LED在大尺寸液晶顯示面板中的應(yīng)用

1、led在大尺寸液晶顯示面板中的應(yīng)用過(guò)去幾年，發(fā)光(, light emitting diode)的應(yīng)用領(lǐng)域舉行了巨幅的擴(kuò)展，其中成長(zhǎng)最快也最具潛力的市場(chǎng)是液晶顯示屏()的背光應(yīng)用，幾年間白色已經(jīng)隨著小型顯示屏的背光應(yīng)用逐漸普遍，目前幾乎全部移動(dòng)電話中的彩色液晶面板都由發(fā)光二極管提供背光，最近白色發(fā)光二極管更開(kāi)頭邁入需要更高性能和更長(zhǎng)工作時(shí)光的膝上型顯示屏背光應(yīng)用，然而發(fā)光二極管在進(jìn)入大尺寸顯示屏，如個(gè)人電腦顯示屏與電視應(yīng)用的路線上并未順當(dāng)，由于除了更佳性能和更長(zhǎng)工作時(shí)光外，大型液晶面板需要用法如紅、綠、藍(lán)(rgb)這類發(fā)光二極管來(lái)制造更豐盛的顏色范圍，才干提供比用法ccfl背光更好的選購(gòu)誘因。

2、采納rgb發(fā)光二極管背光的主要考慮包括需要舉行顏色混合、較差的效率以及發(fā)光二極管在組裝上的較高成本，雖然市場(chǎng)上已經(jīng)浮現(xiàn)許多面對(duì)這個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計(jì)的rgb發(fā)光二極管解決計(jì)劃，但卻沒(méi)有一個(gè)能夠真正滿足客戶的要求，因此，我們需要新的封裝方式來(lái)真正滿足發(fā)光二極管背光市場(chǎng)。分立式發(fā)光二極管的封裝因?yàn)轶w積較大，同時(shí)在顏色混合與溫度管理上的處理上也較復(fù)雜，因此無(wú)法取代ccfl解決計(jì)劃，為了加速rgb 發(fā)光二極管背光在大尺寸液晶顯示屏與電視上應(yīng)用，安華高科技( technologies)開(kāi)發(fā)了1中的芯片直焊基板(cob, chip-on-board)封裝rgb 發(fā)光二極管發(fā)光模塊。圖1 安華高科技公司的即插即用

3、cob發(fā)光二極管模塊產(chǎn)品cob芯片直焊基板封裝傳統(tǒng)的封裝方式是將發(fā)光二極管芯片安裝在基體上做為架構(gòu)分立式發(fā)光二極管器件的載體，然后再把發(fā)光二極管器件支配在印刷板上來(lái)完成rgb 發(fā)光二極管光源的組合，其中較低功率器件采納fr4材料的一般印刷電路板，在高功率應(yīng)用則采納金屬內(nèi)核印刷電路板(mc, metal core pcb)來(lái)加強(qiáng)散熱，傳統(tǒng)的作法在需要較高光度輸出密度時(shí)會(huì)瀕臨限制，緣由是分立式發(fā)光二極管基體與焊接點(diǎn)所需要的空間相當(dāng)大，同時(shí)發(fā)光二極管基體的設(shè)計(jì)方式通常也為在單一封裝中設(shè)計(jì)多重芯片電路帶來(lái)限制。新的作法是將發(fā)光二極管芯片挺直安裝在印刷電路板上，并在封裝上用法mcpcb來(lái)取得最低熱阻，m

4、cpcb的典型結(jié)構(gòu)是在鋁質(zhì)平板上方支配電路走線，并以一厚度相當(dāng)薄的隔離層分開(kāi)，這個(gè)隔離層必需能夠避開(kāi)短路，但卻犧牲了散熱效果。因?yàn)閭鲗?dǎo)路徑較短，因此工作中發(fā)光二極管芯片所產(chǎn)生的熱就可以高效率地通過(guò)mcpcb有效傳導(dǎo)到散熱片，請(qǐng)參考圖2。圖2 分力式器件與cob封裝方式的溫度傳導(dǎo)路徑比較信賴度的強(qiáng)化基于生產(chǎn)上的便利性，塑膠材料廣泛用法在目前的發(fā)光二極管封裝上，例如塑膠塑模反射罩就被用來(lái)將由發(fā)光二極管芯片所發(fā)出的側(cè)面光反射到目標(biāo)方向，而塑膠封裝則可以用來(lái)庇護(hù)芯片本身并形成光折射透鏡，但塑膠在長(zhǎng)久裸露于紫外光或高溫下會(huì)開(kāi)頭劣化，其中泛黃效應(yīng)更會(huì)造成反射器反射能力以及封裝材料穿透性的劣化，因此經(jīng)過(guò)一段

5、時(shí)光以后，光度輸出就會(huì)下降，這個(gè)劣化問(wèn)題也就成為發(fā)光二極管背光進(jìn)入大尺寸顯示應(yīng)用的挑戰(zhàn)。通常電視與顯示屏需要最少50000個(gè)小時(shí)的更長(zhǎng)工作時(shí)光，移動(dòng)電話只需1000小時(shí)，膝上型則要求15000個(gè)小時(shí)。cob封裝用法金屬反射器與硅樹脂封裝來(lái)解決劣化的問(wèn)題，3，實(shí)際的信賴度計(jì)量結(jié)果顯示，在高溫狀況下工作7000小時(shí)后并沒(méi)有劣化的征兆，圖4則是cob封裝在70高溫下工作的劣化傾向曲線圖。圖3 采納硅樹脂封裝與金屬反射器的cob封裝結(jié)構(gòu)圖4a 高溫工作狀況下的allngap發(fā)光二極管劣化速度圖4b 高溫工作狀況下的ingan發(fā)光二極管劣化速度緊湊尺寸與更好的混色效果目前液晶顯示技術(shù)正與crt、背投影和

6、等離子顯示屏競(jìng)逐較大尺寸市場(chǎng)，crt與背投影方式成本較低，但等離子與液晶顯示屏則在尺寸上較薄，為了能夠讓發(fā)光二極管進(jìn)入液晶顯示背光市場(chǎng)，尺寸就成為一個(gè)不行被忽視的重要條件，而如何在目前液晶顯示背光模塊所用法的空間內(nèi)更有效地將rgb光芒輸出加以混合就成為工程師瀕臨的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。cob封裝方式讓光源在與現(xiàn)有解決計(jì)劃比較時(shí)顯得相當(dāng)緊湊，請(qǐng)參考圖5，其中發(fā)光二極管芯片間的間距大幅被縮小，通常發(fā)光二極管器件間的最小間距為5mm，cob方式則能夠?qū)⑺档偷?mm，此外，因?yàn)椴辉傩枰w，因此光源的厚度也可降低，通過(guò)這樣的作法達(dá)到相當(dāng)薄的尺寸。圖5 分別式器件與cob解決計(jì)劃的尺寸比較當(dāng)發(fā)光二極管間距縮小

7、后，舉行混色所需的區(qū)域大小也同時(shí)得以縮減，請(qǐng)參考圖6。要達(dá)到由光源到導(dǎo)光板(lgp, light guide plate)的高光耦合效率，cob封裝中采納了反射器來(lái)產(chǎn)生所需的發(fā)光模式，透光孔是一個(gè)長(zhǎng)型的正方形條狀物體，安裝在導(dǎo)光板側(cè)面，由發(fā)光二極管芯片所發(fā)出的光可以在微小的損失下傳導(dǎo)到導(dǎo)光板，通過(guò)這樣的強(qiáng)化動(dòng)作可以將背光模塊中所需的顏色混合區(qū)縮到最小。圖6 cob作法可以縮小所需的混色區(qū)即插即用目前在大尺寸液晶顯示屏幕上業(yè)界通常還是用法ccfl，因此在安裝時(shí)不需回焊的程序，同時(shí)并面對(duì)不同尺寸的顯示屏提供各種不同長(zhǎng)度的ccfl燈管，ccfl的亮度可以通過(guò)在背光模塊中加入更多的燈管來(lái)提高，也就是說(shuō)

8、，囫圇安裝程序是便利的即插即用方式，因此我們必需要能夠?qū)⒈彻饽K創(chuàng)造商由ccfl轉(zhuǎn)換到發(fā)光二極管所增強(qiáng)的額外付出減到最低才干夠讓這項(xiàng)挑選變得更具吸引力。cob 發(fā)光二極管模塊在設(shè)計(jì)時(shí)采納長(zhǎng)條型，目的是能夠依面板尺寸和亮度要求采水平或垂直方式堆棧組合，每個(gè)cob模塊都具備用來(lái)舉行電氣銜接的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)每個(gè)顏色信道都可以分離定址，帶來(lái)高彈性的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，安裝則可以用法m3螺絲，因此，可以免除發(fā)光二極管組裝程序中復(fù)雜的回焊過(guò)程。結(jié)果我們?cè)?4英寸ccfl背光模塊中放入兩列的cob封裝來(lái)舉行性能討論，背光模塊包含一個(gè)導(dǎo)光板，并在導(dǎo)光板下方加入反射板，上方則加上蔓延膜與棱鏡片，并在棱鏡片上舉行計(jì)量。容易

9、的溫度管理cob封裝挺直焊接在背金屬板上，因此由發(fā)光二極管芯片所產(chǎn)生的熱可以有效地在大型金屬框上蔓延，達(dá)到散熱效果，在現(xiàn)有的金屬框架外，背光模塊不需加入其他散熱片，以這樣的配置而言，囫圇背光模塊能夠?qū)囟染S持在低于70，請(qǐng)參考圖7。圖7 cob封裝在背光模塊側(cè)光式應(yīng)用的溫度分析良好的混色能力由紅、綠、藍(lán)色發(fā)光二極管所發(fā)出的光會(huì)在反射罩內(nèi)舉行混合，而預(yù)先混合的白光則在剛進(jìn)入背光模塊后的區(qū)域立刻檢視，請(qǐng)參考圖8。圖8a 柃鏡片層所取得的影像圖8b 顏色亮度差(d u' v')我們舉行了點(diǎn)的計(jì)量來(lái)取得距離邊緣10cm處背光模塊的顏色勻稱度，請(qǐng)參考圖9a，臨近光源邊緣的區(qū)域通常會(huì)有顏色

10、勻稱度的問(wèn)題，緣由是光的混合需要適當(dāng)?shù)木嚯x，目前的解決方式是籠罩或躲藏這些混色區(qū)，籠罩或躲藏的區(qū)域越大，光的損失就越高。在這項(xiàng)評(píng)估中，顏色勻稱度在95%，請(qǐng)參考圖9b，亮度勻稱度則超過(guò)85%，請(qǐng)參考圖9c，這項(xiàng)勻稱度結(jié)果在有效區(qū)上應(yīng)當(dāng)可以接受。圖9a 背光單元上舉行勻稱度特性計(jì)量的位置圖9b 囫圇背光模塊的顏色勻稱度圖9c 囫圇背光模塊的亮度勻稱度以上的結(jié)果基本上能夠和ccfl的性能匹敵，同時(shí)封裝到背光模塊的組合也不需要任何特殊的設(shè)備，cob封裝可以用法螺絲安裝，而電氣銜接則通過(guò)一個(gè)即插即用銜接器達(dá)成，因此這個(gè)解決計(jì)劃的成本較低，能夠挺直支配在現(xiàn)有的ccfl背光模塊中，不需背光模塊產(chǎn)品設(shè)計(jì)上以及組裝流程的大幅修改。結(jié)語(yǔ)和傳統(tǒng)分立式發(fā)光二極管封裝比較，cob解決計(jì)劃是液晶顯示背光應(yīng)用一個(gè)較具