LED显示屏控制卡发光效率影响因素

       LED的发光强度及发光效率的提高主要取决于采用的半导体材料及其工艺技术的发展。早期的LED主要用GaAs、GaP(二元素半导体材料)和GaAsP(三元素半导体材料)，1994年左右采用AlInGaP(四元素半导体材料)后，其发光强度及发光效率有很大的提高。另外，在工艺技术上采用在GaAs衬底上用AlInGaP材料生产的红光、黄光LED及在SiC衬底上用InGaN材料生产的绿光、蓝光LED，在发光强度及发光效率上有较大的改进。 　　LED的发光强度与正向电流IF几乎成线性关系，即增加正向电流IF可增加发光强度。但LED有一个最大功耗PD值的限制，PD=VF×IF(VF为正向压降)，若过大地增加IF而使PD超过最大值时，LED会过热而损坏。为了要提高发光强度，开发出中功率LED(一般为几百mW)，其工作电流也提高到70mA。为进一步提高发光强度，业者开发出了大功率LED，其功率一般为1～10W(有一些还大于10W)，它的工作电流一般为350～700mA，有些可达1A以上。 　　市场希望只需一颗就可达到相当亮度的LED，在这一方面的技术落在如何让LED能够支援更大的电流。通常30u㎡的LED最大可以驱动30mA的电流，但是这样的结果远远无法满足市场的期望，所以目标是需要将10倍以上的电流，导通到LED元件中。因此当LED的面积尺寸可以扩充到1m㎡时，那么紧接下来的工作便是如何让电流值能够达到350~500mA，因为驱动电压是3V多，所以就可以有1W的电力能被流进1m㎡的晶片面积。 　　而在发光演色的方面，虽然有这么大的功率输入到GaN LED中，但是所投入电力的四分之三都无法转换成光而形成热量，因此LED就会出现过热的现象，这也会直接影响到LED的演色结果。因为LED元件的基本特性是，如果温度上升，发光效率就会下降以及造成演色性偏差，所以如何有效的释放大量产生热量的放热技术成为了关键，因此将LED装在热传导率大、热容量大的材料上就成了相当重要的问题，目前大多是使用有价金属或者陶瓷。 　　在现有的发光效率下，如果需要一定程度高辉度，期望因为增加电流量来产生较大亮度的话，这就必须考量如何增加LED的面积来满足所增加的电流，或者利用将数颗小型LED封装在同一个模组之中，来实现封装模组对电流量容许值的提高。在目前的发光效率下，热效应也会成比例的上升，另外，大面积LED比小面积LED的电阻来得要高，使得大面积LED本身的效应也比较大，如果单纯以现有LED为基础来提高辉度的话，将会陷入一个因LED本身价格，和散热材料的成本过高而产生的恶性循环之中，这和以低成本化为基础的市场特性是背道而驰的，而且热效应量的上升会引起封装材料的热劣化，对其使用寿命也有很大的影响。 　　由于上述理由，为了扩大未来的白光LED市场，业者就必须提高LED的外部量子效率，如果实现了LED高外部量子效率来提高发光效率的话，所出现的连锁反应就会下降，例如因为减少电流透过而使得热效应比率降低，实现成本的下降和长寿命化。关于这一方面，目前因为透过局部制程的改变、使用不同的化合物半导体材料、各种白色发光方法的开发，以及新一代荧光粉的开发，已经使得LED的发光效率可以达到100lm/W。但现在使用白光LED的发光效率，除了一部分的制品之外，产业化的大多都在30~50lm/W左右。如果要代替节能灯就需要将亮度提升到80~100lm/W，如果要代替使用在汽车头灯上的HID的话，就更需要提高到120lm/W以上的发光效率。就技术上，如果蓝光LED芯片的光输出效率如果达到360mW，配合高阶技术的封装能力，获得100lm/W的白光输出并不困难，包括Cree、日亚等的业者在2006年已开发出高亮度的蓝光LED芯片，紧接着之后的如何降低外部量子效率的损耗便是考验者封装业者的能力，如必须设法减少热阻抗、改善散热等等问题，目前的做法包括了：降低芯片的热阻抗、控制模块和印刷电路板的热阻抗、提高芯片的散热性等等。为了扩大LED特别是白光LED的用途，如何提高发光的效率、相应的辉度、延长使用寿命、降低热效应，以及降低每单位照明的成本等条件，这需要业界做出持续不断的努力。 　　在使用寿命的方面，目前已经都能够实现4万小时后才开始进入高峰衰退期的使用时间，但这却只能满足照明的最低要求，照明领域所需要的是更高的使用寿命，现在已经有客户要求LED业者提高寿命的要求，要求4万小时是达到高峰期的70%，也就是说高峰衰退期的使用时间是5.7万小时，而整体的使用寿命题将会提高到11.4万小时，比起目前的8万小时增加了近1/3。另一方面，LED的高峰衰退期是根据投入电量和点灯方法的不同有很大的变动，所以不可能明确定义，使得这一方面还是有一些问题存在。具体上白光LED的长寿命化，大多是透过封装材料的改变来达到，例如由目前的环氧树脂变为silicon来防止树脂黄变，在此同时还能够维持光通量，此外还有包括，采用D/B材料和反射结构的劣化防止技术，来达到改善热效应实现低温驱动。