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）已經成為便攜式電子產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、結構緊湊、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結合產生的。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合產生了白光。這樣產生的白光作為光源，從其色彩還原的能力看品質不高，但作為小型顯示器的背光已經足夠了。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制造商都已經可以生產。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采用的是側發(fā)光SMDs，也就是側光源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所能提供的最好產品這一指標已經達到了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，因此移動電話生產商生產的手持設備變得越來越輕薄。2006年生產的最小的白色側光源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，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，有幾家筆記本生產廠商展示了他們采用白光LED背光顯示的產品樣機，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?。ㄒ驗閭劝l(fā)光LEDs比CCFL及其配套設備要更?。┖托矢叩腖EDs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，每一個膝上型產品的生產廠商都會在其銷售說明中著重強調。
　　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）。目前已經研發(fā)出一些原型產品，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品改進和推廣計劃。這些生產廠商為此都向臺灣的白側光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面板生產商都意識到，在未來幾年內，7英寸顯示設備的背光技術將大部分采用LEDs。2006年該市場就已經達到了2700萬臺，并還在不斷的成長中，這就為白側光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。盡管目前已經對OLEDs做了大量的基礎性研究，并開發(fā)出了部分產品，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，產品的生產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。