用于LCD背光的LED技術進步(08-100)

　　LED制造技術的進步

　　用于制造HBLED的半導體技術是決定最終產品整體性能的一個關鍵因素。常規(guī)的HBLED通常是用碳化硅、藍寶石或其他材料的襯底制成。這些襯底吸收了LED產生的一些光子，會降低效率。

　　迄今為止，HBLED通常采用兩種主要技術制成：InGaN和AllnGaP(也稱為InGaAIP)。通過這兩種主要技術可以實現(xiàn)不同的顏色。施加1.8V-2.3V左右的正向電壓，AlInGaP可發(fā)出從綠色(570nm)到血紅色(632nm)的光線。InGaN用來發(fā)出從藍色(460nm)到寶石綠色(528nm)的光線和基于熒光體的顏色，如白光(通常3250K或通常5600K)。InGaN具有較高的正向電壓，大約在3.2V到3.8V，這主要取決于顏色。

　　最近，歐司朗光電半導體開發(fā)出一種制造LED的新方法，一種稱為“薄膜”的工藝。在“薄膜”工藝中，LED晶圓采用與傳統(tǒng)AlInGaP和InGaN晶圓同樣的工藝制造，一個不同點就是在外延層下增加了犧牲層(圖1)。晶圓被翻轉并貼在一個支撐板上，它含有幾個能夠提供高反射鏡面的元件。然后，通過剝離將最初的襯底去掉。不同剝離技術的運用，要視襯底為AlInGaP還是InGaN材料而定?；衔锞A采用傳統(tǒng)的金屬化工藝進行表面處理，然后被切成單個LED晶片并進行封裝。由此產生的晶粒有一個發(fā)光層，不會出現(xiàn)側面發(fā)光，將效率提升到新的水平。

　　使用光導材料

　　當空間有限時，可以將三色LED和光導材料融入設計，以適應空間的限制，并且將BLU的厚度保持在最低限度。一個解決方案是歐司朗光電半導體的6引線MULTILED(圖2)，其中包含紅色(R,625nm)、寶石綠(G,528nm)和藍色(B,458nm)三個薄膜晶片。緊密放置在同一封裝內的3個晶片提供了最佳的顏色混合，而不需要在光導材料中設置一個較大的混合區(qū)，LED可提供高光學效率并且延長使用壽命(>50,000小時)。6引線封裝可讓每種顏色的每個陰極和陽極與鄰近的LED進行電氣串連，簡化了驅動電路。所需的白平衡點可通過調節(jié)每種顏色的各自驅動電流得以實現(xiàn)。

　　通過選擇適當數(shù)量的LED，尺寸達到24寸的顯示器可使用側射光導提供背光。在圖2所示的19寸顯示器中，154個6引線MULTILED單元取代了兩個CCFL，安裝在2個絕緣金屬襯底(IMS)PCB上。在這個實例中，原來的外殼、光導和光學膜保留下來，無需重新設計。

　　LCD電視的直接LED背光

　　對于LCD電視來說，直接LED背光是首選，因為它可以提供高達80%的更高系統(tǒng)效率。一個直接背光的解決方案是將采用“薄膜”技術的GoldenDRAGONARGUSLED與一個專為背光設計的透鏡結合在一起。這種LED的寬輻射特性展示了三基色在大范圍內均勻重疊的優(yōu)勢，在最小厚度內實現(xiàn)均勻的顏色混合。

　　設計一個完整的背光單元，由Golden DRAGON ARGUS LED組成的RGB Quad LED可以有系統(tǒng)地排列成為一個矩陣。測試結構時，對于間距達到85mm的QuadLED，BLU的典型高度可實現(xiàn)35-45mm。

　　為了解決與二級(中級)LCD電視有關的成本問題，一個可能的解決方案是使用多熒光體轉換的白光LED，以產生超過95%NTSC的色域(美國全國電視督導委員會設立的顏色標準)，優(yōu)于大多數(shù)CCFL。使用更少的LED可節(jié)約成本(與紅、綠、藍的混合色[RGB]相比)，只需單一驅動通道。優(yōu)質一級電視如SONY70XBR將仍使用RGB，色域大于105%NTSC，但更高的質量需要更高的價格(請參見圖3)。

　　向更大LCD的可擴展性

　　在HBLED繼續(xù)向較大尺寸LCD發(fā)展的同時，LED亮度和效率的不斷提高將會減少其用量，從而降低提供大尺寸LCD背光的能耗要求，使HBLED在較大尺寸的應用中成為更可行的選擇。目前，CCFL仍然是某些背光需求的一個更具成本效益的解決方案，尤其是在工業(yè)應用方面，尚不需要LED的優(yōu)勢。然而，隨著HBLED性能的不斷提高和價格的持續(xù)下跌，在HBLEDBLU的設計中，成本將變得不再是一個障礙，甚至在工業(yè)應用中亦會如此。

　　LED背光大屏幕LCD的其他優(yōu)點

　　運動模糊減少，對比度增強–LED的快速開關速度將增強液晶顯示器的性能，因為可通過“主動驅動”來提高亮度的動態(tài)范圍和對比度，并減少當視頻信息超過液晶的開關速度時遇到的“運動模糊”。這是通過相對于圖像信息來調節(jié)LED的亮度實現(xiàn)的，這一點是CCFL很難實現(xiàn)的，因為CCFL開關時間較慢，而且亮度調節(jié)范圍也有限。

　　可以預見，在不遠的將來，會出現(xiàn)更快的LCD，它可使用三基色依次逐個開啟的順序色彩模式。這樣一來，將不再需要在TFT彩色LCD的成本構成中占較大比重的彩色濾光片，并可使LEDBLU的系統(tǒng)成本低于配備CCFL顯示屏的背光成本。