白光LEDs：小型液晶显示屏背光的选择

admin

作者：Robert V. Steele Strategies Unlimited

　　过去5年来，白光发光二极管（LEDs）已经成为便携式电子产品中小型全彩色背光液晶显示屏（LCDs）的首选解决方案，如在移动电话、PDA、数码相机、数码摄像机、MP3以及手持视频游戏机中等。相对于传统的LCD背光技术（冷阴极荧光灯或CCFLs），白光LEDs在应用上具有很明显的优势，例如功效更高、结构紧凑、电压更低，以及表面安装器件封装的实用性，可以焊接在安装有其它电子器件的PCB上，因此是可以回收的。

早期在移动电话中的应用
　　约在2000年，当全彩色显示在移动电话中开始普及时，白光LEDs也开始在移动电话中被广泛应用。最先在全彩色移动电话显示技术中采用白光LEDs技术的是日本，然后迅速扩展到了韩国和其它亚洲国家，随后跟进的是欧洲和北美。在2000年，还仅有7%的移动电话采用的是全彩色显示，到了2006年，则有超过90%的移动电话都已经是全彩色显示，而几乎所有这些全彩色显示使用的LCDs都是白光LEDs。
　　在2000年之前，LEDs一直被用作单色显示的背光，但那些LEDs，相对于1990s年代末期发展起来的高性能白光LEDs来讲，是很古老的一代了。那种老一代的LEDs是在1970s年代基于在发光物质中掺杂镓磷化合物技术发展起来的，发射的光波介于黄绿光谱之间。这些器件的效率很低，但价格便宜。

白光LED技术
　　LEDs发出的白光是利用一个蓝光LED芯片与磷，如Ce:YAG结合产生的。蓝色光（波长大约在460纳米）激发磷发出黄色光谱范围内的光，然后，因为蓝光并没有被磷全部吸收，剩下的就与黄色光相结合产生了白光。这样产生的白光作为光源，从其色彩还原的能力看品质不高，但作为小型显示器的背光已经足够了。白光LEDs最早是由日本Nichia公司（www.nichia.co.jp）研发出来的，现在各LED制造商都已经可以生产。但是，Nichia公司及其许可伙伴Citizen电子公司（www.c-e.co.jp）借助其保持的技术制高点，如在Ce:YAG磷技术和白光LED封装技术等领域的专利，仍然在小型LCD背光市场中占据着主导地位。
　　应用白光LEDs作为背光的小型全彩色LCDs采用的是侧发光SMDs，也就是侧光源SMDs。自2000年白光LEDs作为背光开始广泛应用以来，其性能得到了相当明显的提高，且现在仍然在不断地提升。在2004年，Nichia公司提供的最先进的白光侧光源LEDs的光度还在720~1,000毫堪德拉（millicandela，Nichia指定的“T bin”），到2006年，Nichia所能提供的最好产品这一指标已经达到了1,440~1,720毫堪德拉，接近两年前的两倍。由于移动电话显示屏对更高的信息内容（包括视频）、更高的像素（高达四分之一VGA，即240×320）以及更大尺寸等的需求在不断提高，促使LED背光也在亮度上不断地得以提升。
　　由于SMDs的性能越来越好，而尺寸却越来越小，因此移动电话生产商生产的手持设备变得越来越轻薄。2006年生产的最小的白色侧光源SMD的尺寸只有3.8（L）× 1.2（W）× 0.6（H）mm，安装厚度只有0.4 ~ 0.5mm的SMDs也已经开始推向市场。

其他应用
　　正是由于白光LEDs在移动显示中作为背光应用的成功，因此，该技术在其他便携式电子产品中的广泛应用一点也不会令我们惊奇。采用白光LEDs作为背光的其它电子产品包括：
　　● 数码相机
　　● 摄像机
　　● PDAs
　　● MP3
　　● 手持视频游戏机
　　虽然在所有这些产品上的销售量仍然比在移动电话上的销售量要小得多，但其增长速度，相对于其所占的份额来讲，要快的多。在2005年，全世界大约销售了680部全彩显示的移动电话。所有销售产品中（只包括全彩显示的设备）应用的发光体加起来只有1.47亿单位。但是，未来5年内，虽然预计移动电话的增长速度将会放缓，而发光体在上面名单中列出的产品中的应用数量其增长速度将超过移动电话的两倍。

笔记本电脑
　　一个新的移动应用的市场出现于2005年，那就是白光侧发光LEDs作为背光在笔记本电脑较大屏幕中的应用。在2005年，有几家笔记本生产厂商展示了他们采用白光LED背光显示的产品样机，这些厂家包括索尼、富士通和东芝。液晶显示器的尺寸从7.2~11.1英寸（对角线，宽），每一显示屏中应用的LEDs从20~40个不等。
　　三款样机的重量都很轻（大约三磅，甚至更轻）。LED背光技术带来了诸多优点，如显示部件变得更轻薄（因为侧发光LEDs比CCFL及其配套设备要更薄）和效率更高的LEDs导致的更长的电池使用时间。特别是后一个优点，对消费者来讲更具有吸引力，因为电池的使用时间对膝上型产品来讲是比较苦恼的一个问题。如果其电池的使用时间得到提高，每一个膝上型产品的生产厂商都会在其销售说明中着重强调。
　　在膝上型笔记本中，LCD及其子系统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显示部分消耗能源总量的65%~75%，因此，背光消耗的能源，就要占到膝上型笔记本全部能源的25%~30%，降低该部分的能耗，将会对延长电池的使用时间起到显著的作用。
　　只是到了最近，LEDs才有能力与CCFL背光技术在膝上型笔记本显示器的应用上展开肉搏战。2006年推出的最先进的测发光LEDs发光效率达到了60lm/W。当然这仍然不如CCFL的70lm/W高，但是，如果考虑到光耦合的损失和驱动效率，LED的性能表现要更好一些，且其未来提升的空间更大。
　　为了降低膝上型计算机的能耗，40家PC生产厂家，在Intel的带领下，成立了一个“延长移动PC电池工作时间工作组”的组织。该工作组重点关注的一个领域就是LEDs对CCFL背光的可替代性。工作组将与膝上型PC生产商、LCD供应商、LED供应商及导光板供应商等共同采取策略，以推进LED背光技术在移动PCs中的应用。
　　截止到目前还只有11英寸以下的LCDs采用了LEDs背光，有几家台湾生产商宣布他们将在2006年在更大的膝上型PC显示器（12英寸或更大）中采用LEDs背光。台湾是全球膝上型PC的生产中心，排名比较靠前的几家LCD面板供应商和很多LCD供应链中的器件（如背光、导光板等）供应商都坐落于此。因此，如果这些厂家能采用LEDs作为膝上型电脑显示器的背光，那么很可能市场的发展将会大大提前。对膝上型电脑显示器来讲，CCFL与LED的成本差异只有1~2美元，而且随着LED价格的下降这一差距将越来越小。这一点点成本上的差别，相对于整机价格2000美元的膝上型电脑来讲也是微不足道的。

其他显示应用
　　已经浮现的其他的应用领域还有便携式DVD和汽车导航与娱乐系统中小型到中型的LCDs背光。这些显示器的典型的尺寸在6~8英寸（通常情况下采用的是“7英寸显示器”的说法）。目前已经研发出一些原型产品，台湾的大部分小型LCD面板厂商都对其进行了评测，并宣布了下半年的产品改进和推广计划。这些生产厂商为此都向台湾的白侧光LED封装和芯片制造厂商下达了订购清单。
　　正是在移动电话和小型移动设备显示器中的应用，使得白光LEDs已经成为在7英寸显示设备中替代CCFLs成效比最高的解决方案，而且，从能效上来看也具有可比性。台湾大部分的LCD面板生产商都意识到，在未来几年内，7英寸显示设备的背光技术将大部分采用LEDs。2006年该市场就已经达到了2700万台，并还在不断的成长中，这就为白侧光LEDs提供了一个重要的新的市场机会。

OLEDs的潜力
　　虽然白光LEDs在便携式电子产品全彩LCD屏幕背光领域仍然会占据主导地位，但一些竞争性技术的发展潜力还是值得讨论的，如有机LEDs，即OLEDs。全彩显示器可以通过各自发出的红、绿和蓝光OLEDs组合而成，特别像在一个LCD中多个各自独立的单元。因为OLEDs是发光体，因此不需要背光。尽管目前已经对OLEDs做了大量的基础性研究，并开发出了部分产品，但其应用还是局限于小型的单色或多色（并非是全彩）显示设备。
　　早期一些试图结合OLED全彩显示器到数码相机和移动电话的努力都没有成功。但是，该技术目前在翻盖式移动电话双屏中的附屏显示中得到了广泛应用，包括多色和全彩色模式。因为技术总是在不断地进步中，产品的生产过程也在不断地成熟，而成本也在下降，OLED显示技术在小型显示设备市场中占据的份额也会越来越多，以此不断挑战LED背光的LCDs的主流地位。