白光LEDs：小型液晶顯示屏背光的選擇

作者：Robert V. Steele Strategies Unlimited

　　過(guò)去5年來(lái)，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(dòng)電話(huà)、PDA、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、MP3以及手持視頻游戲機(jī)中等。相對(duì)于傳統(tǒng)的LCD背光技術(shù)（冷陰極熒光燈或CCFLs），白光LEDs在應(yīng)用上具有很明顯的優(yōu)勢(shì)，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(shí)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(dòng)電話(huà)中的應(yīng)用
　　約在2000年，當(dāng)全彩色顯示在移動(dòng)電話(huà)中開(kāi)始普及時(shí)，白光LEDs也開(kāi)始在移動(dòng)電話(huà)中被廣泛應(yīng)用。最先在全彩色移動(dòng)電話(huà)顯示技術(shù)中采用白光LEDs技術(shù)的是日本，然后迅速擴(kuò)展到了韓國(guó)和其它亞洲國(guó)家，隨后跟進(jìn)的是歐洲和北美。在2000年，還僅有7%的移動(dòng)電話(huà)采用的是全彩色顯示，到了2006年，則有超過(guò)90%的移動(dòng)電話(huà)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(duì)于1990s年代末期發(fā)展起來(lái)的高性能白光LEDs來(lái)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(shù)發(fā)展起來(lái)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(jià)格便宜。

白光LED技術(shù)
　　LEDs發(fā)出的白光是利用一個(gè)藍(lán)光LED芯片與磷，如Ce:YAG結(jié)合產(chǎn)生的。藍(lán)色光（波長(zhǎng)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?yàn)樗{(lán)光并沒(méi)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(lái)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(shù)制高點(diǎn)，如在Ce:YAG磷技術(shù)和白光LED封裝技術(shù)等領(lǐng)域的專(zhuān)利，仍然在小型LCD背光市場(chǎng)中占據(jù)著主導(dǎo)地位。
　　應(yīng)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(kāi)始廣泛應(yīng)用以來(lái)，其性能得到了相當(dāng)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(jìn)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(biāo)已經(jīng)達(dá)到了1,440~1,720毫堪德拉，接近兩年前的兩倍。由于移動(dòng)電話(huà)顯示屏對(duì)更高的信息內(nèi)容（包括視頻）、更高的像素（高達(dá)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(lái)越好，而尺寸卻越來(lái)越小，因此移動(dòng)電話(huà)生產(chǎn)商生產(chǎn)的手持設(shè)備變得越來(lái)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(kāi)始推向市場(chǎng)。

其他應(yīng)用
　　正是由于白光LEDs在移動(dòng)顯示中作為背光應(yīng)用的成功，因此，該技術(shù)在其他便攜式電子產(chǎn)品中的廣泛應(yīng)用一點(diǎn)也不會(huì)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(jī)
　　● 攝像機(jī)
　　● PDAs
　　● MP3
　　● 手持視頻游戲機(jī)
　　雖然在所有這些產(chǎn)品上的銷(xiāo)售量仍然比在移動(dòng)電話(huà)上的銷(xiāo)售量要小得多，但其增長(zhǎng)速度，相對(duì)于其所占的份額來(lái)講，要快的多。在2005年，全世界大約銷(xiāo)售了680部全彩顯示的移動(dòng)電話(huà)。所有銷(xiāo)售產(chǎn)品中（只包括全彩顯示的設(shè)備）應(yīng)用的發(fā)光體加起來(lái)只有1.47億單位。但是，未來(lái)5年內(nèi)，雖然預(yù)計(jì)移動(dòng)電話(huà)的增長(zhǎng)速度將會(huì)放緩，而發(fā)光體在上面名單中列出的產(chǎn)品中的應(yīng)用數(shù)量其增長(zhǎng)速度將超過(guò)移動(dòng)電話(huà)的兩倍。

筆記本電腦
　　一個(gè)新的移動(dòng)應(yīng)用的市場(chǎng)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(yīng)用。在2005年，有幾家筆記本生產(chǎn)廠(chǎng)商展示了他們采用白光LED背光顯示的產(chǎn)品樣機(jī)，這些廠(chǎng)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(duì)角線(xiàn)，寬），每一顯示屏中應(yīng)用的LEDs從20~40個(gè)不等。
　　三款樣機(jī)的重量都很輕（大約三磅，甚至更輕）。LED背光技術(shù)帶來(lái)了諸多優(yōu)點(diǎn)，如顯示部件變得更輕薄（因?yàn)閭?cè)發(fā)光LEDs比CCFL及其配套設(shè)備要更?。┖托矢叩腖EDs導(dǎo)致的更長(zhǎng)的電池使用時(shí)間。特別是后一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，對(duì)消費(fèi)者來(lái)講更具有吸引力，因?yàn)殡姵氐氖褂脮r(shí)間對(duì)膝上型產(chǎn)品來(lái)講是比較苦惱的一個(gè)問(wèn)題。如果其電池的使用時(shí)間得到提高，每一個(gè)膝上型產(chǎn)品的生產(chǎn)廠(chǎng)商都會(huì)在其銷(xiāo)售說(shuō)明中著重強(qiáng)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(huì)對(duì)延長(zhǎng)電池的使用時(shí)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(shù)在膝上型筆記本顯示器的應(yīng)用上展開(kāi)肉搏戰(zhàn)。2006年推出的最先進(jìn)的測(cè)發(fā)光LEDs發(fā)光效率達(dá)到了60lm/W。當(dāng)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(dòng)效率，LED的性能表現(xiàn)要更好一些，且其未來(lái)提升的空間更大。
　　為了降低膝上型計(jì)算機(jī)的能耗，40家PC生產(chǎn)廠(chǎng)家，在Intel的帶領(lǐng)下，成立了一個(gè)“延長(zhǎng)移動(dòng)PC電池工作時(shí)間工作組”的組織。該工作組重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域就是LEDs對(duì)CCFL背光的可替代性。工作組將與膝上型PC生產(chǎn)商、LCD供應(yīng)商、LED供應(yīng)商及導(dǎo)光板供應(yīng)商等共同采取策略，以推進(jìn)LED背光技術(shù)在移動(dòng)PCs中的應(yīng)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(tái)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(tái)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(yīng)商和很多LCD供應(yīng)鏈中的器件（如背光、導(dǎo)光板等）供應(yīng)商都坐落于此。因此，如果這些廠(chǎng)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(chǎng)的發(fā)展將會(huì)大大提前。對(duì)膝上型電腦顯示器來(lái)講，CCFL與LED的成本差異只有1~2美元，而且隨著LED價(jià)格的下降這一差距將越來(lái)越小。這一點(diǎn)點(diǎn)成本上的差別，相對(duì)于整機(jī)價(jià)格2000美元的膝上型電腦來(lái)講也是微不足道的。

其他顯示應(yīng)用
　　已經(jīng)浮現(xiàn)的其他的應(yīng)用領(lǐng)域還有便攜式DVD和汽車(chē)導(dǎo)航與娛樂(lè)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(shuō)法）。目前已經(jīng)研發(fā)出一些原型產(chǎn)品，臺(tái)灣的大部分小型LCD面板廠(chǎng)商都對(duì)其進(jìn)行了評(píng)測(cè)，并宣布了下半年的產(chǎn)品改進(jìn)和推廣計(jì)劃。這些生產(chǎn)廠(chǎng)商為此都向臺(tái)灣的白側(cè)光LED封裝和芯片制造廠(chǎng)商下達(dá)了訂購(gòu)清單。
　　正是在移動(dòng)電話(huà)和小型移動(dòng)設(shè)備顯示器中的應(yīng)用，使得白光LEDs已經(jīng)成為在7英寸顯示設(shè)備中替代CCFLs成效比最高的解決方案，而且，從能效上來(lái)看也具有可比性。臺(tái)灣大部分的LCD面板生產(chǎn)商都意識(shí)到，在未來(lái)幾年內(nèi)，7英寸顯示設(shè)備的背光技術(shù)將大部分采用LEDs。2006年該市場(chǎng)就已經(jīng)達(dá)到了2700萬(wàn)臺(tái)，并還在不斷的成長(zhǎng)中，這就為白側(cè)光LEDs提供了一個(gè)重要的新的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。

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(lǐng)域仍然會(huì)占據(jù)主導(dǎo)地位，但一些競(jìng)爭(zhēng)性技術(shù)的發(fā)展?jié)摿€是值得討論的，如有機(jī)LEDs，即OLEDs。全彩顯示器可以通過(guò)各自發(fā)出的紅、綠和藍(lán)光OLEDs組合而成，特別像在一個(gè)LCD中多個(gè)各自獨(dú)立的單元。因?yàn)镺LEDs是發(fā)光體，因此不需要背光。盡管目前已經(jīng)對(duì)OLEDs做了大量的基礎(chǔ)性研究，并開(kāi)發(fā)出了部分產(chǎn)品，但其應(yīng)用還是局限于小型的單色或多色（并非是全彩）顯示設(shè)備。
　　早期一些試圖結(jié)合OLED全彩顯示器到數(shù)碼相機(jī)和移動(dòng)電話(huà)的努力都沒(méi)有成功。但是，該技術(shù)目前在翻蓋式移動(dòng)電話(huà)雙屏中的附屏顯示中得到了廣泛應(yīng)用，包括多色和全彩色模式。因?yàn)榧夹g(shù)總是在不斷地進(jìn)步中，產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程也在不斷地成熟，而成本也在下降，OLED顯示技術(shù)在小型顯示設(shè)備市場(chǎng)中占據(jù)的份額也會(huì)越來(lái)越多，以此不斷挑戰(zhàn)LED背光的LCDs的主流地位。