編者按：發光二極管（LED" target="_blank">LED）用作LCD" target="_blank">LCD面板背光源技術現階段非常熱門，要使用什么樣的LED模塊、光學架構如何設計，怎么樣能讓發光效率高、顆數少、但又不能夠太厚，這些條件成為技術設計上必須trade off的考量點。

         本期CTO技術觀即針對上述這些問題，專訪巨虹電子光電事業群副總經理謝啟堂，他認為在設計上，必須達到最佳混色效果的首要條件，這就要用光學設計技術來克服；現在一般使用高功率（high power）和低功率（low power）的LED，各有一些缺點，但若使用中功率（middle power）LED配合鏡片設計，不失為折衷方案，以下會詳細說明。另外，他也認為因為價格還太高，大尺寸LCD TV 采用LED背光源時代不會那么快來臨，大家可能太樂觀了。

價格太高LED背光源大成長再等2年

        LED的亮度持續增加，每23年就有倍數增加的態勢，促成了LED現今作為多種發光源的趨勢，象是燈具、戶外大型廣告燈箱、或者本篇談的LCD顯示器背光源等等。

        以發光效率而言，LED較現階段所使用的冷陰極管（CCFL" target="_blank">CCFL）為低，而且大尺寸LCD面板事實上面臨PDP等其它平面顯示器的競爭；并且CCFL也不是完全沒有未來，歐盟雖然決議依環保考量給予較嚴格的限制，但汞含量低于5mg還是可以輸入。因此，LED作為背光源，其實并沒有像市場炒的那么樂觀。

        其中最主要的問題還是在價格，以近半年來說，應用在LCD TV背光源的RGBLED，價格都沒有什么動，主要是需求量還未起來。依據與日韓主要LCD TV大廠接觸的經驗，日韓電視大廠多半希望年底可以有接近量產規格的LED背光電視，這顯示LED背光是未來TV主流的格局確立，但市場成形需要一段時間，并且量逐漸起來才能使成本下降，進一步帶動市場；一般估計，真正LED背光TV市場大成長的啟動力量，應該要到2年以后。

multiple chip提高發光效率

        LED的發光效率較差，例如CCFL燈管發光效率約在60100lm/W，白光LED的發光效率，若是Luminade 1W可以驅動40lm/W的發光效率，3W則可以驅動65lm/W的發光效率，可以看出目前白光LED發光效率仍較CCFL遜色。

        不過這也可以用改變芯片架構的方式來改善，例如Citizen就用multiple chip的設計，使得1.2W可以／輸出84 lm，而且在不同的封裝方式下，3W甚至可以驅動210lm/W的發光效率。這樣技術未來也可望使用于R、G、B架構中。

        Multiple chip是什么樣的技術架構呢？主要是將原本的芯片割成小塊，每顆給予較小的功率，使得個別消耗功率較低、產生熱量較小，并且發光效率可以有效提高。Citizen的設計是切割成大約8顆0.2mm×0.2mm的小芯片，并且使用中間4顆，外面4個角包圍4顆的方式排列，再封裝起來成一個LED模塊。

        白光LED的發光效率都較CCFL為低了，R、G、B LED的平均發光效率又較白光低一些，因此提高發光效率也成為研發的方向。

散熱問題可解混色技術待突破

        除了發光效率不高以外，散熱也是另外一個待突破的問題，不過這應該不是太嚴重的問題，以現有現成的散熱技術就可以解決，只是會有熱源處溫度高、外圍溫度低的熱度分布不均的問題，若采用 導熱管（Loop Heat Pipe）散熱技術，則可以均勻分布導熱。不過若使用于大尺寸TV，LHP使用量也會隨著倍增，價格太高則是屆時需要面對的另一個問題。

        至于混色則是較困難的技術障礙，必須將光學做得很好。因為基本上，LED背光板的設計，不會希望使用太多顆數，但若使用較少光源，照出來的亮度又會不均勻，這時就要用光學技術來混光，讓光可以張得開，均勻涵蓋在更大的照射面積。

         混光的方式也有多種，有些設計是在光源處就先用一些方法先混光，但這樣做會浪費能量，不如讓光直接射出，然后再用光學方式做混光處理。

        另外值得一提的是，這里談的LED背光都是采用直下光源（direct type）技術，而不是側光技術，主要是側光要利用導光板將點光源轉變成面光源，能量耗損較大，不適合應用到很大尺寸的TV面板，而且使用側光其實技術能力并不高；但使用直下光源既能夠發揮LED亮度高的特性，并且輸出輝度才足夠符合大尺寸LCD TV之需求。

低功率LED電路設計不易控制

        LED背光面板設計上，采用的LED多半以低功率和高功率為大宗，目前臺灣和韓國廠商使用低功率較多，日本廠商則使用高功率較多；兩者各有優劣，詳述如下。

         低功率LED是以20mA／chip來驅動，通常會將R、G、B 3顆LED晶粒封裝在一起成為單一模塊，使用低功率LED顆數就必須要多，例如40寸面板需要10002000顆，由于LED排列密度高，因此可以在不需特殊光學設計情況下達到較薄的厚度，做到2.53公分不成問題。

        Low power LED的缺點則是，在大尺寸TV應用上，顆數太多了，電路控制不易，而且每顆LED照射區域不重迭，若單一LED在光強或色調上出了問題，看起來會非常明顯，因此對LED質量及穩定性的要求相當高。

        High power LED通常使用G、R、B、G成一模塊，顆數較少，電路設計較為容易，控制性也較好。配合特殊設計之光學元件照到面板上，能夠產生重迭效果，鄰近不同的光源模塊可互相cover，因此對于LED質量及穩定性的要求相對沒有low power要求那么高，甚至于一旦有一顆LED出問題，并不會看得太明顯。

        缺點方面，因為要用1W來驅動，發光效率較差，而且容易局部過熱，需要散熱處理；此外，厚度也不容易降到3公分以內。

區域控制為LED背光源一大目標

        LED背光源除了一般所提到的亮度高、色彩飽合、無汞害及壽命長以外，其實還有一個重要的技術發展，一定要使用LED作為背光源才能實現的，就是區域控制（regional control），這個技術也是推動LED背光源一個很大的意義。現在日韓廠商在LED背光源的開發上，都朝向一定要能做區域控制邁進。

        區域控制要能夠控制得細，LED密度就必須要高，high power LED較為分散，若隨畫面改變而改變光源亮度，影響的區域恐怕過大，這也是high power的另外一個缺點。

        從區域控制細致度，電路控制復雜度及背光厚度多方面評量，其實使用驅動功率為0.5W／顆之middle power不失為一個折衷的方法，，使用顆數不需要像low power那么多，再加上光學鏡片的設計后，可以像high power做法一樣，能夠讓光照到的地方重迭，提高LED質量容忍度，并且兼具如low power將背光薄形化之優點。