用于LCD背光的LED技术进步(08-100)

　　LED制造技术的进步

　　用于制造HBLED的半导体技术是决定最终产品整体性能的一个关键因素。常规的HBLED通常是用碳化硅、蓝宝石或其他材料的衬底制成。这些衬底吸收了LED产生的一些光子，会降低效率。

　　迄今为止，HBLED通常采用两种主要技术制成：InGaN和AllnGaP(也称为InGaAIP)。通过这两种主要技术可以实现不同的颜色。施加1.8V-2.3V左右的正向电压，AlInGaP可发出从绿色(570nm)到血红色(632nm)的光线。InGaN用来发出从蓝色(460nm)到宝石绿色(528nm)的光线和基于荧光体的颜色，如白光(通常3250K或通常5600K)。InGaN具有较高的正向电压，大约在3.2V到3.8V，这主要取决于颜色。

　　最近，欧司朗光电半导体开发出一种制造LED的新方法，一种称为“薄膜”的工艺。在“薄膜”工艺中，LED晶圆采用与传统AlInGaP和InGaN晶圆同样的工艺制造，一个不同点就是在外延层下增加了牺牲层(图1)。晶圆被翻转并贴在一个支撑板上，它含有几个能够提供高反射镜面的元件。然后，通过剥离将最初的衬底去掉。不同剥离技术的运用，要视衬底为AlInGaP还是InGaN材料而定。化合物晶圆采用传统的金属化工艺进行表面处理，然后被切成单个LED晶片并进行封装。由此产生的晶粒有一个发光层，不会出现侧面发光，将效率提升到新的水平。

　　使用光导材料

　　当空间有限时，可以将三色LED和光导材料融入设计，以适应空间的限制，并且将BLU的厚度保持在最低限度。一个解决方案是欧司朗光电半导体的6引线MULTILED(图2)，其中包含红色(R,625nm)、宝石绿(G,528nm)和蓝色(B,458nm)三个薄膜晶片。紧密放置在同一封装內的3个晶片提供了最佳的颜色混合，而不需要在光导材料中设置一个较大的混合区，LED可提供高光学效率并且延长使用寿命(>50,000小时)。6引线封装可让每种颜色的每个阴极和阳极与邻近的LED进行电气串连，简化了驱动电路。所需的白平衡点可通过调节每种颜色的各自驱动电流得以实现。

　　通过选择适当数量的LED，尺寸达到24寸的显示器可使用侧射光导提供背光。在图2所示的19寸显示器中，154个6引线MULTILED单元取代了两个CCFL，安装在2个绝缘金属衬底(IMS)PCB上。在这个实例中，原来的外壳、光导和光学膜保留下来，无需重新设计。

　　LCD电视的直接LED背光

　　对于LCD电视来说，直接LED背光是首选，因为它可以提供高达80%的更高系统效率。一个直接背光的解决方案是将采用“薄膜”技术的GoldenDRAGONARGUSLED与一个专为背光设计的透镜结合在一起。这种LED的宽辐射特性展示了三基色在大范围内均匀重叠的优势，在最小厚度内实现均匀的颜色混合。

　　设计一个完整的背光单元，由Golden DRAGON ARGUS LED组成的RGB Quad LED可以有系统地排列成为一个矩阵。测试结构时，对于间距达到85mm的QuadLED，BLU的典型高度可实现35-45mm。

　　为了解决与二级(中级)LCD电视有关的成本问题，一个可能的解决方案是使用多荧光体转换的白光LED，以产生超过95%NTSC的色域(美国全国电视督导委员会设立的颜色标准)，优于大多数CCFL。使用更少的LED可节约成本(与红、绿、蓝的混合色[RGB]相比)，只需单一驱动通道。优质一级电视如SONY70XBR将仍使用RGB，色域大于105%NTSC，但更高的质量需要更高的价格(请参见图3)。

　　向更大LCD的可扩展性

　　在HBLED继续向较大尺寸LCD发展的同时，LED亮度和效率的不断提高将会减少其用量，从而降低提供大尺寸LCD背光的能耗要求，使HBLED在较大尺寸的应用中成为更可行的选择。目前，CCFL仍然是某些背光需求的一个更具成本效益的解决方案，尤其是在工业应用方面，尚不需要LED的优势。然而，随着HBLED性能的不断提高和价格的持续下跌，在HBLEDBLU的设计中，成本将变得不再是一个障碍，甚至在工业应用中亦会如此。

　　LED背光大屏幕LCD的其他优点

　　运动模糊减少，对比度增强–LED的快速开关速度将增强液晶显示器的性能，因为可通过“主动驱动”来提高亮度的动态范围和对比度，并减少当视频信息超过液晶的开关速度时遇到的“运动模糊”。这是通过相对于图像信息来调节LED的亮度实现的，这一点是CCFL很难实现的，因为CCFL开关时间较慢，而且亮度调节范围也有限。

　　可以预见，在不远的将来，会出现更快的LCD，它可使用三基色依次逐个开启的顺序色彩模式。这样一来，将不再需要在TFT彩色LCD的成本构成中占较大比重的彩色滤光片，并可使LEDBLU的系统成本低于配备CCFL显示屏的背光成本。