液晶電視邁向降低耗電量時代

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)、強化導光效率、降低熱效應現(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用，例如是車載導航用面板、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，更能達到薄型化、高彈性的目標，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，除了要嚴謹?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。

　　　　圖說：要降低總耗電量并不是只有LED背光單一方面，包括改變驅(qū)動電路技術(shù)、強化導光效率、降低熱效應現(xiàn)象等等，也都是輔助降低總耗電量的技術(shù)。（www.elliotttech.com）

熱效應問題是老生常談卻不易解決

　藉由封裝提升光輸出功率

　　目前產(chǎn)生白光的LED方式，已經(jīng)從傳統(tǒng)的利用藍光LED加上黃色螢光粉，朝向多元方式發(fā)展。經(jīng)過這些年來的技術(shù)努力，白光LED的發(fā)光效率，和過去相比可以發(fā)現(xiàn)已經(jīng)大幅的提升，日本的LED照明推進協(xié)會預計，100 lm/W的白光LED將會達到每流明1日圓的實用化階段。達到LED的平均演色評價數(shù)提高，螢光粉的開發(fā)就扮演了相當重要關(guān)鍵，因為利用螢光粉搭配藍光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)，應該可以克服上述困擾。

　　就技術(shù)上，如果藍光LED芯片的光輸出效率如果達到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，就不得不嚴謹?shù)拿鎸α耍驗楸仨氃O(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。

　　　　圖說：有關(guān)發(fā)光特性均勻性，一般認為只需要改善白光LED的螢光粉材料濃度均勻性，與螢光粉的制作技術(shù)，應該可以克服。（www.tesladownunder.com）

新技術(shù)保持一定接點溫度

　　一般而言，能夠產(chǎn)生白光的LED，是封裝中利用藍光LED芯片，配合在LED周圍填入混合螢光粉而產(chǎn)生白光，對于從藍光LED芯片所發(fā)出的熱，則是被熱槽和簧片架等吸收，使封裝內(nèi)部不至于充滿熱效能，但是大多用來封裝的環(huán)氧樹脂因為抗熱性較差，所以往往在LED芯片本身的壽命耗盡之前，環(huán)氧樹脂就會出現(xiàn)變色的現(xiàn)象，使得LED模塊的壽命因此而減低。由于矽樹脂耐熱性高，即使在攝氏150度 180度的情況下也不會出現(xiàn)變色，所以已經(jīng)有許多業(yè)者逐漸采用矽樹脂，逐漸取代環(huán)氧樹脂來作為封裝材料。此外在白光LED的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計部分，為了達到改善的目標，有的業(yè)者采取增加金屬片厚度、不透過絕緣層而直接散熱等等的結(jié)構(gòu)，來提高散熱能力。目前已有將將LED芯片放置在，利用銅與陶瓷材料制成的散熱鰭片表面，再將熱能導入印刷電路板上的散熱結(jié)構(gòu)，這樣的做法可以降低9K/W的熱阻抗，在輸入2W的電能時，芯片中接合溫度最高不會超過攝氏800度。

量測標準現(xiàn)身縮短背光模塊開發(fā)時間

　　其實今天所有能夠考量到的技術(shù)問題，為了能使白光LED能夠更為廣泛的被應用，全球各大業(yè)者無不深入開發(fā)相關(guān)的技術(shù)，來降低成本以及提高效率值。但是，對于白光LED而言，包括背光等等因為有著太多的廣泛應用，市場也期待著能有標準的規(guī)范來定義出白光LED的效能。單純的說，如果能有白光LED的量測標準，對于背光業(yè)者而言無疑是一項大好的消息，因為在今天，液晶面板背光模塊業(yè)者在采用白光LED時最大的困擾在于白光LED的選用，一旦這樣的量測標準被定義且實施之后，液晶面板背光模塊業(yè)者，便能夠更簡單的選用LED，以及依照規(guī)范開發(fā)出合適的背光模塊，大幅度的縮減開發(fā)時間。

　　事實上這樣的期待，已指日可待。包括日本照明學會、日本照明委員會、日本照明器具工業(yè)會，以及日本電球工業(yè)會從2004年底開始，共同聯(lián)手制定白光LED的量測標準，來規(guī)范出白光LED的各項標準，這些單位的構(gòu)想是，不僅僅是白光LED芯片，甚至連白光照明都可以依照這樣的規(guī)范來進行。

　　這個規(guī)范不只定義了LED芯片與模塊的結(jié)構(gòu)，甚至在一定色溫下所能表現(xiàn)的可視光的范圍都有詳盡的定義，并且要求在發(fā)光光譜以及配光特性等等的方面，都必須滿足均一性，也就是說在正負5度的角度范圍之內(nèi)，光度變化不能超過正負5％，以及色座標的變化也必須正負0.003之內(nèi)，才能被稱為符合規(guī)范標準。

規(guī)范提供兩種電壓測量方式

　　由于這次的專題報導，是偏重于白光的LED驅(qū)動，所以下面就針對規(guī)范中所提及關(guān)于白光LED驅(qū)動的部分進行說明。在規(guī)范中，包括LED的壽命、輸入電流、輸入電壓、消耗電力等等，都做了相當清楚的定義。就基本的特性上，LED與一般的邏輯芯片并不相同，所以在電極面積上無法確保廣泛的程度，再加上串聯(lián)電阻值和電位不均勻分布等等，因此順向電壓就會隨著溫度高低而產(chǎn)生變化。所以在規(guī)范中定義了，在進行量測時，周圍溫度的變動幅度必須在攝氏2度之內(nèi)，并且不能有氣流效應，也就是風場的存在，來確保進行量測時，白光LED的色再現(xiàn)性與穩(wěn)定性。對于白光LED的驅(qū)動，規(guī)范中提供了大阻抗限制電流驅(qū)動，以及定電流源驅(qū)動兩種直流驅(qū)動量測的方式。針對白光LED因為先天的電位不均勻分布，以及溫度等等因素，造成順向電壓變化，可以利用大阻抗值與高電源電壓，來控制電流所帶來的發(fā)光變化，而定電流源驅(qū)動的部分，則是讓內(nèi)部阻抗變成無限大，避免順向電壓出現(xiàn)變動。但是，如果是較高功率的白光LED的話，就必須采用定電流源驅(qū)動，因為如果采用限制電流驅(qū)動的話，會造成供給電壓過高，以及大串聯(lián)電阻功率值的情況。

　　　　圖說：在進行量測時，周圍溫度的變動幅度必須在攝氏2度之內(nèi)，并且不能有氣流效應。（www.lck-led.com）

　　關(guān)于詳細的量測規(guī)范與說明，日本電球協(xié)會已經(jīng)發(fā)表了用白光LED測光方法通則，有興趣的讀者可以連上日本電球協(xié)會網(wǎng)站尋找，通則的售價約為700塊臺幣左右。