用于LCD背光的LED技術(shù)進(jìn)步(08-100)

　　LED制造技術(shù)的進(jìn)步

　　用于制造HBLED的半導(dǎo)體技術(shù)是決定最終產(chǎn)品整體性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。常規(guī)的HBLED通常是用碳化硅、藍(lán)寶石或其他材料的襯底制成。這些襯底吸收了LED產(chǎn)生的一些光子，會(huì)降低效率。

　　迄今為止，HBLED通常采用兩種主要技術(shù)制成：InGaN和AllnGaP(也稱為InGaAIP)。通過(guò)這兩種主要技術(shù)可以實(shí)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(lái)發(fā)出從藍(lán)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(dǎo)體開(kāi)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(gè)不同點(diǎn)就是在外延層下增加了犧牲層(圖1)。晶圓被翻轉(zhuǎn)并貼在一個(gè)支撐板上，它含有幾個(gè)能夠提供高反射鏡面的元件。然后，通過(guò)剝離將最初的襯底去掉。不同剝離技術(shù)的運(yùn)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(jìn)行表面處理，然后被切成單個(gè)LED晶片并進(jìn)行封裝。由此產(chǎn)生的晶粒有一個(gè)發(fā)光層，不會(huì)出現(xiàn)側(cè)面發(fā)光，將效率提升到新的水平。

　　使用光導(dǎo)材料

　　當(dāng)空間有限時(shí)，可以將三色LED和光導(dǎo)材料融入設(shè)計(jì)，以適應(yīng)空間的限制，并且將BLU的厚度保持在最低限度。一個(gè)解決方案是歐司朗光電半導(dǎo)體的6引線MULTILED(圖2)，其中包含紅色(R,625nm)、寶石綠(G,528nm)和藍(lán)色(B,458nm)三個(gè)薄膜晶片。緊密放置在同一封裝內(nèi)的3個(gè)晶片提供了最佳的顏色混合，而不需要在光導(dǎo)材料中設(shè)置一個(gè)較大的混合區(qū)，LED可提供高光學(xué)效率并且延長(zhǎng)使用壽命(>50,000小時(shí))。6引線封裝可讓每種顏色的每個(gè)陰極和陽(yáng)極與鄰近的LED進(jìn)行電氣串連，簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)電路。所需的白平衡點(diǎn)可通過(guò)調(diào)節(jié)每種顏色的各自驅(qū)動(dòng)電流得以實(shí)現(xiàn)。

　　通過(guò)選擇適當(dāng)數(shù)量的LED，尺寸達(dá)到24寸的顯示器可使用側(cè)射光導(dǎo)提供背光。在圖2所示的19寸顯示器中，154個(gè)6引線MULTILED單元取代了兩個(gè)CCFL，安裝在2個(gè)絕緣金屬襯底(IMS)PCB上。在這個(gè)實(shí)例中，原來(lái)的外殼、光導(dǎo)和光學(xué)膜保留下來(lái)，無(wú)需重新設(shè)計(jì)。

　　LCD電視的直接LED背光

　　對(duì)于LCD電視來(lái)說(shuō)，直接LED背光是首選，因?yàn)樗梢蕴峁└哌_(dá)80%的更高系統(tǒng)效率。一個(gè)直接背光的解決方案是將采用“薄膜”技術(shù)的GoldenDRAGONARGUSLED與一個(gè)專為背光設(shè)計(jì)的透鏡結(jié)合在一起。這種LED的寬輻射特性展示了三基色在大范圍內(nèi)均勻重疊的優(yōu)勢(shì)，在最小厚度內(nèi)實(shí)現(xiàn)均勻的顏色混合。

　　設(shè)計(jì)一個(gè)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(gè)矩陣。測(cè)試結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)于間距達(dá)到85mm的QuadLED，BLU的典型高度可實(shí)現(xiàn)35-45mm。

　　為了解決與二級(jí)(中級(jí))LCD電視有關(guān)的成本問(wèn)題，一個(gè)可能的解決方案是使用多熒光體轉(zhuǎn)換的白光LED，以產(chǎn)生超過(guò)95%NTSC的色域(美國(guó)全國(guó)電視督導(dǎo)委員會(huì)設(shè)立的顏色標(biāo)準(zhǔn))，優(yōu)于大多數(shù)CCFL。使用更少的LED可節(jié)約成本(與紅、綠、藍(lán)的混合色[RGB]相比)，只需單一驅(qū)動(dòng)通道。優(yōu)質(zhì)一級(jí)電視如SONY70XBR將仍使用RGB，色域大于105%NTSC，但更高的質(zhì)量需要更高的價(jià)格(請(qǐng)參見(jiàn)圖3)。

　　向更大LCD的可擴(kuò)展性

　　在HBLED繼續(xù)向較大尺寸LCD發(fā)展的同時(shí)，LED亮度和效率的不斷提高將會(huì)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(yīng)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(gè)更具成本效益的解決方案，尤其是在工業(yè)應(yīng)用方面，尚不需要LED的優(yōu)勢(shì)。然而，隨著HBLED性能的不斷提高和價(jià)格的持續(xù)下跌，在HBLEDBLU的設(shè)計(jì)中，成本將變得不再是一個(gè)障礙，甚至在工業(yè)應(yīng)用中亦會(huì)如此。

　　LED背光大屏幕LCD的其他優(yōu)點(diǎn)

　　運(yùn)動(dòng)模糊減少，對(duì)比度增強(qiáng)–LED的快速開(kāi)關(guān)速度將增強(qiáng)液晶顯示器的性能，因?yàn)榭赏ㄟ^(guò)“主動(dòng)驅(qū)動(dòng)”來(lái)提高亮度的動(dòng)態(tài)范圍和對(duì)比度，并減少當(dāng)視頻信息超過(guò)液晶的開(kāi)關(guān)速度時(shí)遇到的“運(yùn)動(dòng)模糊”。這是通過(guò)相對(duì)于圖像信息來(lái)調(diào)節(jié)LED的亮度實(shí)現(xiàn)的，這一點(diǎn)是CCFL很難實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)镃CFL開(kāi)關(guān)時(shí)間較慢，而且亮度調(diào)節(jié)范圍也有限。

　　可以預(yù)見(jiàn)，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，會(huì)出現(xiàn)更快的LCD，它可使用三基色依次逐個(gè)開(kāi)啟的順序色彩模式。這樣一來(lái)，將不再需要在TFT彩色LCD的成本構(gòu)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。