吸收、減少光的損耗，但由於光在