EN使能信号:整屏亮度控制信号,也用于显示屏消隐
ABCD行信号:只有在动态扫描显示时才存在,ABCD其实是二进制数,A是位,如果用二进制表示ABCD信号控制范围是16行(1111),1/4扫描中只要AB信号就可以了,因为AB信号的表示范围是4行(11)。当行控制信号出现异常时,将会出现显示错位、高亮或图像重叠等现象。
从传统FR4PCB到金属核心的MCPCB
将热导到更下层后,就过去而言是直接运用铜箔印刷电路板(Printed Circuit Board;PCB)来散热,也就是常见的FR4印刷电路基板,然而随著LED的发热愈来愈高,FR4印刷电路基板已逐渐难以消受,理由是其热传导率不够(仅0.36W/m.K)。
为了改善电路板层面的散热,因此提出了所谓的金属核心的印刷电路板(Metal Core PCB;MCPCB),即是将原有的印刷电路板附贴在另外一种热传导效果更好的金属上(如:铝、铜),以此来强化散热效果,而这片金属位在印刷电路板内,所以才称为「MetalCore」,MCPCB的热传导效率就高于传统FR4PCB,达1W/m.K2.2W/m.K。
不过,MCPCB也有些限制,在电路系统运作时不能超过140℃,这个主要是来自介电层(DielectricLayer,也称InsulatedLayer,绝缘层)的特性限制,此外在制造过程中也不得超过250℃300℃,这在过锡炉时前必须事先了解。
附注:虽然铝、铜都是合适的热导热金属,不过碍于成本多半是选择铝材质。
散热问题不解决有哪里些?
好!倘若不解决散热问题,而让LED的热无法排解,进而使LED的工作温度上升,如此会有什么影响吗?关于此主要的影响有二:(1)发光亮度减弱、(2)使用寿命衰减。
举例而言,当LED的p-n接面温度(Junction Temperature)为25℃(典型工作温度)时亮度为100,而温度升高至75℃时亮度就减至80,到125℃剩60,到175℃时只剩40。很明显的,接面温度与发光亮度是呈反比线性的关系,温度愈升高,LED亮度就愈转暗。
温度对亮度的影响是线性,但对寿命的影响就呈指数性,同样以接面温度为准,若一直保持在50℃以下使用则LED有近20,000小时的寿命,75℃则只剩10,000小时,100℃剩5,000小时,125℃剩2,000小时,150℃剩1,000小时。温度光从50℃变成2倍的100℃,使用寿命就从20,000小时缩成1/4倍的5,000小时,伤害极大。
裸晶层:光热一体两面的发散源头:p-n接面
关于LED的散热我们同样从核心处逐层向外讨论,一起头也是在p-n接面部分,解决方案一样是将电能尽可能转化成光能,而少转化成热能,也就是光能提升,热能就降低,以此来降低发热。
如果更进一步讨论,电光转换效率即是内部量子化效率(InternalQuantumEfficiency;IQE),今日一般而言都已有70%90%的水平,真正的症结在于外部量子化效率(ExternalQuantum Efficiency;EQE)的低落。
以Lumileds Lighting公司的Luxeon系列LED为例,Tj接面温度为25℃,顺向驱动电流为350mA,如此以InGaN而言,随著波长(光色)的不同,其效率约在5%27%之间,波长愈高效率愈低(草绿色仅5%,蓝色则可至27%),而AlInGaP方面也是随波长而有变化,但却是波长愈高效率愈高,效率大体从8%40%(淡为低,橘红)。
由于增加光取出率(Extraction Efficiency,也称:汲光效率、光取效率)也就等于减少热发散率,等于是一个课题的两面,而关于光取出率的提升请见另一篇专文:高亮度LED之「封装光通」原理技术探析。在此不再讨论。