2012年1月31日 星期二

LED的顏色

LED的顏色

由於隨著LED的製造材料不同,產生出來的光子擁有的能量也不同,故業界透過製造材料來控制LED發光的波長

,進而產生擁有不同光譜與顏色的各種LED。全球第一顆LED採用的材料是砷(As) 化鎵(Ga),工作電壓為1.424V

,其發出的光線為紅外光譜。之後,業界發展出以磷(P)化鎵(Ga)作為LED的材料,工作電壓為2.261V,發出的

光為綠光。業界早期就透過這2種型態LED所需的材料,調配出從紅外線到綠色光範圍內所有波長的LED產品,

發展出常見的紅光LED、黃光LED、橙光LED等等,這3大類LED因為使用了鎵、砷、磷3種元素,故被稱為3元

素LED,而藍光LED、綠光LED與紅外光LED light
則被稱為2元素LED。業界後來發展出採用混合鋁(Al)、鈣(Ca) 、

銦(In)和氮(N)共4種元素的4元素LED,就能夠發出所有可見光範圍與部份紫外線光譜的光線。


有連鎖珠寶店近年單是改用LED燈照明已節省了三成電費。六福珠寶董事兼副總經理謝滿全表示,過往珠寶店都十分燈火通明,較小的分店往往用上幾百顆燈泡,大舖更要近千個。不過近年在環保概念下,已陸續在三分二分店改用LED燈。他說以往用石英燈照明,室溫通常提高兩、三度,「依家唔使開咁大冷氣!」節省多達三成電費。


環保組織「地球之友」環境事務經理朱漢強稱,留意到一些店舖用上數百個燈泡,十分贊成改用較環保的照明。不過,他指有些店舖在凌晨三、四時亦不關掉櫥窗燈光,浪費能源,敦促商店記得每晚熄燈。


LED的亮度

在討論LED產品時,我們會注意的發光亮度有3種單位,分別是照度單位勒克司(Lux)、光量單位流明

(Lumen;lm)、發光強度單位燭光(Candle power;CD),3種單位各自有適合使用的領域,但是在數

值上是互通的。

1 CD表示完全輻射的物體,在白金凝固點溫度下,每六十分之一平方公分面積的發光強度。適合用在主動

發光燈具領域,如白熱燈泡。 1 lm表示1 CD光照射在距離為1公分,面積為1平方公分平面上的光量。適合

用在反射燈具與穿透燈具領域,如投影機。 1 Lux表示指1 Lm光量均勻分佈在1平方公尺面積上的照度。

適合用在攝影領域。一般而言,單一LED的發光強度以CD為單位,並配上視角參數,而LED的發光強度從

各位數mCD到5,000mCD不等。廠商在標示plate heat exchanger單一產品時,其發光強度規格是說LED在20mA電流下點亮時

,最佳視角上和中心位置上發光強度最大點的發光強度。



出處:LED的顏色 - interiordesign的部落格 - udn部落格http://blog.udn.com/interiordesign11/5178104#ixzz1l1jZ2foI

LED的節能效益

LED的節能效益
基 於環保立場以及節約能源訴求,全球各國政府重視LED與節能燈具帶來的經濟與節能效益,而廠商
也看好這次照明革命的商機而紛紛投入。除了歐盟與美國國會均 進行階段性禁止白炙燈泡的使用外,
目前已經有加拿大宣佈2010年全面禁用白炙燈泡,而美國加州在內的部份州,也要在2012年禁止白炙
燈泡,而澳洲則宣 佈在2010年全面禁止販售白炙燈泡,中國、日本也有LED的獎勵方案在規劃中。

雖然目前市面上已經有另一種節能燈具產品省電型螢光燈 (CFL),但由於其照明品質仍舊不夠,
啟動時間較一般白炙燈泡長,而且不能調整光源輸出亮度,普及度仍不夠高。LED則具備更多的節能
效益,並且藉由技 術的提昇,亮度已經達到讓人滿意的程度,但價格高昂是一大問題,未來隨著全球
LED廠商的量產腳步加快,價格降低後可加速LED flood light
燈具的普及程度。

社會近年開始關注光污染問題,其中一個光污染來源是商店用射燈強光展示商品,此種推廣手法不只耗電量大,亦會產生高溫,變相增加照明及冷氣費成本。有公營機構研究優化發光二極管(俗稱LED)照明系統,聲稱可為商店節省近七成電費開支。

特製膠殼將燈光收集折射
雷稱系統最特別是首度加入附有金屬塗層的特製膠殼,可將燈光收集及折射。「依家有商戶開始改用LED light,好多人以為唔夠光時,加LED燈膽就可以解決。其實透過折射,就毋須額外加燈膽,而且一樣達到光亮照明效果。」以一個約四千平方呎的舖位為例,如用傳統射燈,估計每月耗近二萬度電,電費達二萬元;若使用新系統,則只耗用五千八百度電,電費約五千八百多元,節省多達七成。他相信新系統將來在辦公室以至家居都可應用,生促局正出售專利權,授權予企業使用。

LED的壽命
一般LED的發光壽命很長,產品大多標明為100,000小時以上,但事實上LED的亮度是會衰減的,在運
用一段時間後,亮度會衰撿到原本的一半或甚至更少。但所幸隨著業界技術的進步,減少LED亮度衰
減問題的方案很多。在生產過程中,選用如4元素LEC材料能夠擁有較久的亮度衰減週期,而廠商使用
的LED製程與成品究竟能耐用多久有很大的關係,配色也是LED廠的生產關鍵。

LED的使用壽命,比一般白炙燈泡的1,000小時、日光燈具的1萬小時,LED使用壽命可達5萬小時,大幅
降低燈具替換的成本。這項特性幫助LED 燈具在價格競爭上,有了將一般燈泡替換成LED的好理由,更
可藉由這項優勢,讓許多原本因經濟考量而不能全天開啟的環境,藉由LED照明讓公共或私人場所更安全。
比如說公共停車場、冰箱等等應用範圍,美國最大零售業者威名百貨(Wal-Mart),日前就已經將該公司
的冷凍設備改採省電的LED產品。

LED較明顯的缺點就是散熱問題,不當的散熱將導致LED燈具的光度與使用壽命衰減,所幸這部份藉由新技
術的加持,漸漸也有了顯著的改善。


出處:LED製程 - interiordesign的部落格 - udn部落格http://blog.udn.com/interiordesign11/5178121#ixzz1l1j8mUIP

拉抬LED TV買氣 電視廠商改用低成本背光方案

根據市場研究機構 NPD DisplaySearch 的觀察,由於消費者對於 LED背光液晶電視接受度較預期低,電視廠商已經改變他們的策略,轉而發展另外一種具備低功耗低成本的新產品;該機構的最新 LED背光源報告(Quarterly LED Backlight Report)指出,電視廠商透過減少液晶電視面板 LED顆數降低成本,但也使得 LED背光液晶電視不再具有高亮度、超薄設計與高畫質的特性。

NPD DisplaySearch 資深總監Yoshio Tamura指出:「 LED背光面板在液晶電視滲透率較去年預期低了7%,主要是受到 LED背光與 CCFL 價差仍大的影響。據調查, 2011年第四季32吋電視面板中,LED背光源模組的價格比CCFL高42%,但原本預期應是降到27%。因此,電視廠商轉而改變原本直下式 LED背光源液晶電視上的策略。與其顧及高畫質,電視廠商轉而選擇低耗電而成本也較低的新型 LED背光液晶電視作為銷售特點,同時將增加與CCFL背光液晶電視,甚至是傳統映像管電視的競爭力。」

直下式 LED背光源電視的材料成本與CCFL背光源的材料成本接近;NPD DisplaySearch預估,以32吋液晶電視來說,直下式 LED背光源的成本為CCFL背光源的1.3~1.4倍,而側光式 LED背光源估計成本則超過 CCFL 背光源的兩倍。以40吋液晶電視來說,成本節省更顯著,低價直下式背光源材料成本減少近40元美元,而終端零售價格上更可以節省達100美元。

32吋60Hz液晶電視背光模組成本比較

32吋60Hz液晶電視背光模組成本比較 (2011年第四季~2015年第四季)
(來源:NPD DisplaySearch)

NPD DisplaySearch指出,節約的成本主要來自於使用LED顆數幾乎減半,以及使用成本較低的擴散片和改善LED發光結構來取代導光板,光學膜等。減少LED顆數與其他材料可降低耗電率,但是需要在厚度上做增加;相較於側光式LED 或CCFL 的450 nits亮度,低成本直下式LED背光面板亮度降低到300 nits,並取消區域調光犧牲對比度和影像畫質。目前液晶電視商採用雙晶片封裝來降低LED使用顆數和減少光學膜的使用;估計低成本直下式LED背光使用LED封裝顆數較側光式來的少。

 2010~2012年電視使用之 LED封裝顆數的變化

2010~2012年電視使用之 LED封裝顆數的變化
(來源:NPD DisplaySearch)

2012年1月30日 星期一

TFT-LCD顯像原理及技術種類

TFT-LCD面板可視為兩片玻璃基板中間夾著一層液晶,上層的玻璃基板是與彩色濾光片(Color Filter)、而下層的玻璃則有電晶體鑲嵌於上。當電流通過電晶體產生電場變化,造成液晶分子偏轉,藉以改變光線的偏極性,再利用偏光片決定畫素(Pixel)的明暗狀態。此外,上層玻璃因與彩色濾光片貼合,形成每個畫素(Pixel)各包含紅藍綠三顏色,這些發出紅藍綠色彩的畫素便構成了面板上的影像畫面。

常的液晶顯示器好比計算機(calculator)的顯示面版,其圖像元素是由電壓直接驅動;當控制一個單元時不會影響到其他單元。當畫素數量增加到極大如以百萬計時,這種方式就變得不實際,注意到每個畫素的紅、綠、藍三色都要有個別的連接線。

為了避免這種困境,將畫素排成則可將連接線數量減至數以千計。如果一列中的所有畫素都由一個正電位驅動,而一行中的所有畫素都由一個負電位驅動,則行與列的交叉點畫素會有最大的電壓而被切換狀態。然而此法仍有缺陷,即是同一行或同一列的其他畫素雖然受到的電壓僅為部分值,但這種部份切換仍會使畫素變暗(以不切換為亮的液晶顯示器而言)。解決方法是每個畫素都添加一個配屬於它的電晶體開關,使得每個畫素都可被獨立控制。電晶體所擁有的低漏電流特徵所代表的意義乃是當畫面更新之前,施加在畫素的電壓不會任意喪失。每個畫素是個小的電容器,前方有著透明的銦錫氧化物(ITO)層,後方也有透明層,並有絕緣性的液晶處在其中。

此種電路佈置方式很類似於動態隨機存取記憶體,只不過整個架構不是建在矽晶圓上,而是建構在玻璃上,許多矽晶圓製程技術所需的溫度會超過玻璃的熔點。尋常半導體的矽基質是利用液態矽長出很大的單晶,具有電晶體的良好特質,而薄膜電晶體液晶顯示器所用到的矽層是利用矽化物氣體製造出非晶矽層或多晶矽層,這種製造方法較不適合做出高等級的電晶體。


種類

TN

TN+film(Twisted Nematic + film)是最常見的類型,主因於產品低價及多樣性。在現代的TN型面板上,畫素的反應時間已快到足以大幅減少殘影問題,甚至在規格上反應時間已經很快,但這個傳統反應時間是由ISO制定的標準,只定義了由全黑至全白的轉換時間,但並不表示是灰階間的轉換時間。在灰階之間的轉換時間(這是平常液晶實際上較頻繁的轉換)比由ISO所定義的要來得久。現在使用的RTC-OD(Response Time Compensation-Overdrive)技術,讓製造商得以有效的降低不同灰階間(G2G)的轉換時間,然而,ISO所定義的反應時間實際上並未改變。反應時間現在被用G2G的數字來表示,例如4ms及2ms,在TN+Film的產品上已司空見慣。這個市場策略,擁有相對於VA型較低成本的TN型面板,已在主導TN於消費性市場的走向。

TN型顯示器苦於視角上的限制,特別是在垂直方向上,而且大部份無法顯示由現行繪圖卡輸出的16.7百萬色(24位元的真實色彩)。經由特殊的方式,RGB三色使用6 bits來當作8 bits用,它使用結合鄰近畫素的降階法去趨近24-bits色彩,以此來類比出所需的灰階。也有人使用FRC(Frame Rate Control)

對液晶顯示器來說,畫素實際的穿透率一般不會與施予的電壓成線性變化。

另外,B-TN(Best TN)由三星電發展。改善TN色彩與反應時間。


VA

  • CPA(Continuous Pinwheel Alignment)由夏普開發 。色彩再現高,產量少價格貴。
  • MVA(Multi-domain Vertical Alignment)由富士通1998年開發,目的是作為TN與IPS的折衷方案。在當時,它擁有快速的畫素反應、廣視角及高對比,但相對的犠牲了亮度與色彩再現性。分析家預測MVA技術將主導整個主流市場,但TN卻擁有此優勢。主因為MVA的成本較高,及較慢的畫素反應(它會在小變化亮度時戲劇性的增加。
  • P-MVA(Premium MVA)由友達發展,改善MVA可視角度與反應時間。
  • A-MVA(Advanced MVA)由友達發展。
  • S-MVA(Super MVA)由奇美電發展。
  • VAextreme由奇美電發展。
  • PVA(Patterned Vertical Alignment)由三星電發展,雖然三星電稱其為目前具有最好對比的技術,不過卻也存在著與MVA相同的問題。
  • S-PVA(Super PVA)由三星電發展,改善PVA可視角度與反應時間。
  • C-PVA由三星電發展。


IPS

  • IPS(In-Plane Switching)由日立在1996為改TN型面板的不良視角及色再現性而發展出來的。這種改善卻增加了反應時間,它的初始就是50ms的等級,IPS型的面板成本也是極昂貴的。
  • S-IPS(Super IPS)擁有IPS技術的優點之外,又改善了畫素的更新時間。色再現性更接近CRTs,價格也降低,然而對比仍然十分不佳,目前S-IPS僅應用於專業目的的較大型顯示器上。

Super PLS

PLS(Plane to Line Switching)是由三星電子研發,除了有驚人的視角外,同時還可以改善螢幕亮度達10%,製造成本上面也比IPS要少15%,目前提供的解析度最高可達 WXGA(1280×800),主要使用的對象將會集中在智慧型手機跟平板電腦,已於2011年量產,三星I9100智慧型手機的螢幕就採用該技術[1]

ASV

夏普發展ASV(Advanced Super-V)技術,改善了TFT的可視角問題。

FFS

現代電子採用FFS(Fringe Field Switching)技術,FFS技術是由IPS(In Plane Switching)廣視角技術的進階延伸而來,具有低耗電、高亮度等特性。FFS可再延伸出AFFS+(Advanced FFS +)以及HFFS(High aperture FFS)技術,AFFS+在陽光下具可視功能。

OCB(Optical Compensated Birefringence)是日本松下電器(Panasonic)的技術。

TFT-LCD製程


Array Engineering:


面板工程 ( Cell Engineering ):


模組工程 Module Engineering :


薄膜電晶體顯示器(TFT-LCD)是一種顯示裝置,其影像產生的原理乃是利用一片塗佈著密集相間的紅、綠、藍三色之玻璃(Color Filter彩色濾光片),與一片鍍上電路的玻璃(TFT)接合,兩片玻璃間灌入液晶,再於鍍上電路的玻璃(TFT)後面置一背光源,利用電壓變化驅動兩片玻璃間之液晶轉動,藉由液晶的轉動控制背光源光穿透的多寡,當光穿透彩色濾光片(Color Filter),會產生色彩變化並顯示出影像。

液晶電光效應
 
  液晶是具有流動特性的物質,所以只需外加很微小的力量即可使液晶分子運動,以最常見普遍的向列型液晶為例,液晶分子可輕易的藉著電場作用使得液晶分子轉向,由於液晶的光軸與其分子軸相當一致,故可藉此產生光學效果,而當加於液晶的電場移除消失時,液晶將藉著其本身的彈性及黏性,液晶分子將十分迅速的回復原來未加電場前的狀態。
 


向列式液晶顯示技術
 
  LCD顯示器技術基本上是集合化學 `光學`力學及電學,目前液晶基本上皆是由人工合成的,故在液晶的特性上可做較為理想的設計,當然液晶本身的特性直接影響到LCD顯示的品質。

 
LCD的顯示方式
 
  LCD顯示器基本上一共有四種顯示方式,反射式、反射透射轉換式、投射式、透射式。反射式基本上液晶顯示器本身不發光,藉著所處空間中的光源射入LCD板中,再由其反射板將光線反射到人的眼中,反射透射轉換式則是空間中光源充足時可當成反射式,而空間中光線不夠時則利用內藏之光源作為照明, 
 
 投射型是利用類似電影播放原理,利用投射光學系將液晶顯示器所顯示出來的影像投影到遠端較大的螢幕上,而透射式液晶顯示器則完全利用內藏之光源當作照明
 

LCD製程流程圖
 
  以下LCD製程流程圖是以TN及STN製程為基礎,其全線為自動化生產流程,此生產線有一中央控制室可監控生產流程。
 
 

裝片.清洗.塗佈光阻劑.曝光
 
  當整片含有ITO膜的玻璃光罩進入生產線後,首先先清洗玻璃光罩在將光阻劑塗佈在光罩上等候曝光,隨後利用我們以準備好的所需要的圖形 

  顯影.蝕刻.清洗.配向膜塗佈
在曝光之後對以曝光之光罩做顯影的工作,顯影後我們將不需要的ITO膜做蝕刻,去除不需要的ITO膜,當然我們所需要的圖形會被保護不受到蝕刻,再次清洗光罩後我們將要塗佈配向膜,配向膜是用來將液晶未加電場前分子做定位的工作,其前後兩片光罩上的配向膜需互成九十度方能將液晶分子依序旋轉,其配向方式是以棉刷依一定方向刷過,也有利用蒸鍍的方式配向,不過較花成本,
 
 

前後光罩配向膜差九十度
 

 
近光罩之液晶分子順著配向槽排列
 

固膜.清洗.印框
  配向膜固膜後再次清洗光罩,接著將對光罩做印框的動作,其中印膠框的目的是為了之後兩片光罩將重疊貼合,為自動上膠框的情形。
 

 
為打印出來的形式,其中樹脂膠框為光罩上每個LCD板單位做範圍的規畫,而墨點則是為了兩片光罩貼合時做定位的標準。
 
  上圖9為SPACERS自動噴撒裝置示意圖,其中噴撒是以兩片光罩為單位,而SPACERS的用意則是為了使兩片光罩貼合後中間有足夠的空間灌入液晶。
 
SPACERS檢測
   SPACERS在噴撒之後需作人工檢測,每一種不同型號之光罩都有一種特定的規格,其SPACERS在每1mm平方中需要60-180顆SPACERS,但人工檢測過於耗時以及效率過低,故目前可利用數位影像處理幫助人眼做自動檢測,下圖10為其自動檢測之系統佈置圖。
 

 
圖10
 

為SPACERS檢測的九個在光罩上的位置。
 
SPACERS塗佈完成實體圖
 
組合
 
以下兩張圖12(a)(b)為光罩自動組合示意圖,其中下光罩進入組合機時,底部吸盤會將其吸住等到上光罩進入後控制吸盤轉動或移動來準確定位且組合。
 
 
下圖13為利用先前打框時所留下的記號作為定位標準,利用兩組顯微CCD找到光罩上兩對定位記號,其中十字記號需完全在十字框中才表示定位準確。

固化.小切割
 
當光罩貼合後,將對光罩上之LCD各個單位作切割,LCD其中顯示板的大小是依其產品不同而有單位大小不同之分,故其自動化切割為依不同之光罩型號做可程式處理

灌液晶

為灌入液晶的製程,液晶片放入一真空的密封箱中,藉著基座的固定將小切割後的LCD顯示板固定住,再由下方的海綿提供液晶,首先會將密封箱抽成真空,然後藉著彈簧活動機構將海綿往上頂,如下圖16,然後釋放空氣進入箱中,此時LCD板藉著毛細現象將液晶完全吸入LCD板中間,完成灌液晶的動作。
 
封口.固化
 
灌入液晶後在其開口處加上封口以防止液晶外漏,見上圖17。
 
清洗.目檢.電測.清洗
  LCD封口後在此利用偏光板目檢LCD板是否厚薄不均,或是內部液晶散佈不均,如圖。
  電檢利用液晶板上之PIN腳加以導電,觀察LCD之點亮情形,加以判斷LCD板是否顯示正常,如圖18(a)(b)。
 
貼偏光片.終檢包裝.入庫
 
將相差九十度的偏光片貼在LCD板的上下兩面,如此完成了LCD液晶顯示器的成品。

《主筆室》OLED照明發光,台廠摩拳擦掌

《主筆室》OLED照明發光,台廠摩拳擦掌

回應(0) 人氣(1918) 收藏(3)2012/01/18 19:10


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