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LED背光产业分析在被称为LED元年的2010年，LED背光领跑各类LED应用产品，以超过60%的应用需求宣告了LED在背光领域的超强生命力和发展前景。便宜，便宜，不断的便宜！渗透，渗透，反复的渗透！藉由LED性能提升所带来的设计革新和成本降低，引爆了市场的空前反响，以侧光式为代表的LED背光产品席卷LCD显示市场，面对爱环保，也爱便宜的广大消费者，LED背光证明了环保，其实并不贵。 LED背光发展趋势Source：拓墣产业研究所，2011/01一. LED背光市场分析 (一) 全球LED背光市场现况与趋势 随着全球对节能环保的日益重视，LED越来越受到消费者和厂商的重视，而在LCD产业，LED同样掀起一场节能环保的革新，LED背光凭借低功耗、低发热量、亮度高、寿命长等诸多优势，已逐渐取代传统CCFL背光，成为TFT-LCD面板产品的主流背光。 2010年被厂商公推为LED元年，LED由之前的小打小进入欣欣向荣的快速成熟期。2010年LED背光技术迅速普及，带动各类LED背光产品的快速成长。 图一2010年全球LED应用需求Source：拓墣产业研究所，2011/012010年LED在背光领域的应用，占据了各类LED应用的第一位置，各类背光应用合计约占总应用的68%，远远超出车用领域的13%和照明领域的11%。 而在各类LED背光应用中，LED TV需求最大，以38%的绝对优势稳居榜首，随着各大TV品牌厂大力推广LED TV，2010年LCD TV需求比重将进一步加大。 其次，LED作为背光曾经被运用得最多是中小尺寸背光领域，约占17%，由于LED在中小尺寸背光的比重已趋近饱和，未来的增长主要依托中小尺寸产品的增长，并且单位产品的LED用量远不及大尺寸产品，未来增长速度将相对小于大尺寸的应用，因此中小尺寸LED背光应用，未来所占比重将会减小。 LED在Monitor和NB方面的应用分别以8%和5%，位列背光应用第三和第四的位置。Monitor由于市场总量已趋于饱和，未来增长主要来自于对LED背光的渗透率；而NB则是渗透已趋于饱和，未来增长主要来自于产品需求的增长。LED在Monitor和NB方面的应用比例，未来将相对稳定。 再者，定量地观察各类全球主要LED背光显示产品的渗透率。 图二2010年第二季2011年第四季全球LED背光市场渗透预估Source：拓墣产业研究所，2011/01各类LED背光应用中，以NB渗透率最大，2010年第四季将达到95%，预估至2011年底前渗透将接近100%，形成对CCFL的完全取代。 受惠于大尺寸LED背光成本的降低，LED TV渗透较快速，至2011下半年将超过50%。 同样受惠于大尺寸LED背光成本的降低，连一向对成本敏感的Monitor也形成LED背光对CCFL的快速渗透，渗透过程实现由22吋以上向22吋以下展开。 纵观2010年的数据，除NB之外，LED在TV背光的渗透由2010年第二季的19%，成长至第四季的33%，LED在Monitor背光的渗透由2010年第二季的13%，成长至第四季的26%，均呈现出快速渗透的成长态势，这样的成长态势将贯穿整个2011年。 (二) 中国LED背光市场现况与趋势 中国作为全球电子类消费品的生产和销售大国，LED背光市场的整体成长状况与全球情况比较接近，其中依然以LED TV的成长最为抢眼。 图三20082011年中国LED TV渗透率预估Source：拓墣产业研究所，2011/012009年LED TV由Samsung带头在中国市场推广，随后中国市场上的LED TV便如雨后春笋般快速涌现，当年销售量近百万台，渗透率达4%；2010年随着中国本土TV厂商在上下游产业链的积极布局，LED TV价格快速下跌，出现爆发性增长，2010年市场销售量有望达到630万台，占全部LCD TV的比重为19%，其中2010下半年厂商推出的TV新产品中，LED TV几乎占50%以上；预计到2011年，LED TV将成为中国市场的主流产品，2011年销售量有望达到1,890万台，渗透率为45%。随着技术进步的推动力、厂商的大力推广、产品价格的快速下降、节能环保政策的需求等因素，都是LED TV在中国快速发展的主要原因。 上述原因中，又以价格的下降对市场的买气刺激最为明显，随着LED单位亮度售价的不断降低，LED TV的售价也一路下滑。纵观2010年底前LED TV的售价，普遍比年中时下跌2040%。以TCL型号为L55P11FBDE的旗舰级55吋LED TV为例，2010年中的售价为18,999元人民币，至2011年元旦前促销价仅为11,999元人民币，价格跳水幅度达到37%，价格的滑落使得消费者的购机或换机需求得以释放。 表一2010年12月下旬中国主要TV厂商LED TV售价Source：拓墣产业研究所，2011/01就厂商而言，2010年中国本土TV厂商海信和创维，已经超越Samsung，占居LED TV市场的领先位置，中国十一假期期间，海信和创维推出的新品中，LED TV已占5成，纵观2010年，海信和创维的LED TV占全部LCD TV比重也接近3成。 中国虽然在LCD TV产业起步晚于国际大厂，但在LED TV产品的推广力度及快速反应方面，倒是与国际大厂步调一致，很有可能是从曾经在LCD TV市场失利中吸取了教训，先下手为强，积极采取主动的态度，毅然决然地以低价清除CCFL背光TV库存，全面介入LED TV产品布局，使其在LED TV的竞争中占据了主动位置。 二. LED背光发展趋势分析 (一) 现况 LED背光之所以能够快速渗透并取得市场的认可，自然离不开LED背光的技术发展。LED作为LCD的背光，最早是应用于对尺寸和便携性要求较高的中小尺寸LCD面板产品，早年的LED产品由于性能、成本等诸多因素限制，尚无法实现为大尺寸LCD显示产品提供背光。 但随着LED性能的提升和成本的不断下降，以及大尺寸LCD面板技术的不断进步，终于在2004年随着国际大厂Sony推出的大尺寸LED TV，从而宣告LED开始进入大尺寸TFT-LCD背光产品领域。 Sony于2004年率先推出了40吋和46吋RGB三色LED，色彩表现范围高达105%，大大超越同时代CCFL背光的72% NTSC，其后Samsung、LG、Sharp等平板显示大厂相继推出各自的LED TV产品，LED光源由RGB三色LED发展为蓝光芯片搭配红、绿两色荧光粉的白光LED，色彩表现范围则提升至105%，而在LED TV产品尺寸方面更是被提升至82吋(2006年由Sony推出)。 虽然早年LED TV在性能方面，相较于CCFL背光LCD TV有大幅提升并且环保，但由于采用直下式设计，成本高昂，在LCD TV尚处高价的年代，LED TV可算是梦幻级的奢侈品了，大有高不可攀之势，让广大消费者望而却步。 而Samsung则于2009年率先将原先直下式背光转换为侧光式，大幅减少LED使用数量，不仅减小了背光的厚度尺寸，更是大大地降低LED背光的成本，掀起了一场LED背光的低价革命，使LED TV的价格下降到广大消费者可以承受的范围，并命名为LED TV来区别之前的CCFL TV，导致部分不明真相的消费者甚至以为LED TV是继LCD TV之后的新一代TV。 Samsung的侧光式LED TV宣告了低价LED背光时代的到来，深受市场的欢迎，推出不久就使得Samsung在LED TV市场获得69%的占有率，也吸引众多厂商积极跟进，使得LED TV在LCD TV市场的渗透率持续攀升。 随着众多厂商将注意力集中到侧光式LED背光，也推动了相关的技术和设计发展，更伴随着LED芯片发光亮度的提升，LED背光所采用的芯片颗数逐渐减少，在性能基本不受影响的情况下，通过减少LED芯片颗数能够进一步降低成本，提升产品的竞争力，因此侧光式LED背光由最先的四边发光型发展到两边发光型，未来的发展趋势是朝向单边发光型发展。 图四LED背光发展趋势Source：拓墣产业研究所，2011/01(二) LED背光分类 LED背光按形式分为直下式与侧光式2种形式。 图五LED直下式背光模块与侧光式背光模块结构Source：拓墣产业研究所整理，2011/01直下式背光是指LED光源数组式或菱形式地均匀排列在背光模块底部，点光源直接经由扩散片、棱镜片或其他膜片达到均匀面光源的效果；侧光式背光是指LED光源呈线型排列在导光板的侧边，光源经导光板形成均匀面光源，再经其他膜片增加效果。直下式背光与侧光式背光各有其优缺点，如下。 直下式背光可以均匀传达到整个屏幕，画面细节更细腻逼真。由于每个LED光源都能独立照亮特定的区域，通过独立控制每个LED的发光亮度，能够让这些区域独立调整明暗度，以配合当前画面，即所谓的区域调光(Local Dimming)，也被称为动态背光，不仅能够透过降低当前画面较暗处的背光亮度来节约能耗，更能有效提升对比度和画面质量。此外，直下式LED空间排布相对宽松，只需利用金属背板协助散热即可。 但相较直下式背光能够提供较佳显示性能的优点来说，直下式背光的缺点也很明显。由于要使用数量较多的LED，直接导致原材料成本较高；对LED均匀性等要求高，需检查和调试，增加了成本；由于LED采用区域调光技术，线路及控制设计进一步增加成本；直下式使用的LED晶粒数大大多于侧光式，因此虽然较CCFL背光LCD TV要来得省电，但即便使用区域调光技术，仍无法达到侧光式的省电效果；直下式背光在LCD面板的后方需要配置LED模块，并需要一定的混光距离，所以在厚度尺寸上较侧光式更厚。因此，直下式产品均定位为47吋以上的高端TV产品，目标客户为对画质要求高、对价格不敏感的客户。 侧光式背光的优缺点和直下式背光恰好相反，侧光式背光由于采用LED晶粒颗数少，大大降低了产品成本，作为一个自由开放的商品，在性能差别不大的情况下，售价往往决定了市场认可度和竞争力，买得起的环保才是能被消费者接受的环保，并且由于LED晶粒数量少，相较直下式更节能。此外，侧光式背光在LCD面板的后方不需要配置LED模块，而是放置在侧边，光线在几毫米厚的导光板内混合均匀，可减少模块整体的厚度，整机厂能够打造出更轻薄的机身。 但侧光式也因为其结构，有着无法回避的缺点：由于整个导光板是一体的，无法对某个区域进行局部的明暗控制，LED光源独立控制的优势无法体现，显示效果上仅相当于CCFL的工作模式，画质较为一般，并且通过导光板的方式把光送到画面，这会造成这种LED TV的四周边缘画面亮度高于屏幕中央，均匀性相对较差；另外，数量众多的LED排布在四边细长的电路板上，屏幕的边缘区域会比画面中间的温度高，对系统散热和LED本身质量都有一定考验。 因此，侧光式产品大都定位为47吋以下的中低端LCD TV、Monitor和NB产品，目标客户为数量众多的普通消费者，由于侧光式价格亲民、目标大众，故已成为当前背光市场的主流，中国的彩电厂商创维、海信等均力推侧光式LED TV。 表二LED背光直下式与侧光式优劣势比较Source：拓墣产业研究所，2011/01(三) LED背光技术发展趋势 由上述直下式和侧光式的对比分析可知，直下式面临的主要难题是缩小混光距离、简化系统、降低成本等，而侧光式面临的主要难题则是进一步减少LED颗数、降低成本、改善散热、提升性能。因此LED背光技术发展趋势，也大都围绕直下式和侧光式各自的技术难题，进行针对性的改进。 图六LED背光技术发展趋势Source：拓墣产业研究所，2011/011. LED直下式背光技术发展趋势 (1) 透过LED芯片亮度提升，减少LED颗数 LED直下式背光尽管有性能出众的优势，但作为电子消费品仍难逃降价的压力。早期LED TV刚推出时，使用RGB三色LED来提高演色性，成本也令人乍舌，随着近年业界采用较便宜的白光LED来当背光源，目前直下式背光的LED器件成本已下降了一截，但仍属高价，尤其是LED晶粒的颗数直接影响到整个模块成本，因此LED直下式背光下一步发展的趋势是结合单颗LED芯片功率的提升，透过重新布局，在亮度基本不变的情况下减少LED芯片颗数，以此降低成本。当然采用LED颗数减少后自然区域调光的可控区域将会减少，一定程度上降低了区域调光的性能，但作为民用商品必须在性能和成本方面取得平衡。 (2) 缩短混光距离，降低背光厚度 直下式背光由于LED光源被设置在LCD面板的后方，因此需要一定的混光距离，直下式的混光距离大多为2025mm，厚于侧光式的10mm，要缩短混光距离，需要改变LCD发光角度，将光形打开。在技术上则是透过二次光学的设计组装，在原本的LED上，设计二次透镜，将透镜放在LED上，让光线经由这个透镜降低中心发光角度，打开侧向发光角度。 也有厂商对二次光学的设计组装进行改进，提出1.5次光学(2nd-Optics-on-Package)的设计封装，采用透镜前装方式，在制作LED封装时，以Molding方式与原本LED的胶体结合，达到一体成型的效果。1.5次光学相较二次光学，能够降低LED整颗封装高度，使直下式模块整体接近侧光式模块，并避免了二次光学由于人工组装所带来的良率下降。 (3) 进一步提升区域调旋光性能 区域调光是直下式背光的看家本领，透过区域调光能有效提升对比度和画质，但该技术目前也非尽善尽美，由于LED亮度在空间及时间上的不一致，也产生了一些无法忽视的画面问题，如光晕(Halo)、闪烁(Flicking)等。 区域调光技术下一步的技术发展方向是采用适应人眼视觉习惯根据环境亮度自行适应变化的调光系统。针对人眼在较暗环境光下对画面问题较为敏感，而在较亮环境光下对画面问题不敏感的特性，使区域调光在环境光较暗的条件下作保守处理，尽可能避免画面问题，而随着环境光亮度的提高趋于幅度较大的调整，尽可能提高对比度度，同时降低功耗，而这一切均由背光系统根据环境光自动作出调整，该系统理论上能够进一步提升区域调旋光性能，有望在画质、对比度、节能方面取得最佳的平衡。 (4) 减少增亮膜的使用，或寻求替代，降低成本 增亮膜(DBEF)能提升背光30%的亮度，从而减少LED的使用，无论是直下式背光还是侧光式背光都需要用到增亮膜，然而增亮膜的专利技术却几乎完全被3M公司垄断，导致增亮膜的采购价居高不下。以42吋侧光式背光模块为例，增亮膜的成本高达整体模块成本的20%，所以众多厂商都希望能以低价替代掉增亮膜，降低产品成本。随着3M增亮膜的专利即将到期，众多膜片厂都在积极研发增亮膜的低价替代品，未来提升背光亮度方面将不再是3M一家独大。 2. LED侧光式背光技术发展趋势 (1) 减少LED颗数及发光边数 随着技术的进步，单颗LED的功率不断增大，从最初的0.3W到目前主流的0.4W，再到即将进入市场的0.6W，甚至超过1W的大功率LED都被考虑应用于大尺寸LED侧光产品上，不过现阶段LCD面板尚不能承受1W LED的热量。芯片成本的下降带来封装成本所占比重的增加。加大单颗LED的功率能有效降低LED的数量从而达到降低成本。入光形式也由最先的四边发光型发展到两边发光型，后续将进一步降低为2个短边或1个长边，不过LED数量的减少会造成LED间距加大，产生所谓的萤火虫问题；另一方面，LED功率的提升会给散热带来更大挑战。 就封装来说，LED作为背光，为了配合导光板不断薄化的趋势，保持光的耦合效率，其封装正趋向窄化，从Samsung最初的6040，到目前主流的5630，再到下一步的6020/7020。 (2) 导光板变薄，窄边框设计，导光板工艺革新 侧光式背光必须通过导光板将类似线光源的LED灯条光源，转化成均匀的面光源。 导光板正趋于薄化，目前主流是4mm，2011年将发展到3mm，未来将进一步发展为2.5mm/2mm。导光板变薄不仅能减少原材料的使用、降低成本，更能进一步降低背光的厚度，将LED背光的超薄优势发挥到极致。 随着LED颗数及发光边数的减少，导光板的入光形式也相应由四边入光向两边，甚至单边入光发展。入光边数的减少能有效减小边框宽度，使得窄边框设计成为潮流，增加产品卖点。 此外导光板工艺也在不断改进，目前导光板的主流制作工艺是网版印刷，而随着导光板的薄化，大尺寸网版印刷技术的良率较低。未来激光打点、V-Cut及喷墨打印等先进技术将取代现有网版印刷，而成为导光板制造主流技术。 (3) 改进散热结构设计 散热一直是困扰大尺寸LED侧光式背光的技术问题。散热不均对画质影响很大。厂商普遍采用铝质背板，以达到较好的导热散热效果，不过铝质背板在成本上要远高于传统的铁背板，以42吋为例，铝背板相较铁背板高出40元人民币，在对成本锱铢必较的今天显然不是个小数目，并且铁背板除了便宜，机械性能也更好。因此厂商考虑结合铁背板和铝背板各自优势，采用铁背板加铝条的折中方案，不过随着LED的功率不断增大，散热将是大尺寸LED侧光式背光长期的挑战。 (4) 一定程度上实现区域调光 相较直下式背光，侧光式背光的漏光和对比度一直是弱项，因此厂商借鉴直下式背光的区域调光技术，在侧光式背光上也加以研发和应用，在一定程度上实现区域调光。侧光式背光的区域调光依然采用根据区域画面内容控制背光分布的原理，由排列在边上的各个独立可控的LED来控制其相对应的垂直与边的显示区域，不过由于侧光式背光使用的LED颗数远少于直下式，因此侧光式在实现区域调光时，可控区域数量也少于直下式(量产的直下式产品一般可控区数量为64512)。 另外由于光线在一体式导光板中传播，相邻区域之间存在较大的相互干扰，无法明确划分调光区域，即便补偿导光板上光的扩散特性，对画质也仅能起到一定程度的改善，不如直下式明显，并且导入区域控制将增加电子零件和驱动控制电路的复杂程度，以及校验和调整投入，降低原本成本较低的侧光式背光成本优势。 不过，侧光式背光采用区域调光除了能适当改进画质，还能节省一部分功耗，进一步发挥LED TV省电的特长，更能缓解散热问题，提升了LED的稳定性和寿命，总体而言利大于弊。目前采用区域调光的侧光式LED TV被定为相对高阶的产品，LG、Sony等国际大厂及中国的彩电厂商创维等，都积极对侧光式LED TV的区域调光技术展开研发技术。以创维的自主技术为例，采用区域调光后，动态对比度提升至100,000：1，静态对比度提升2倍，平均节能超过30%；创维也是中国本土LCD TV背光自制率最高的彩电厂商。 三. 中国LED背光重要厂商介绍 应用于背光的LED，需要在光均性的处理上特别讲究，为保证光均性，每颗LED的发光亮度特性，在挑选上也要求一致性。此外，若有某颗LED的寿命先行告终，就会影响光均性，所以必须确保所有的LED都具备长寿功能，这对厂商在工艺制程和技术方面提出了严峻考验。 中国LED产业目前无论是芯片段还是封装段，大多都集中在照明产品。背光产品由于对均匀性等性能要求较高，厂商无论是在工艺还是检测方面都需要较多投入，因此中国从事背光的LED厂商相对较少，但中国巨大的背光市场是厂商所无法忽视的，未来越来越多的中国本土LED厂商将会投入到该领域。 (一) 帝光电子 帝光电子有限公司(简称帝光电子)创建于1996年，总部设在深圳，是一家专门从事LED/CCFL背光源、LED照明、LED显示，NB(OEM、ODM)的研发、生产和销售的高新技术厂商，目前产能为底部光LED 500K/月，侧部光LED 1,000K/月。帝光电子注重研发，以科技创新为导向，现已拥有自主知识产权的专利79项，与北京大学、香港科技大学等中国国内外多所高等学府和研究机构有着长期广泛的合作。 帝光电子是中国光电子协会常务理事单位，关于背光源的6项国家标准中，2项委托帝光公司为主起草单位，其余4项帝光公司为参加起草单位。 (二) 清芯光电 清芯光电股份有限公司为清华大学控股的中韩合资厂商，于2005年12月成立，投资总额达到1.3亿美元，产品主要为高亮度GaN基LED外延片和芯片。清芯光电以掌握高亮度LED核心技术