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LED显示屏的散热

    LED显示屏的散热

    LED显示屏仍然存在着发光平均性不佳、封锁材料的寿命不长等题目,无法施展白光LED显示屏被期待的应用长处。但就需求层面来看,不仅一般的照明用途,跟着手机、LCD TV、汽车、医疗等的广泛应用,使得最合适开发不乱白光LED显示屏的技术研究成果就广泛的被关注。改善白光LED显示屏的发光效率,目前有两大方向,一是进步LED显示屏芯片的面积,藉此增加发光量。二是把几个小型芯片一起封装在统一个模块下。

    固然,将LED显示屏芯片的面积予以大型化,藉此能够获得高得多的亮度,但因过大的面积,在应用过程和结果上也会泛起适得其反的现象。所以,针对这样的题目,部门LED显示屏业者就根据电极构造的改进和覆晶的构造,在芯片表面进行改良,来达到50lm/W的发光效率。例如在白光LED显示屏覆晶封装的部门,因为发光层很接近封装的四周,发光层的光向外部散出时,电极不会被遮蔽,但缺点就是所产生的热不轻易消散。

    并非进行芯片表面改善后,再加上增加芯片面积就绝对可以迅速晋升亮度,由于当光从芯片内部向外扩散射时,芯片中这些改善的部门无法进行反射,所以在取光上会受到一点限制,根据计算,最佳施展光效率的LED显示屏芯片尺寸是在7mm2左右。利用封装数个小面积LED显示屏芯片快速进步发光效率和大面积LED显示屏芯片比拟,利用小功率LED显示屏芯片封装成统一个模块,这样是能够较快达到高亮度的要求,例如,某品牌就将8个小型LED显示屏封装在一起,让模块的发光效率达到了60lm/W,堪称是业界的首例。但这样的做法也引发的一些疑虑,由于是将多颗LED显示屏封装在统一个模块上,必需置入一些绝缘材料,以免造成LED显示屏芯片间的短路情况发生,如此一来就会增加了不少的本钱。

    对于本钱的影响幅度是相称小的,由于相较于整体的本钱比例,这些绝缘材料仅不到百分之一,并可以利用现有的材料来做绝缘应用,这些绝缘材料不需要重新开发,也不需要增加新的设备来因应。但是,对于无经验的业者来说,这就是一项挑战,由于不管在良率、研发、出产工程上都是需要予以克服的。还有其它方式可达到进步发光效率的目标,很多业者发现,在LED显示屏蓝宝石基板上制作出凹凸不平坦的结构,这样或许可以进步光输出量,所以,有逐渐朝向在芯片表面建立Texture或Photonics结晶的架构。例如德国的某品牌就是以这样的架构开发出“Thin GaN”高亮度LED显示屏。原理是在InGaN层上形成金属膜,之后再剥离蓝宝石,这样,金属膜就会产生映像的效果而获得更多的光线掏出,根据其资料显示,这样的结构可以获得75%的光掏出效率。除了芯片的光掏出方面需要做努力外,由于期望能够获得更高的光效率,在封装的部门也是必需做一些改善。事实上,每多增加一道的工程都会对光掏出效率带来一些影响,不外,这并不代表着,由于封装的制程就一定会增加更高的光损失,就像日本某公司所开发的平面光源技术,就能够大幅度的晋升光掏出效率,这样的结构是将LED显示屏所射出的光线,利用LENS光学系统以及反射光学系统来做控制的,所以称之为 “Double reflection ”。利用这样的结构,可将传统炮弹型封装等的LED显示屏所造成的光损失,针对封装的广角度反射来获得更高的光效率,更进一步的是,在表面所形成的Mesh长进行加工,而形成双层的反射效果,这样的方式可以得到不错的光掏出效率控制的。由于这样特殊的设计,利用反射效果达到高光掏出效率的LED显示屏,主要的用途是针对LCD TV背光所应用的。

    封装材料和荧光材料的重要性增加

    假如期望用来作为LCD TV背光应用的话,那幺需要克服的题目就会更多了。由于LCD TV的连续使用时间都是长达数个小时,甚至10几个小时,所以,因为这样长时间的使用情况下,拿来作为背光的白光LED显示屏就必需拥有不会由于连续使用而产生亮度衰减的情况。

    目前已发表的高功率的白光LED显示屏,它的发光功率是一个低功率白光LED显示屏亮度的数十倍,所以期望利用高功率白光LED显示屏来代替荧光灯作为照明设备的话,有一个必需克服的难题就是亮度递减的情况。例如,白光LED显示屏长时间连续使用1W的情况下,会造成连续使用后半段时间的亮度逐渐降低的现象,不是只有高功率白光 LED显示屏才会泛起这样的情况,低功率白光LED显示屏也会存在这样的题目,只不外是由于低功率白光应用的产品不同,所以,并不会因此特别突显出这样的困扰。使用的电流愈大,所获得的亮度就愈高,这是一般对于LED显示屏能够达到高亮度的观念,不外,由于所使用的电流增加,因此封装材料是否能够承受这样长时间的由于电流所产生的热,也由于这样的连续使用,往往封装材料的热抵挡会降到10k/w以下。

    高功率LED显示屏的发烧量是低功率LED显示屏的数十倍,因此,会泛起跟着温度上升,而泛起发光功率降低的题目,所以在能够抗热性高封装材料的开发上,相对显的非常重要。

    或许在20~30lm/W以下的LED显示屏,这些题目都不显著,但是,一旦面对60lm/w以上的高发光功率LED显示屏的时候,就需要想办法解决的。热效应所带来的影响,绝对不会仅仅只有LED显示屏本身,而是会对整个应用产品带来困扰,所以,LED显示屏假如能够在这一方面获得解决的话,那幺,也可以减轻应用产品本身的散热负担。因此,在面临不断进步电流情况的同时,如何增加抗热能力,也是现阶段的急待被克服的题目。从各方面来看,除了材料本身的题目外,还包括从芯片到封装材料间的抗热性、导热结构及封装材料到PCB板间的抗热性、导热结构和PCB板的散热结构等,这些都需要作整体性的考量。例如,即使能够解决从芯片到封装材料间的抗热性,但因从封装到PCB板的散热效果不好的话,同样也是造成LED显示屏芯片温度的上升,泛起发光效率下降的现象。所以,就像是日本某品牌就为了解决这样的题目,从2005年开始,便把包括圆形、线形、面型的白光LED显示屏,与PCB基板设计成一体,来克服可能由于泛起在从封装到PCB板间散热间断的题目。但并非所有的业者都像松下一样,由于各业者的策略关系,有的业者以基板设计的简便为目标,只针对PCB板的散热结构进行改良。还有相称多的业者,由于本身不出产LED显示屏,所以只能在PCB板做一些研发,但仅此仍是不够的,所以需要选择散热性良好的白光LED显示屏。能让PCB板上用的金属材料,能与白光LED显示屏封装中的散热槽紧密连接,达到散热的能力。这样看起来好象只是由于期望达到散热,而把简朴的一件事情予以复杂化,到底这样是不是符合本钱和提高的概念?以今天的应用层面来说,很难做一个判定,不外,是有一些业者正朝向这方面作考量,例如某品牌在2004年所发表的产品,就是能够从封装上厚度为2~3mm的散热槽向外散热,提供给用业者能够由于使用了具有散热槽的高功率白光LED显示屏,能让PCB板的散热设计得以施展。

    封装材料的改变使白光LED显示屏寿命达原先的4倍。发烧的题目不是只会对亮度表现带来影响,同时也会对LED显示屏本身的寿命泛起挑战,所以在这一部份,LED显示屏不断的开发出封装材料来因应持续进步中的LED显示屏亮度所产生的影响。

    过去用来作为封装材料的环氧树脂,耐热性比较差,可能会泛起在LED显示屏芯片本身的寿命到达前,环氧树脂就已经泛起变色的情况,因此,为了进步散热性,必需让更多的电流获得开释。除此之外,不仅由于热现象会对环氧树脂产生影响,甚至短波长也会对环氧树脂造成一些题目,这是由于环氧树脂相称轻易被白光LED显示屏中的短波长光线破坏,即使低功率的白光LED显示屏就已经会造成环氧树脂的破坏,更何况高功率的白光LED显示屏所含的短波长的光线更多,恶化天然也加速,甚至有些产品在连续点亮后的使用寿命不到5,000小时。所以,与其不断的克服由于旧有封装材料-环氧树脂所带来的变色困扰,不如朝向开发新一代的封装材料的选择。目前在解决寿命这一方面的题目,很多LED显示屏封装业者都朝向抛却环氧树脂,而改用了硅树脂和陶瓷等作为封装的材料。根据统计,由于改变了封装材料,事实上可以进步LED显示屏的寿命。就资料上来看,代替环氧树脂的封装材料-硅树脂,就具有较高的耐热性,根据试验,即使是在摄氏150~180度的高温,也不会变色的现象,看起来好像是一个不错的封装材料。硅树脂能够分散蓝色和近紫外光,与环氧树脂比拟,硅树脂可以按捺材料由于电流和短波长光线所带来的劣化现象,缓和光穿透率下降的速度。以目前的应用来看,几乎所有的高功率白光LED显示屏产品都已经改用硅树脂作为封装的材料,例如,相对于波长 400~450nm的光,环氧树脂约在个位的数百分比左右,但硅树脂对400~450nm的光线吸收却不到百分之一,这样的落差,使得在抗短波长方面,硅树脂有着较精彩的表现。

    就寿命表现度而言,硅树脂可以达到延长白光LED显示屏使用寿命的目标,甚至可以达到4万小时以上的使用寿命。但是不是真的适适用来做照明的应用还有待研究,由于硅树脂是具有弹性的柔软材料,所以在封装的过程中,需要特别留意应用的方式,从而设计出最适当的应用技术。

    对于未来应用方面,进步白光LED显示屏的光输出效率将会是决胜的枢纽点。白光LED显示屏的出产技术,从过去的蓝色LED显示屏和黄色YAG荧光体的组合,开发出仿真白光,到利用三色混合或者使用GaN材料,开发出白光LED显示屏,对于应用来说,已经可以看的出将会朝向更广泛的方向扩展。另外,白光LED显示屏的发光效率,已经有了不错的发展,日本LED显示屏照明推进协会的目标是,期望能够在2009年达到100lm/w的发光效率,所以预计在数年内,100lm/w发光效率就能够实际上贸易化应用。

    日本某公司积极开发白光半导体雷射,在期望LED显示屏达到色纯度较高的白光及高亮度的要求下,各业者不断的从每一领域加以改善,而达到这一目标,但在进展速度上,看起来仍然相称的缓慢。因此部门业者开始考虑采用其它的技术,来实现目前业界对于类似白光LED显示屏的光亮度要求。在高亮度蓝、白光LED显示屏领域的该公司,便将一部份的研发方向,朝向开发白光雷射做努力。

    其利用与白光LED显示屏相同的GaN系材料制作半导体雷射,开发出了白光光源,以目前的表现来说,辉度已经能够达到10cd/mm左右,现有的白光LED显示屏假如期望达到这个辉度值是相称难题的,即使增加电流期望亮度增加,但这样将会使得接合点的温度上升,所带来的结果不仅会使整个发光效率降低外,还会铺张相称多的电量。

    其所开发的白光半导体雷射,在芯片端不再使用荧光材料,而是将发光部门和白光产生的部门分开处理,利用200mw的蓝紫色半导体雷射,发出405nm的波长光线,把蓝色或蓝紫色半导体雷射与光纤的面进行连接,让白光从涂了荧光材料光纤的另一面发射出来,而所产生出来的白光直径仅有1.25mm,这个面积只有相同光量白光LED显示屏的1/20,所需的功耗不到0.1W,所以,在散热部门也不需要太多考虑。

    固然看起来在特性的方面是相称的不错,不外仍是有一些缺点的,在使用寿命上,只有3,000小时左右,价格太贵。固然价格的题目花一点时间就可以下降一些,但是以现在30万日元的水准来看的,要降到3,000甚至300日元,可能需要10年以上的时间。

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