中国TFT-LCD用背光源的现况与展望

北京京东方茶谷电子有限公司马国恒 杨东升 李秀真 乔中莲

一、引言

液晶显示器（LCD）是光调制器件，本身并不发光，为了清楚地看清液晶显示器的显示内容，需要配置合适的背光源。背光源是存在于TFT-LCD内部的一个重要的光学部件。背光源产业是TFT产业链中重要的一环。背光源占TFT-LCD模块的30%以上的成本，背光源产业对于具有千亿美元规模的平板显示产业来说，具有非常重要的战略意义。背光源的三个重要组成部分是光源、导光板、光学膜，占整个背光模组源成本的72%。背光源产业的发展能够促进TFT产业链的完善，带动背光源上游配套产业的聚集，能够带动产业结构的优化升级。背光源的能效占液晶显示能效的70%～90%，背光源产业的发展能加快平板显示的升级换代，推进节能减排、家电下乡等惠民政策的实施。

背光源从光源上讲，主要分为CCFL背光源和LED背光源。目前LED背光源正在取代CCFL背光源，占据市场主导地位。随着平板显示技术的不断升级，LED背光源液晶电视开始逐步走进人们的视线。LED背光源的液晶显示器最先开始应用在部分高端笔记本上，而近几年，三星、海信等中外彩电企业都相继推出了LED背光源液晶电视。LED背光源凭借着出色的画质表现以及节能环保等诸多优点，正式成为市场主流。

二、背光源发展的现状

背光源就终端产品分类，有电视、显示器、笔记本、平板电脑、手机用背光源。手机也逐渐分化成智能手机和非智能手机。非智能机1.5～2.0英寸的产品成为其主流。智能手机的尺寸范围涉及3.5～7英寸以内的范围。笔记本由于平板电脑的出现，其市场份额被逐渐压缩。现在传统液晶面板的产能趋于饱和，各个厂商纷纷布局下一代OLED显示。对于液晶部分将主要通过提高其分辨率来争取市场。现阶段虽然在小尺寸显示产品应用上被OLED显示冲击，但是就整体规模而言依然不能撼动液晶显示的主导地位。背光源始终伴随着液晶显示的发展而发展。液晶产业是目前唯一具有可以从小尺寸到中尺寸，再到大尺寸全系列都可以涉足的产业，是目前与人类进行交互的最好的工具，因此可以预见LCD具有广阔的前景，与之相伴的LED背光源产品也具有广阔的应用前景。LED背光源在液晶显示领域的应用情况如表1所示。

三、背光源的市场发展趋势

LED背光源是CCFL背光源的有力替代者。随着LED技术的成熟及成本的不断下降，LED背光模组在LCD中的应用率逐年上升，2009年，LED背光液晶电视全球渗透率不足1%。2010年，LED背光液晶电视全球渗透率却猛增到25%，全球液晶电视出货量大约达到1.9亿台。同年，平板电视能效标准实施，把中国市场中的LED背光液晶电视推向了巅峰，也是全球电视市场的拐点。2011年，全球LED背光液晶电视出货渗透率达到48%，较2010年的25%大幅提高。根据市场研究机构IDC调查及预测，2012年、2013年全球LED背光电视出货渗透率将分别增长73%、86%。一连串的数字说明，LED背光模组将成为液晶电视配置的标配，成为市场主流趋势不可阻挡，表2为CCFL和LED背光源的总体出货情况。

CCFL背光源将继续被低成本直下LED背光所替代。据预测，低成本直下LED背光电视的份额占整个LCD电视市场20%左右时将达到饱和。直下LED背光将在入门或主流机种领域替代CCFL背光。与之相对，侧光LED背光电视出货将持续增加（见图1）。

随着中国液晶电视市场的不断增长，LED在大尺寸背光源中渗透率不断增加，未来几年中国背光模组产业有望得到迅速发展。受此趋势的吸引，本土企业抓住商机开始涉足大尺寸背光模组的生产制造，众多日韩及中国台湾地区企业也纷纷至中国大陆地区投资建厂。同时，国内各大电视厂、液晶面板厂基于垂直整合策略考虑也不断向背光模组制造领域延伸，逐步形成中国液晶模组生产领域的三大势力。这三方未来的竞合关系将是中国背光模组产业一段时期内的主旋律，也关乎中国整个LED产业和液晶显示产业的健康与发展。同时，三大势力布局中国LED背光模组产业，也决定着全球背光模组产业未来的竞争格局。可以预见，背光模组产业版图面临重整。

四、LED背光源技术发展趋势

1.LED技术

LED作为背光源的关键部件，对于背光源起到了决定性的作用。LED是背光源电特性的主要体现。低功耗就要求现在的产品要能够亮度更高，光效也要更高。对于不同的产品而言，对于产品的要求也略有不同。LED产品为了满足液晶显示小中大尺寸型号开发了多种规格，目前应用在手机上的主流规格有020和206。NB的主流规格有208、3810和3014，MNT的主流规格有3020、5630和7020，TV侧光式的主流规格有5630、6030和7020，TV直下式的主流规格有3838、3228、3528、3535和3030。大尺寸直下式LED背光源正在向多元化发展，透镜可以改变LED的光场分布的光学系统，提升LED的出光效率和出光角度，LED加透镜的设计也成为一种趋势。

2.导光板技术

导光板技术是背光源的核心技术。对于中小尺寸而言，市场上导光板成型还是以注塑成型为主。但是由于其光学网点（Pattern）的加工方式不同，导致其光源利用的效率也不同。就光学网点加工方式来分，有蚀刻加工、激光加工、机械撞击加工。蚀刻方式已经逐渐退出了历史舞台。激光加工与机械撞击加工占据了主导地位。机械撞击加工在光学处理的问题性与光效体现上要优于激光加工，所以大有取而代之的趋势。电镀加工网点虽然在加工精度、稳定性、光效上比其他三项都好，但开发时间过长。对于快速变化的消费电子产品，撞点加工越来越受青睐。

在中尺寸背光源的导光板加工技术中，注塑仍然具有很大优势。但是从显示器到电视的背光源序列中，由于注塑机台能力的限制，只能采用其他的加工方式。为了提高导光板光效，在导光板出光面加工V结构也成为很普遍的应用。当然，要加工这个结构，对于注塑模具来讲可以采用电镀与机加工的方式。背光源的导光板技术虽然蓬勃发展，但传统技术仍然受青睐。绝大多数的技术不被大陆背光企业掌握。表3为导光板网点加工方式对比。

3. 光学膜材

光学膜材也是背光源的主要组成部分。在增亮膜方面，3M与乐晶星处于第一集团。他们在高增益棱镜的技术方面处于领先地位。其他的厂家则为日本、韩国和中国台湾地区的一些企业。乐凯与康得新是增亮膜领域的新军，也是中国大陆企业，在增亮膜领域意图占有一席之地。底反射片中国大陆地区厂家没有生产，技术上还是被国外与中国台湾地区所把持。

五、LED背光源的产品发展趋势

1. 低成本LED背光源

DisplaySearch研究报告指出，2012年LED背光将被广泛地应用在1～70英寸的液晶显示器中。报告还指出，价格一直是阻碍LED背光普及的一个重要因素，但LED背光模组成本的下降幅度超过了传统CCFL背光模组。随着更多厂商对LED背光技术的研发，其成本价格正在逐步下降。为了刺激LED背光产品的销售，LED背光源的设计纷纷朝向低成本、降低亮度等方向发展。

在大尺寸领域，低成本直下式LEDBLU材料成本预计是CCFL背光的1.3～1.4倍，而侧光LEDBLU的材料成本是CCFL的2倍。低成本直下式LED背光电视是未来电视市场的新趋势。对于低成本直下式背光源（结构如图2所示）的解决方案有三种：LED增加一个透镜；LED增加两个透镜；带网点设计的扩散板。根据DisplaySearch对低成本直下式背光源的预测，CCFL背光将被低成本直下式LED背光源取而代之，2015年将消失。预计2014年，低成本直下式背光电视将占整个液晶电视市场的20%左右。

2. 低功耗侧光式背光源

在提倡低碳生活的今天，节能被越来越多的消费者认可。功耗是显示器或电视的衡量参数之一，也是消费者选购时最方便、直观的参考标准。未来低功耗的产品会越来越受消费者的青睐。直下式LED背光源应用动态背光技术，很大程度地降低了背光源的功耗，提高了电视产品的对比度，但是要求LED数量比较多，电视产品的厚度比较大，美观度以及灵活性稍差。侧发光式LED大尺寸背光源技术集合了超薄、美观、LED、低功耗的优势。在侧发光式LED大尺寸背光源上，引用动态背光技术，能够大大降低背光源的功耗。侧入式LED背光源通过LED交叉控制，达到区域控制，从而从一定程度上降低功耗。

目前，侧光式LED背光源还是各尺寸型号主要的显示方式。据预测，2015年之前，侧光式LED背光源的主导地位不会改变，但CCFL背光源将逐渐消失，直下式LED背光源根据尺寸型号的不同增加的份额也不相同。

3. 角发光LED背光源

2012年，中尺寸背光源发光方式和结构的发展趋势由单边入光方式逐渐变更为两角入光方式。32英寸未来的发光方式为线发光到点发光的发展趋势，最终为两角发光方式。46英寸未来的发展方式为双边发光到单长边再到单短边发光。55英寸未来的发展方式也是由双长边发展到单短边的发光方式。

4. 窄边框背光源

超窄边框设计是利用特殊型号LED或结构设计使得画面到显示器件边缘距离小于常规尺寸，是市场未来的发展趋势。窄边框技术能够充分发挥电视画面的延展性，视角更宽，是对电视外观的一大进步和革新（见图3）。

超窄边框背光源设计难点在于必须运用合理的设计及新技术来解决画面边缘明暗不均的问题。超窄边框技术是为减小显示区域到产品外框的距离（A），在光学设计时必须减小LED之间的距离（P），如果LED之间的距离大于一定数值，会产生萤火虫（Hotspot）画面不良。

超窄边框背光源光学技术设计要点：对应不同的设计结构安排可采用不同的光学入光设计。

4.3D电视用背光源

裸眼3D技术在设计时存在最大的技术问题是透过3D膜片的光线分行后产生了干涉不良。对于不同3D显示效果的显示产品，都要求背光源的亮度提高20%以上。为了提高背光源的亮度，需要通过对导光板（Light Guide Plate，LGP）出光面的微结构设计以及LED发光面增加透镜设计，使LED灯在最短距离达到混光要求，并且提高光源在LGP的传输效率，改变原有侧入式由于长距离传输所带来的光损失的问题。LED背光源在满足大尺寸直下式背光源做到超薄的同时，也会满足3D背光源产品的需要。

六、国内外背光源标准体系建立情况

液晶显示用背光组件在国内、外的标准制定工作都已开始进行，随着标准的制定，未来背光的发展更加规范，目前国际上IEC/TC110电子显示器件标准委员会主席为我国东南大学的王保平教授。IEC/TC110共成立了8个工作分组，WG2是LCD，WG4是PDP，WG5是OLEDLCD-BLU，WG6是3D，WG7是电子纸，WG8是柔性显示，HHG协调各工作组，HHG2是有关视觉的测试方法。目前IEC/TC110专家在110名左右，其中中国专家占20名。

目前，国内相关行业标准由工信部平板显示技术标准工作组和半导体照明技术标准工作组组织，汇集京东方科技集团、京东方茶谷、青岛海信、中国计量科学院等重点企业，根据目前我国产业状况和需求来制定标准，目前标准的框架结构如表4所示。目前，标准体系中的第1部分、第2部分、第3部分、第6-1、6-2部分已经审定完毕，处于等待上传报批稿阶段。其他部分标准正在着手准备中。

七、结束语

2012年将是LCD背光源发展的重要一年，LED背光源在中小尺寸领域将完全替代CCFL背光源。在大尺寸领域，LED背光源凭借绿色环保、低碳节能、超薄流线外观、高色彩还原性的逼真显示等优点，其市场渗透率逐渐增大。总而言之，LED背光源正式成为市场主流。中国TFT-LCD背光源产业经过发展，仍然面临很大困难。但中国的市场还在进一步扩大，中国的消费电子企业在国际上的影响力也越来越大。我们要以此为契机，跟紧市场，提倡技术革新，以挑战者的心态去做事，把中国的背光源事业做大做强。