白光LEDs：小型液晶顯示屏背光的選擇

作者：Robert V. Steele Strategies Unlimited

　　過去5年來，白光發(fā)光二極管（LEDs）已經(jīng)成為便攜式電子產(chǎn)品中小型全彩色背光液晶顯示屏（LCDs）的首選解決方案，如在移動電話、PDA、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、MP3以及手持視頻游戲機中等。相對于傳統(tǒng)的LCD背光技術（冷陰極熒光燈或CCFLs），白光LEDs在應用上具有很明顯的優(yōu)勢，例如功效更高、結(jié)構(gòu)緊湊、電壓更低，以及表面安裝器件封裝的實用性，可以焊接在安裝有其它電子器件的PCB上，因此是可以回收的。

早期在移動電話中的應用
　　約在2000年，當全彩色顯示在移動電話中開始普及時，白光LEDs也開始在移動電話中被廣泛應用。最先在全彩色移動電話顯示技術中采用白光LEDs技術的是日本，然后迅速擴展到了韓國和其它亞洲國家，隨后跟進的是歐洲和北美。在2000年，還僅有7%的移動電話采用的是全彩色顯示，到了2006年，則有超過90%的移動電話都已經(jīng)是全彩色顯示，而幾乎所有這些全彩色顯示使用的LCDs都是白光LEDs。
　　在2000年之前，LEDs一直被用作單色顯示的背光，但那些LEDs，相對于1990s年代末期發(fā)展起來的高性能白光LEDs來講，是很古老的一代了。那種老一代的LEDs是在1970s年代基于在發(fā)光物質(zhì)中摻雜鎵磷化合物技術發(fā)展起來的，發(fā)射的光波介于黃綠光譜之間。這些器件的效率很低，但價格便宜。

白光LED技術
　　LEDs發(fā)出的白光是利用一個藍光LED芯片與磷，如Ce:YAG結(jié)合產(chǎn)生的。藍色光（波長大約在460納米）激發(fā)磷發(fā)出黃色光譜范圍內(nèi)的光，然后，因為藍光并沒有被磷全部吸收，剩下的就與黃色光相結(jié)合產(chǎn)生了白光。這樣產(chǎn)生的白光作為光源，從其色彩還原的能力看品質(zhì)不高，但作為小型顯示器的背光已經(jīng)足夠了。白光LEDs最早是由日本Nichia公司（www.nichia.co.jp）研發(fā)出來的，現(xiàn)在各LED制造商都已經(jīng)可以生產(chǎn)。但是，Nichia公司及其許可伙伴Citizen電子公司（www.c-e.co.jp）借助其保持的技術制高點，如在Ce:YAG磷技術和白光LED封裝技術等領域的專利，仍然在小型LCD背光市場中占據(jù)著主導地位。
　　應用白光LEDs作為背光的小型全彩色LCDs采用的是側(cè)發(fā)光SMDs，也就是側(cè)光源SMDs。自2000年白光LEDs作為背光開始廣泛應用以來，其性能得到了相當明顯的提高，且現(xiàn)在仍然在不斷地提升。在2004年，Nichia公司提供的最先進的白光側(cè)光源LEDs的光度還在720~1,000毫堪德拉（millicandela，Nichia指定的“T bin”），到2006年，Nichia所能提供的最好產(chǎn)品這一指標已經(jīng)達到了1,440~1,720毫堪德拉，接近兩年前的兩倍。由于移動電話顯示屏對更高的信息內(nèi)容（包括視頻）、更高的像素（高達四分之一VGA，即240×320）以及更大尺寸等的需求在不斷提高，促使LED背光也在亮度上不斷地得以提升。
　　由于SMDs的性能越來越好，而尺寸卻越來越小，因此移動電話生產(chǎn)商生產(chǎn)的手持設備變得越來越輕薄。2006年生產(chǎn)的最小的白色側(cè)光源SMD的尺寸只有3.8（L）× 1.2（W）× 0.6（H）mm，安裝厚度只有0.4 ~ 0.5mm的SMDs也已經(jīng)開始推向市場。

其他應用
　　正是由于白光LEDs在移動顯示中作為背光應用的成功，因此，該技術在其他便攜式電子產(chǎn)品中的廣泛應用一點也不會令我們驚奇。采用白光LEDs作為背光的其它電子產(chǎn)品包括：
　　● 數(shù)碼相機
　　● 攝像機
　　● PDAs
　　● MP3
　　● 手持視頻游戲機
　　雖然在所有這些產(chǎn)品上的銷售量仍然比在移動電話上的銷售量要小得多，但其增長速度，相對于其所占的份額來講，要快的多。在2005年，全世界大約銷售了680部全彩顯示的移動電話。所有銷售產(chǎn)品中（只包括全彩顯示的設備）應用的發(fā)光體加起來只有1.47億單位。但是，未來5年內(nèi)，雖然預計移動電話的增長速度將會放緩，而發(fā)光體在上面名單中列出的產(chǎn)品中的應用數(shù)量其增長速度將超過移動電話的兩倍。

筆記本電腦
　　一個新的移動應用的市場出現(xiàn)于2005年，那就是白光側(cè)發(fā)光LEDs作為背光在筆記本電腦較大屏幕中的應用。在2005年，有幾家筆記本生產(chǎn)廠商展示了他們采用白光LED背光顯示的產(chǎn)品樣機，這些廠家包括索尼、富士通和東芝。液晶顯示器的尺寸從7.2~11.1英寸（對角線，寬），每一顯示屏中應用的LEDs從20~40個不等。
　　三款樣機的重量都很輕（大約三磅，甚至更輕）。LED背光技術帶來了諸多優(yōu)點，如顯示部件變得更輕薄（因為側(cè)發(fā)光LEDs比CCFL及其配套設備要更薄）和效率更高的LEDs導致的更長的電池使用時間。特別是后一個優(yōu)點，對消費者來講更具有吸引力，因為電池的使用時間對膝上型產(chǎn)品來講是比較苦惱的一個問題。如果其電池的使用時間得到提高，每一個膝上型產(chǎn)品的生產(chǎn)廠商都會在其銷售說明中著重強調(diào)。
　　在膝上型筆記本中，LCD及其子系統(tǒng)消耗的能源一般要占到全部的30%~40%，其中背光部分要占到全部顯示部分消耗能源總量的65%~75%，因此，背光消耗的能源，就要占到膝上型筆記本全部能源的25%~30%，降低該部分的能耗，將會對延長電池的使用時間起到顯著的作用。
　　只是到了最近，LEDs才有能力與CCFL背光技術在膝上型筆記本顯示器的應用上展開肉搏戰(zhàn)。2006年推出的最先進的測發(fā)光LEDs發(fā)光效率達到了60lm/W。當然這仍然不如CCFL的70lm/W高，但是，如果考慮到光耦合的損失和驅(qū)動效率，LED的性能表現(xiàn)要更好一些，且其未來提升的空間更大。
　　為了降低膝上型計算機的能耗，40家PC生產(chǎn)廠家，在Intel的帶領下，成立了一個“延長移動PC電池工作時間工作組”的組織。該工作組重點關注的一個領域就是LEDs對CCFL背光的可替代性。工作組將與膝上型PC生產(chǎn)商、LCD供應商、LED供應商及導光板供應商等共同采取策略，以推進LED背光技術在移動PCs中的應用。
　　截止到目前還只有11英寸以下的LCDs采用了LEDs背光，有幾家臺灣生產(chǎn)商宣布他們將在2006年在更大的膝上型PC顯示器（12英寸或更大）中采用LEDs背光。臺灣是全球膝上型PC的生產(chǎn)中心，排名比較靠前的幾家LCD面板供應商和很多LCD供應鏈中的器件（如背光、導光板等）供應商都坐落于此。因此，如果這些廠家能采用LEDs作為膝上型電腦顯示器的背光，那么很可能市場的發(fā)展將會大大提前。對膝上型電腦顯示器來講，CCFL與LED的成本差異只有1~2美元，而且隨著LED價格的下降這一差距將越來越小。這一點點成本上的差別，相對于整機價格2000美元的膝上型電腦來講也是微不足道的。

其他顯示應用
　　已經(jīng)浮現(xiàn)的其他的應用領域還有便攜式DVD和汽車導航與娛樂系統(tǒng)中小型到中型的LCDs背光。這些顯示器的典型的尺寸在6~8英寸（通常情況下采用的是“7英寸顯示器”的說法）。目前已經(jīng)研發(fā)出一些原型產(chǎn)品，臺灣的大部分小型LCD面板廠商都對其進行了評測，并宣布了下半年的產(chǎn)品改進和推廣計劃。這些生產(chǎn)廠商為此都向臺灣的白側(cè)光LED封裝和芯片制造廠商下達了訂購清單。
　　正是在移動電話和小型移動設備顯示器中的應用，使得白光LEDs已經(jīng)成為在7英寸顯示設備中替代CCFLs成效比最高的解決方案，而且，從能效上來看也具有可比性。臺灣大部分的LCD面板生產(chǎn)商都意識到，在未來幾年內(nèi)，7英寸顯示設備的背光技術將大部分采用LEDs。2006年該市場就已經(jīng)達到了2700萬臺，并還在不斷的成長中，這就為白側(cè)光LEDs提供了一個重要的新的市場機會。

OLEDs的潛力
　　雖然白光LEDs在便攜式電子產(chǎn)品全彩LCD屏幕背光領域仍然會占據(jù)主導地位，但一些競爭性技術的發(fā)展?jié)摿€是值得討論的，如有機LEDs，即OLEDs。全彩顯示器可以通過各自發(fā)出的紅、綠和藍光OLEDs組合而成，特別像在一個LCD中多個各自獨立的單元。因為OLEDs是發(fā)光體，因此不需要背光。盡管目前已經(jīng)對OLEDs做了大量的基礎性研究，并開發(fā)出了部分產(chǎn)品，但其應用還是局限于小型的單色或多色（并非是全彩）顯示設備。
　　早期一些試圖結(jié)合OLED全彩顯示器到數(shù)碼相機和移動電話的努力都沒有成功。但是，該技術目前在翻蓋式移動電話雙屏中的附屏顯示中得到了廣泛應用，包括多色和全彩色模式。因為技術總是在不斷地進步中，產(chǎn)品的生產(chǎn)過程也在不斷地成熟，而成本也在下降，OLED顯示技術在小型顯示設備市場中占據(jù)的份額也會越來越多，以此不斷挑戰(zhàn)LED背光的LCDs的主流地位。