大功率LED驅(qū)動IC設(shè)計與技術(shù)發(fā)展

在追求廣色域的目標(biāo)之下，全球液晶電視廠商紛紛導(dǎo)入LED背光結(jié)構(gòu)，當(dāng)然這并不是一件簡單的事情，除了成本的考量之外，耗電量是一個液晶電視邁向降低耗電量時代。 　　姑且不管Sony是如何達(dá)到這樣的技術(shù)目標(biāo)，事實上，降低電視背光耗功率的技術(shù)研發(fā)一直在全球業(yè)者之間不斷的進行著，而在2006年初，根據(jù)日本媒體的報導(dǎo)，當(dāng)時32寸液晶電視總耗電量為180W左右，預(yù)計到2006年下半，當(dāng)時被稱為主流尺寸的32寸液晶電視，總耗電量有可能降低到100W以下。 　　但是如果轉(zhuǎn)換成目前主流的40寸液晶電視，詳細(xì)的作法觀念是，基于液晶電視每年都以15％左右的比例降低耗電，所以到2006年底以前，總耗電量將會降低到230W左右(270W X 15％)，如果再加上能夠提升背光模塊技術(shù)的話，就有機會將背光模塊的耗電量降低40％，如此一來總耗電量就將近159W，依照這樣的進步速度，2010年時，總耗電量就可以達(dá)到100W。當(dāng)然，在這樣目標(biāo)之下所指的背光還是冷陰極管。 　　液晶LED背光已被市場所期待 　　但是無論如何，LED背光模塊已經(jīng)是被市場所期待的技術(shù)之一，也就是說，所面對的高耗電課題，已經(jīng)是不得不去解決的了，因為對于大尺寸的液晶電視來說，有將近60％的電力是消耗在背光模塊上，不過要降低總耗電量并不是只有LED背光這個單一的方面，另外還包括改變驅(qū)動電路技術(shù)、強化導(dǎo)光效率、降低熱效應(yīng)現(xiàn)象等等，也都是輔助降低總耗電量的技術(shù)。 　　目前根據(jù)應(yīng)用的不同，LED的點燈方式也有所不同，大多的液晶電視多采用直下式的背光，而包括監(jiān)視器以及小尺寸應(yīng)用的產(chǎn)品，都是以側(cè)光式為主，這是由于雙方對于輝度與演色性需求差異下的區(qū)隔。一般來說，監(jiān)視器多是使用側(cè)光式的RGB3原色的點燈方式，如果是更小尺寸的應(yīng)用，例如是車載導(dǎo)航用面板、手機面板、PDA用面板等等，就多是使用白光LED的側(cè)光方式，不過側(cè)光白光LED的背光方式，已經(jīng)逐漸朝向大尺寸化發(fā)展，目前包括有部分的筆記型計算機也開始采用側(cè)光白光LED的背光模塊，因此在外型的設(shè)計上，更能達(dá)到薄型化、高彈性的目標(biāo)，雖然白光LED在紅色表現(xiàn)部分，有演色性不足的問題，但是因為筆記型計算機大多是用來進行文書等等靜態(tài)畫面顯示，期望達(dá)到與液晶電視相通同質(zhì)量的用戶畢竟不多，所以，基本上演色性不足并不是太大的問題，不過當(dāng)然還有可以克服的方式，例如在白光LED的陣列中加入紅光LED等等，這些方式也一一的被背光模塊業(yè)者所克服。 　　引頸期待高效率高輝度的LED 　　但是如果期望實際的普及3原色LED背光，相信還有很多的問題需要解決，甚至于要耗費數(shù)年的時間。其實說穿了根本關(guān)鍵還是在成本，因為對于液晶電視而言，所需要的是高輝度，所以必須采用1W以上高效率、高輝度的LED，在加上因為是直下式入光，所以3原色LED使用的顆數(shù)，有可能會因為面板尺寸的增加而增加LED使用顆數(shù)，但是如此的作法又會帶來另外的問題，那就是熱效應(yīng)會因為3原色LED使用數(shù)增加而爆增，如此一來那就必須采用更多的散熱鰭片、風(fēng)扇、散熱管等等來維持模塊內(nèi)的溫度，此外，使用數(shù)量龐大的LED，而為了使色調(diào)統(tǒng)一，除了要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮Y選發(fā)光波長相同的LED之外，還必須采用Color Sensor來調(diào)整RGB色差，但所造成的影響便是成本的增高，因而無法有效的讓售價符合消費者的期望值。不過這并非絕對的，另也可以使用其它的技術(shù)來達(dá)到面板尺寸增加，而不必使用太多的3原色LED數(shù)量。 　　不過，期望降低LED背光模塊的耗電量并非是背光模塊與液晶電視系統(tǒng)業(yè)者所需要努力的，其實對于LED芯片業(yè)者來說，也扮演著相當(dāng)重要的角色，因為如果芯片業(yè)者的努力能夠強化LED發(fā)光效率的話，那么LED對于電力的需求也就因此而大幅度的降低，而所得到的效益也就會直接反映在LED背光模塊上。 　　熱效應(yīng)問題是老生常談卻不易解決 　　最近這幾年來，LED芯片業(yè)者相當(dāng)積極的開發(fā)高亮度LED芯片，最實際的做法就是如何讓LED能夠支持更大的電流，來讓LED產(chǎn)生更大的輝度，以目前的規(guī)格來說，一顆面積30um2 的LED所能承受的最大電流為30mA左右，這樣的結(jié)果還是無法符合在應(yīng)用上「讓LED產(chǎn)生更大的輝度」的需求，因為市場所期望的是能夠在面積為1mm2 的LED芯片中導(dǎo)入350mA的電流，讓單芯片產(chǎn)生更高的內(nèi)部量子效率，如果驅(qū)動電壓是3V的話，那么換算之后，被流入LED的電力就有將近1W左右。 　　但是，并不是一味地提高電流量就可以了，因為根據(jù)經(jīng)驗，所流入的電力有4分之3左右，都會產(chǎn)生熱效應(yīng)，也就是說，只有4分之1(0.25W)會轉(zhuǎn)換成光，而0.75W左右的電力，都會便成熱效應(yīng)。而熱效應(yīng)所帶來的困擾，眾所周知，LED會因為溫度而改變光波長，并且降低發(fā)光效率，造成畫質(zhì)的演色偏差。 　　對于LCD背光用的白光LED開發(fā)課題來說，不僅僅是提高LED的發(fā)光亮度，還必須包括輝度均一性、高色彩演色性、提高使用長壽等等的挑戰(zhàn)，因此在完成高電流的LED芯片之后，如何封裝在熱傳導(dǎo)率大、熱容量大的材料上，就成了業(yè)者相當(dāng)重要的課題。 　　藉由封裝提升光輸出功率 　　目前照明推進協(xié)會預(yù)計，100 lm/W的白光LED將會達(dá)到每流明1日圓的實用化階段。達(dá)到LED的平均演色評價數(shù)提高，螢光粉的開發(fā)就扮演了相當(dāng)重要關(guān)鍵，因為利用螢光粉搭配藍(lán)光LED所得到的模擬白光LED，在波長上對于紅色和綠色的顯現(xiàn)能力較為薄弱，所以也有業(yè)者開始開法利用紫外光LED搭配RGB螢光粉。但是這樣的作法還是有其復(fù)雜性的，因為并不能將各個顏色螢光粉單純的混合，因為如何達(dá)到接近自然白光的輸出就是一個難題。不過有關(guān)發(fā)光特性均勻性，一般認(rèn)為只需要改善白光LED的螢光粉材料濃度均勻性，與螢光粉的制作技術(shù)，應(yīng)該可以克服上述困擾。 　　就技術(shù)上，如果藍(lán)光LED芯片的光輸出效率如果達(dá)到360mW，配合高階技術(shù)的封裝能力，獲得100lm/W的白光輸出并不困難，以今天的技術(shù)而言不是困難的課題，例如包括Cree、日亞等等的業(yè)者在2006年已開發(fā)出高亮度的藍(lán)光LED芯片。緊接著之后的如何降低外部量子效率的損耗便是考驗者封裝業(yè)者的能力。 　　但是在提高電流輸入的同時，所帶來的熱效應(yīng)，是一個非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膯栴}，因為必須設(shè)法減少熱阻抗、改善散熱等等問題。目前的做法包括了：降低芯片的熱阻抗、控制模塊和印刷電路板的熱阻抗、提高芯片的散熱性等等。