大功率LED驱动芯片是如何实现散热这些的
2021-03-25 15:02
高功率LED驱动芯片的设计和技术进展
为了追求更大的色彩范围，全球LCD电视厂商纷纷引入LED背光源结构，当然这不是一件容易的事，除了成本方面的考虑外，耗电也是LCD电视走向低耗电时代的一个因素。
不管是如何实现这一技术目标的，实际上，降低电视背光源功率消耗的技术研发工作一直在全球的实践者中进行着，而在2006年初，据日本媒体报道，32寸液晶电视的总功耗约为180W，预计到2006年下半，32寸液晶电视的主流功耗将降至100W以下。
但如果转换为现在的主流40寸液晶电视，其具体做法是，基于液晶电视每年消耗的电力约为15%，因此，在2006年底之前，总耗电量将降至230W(270WX15%)左右，加上能提升背光模组技术，则可使背光模组的耗电量减少40%，此时此刻，总耗电量已接近159W，按这个速度，2010年时，总耗电量可达100W。在这样的目标下所指的背光，当然还是冷阴极管。
LCD背光源已经成为市场的主流。
但不管怎样，LED背光模组已经是市场所期望的技术之一，也就是说，所面临的高能耗问题，已经是必须解决的问题，因为对于大型液晶电视而言，背光模组消耗近60%的电能，虽然减少总耗电量不仅仅是减少LED背光这一方面，另外还包括驱动电路技术的改变、导光效率的提高、热效应现象的减少等，也都是辅助降低总耗电量的技术。
现在LED随应用的不同，点灯方式也不一样，大多数的液晶电视都采用直下式背光，而包括显示器在内的小型应用产品，则主要采用侧光式，这是因为在发光和表现力需求不同的情况下，两极化应用的产品所造成的差异。一般情况下，显示器多采用RGB3原色的点光源，如果是较小尺寸的应用，如车载导航面板、手机面板、PDA面板等，则多采用白光LED的点光源，但侧光白光LED的背光方式，已逐渐向大尺寸发展，目前包括部分笔记电脑也开始采用白光LED的背光模块，因此在外形上，较薄的背光效果，更能达到高弹性的目标，虽然白光LED在红色显示部分，存在着演色性不足的问题，但由于笔记电脑主要是用来显示文书等静态画面，而且希望达到与液晶电视相同品质的使用者较少，所以，演色性不足基本上不是个大问题，当然，红光LED的阵列也存在着演色性不足等问题，这些问题也一一被笔记电脑的背光模组所克服。
引颈期望有高效率、高发光二极管。
但如果希望真正普及3原色LED背光源，相信仍有许多问题有待解决，甚至需要花费数年时间。事实上，关键在于成本，因为液晶电视所需的是高辉度，所以必须采用1W以上的高效、高辉度LED，再加上由于是直下式入光，所以3原色LED所用的颗数，很有可能会由于面板尺寸的增加而增加LED使用的颗数，但这样的方法，又会带来另外的问题，即3原色LED所用的颗数，会因为热效应的增加而爆炸，这样做虽然会增加散热片、风扇、散热管等组件的温度，但却不能有效地使产品的色调保持一致，除了严格筛选相同波长的发光LED外，还必须用ColorSensor来调整RGB色差，但这样做的后果是，价格与消费者的期望相差甚远。但这并不是绝对的，另一种技术也可以用来增加面板尺寸，而不用使用太多的3原色LED。
然而，希望减少LED背光模组的耗电量，并不是背光模组与LCD电视系统业者所需努力之处，事实上，对LED晶片业者而言，亦起著相当重要的作用，因为若芯片业者的努力能加强LED发光效率，则LED对电力的需求亦会大幅减少，而LED背光模组所获的利益会直接反映于LED背光模组。
热害问题是老生常谈而不能解决的问题。
近年来，LED晶片厂商对于高亮度LED晶片的发展一直相当活跃，如何让LED支持更大的电流，从而使LED产生更大的辉度，这是一个很现实的问题，按照目前的规格，面积达30um2的LED所能承受的最大电流约为30mA，这样的结果仍然不能满足应用中「让LED产生更大辉度」的需求，因为市场期望能将350mA的电流输入到面积达1mm2的LED晶片中，使单芯片产生更高的内部量子效率，若驱动电压为3V，则转换后的输入功率可达近1W。
但并非一味地增加电流就能解决问题，因为根据经验，大约4分之3左右的电流流入会产生热效应，即只有4分之1(0.25W)会转化为光，而0.75W左右的电流则会转化为热效应。众所周知，LED会因温度的变化而改变光波长，从而降低发光效率，从而导致画质演色偏差。
对LCD背光源白光LED的发展主题而言，不仅要提高LED的发光亮度，还要解决发光均匀性、高色彩演色性、延长使用寿命等问题，因此如何将高电流的LED封装在高导热系数、高热容量的材料上，成为业界十分重视的问题。
通过封装来提高光输出功率。
当前，照明推进协会预期，100lm/W的白光LED将达到实用阶段，每流明1个月。要达到提高LED演色平均评价数的目的，萤光粉的开发就显得尤为重要，因为利用萤光粉与蓝光LED相配获得的模拟白光LED，在波长上对于红、绿两色的显色性较弱，因此也有业者开始采用紫外光LED与RGB萤光粉相配。但这种方法仍然有其复杂性，因为它不能将各种颜色的萤光粉简单地混合在一起，而如何达到接近自然白光的效果则是一道难题。但是关于均匀发光特性，一般认为只需改善白光LED的萤光粉材料的均匀性，与萤光粉的制作工艺，应能克服上述困扰。
从技术上讲，如果蓝光LED芯片的光输出效率达到360mW，那么结合高阶技术的封装能力，得到100lm/W的白光输出并不困难，对于Cree、日亚等现有技术来说，高亮度蓝光LED芯片的研制也并非难事。在此之后，如何降低量子外部效率的损耗，就是检验封装商的能力。
但当增加电流输入时所产生的热效应，却是非常严格的问题，因为必须降低热阻，改善散热等问题。当前的实践包括：降低芯片的热阻抗，控制模块和印制电路板的热阻抗，增加芯片的散热等。
为了追求更大的色彩范围，全球LCD电视厂商纷纷引入LED背光源结构，当然这不是一件容易的事，除了成本方面的考虑外，耗电也是LCD电视走向低耗电时代的一个因素。
不管是如何实现这一技术目标的，实际上，降低电视背光源功率消耗的技术研发工作一直在全球的实践者中进行着，而在2006年初，据日本媒体报道，32寸液晶电视的总功耗约为180W，预计到2006年下半，32寸液晶电视的主流功耗将降至100W以下。
但如果转换为现在的主流40寸液晶电视，其具体做法是，基于液晶电视每年消耗的电力约为15%，因此，在2006年底之前，总耗电量将降至230W(270WX15%)左右，加上能提升背光模组技术，则可使背光模组的耗电量减少40%，此时此刻，总耗电量已接近159W，按这个速度，2010年时，总耗电量可达100W。在这样的目标下所指的背光，当然还是冷阴极管。
LCD背光源已经成为市场的主流。
但不管怎样，LED背光模组已经是市场所期望的技术之一，也就是说，所面临的高能耗问题，已经是必须解决的问题，因为对于大型液晶电视而言，背光模组消耗近60%的电能，虽然减少总耗电量不仅仅是减少LED背光这一方面，另外还包括驱动电路技术的改变、导光效率的提高、热效应现象的减少等，也都是辅助降低总耗电量的技术。
现在LED随应用的不同，点灯方式也不一样，大多数的液晶电视都采用直下式背光，而包括显示器在内的小型应用产品，则主要采用侧光式，这是因为在发光和表现力需求不同的情况下，两极化应用的产品所造成的差异。一般情况下，显示器多采用RGB3原色的点光源，如果是较小尺寸的应用，如车载导航面板、手机面板、PDA面板等，则多采用白光LED的点光源，但侧光白光LED的背光方式，已逐渐向大尺寸发展，目前包括部分笔记电脑也开始采用白光LED的背光模块，因此在外形上，较薄的背光效果，更能达到高弹性的目标，虽然白光LED在红色显示部分，存在着演色性不足的问题，但由于笔记电脑主要是用来显示文书等静态画面，而且希望达到与液晶电视相同品质的使用者较少，所以，演色性不足基本上不是个大问题，当然，红光LED的阵列也存在着演色性不足等问题，这些问题也一一被笔记电脑的背光模组所克服。
引颈期望有高效率、高发光二极管。
但如果希望真正普及3原色LED背光源，相信仍有许多问题有待解决，甚至需要花费数年时间。事实上，关键在于成本，因为液晶电视所需的是高辉度，所以必须采用1W以上的高效、高辉度LED，再加上由于是直下式入光，所以3原色LED所用的颗数，很有可能会由于面板尺寸的增加而增加LED使用的颗数，但这样的方法，又会带来另外的问题，即3原色LED所用的颗数，会因为热效应的增加而爆炸，这样做虽然会增加散热片、风扇、散热管等组件的温度，但却不能有效地使产品的色调保持一致，除了严格筛选相同波长的发光LED外，还必须用ColorSensor来调整RGB色差，但这样做的后果是，价格与消费者的期望相差甚远。但这并不是绝对的，另一种技术也可以用来增加面板尺寸，而不用使用太多的3原色LED。
然而，希望减少LED背光模组的耗电量，并不是背光模组与LCD电视系统业者所需努力之处，事实上，对LED晶片业者而言，亦起著相当重要的作用，因为若芯片业者的努力能加强LED发光效率，则LED对电力的需求亦会大幅减少，而LED背光模组所获的利益会直接反映于LED背光模组。
热害问题是老生常谈而不能解决的问题。
近年来，LED晶片厂商对于高亮度LED晶片的发展一直相当活跃，如何让LED支持更大的电流，从而使LED产生更大的辉度，这是一个很现实的问题，按照目前的规格，面积达30um2的LED所能承受的最大电流约为30mA，这样的结果仍然不能满足应用中「让LED产生更大辉度」的需求，因为市场期望能将350mA的电流输入到面积达1mm2的LED晶片中，使单芯片产生更高的内部量子效率，若驱动电压为3V，则转换后的输入功率可达近1W。
但并非一味地增加电流就能解决问题，因为根据经验，大约4分之3左右的电流流入会产生热效应，即只有4分之1(0.25W)会转化为光，而0.75W左右的电流则会转化为热效应。众所周知，LED会因温度的变化而改变光波长，从而降低发光效率，从而导致画质演色偏差。
对LCD背光源白光LED的发展主题而言，不仅要提高LED的发光亮度，还要解决发光均匀性、高色彩演色性、延长使用寿命等问题，因此如何将高电流的LED封装在高导热系数、高热容量的材料上，成为业界十分重视的问题。
通过封装来提高光输出功率。
当前，照明推进协会预期，100lm/W的白光LED将达到实用阶段，每流明1个月。要达到提高LED演色平均评价数的目的，萤光粉的开发就显得尤为重要，因为利用萤光粉与蓝光LED相配获得的模拟白光LED，在波长上对于红、绿两色的显色性较弱，因此也有业者开始采用紫外光LED与RGB萤光粉相配。但这种方法仍然有其复杂性，因为它不能将各种颜色的萤光粉简单地混合在一起，而如何达到接近自然白光的效果则是一道难题。但是关于均匀发光特性，一般认为只需改善白光LED的萤光粉材料的均匀性，与萤光粉的制作工艺，应能克服上述困扰。
从技术上讲，如果蓝光LED芯片的光输出效率达到360mW，那么结合高阶技术的封装能力，得到100lm/W的白光输出并不困难，对于Cree、日亚等现有技术来说，高亮度蓝光LED芯片的研制也并非难事。在此之后，如何降低量子外部效率的损耗，就是检验封装商的能力。
但当增加电流输入时所产生的热效应，却是非常严格的问题，因为必须降低热阻，改善散热等问题。当前的实践包括：降低芯片的热阻抗，控制模块和印制电路板的热阻抗，增加芯片的散热等。
