白光LED驅動IC設計與技術發展
導讀：在追求廣色域的目標之下，全球液晶電視業者紛紛開始導入led的背光結構，當然這并不是一件簡單的事情，除了成本的考量之外，最重要的莫過于耗電的話題。
Sony在2004年所發表的40寸及46寸LCD用LED背光模塊Qualia 005，在采用450顆3原色LED之后，耗電量就高達450W以上，不過隨著技術的提升，Sony在2007年所銷售的70寸LED背光液晶電視的耗功率已經大幅下降到200W，所采用的3原色LED數量還是450顆，這樣的數字是相當驚人的，因為利用2年左右的時間，就可以將耗電量減少一半，并且可支持的面板尺寸也將近增大1倍。
圖說：背光模塊Qualia 005，在采用450顆3原色LED之后，耗電量就高達450W以上。
液晶電視邁向降低耗電量時代
姑且不管Sony是如何達到這樣的技術目標，事實上，降低電視背光耗功率的技術研發一直在全球業者之間不斷的進行著，而在2006年初，根據日本媒體的報導，當時32寸液晶電視總耗電量為180W左右，預計到2006年下半，當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。
但是如果轉換成目前主流的40寸液晶電視，詳細的作法觀念是，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，總耗電量就可以達到100W。當然，在這樣目標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背光模塊已經是被市場所期待的技術之一，也就是說，所面對的高耗電課題，已經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，另外還包括改變驅動電路技術、強化導光效率、降低熱效應現象等等，也都是輔助降低總耗電量的技術。
目前根據應用的不同，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，而包括監視器以及小尺寸應用的產品，都是以側光式為主，這是由于雙方對于輝度與演色性需求差異下的區隔。一般來說，監視器多是使用側光式的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的側光方式，不過側光白光LED的背光方式，已經逐漸朝向大尺寸化發展，目前包括有部分的筆記型計算機也開始采用側光白光LED的背光模塊，因此在外型的設計上，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畫面顯示，期望達到與液晶電視相通同質量的用戶畢竟不多，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者所克服。
圖說：目前根據應用的不同，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。（三星電子）
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，甚至于要耗費數年的時間。其實說穿了根本關鍵還是在成本，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，有可能會因為面板尺寸的增加而增加LED使用顆數，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的溫度，此外，使用數量龐大的LED，而為了使色調統一，除了要嚴謹的篩選發光波長相同的LED之外，還必須采用Color Sensor來調整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來達到面板尺寸增加，而不必使用太多的3原色LED數量。
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業者所需要努力的，其實對于LED芯片業者來說，也扮演著相當重要的角色，因為如果芯片業者的努力能夠強化LED發光效率的話，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，包括改變驅動電路技術、強化導光效率、降低熱效應現象等等，也都是輔助降低總耗電量的技術。
熱效應問題是老生常談卻不易解決
最近這幾年來，LED芯片業者相當積極的開發高亮度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產生更大的輝度，以目前的規格來說，一顆面積30um2 的LED所能承受的最大電流為30mA左右，這樣的結果還是無法符合在應用上「讓LED產生更大的輝度」的需求，因為市場所期望的是能夠在面積為1mm2 的LED芯片中導入350mA的電流，讓單芯片產生更高的內部量子效率，如果驅動電壓是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，因為根據經驗，所流入的電力有4分之3左右，都會產生熱效應，也就是說，只有4分之1(0.25W)會轉換成光，而0.75W左右的電力，都會便成熱效應。而熱效應所帶來的困擾，眾所周知，LED會因為溫度而改變光波長，并且降低發光效率，造成畫質的演色偏差。
對于LCD背光用的白光LED開發課題來說，不僅僅是提高LED的發光亮度，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，因此在完成高電流的LED芯片之后，如何封裝在熱傳導率大、熱容量大的材料上，就成了業者相當重要的課題。
藉由封裝提升光輸出功率
目前照明推進協會預計，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的平均演色評價數提高，螢光粉的開發就扮演了相當重要關鍵，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能力較為薄弱，所以也有業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。不過有關發光特性均勻性，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，應該可以克服上述困擾。
就技術上，如果藍光LED芯片的光輸出效率如果達到360mW，配合高階技術的封裝能力，獲得100lm/W的白光輸出并不困難，以今天的技術而言不是困難的課題，例如包括Cree、日亞等等的業者在2006年已開發出高亮度的藍光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，就不得不嚴謹的面對了，因為必須設法減少熱阻抗、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。
(本文轉自電子工程世界：http://www.eeworld.com.cn/LED/2011/0405/article_2459.html)
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