LED路灯技术与高压钠灯的分析比较

最近听到不少专家学者的意见，认为LED作为路灯来取代高压钠灯在技术上还不成熟。主要的理由有以下几点：

1．LED的发光效率无法和高压钠灯相比 2．LED的照射过于集中，其照射的均匀度差 3．LED路灯的长期光衰严重，寿命不长

4．LED发光量不稳定（短期光衰），会随时间、季节变化 5．LED路灯本身自重过重，不利于安装，防风。 6．LED路灯造价过高，无法普及。

当然，所有这些都是根据国内很多试验线路的使用经验得出的。是有一定依据的。但是国内的试验线路的性能，能不能代表LED目前的状况是值得探讨的。 1.发光效率问题

目前来说，LED的发光效率从数字上来看的确不如高压钠灯。目前LED在65－75流明/瓦，而高压钠灯可以达到125流明/瓦。但是，高压钠灯的光谱比较集中于黄色，它的色温比较低只有2000－2500oK，而LED的色温较高，可以达到3500－4500以上。另外高压钠灯的光线是向四处发射的，有很大一部分光无法到达路面。还有，高压钠灯的显色指数差，只有20到40，感觉昏暗；而LED的显色指数高，可以达到75－80。

所以路面明亮，感觉舒适。所以从实际的发光效果来看，LED反而可以比高压钠灯高出很多。100W的LED可以取代250W的高压钠灯，或300W的水银灯。100W的LED，其输出光通量大约只有6250流明（经过二次光学设计，会有所损失），到达路面时的流明数仍为6000流明，而路面的平均照度可以达到16Lux（12m高杆）。250W高压钠灯的输出光通量为20,000流明。但到达路面的流明数就只有7000流明。路面的照度大约为30－40Lux，由于显色系数的差别，LED的照度修正系数为2.35倍，高压钠灯的修正系数为0.94倍。所以100W的LED经过修正以后地面的照度为37.6Lux，而高压钠灯的修正后的照度为28.2-37.6。二者相当。所以，100W的LED可以取代250W的高压钠灯，LED可以节能2.5倍。

2．照射均匀度问题

的确，如果不进行二次光学设计，LED的照射是比较集中，所以一定要进行二次光路设计，使其光强呈蝙蝠形。所以这个问题是很容易解决的。

3．LED的光衰问题

现在有的商家，为了降低成本，就采用几百只φ5的小功率LED。然而这种小功率的LED的光衰是非常严重的，按照其光衰至80％的寿命只有1000小时。所以，作为需要长期使用的路灯是绝对不能允许采用这种小功率LED的。作为大功率LED，其光衰就要好很多。然而国内不少厂家也还是只能做到10000小时下降10％。

远远不能满足使用要求。

实际上，LED寿命问题主要是由于长期在高温下工作而形成的问题。在不同结温时的寿命如下图所示：

当结温从115℃提高到135℃，就会使寿命从50,000小时降低到20,000小时。

目前来说，在LED的发光效率还没有提高到极高的程度，还只能尽量改善其散热来延长LED的寿命。 台湾的一家光炬科技有限公司（Light Torch Technology）已经很好地解决了这个问题。他们采用了回路热管（LHP）冷却技术来散热。

采用了回路热管散热技术可以把LED的结温降低到65℃，这就大大地提高了LED灯具的使用寿命。他们经过了3年实际测试表明，在每天工作12小时，其光衰小于3％。预计在工作十年以后，其光衰只有20％。这就基本上解决了寿命的问题。 4．LED发光量的稳定问题

这个问题实际上是由电池放电的降压和LED的温度特性造成。

通常蓄电池的放电过程大约有10％以上的压降。对于一个1W的LED，假如正向电压从3.4变到3.1V，其正向电流将会从350mA降低至100mA。即改变250mA。其输出光通量将会降低60％左右。

此外，通常LED的伏安特性具有负温度系数，大约为－2mV/℃。

如果环境温度变化50℃，那么正向电压就有可能变化0.1V。

对于一个1W的LED，其正向电流就有可能变化100mA,即从350mA降低至250mA。而其发光量也会降低20％。相当于随温度变化的光衰。

为了彻底解决这个问题，就必须要采用恒流芯片来保持LED的正向电流不变。PAM2842是一种可以供给30个1瓦LED的恒流控制芯片，它可以在不论是由温度变化还是由电池放电所引起的电压变化情况下，保持LED的正向电流在3％以内。也就是可以保持其短期光衰在3％以内。 5．LED灯具的自重问题

的确，目前，大部分厂商所生产的LED灯具，其自重极重，通常都超过10公斤。这样大的自重往往会使灯杆不胜负荷，降低了其抗风能力。这主要是由于采用了巨大的散热器而造成的。同样假如采用热管作为散热器，就可以大大减轻其重量。

光炬科技公司所生产的100W的LED灯具（LT－100－W2），其自重只有5.5公斤.而能够完全取代250瓦的高压钠灯。因为其自重很轻，所以可以采用12m高杆，因为采用蝙蝠形的二次光路，其照射范围可以达到66m。

6．LED灯具的造价问题

目前由于LED本身的单价比较高，所以整个LED的成本比较贵。但是，由于LED在技术上的进步很快。其成本降低也很快。现在1W的LED单价大约在8元人民币左右，100个也只不过800元。整个灯具的单价会在2000元左右。而太阳能灯具的单价也可以控制在4500元左右。

其实对于LED灯具，不应该只考虑其单个灯具的单价，而应该考虑其整条线路的工程投资，不应该只考虑其初始投资，而应该考虑其营运投资。假如采用太阳能路灯，那么其每年的节省远远超过其初始投资。下面举一个例子来说明：假定普通高压钠灯每个单价为1500元，而太阳能100瓦LED灯具每个单价13,500元。假定其照射范围可以达到66米。那么对于3公里、5公里和10公里这三种不同的距离，我们来比较一下它们的初始投资（灯具），架设成本（只考虑电缆，还没有考虑变压器）和营运成本（电费）。其结果如下表所示：

所以，五年下来，采用太阳能LED路灯，可以节省总开支分别为1.78万、33.4万、和246万元。其节省是十分可观的。

所以，综上所说，LED路灯在技术上的关键问题就是要采用回路热管散热和采用恒流芯片稳流。希望国家应当把它制定为标准。这样LED路灯就可以大面积推广了。

道路照明用高效LED的可靠性研究

1. 引言

近年来，在户外照明领域，新型LED路灯正引起众多产业界和投资者的关注，全国有数百家企业推出了各自的LED路灯产品，几乎各个城市都有或多或少的LED路灯已经安装到城市的干道上。然而在众多的产品序列中，良莠不齐，一些产品仍欠完善，其中问题最大的是LED路灯的整体可靠性。LED道路照明系统不同于传统照明灯具，相对要复杂得多，影响整体可靠性的因素也多。参见图（1）。

在研究其系统可靠性时必须考虑其固有的特点。 1）光源模块本身的技术指标受多种因素的制约 2）光源模块的参数离散性很大 3）器件可靠性对散热的依赖性极大

4）LED的驱动电源设计寿命远落后于LED光源

在众多因素中，LED发光器件本身的性能指标无疑是决定灯具光效、寿命等性能的最主要部件，也是目前最受人关注的研究方面。

为了改进性能和提高可靠性，我们对影响LED发光器件可靠性的主要因素进行分析研究，初步探讨了LED光源的失效机理。

2. LED芯片的固晶热阻分析

固晶热阻是芯片与基座间的固晶层引入的热阻，对芯片的散热效果有很大影响，是总的封装热阻的主要组成部分，目前对不同材料的固晶热阻的分析一直停留在数值仿真阶段。现有的热阻测试设备并无法区分各部分引入的热阻，而实际工艺中往往需要对固晶热阻进行评价，为此，我们从前向电压法出发研制的动态结温测试方法，能有效地分析固晶层热阻的新方法。

目前遇到的很多类固晶材料，这些材料的热导率从0.2~60 W/K·m不等，使用不同材料封装时引入的固晶热阻不同，为了研究固晶热阻随热导率的变化关系，我们对一个简单模型内的固晶热阻做了数值仿真分析，忽略芯片自身的温度梯度，结构为1x1x0.1mm的1W LED芯片固晶于30x30x5mm的铝基板上，环境温度为20℃，固晶层厚25μm。固晶材料热导率为18W/K.m时，通过专业热仿真软件仿真得到芯片及基板局部温度分布如图2所示，芯片温度为54.06℃，基板温度为52.77℃，此时固晶热阻为1.29 K/W。设置固晶层材料热导率从2~60 W/K.m 变化，仿真得到固晶热阻如图3中曲线变化。

图 2 热仿真温度分布图

图（3） 固晶热阻随固晶材料热导率的变化（固晶层厚25微米）

可以看到固晶热阻与固晶材料的导热率有关，固晶层厚度为25微米时，固晶材料的热导率增大时固晶热阻不断减小，在材料热导率达到22 以上时，热阻小于1 ，之后热阻随材料热导率的增加变化不如前期明显。

然而在实际的封装参数测试中，会发现期间的封装热阻比理论计算值要大许多，这其中的原因一是固晶材料的导热率实际值与厂家给出的额定值有偏差，例如用银胶固晶，此偏差与银胶材料的保存、涂覆、固化工艺有关。另一原因是固晶厚度的控制远非理想情况。一般来讲，固晶热阻与固晶层厚度成正比关系，因此基座材料的表面平整度，胶体固化后内部的微气泡、杂质，厚度的偏离多会造成固晶热阻的上升。 为考察实际固晶层的质量，对一批相同工艺、相同材料封装、不同热阻参数的LED器件解剖分析。图5和图6是其剖面图，银胶的导热率约为12 。由图可见固晶层的实际厚度在同一批次的产品中都会有不同的数值，且差距不小。

图（4） 固晶层剖面图（固晶层厚15微米

图（5） 固晶层剖面图（固晶层厚60微米）

图（4）所示的固晶层热阻小于1.25K/W，而图（5）所示的固晶层热阻达到5K/W以上，这还只是理论的计算，实测其热阻值会更大。这类LED器件在路灯中使用无疑将对整灯系统的寿命产生不利影响。 由此可见，在选择固晶材料时需要综合考虑热导率及固晶层可以达到的最小厚度，而封装工艺则需考虑如何保证固晶层尽可能地薄，并且能保持一致。

因此目前一些固晶材料（如Sn80Au20）不仅热导率很高，由于使用共晶焊工艺，固晶层厚度也比传统的银胶薄，散热效果要好于传统银胶固晶。 3. LED的可靠性分析

发光二极管的失效表现为突变失效和缓变失效，突变失效主要由静电击穿、金线断裂、固晶材料老化等引起，缓变失效的原因比较复杂，包括荧光粉及芯片的物理失效。

在功率型发光二极管应用中，影响寿命的两个主要应力是温度和电流，因此本试验中利用温度和电流两个应力分别对器件进行加速老化，分析寿命分别和温度、电流的关系。 只考虑温度时可以使用Arrhenius模型 。

，其他电流下的寿命也可由表达式推出。加速老化试验可以选择温度或电流加速老化，温度加速老化时，选择两个以上不同温度T1，T2进行老化试验，得到两个不同温度下的寿命，根据Arrhenius模型中寿命与温度的关系可以拟合得到反应的激活能Ea及系数A，由此可以推断出其他温度下的寿命；电流加速老化时同样在相同温度下选择两个以上不同的电流I1，I2进行试验，拟合得到系数B及指数

我们对2批不同的大功率LED进行了加速老化测试，在不同应力条件下，光通量的衰减速率不同的，根据反应速度论模型的分析，光通量将以指数形式衰减，衰减速率为反应速率为R（T，S1，S2，…），以σ

定义的寿命 ，定义光通量衰减至70%的时间为发光二极管的寿命，根据拟合的衰减曲线可

。

以推断出不同温度下发光二极管的寿命

表格 1 不同应力条件下LED的寿命

对不同结温下的寿命数据进行指数拟合，可以得到寿命随温度的变化曲线： ，可

以得出这类发光二极管的性能退化的激活能Ea为1239K，并且可以预测其他温度下发光二极管的寿命，如T=30℃时4. 结论

芯片的固晶技术是LED封装的一个重要方面，固晶质量对散热性能有很大的影响，不同的固晶材料由于热导率不同，而采用合适的工艺，保证固晶层的厚度也显得尤为重要，同时正确地对封装热阻的测试技术也是提高大功率LED封装质量不可或缺的手段。

对通过一定外加应力情况下老化，得到了不同应力下功率型发光二极管的寿命，应用反应速率模型推断出发光二极管的寿命随温度或电流的变化，对于预测不同种类和质量的LED的寿命是一个较为可靠的参考。

寿命小时。

实用电源设计Q & A系列之四——面向固态照明应用的高功率LED

Q1：功率LED和现在我们使用的传统光源相比效率如何？

A1：自从上个世纪60年代LED问世以来，LED的发光效率不断提高，功率LED发光效率已经达到了50-70流明/瓦，现在普遍采用的传统光源，例如荧光灯，发光效率为50-70流明/瓦，白炽灯为15-20流明/瓦，露宿灯为25-30流明/瓦，从以上参数看，功率LED发光效率比传统光源更具优势和发展潜力。 Q2：路灯应用方面应该选择怎样的方案：请从价格、可靠性、光效等方面予以解释。

A2：LED应用于路灯是一个崭新的应用，路灯通常有10几米高，亮度要达到几千流明，也就是说在一定的高度和区域，其照度和亮度要达到一定的要求，所以选择高亮度和高发光效率的LED是必须的，因此会间接的节约LED的成本。举例来讲，使用高亮度和高发光效率的LED和使用低亮度低效率的LED相比，在生产成本和产品成本方面有很大的区别；第二，LED具有高效、节能、安全、可靠的特点，因为路灯的使用寿命要求很长，要达到这一要求，高可靠性、良好的光衰减特性是确保路灯的长寿命、降低生产成本和维护成本的关键条件，因此LED应用于路灯必须具备高光通亮、高可靠性和良好的光衰减特性。至于价格方面，LED应用于路灯以太阳能居多，LED的成本与路灯的成本相比并不是影响总成本的组成部分，所以目前LED的价格与路灯的成本之间并不存在什么障碍。 Q3：什么是功率LED？

A3：功率LED是指电流比较大的LED，通常把输出功率大于0.5W的LED叫高功率LED，从工作电流衡量，我们把大于550毫安的LED称之为功率LED。

Q4：能列举一些功率LED作为主要光源被应用于照明领域的例子吗？

A4：目前高功率LED在市场上应用越来越广泛，LED应用于照明方面实例非常多，比如便携式产品中的路灯和手电筒，路灯每年的销售量和产量达到700万，大多数的矿灯已经完全采用LED光源，在手电筒的应用中，部分采用了大功率的LED。除了便携式产品之外，在景观照明、户外照明和特殊照明方面也采用了高功率的LED作为照明光源，例如洗墙灯、草坪灯、市内气氛照明、市外环境照明、建筑物照明等等，可以看出功率LED在不同领域已经有不同的应用。总体来说，在便携式的产品里应用已经很普遍，在景观照明和户外照明方面开始有大的发展，预计不久的将来，LED也会逐渐走进通用照明，比如市内照明而代替目前的白炽灯或日光灯管。

Q5：什么时候我们有望看到功率LED被广泛应用于照明领域？

A5：根据赫兹定律，LED发光效率每10年会增长20倍，成本将降低到原来的1/10，所以预计在2010年LED将完全取代传统光源，广泛应用于通用照明市场。 Q6：LED与传统光源在那些方面相对应更具环保性？

A6：电能的产生通常是通过燃烧煤或燃油等燃料转化来的，燃料在燃烧过程中产生二氧化碳有害气体而导致温室效应，作为LED尤其是高功率LED，因其高效节能的特点被应用于照明系统将会有效的减少能量消耗，减少有害气体的排放，从而减少温室效应，另外和日光灯管相比，LED内不包含汞等有害金属元素。 Q7：MCU在固态照明应用上会扮演何种角色，相关应用的市场需求如何，哪些是必备的功能？ A7：MCU在LED应用方面是需要的但不是必须的，不管是小功率LED还是大功率LED，都需要LED驱动器，也就是LED Driver,在许多应用中，比如便携式产品应用，往往需要LED驱动器而不采用MCU，之所以这样做是因为便携式产品结构简单，而MCU只是信号处理和数据存储，LED则需要大电流驱动，

MCU不能直接驱动LED，如果采用MCU就必须采用LED驱动器，所以在便携式产品和简单的LED应用中不会采用MCU，但并不是说MCU在照明领域没有用武之地，在系统照明设立，比如有灯光亮度调节和颜色调节的产品里MCU是不可少的，随着LED技术的不断成熟，LED将越来越多的被更多领域接受和采用，MCU也会被很多照明领域采用。

Q8：高功率的应用前景的确广泛，合理的销售价格才是大规模应用的基础条件。因此想了解目前高功率每瓦的流明数极其相应的价格，以及3年内的性价比走向。

A8：价格和性能是大规模应用的基础条件，预计在2007年LED的发光效率会在50-70流明/瓦，价格约为3美分/流明，在2008年，发光效率会达到70-80流明/瓦，价格约为2-2.5美分/流明，到2009年会达到80-100流明/瓦，价格会降到2美分/流明。 Q9：目前普通照明主要的技术难题是什么？

A9：目前LED应用于普通照明的技术难题有以下几个方面：1.发光效率；2.散热；3.光特性；4.LED驱动器。LED的发光效率一般是50-70流明/瓦，这个发光效率并不是很高，和传统光源相比没有很大的优势，只能说有发展潜力，预计在将来LED的发光效率达到120流明/瓦的时候，将完全取代传统光源，因此发光效率是困扰LED普遍应用的关键因素，由于发光效率比较低，LED的使用范围就较小，所以生产量和销售量受到很大程度的影响，在生产成本上有所加大，导致LED的售价较高，不能被广泛接受；二是散热，散热是困扰设计工程师的关键性问题，一个产品如果散热没有处理好，性能和寿命会受到严重的影响；三是光特性，传统的日光灯和白炽灯是面光源，它的发光强度很高但是发光效率很低，这种光特性完全适合眼睛承受的条件，LED由于发光体积小，所台我们认为它是点光源，虽然它的光通亮比较小但发光强度很高，所以在LED用于传统照明的时候要对光特性做处理，这也是目前存在的问题；四是LED驱动器，目前市场上的LED驱动器是DC-DC的LED驱动器，怎样把AC转化成LED使用的衡流源是摆在设计师面前的问题，以上就是目前LED应用于普通照明的几大技术难题。 Q10：如何解决发热问题？

A10：刚才讲到发热问题是目前技术工程师面临的问题之一，如何解决发热问题，可以从以下几个方面着手：一，选择合适或竞争优越的LED，不同公司生产的LED性能是不相同的，目前LED的发光效率不算很高，很多电能都转化为热能，而白炽灯或日光灯管的热能是散到环境中，LED由于本身的特性，热能很难释放到外界环境中，因此选择合适的或性能优越的LED是最关键的，那什么样的LED才是合适的呢：一是看内部热度的大小，内部热度小散热效果越好，我们公司的大功率LED热度大概是8°C/瓦或更低；二是看它的封装形式，由于LED的散热体积小，要解决散热问题就要考虑散热途径，我们公司的LED是工艺型封装形式，它本身自带一块大的散热片，散热途径和散热面积相对较大，这样的LED是解决散热问题的最好选择；第三是外加散热片，怎样加散热片和加多少，可以根据LED的特性进行设计，如果采用我们公司的散热片，我们会为您设计专门的散热方案，外加散热片和LED之间我们考虑要将他们紧密接触，在应用过程中要确保LED的散热片和外加散热片的接触面积足够大，才能使热顺畅的释放到外部环境中去。以上就是解决散热问题的几个方面。

Q11：目前客户对不带PCB板的功率LED产品需求情况怎样?即插即用型LED照明方案目前还面临哪些技术挑战或商业挑战?应该怎样去解决？

A11：通常高功率LED带有的PCB往往是累积板，它的主要作用是散热， 在大多数应用中客户更倾向于使用带PCB的LED，当然在有些应用中，客户的产品本身也考虑散热问题，采用更高规格的LED，因

此带不带散热片取决于客户的目标应用。作为即插即用型LED照明方案虽然具有良好的散热、安装方便等优点，但单一的结构和封装不能满足灵活多样的产品需求，另外成本压力也是目前面临的一个挑战，摆在我们面前的课题是提供更多封装形式和外观结构的LED模块。

Q12：当今的LED照明应用对LED驱动IC提出了哪些新的要求？如何评价市场上的LED驱动IC？LED驱动IC的未来发展趋势是怎样的？

A12：随着高功率LED的广泛应用，与之对应的LED驱动器的需求量也随之越来越大，目前市场上的LED驱动主要是针对小功率的LED恒流源或恒压源，所以尽快推出驱动IC已经成为市场发展的趋势，由于LED为电流型驱动器件，所以与之对应的LED驱动也应该是恒流源，在许多应用中往往是多颗LED组合在一起，所以LED驱动器也需要多通道输入。目前更高规格的LED越来越多的被采用，大电流高功率输出是对LED驱动IC的另一要求，此外高转换效率，良好的热处理也是LED驱动起器的基本条件，由于高功率LED会逐渐应用于通用照明领域，直接转换成LED可用的恒流源，这也是今后发展的又一方向。虽然市场上存在这样的恒流源，但是出于安全和其他方面的局限，使LED驱动器显得力不从心，不能被广泛采用。所以尽快开发出由220V电转换成LED可用的恒流源，是很多IC厂商面临的又一重要课题。 Q13：请问在从低功率向高功率研制，其主要的技术瓶颈有那些？

A13：从低功率LED向高功率LED研制，其主要的技术瓶颈有以下几个：一是产品设计，包括芯片的设计和封装的设计；二是LED能否承受高电流量。 Q14：目前高功率价格较高的主要原因是什么？

A14：高功率LED价格较高的原因是：因为它的应用范围有限，所以LED的芯片处在比较高的价位，但是以目前市场上的趋势来看，很多照明设备的生产商已经开始将LED作为主要光源，所以基于这一点，LED的价格有望在2010年达到一个合理的水平，那时高功率LED可以取代传统光源。 Q15：用的光亮度现在能替代普通的日照灯了吗？

A15：以目前的情况来看，LED芯片的亮度和效率已经超越了传统的日光灯了。在普通照明领域，还是以日光灯为主，LED要取代日光灯还有一定的距离，有望在2009或2010年达到这样的目标。

Q16：大功率如何能提高输出功率，提高电流还是扩大芯片尺寸，这两种方法都会使发光效率降低，有没有解决方案？

A16：大功率LED在生产和制造方面，如果用传统的小功率LED转换成大功率的LED并不是一个很好的方法，因为提高电流或是扩大芯片的尺寸，这两种方法都会使发光效率降低，从小功率迈向大功率最主要的方法是重新设计芯片，大功率最主要的技术瓶颈是如何处理热能，所以在芯片设计方面最主要的是要解决散热问题和发光效率。

Q17：大功率使用上的亮度、成本、寿命和价格比，与目前的节能灯相比，具备哪些优势？我见过一些路灯，晚上的光线看起来渗得很，甚至有点恐怖，亮度也不高，在色温和亮度上，未来的技术和工艺能达到什么水平？

A17：大功率使用上的亮度、成本、寿命和价格比，与目前的节能灯相比，从亮度方面看，LED和目前的节能灯相比相差不大，因为目前LED的发光效率并不是很高，预计在2010年LED的发光效率会超过节

能灯；成本方面，LED的用量较少，所以成本较高，与节能灯相比价格较高；寿命方面，LED作为冷光源，使用寿命会达到10万小时，一般的LED也可以达到5万小时，所以LED比一般的日光灯更具优势。有些路灯效果不好，是因为目前的LED亮度相对比较低，另外，现在某些日光灯的生产厂商在选择LED的时候并不是性能很高的LED，比如安华高公司的LED或其他国际知名品牌的LED在亮度及光效方面是比较差的，或者在光衰减方面也是比较差的，所以会出现这些问题，颜色惨谈可能是因为色温选择上有问题，一般来讲，作为路灯色温必须均匀，色温必须满足一定的范围，不能偏红、偏蓝，特别是不能偏蓝，颜色看起来惨谈估计是色温偏蓝和偏高，这是目前路灯存在的一些问题。

Q18：请问高功率的固态照明技术，国内外在交通警示灯方面的应用发展和前景如何？在安全照明方面应用发展和前景如何？

A18：目前在交通警示灯方面主要用的是低功率LED或小功率LED，大功率LED应用相对较少，预计在不久的将来，这些小功率LED完全有可能被大功率LED取代。至于安全照明方面，实际上在国内已经采用了高功率LED，比如矿灯已经安全方面的照明，都采用了高功率的LED，所以不管是安全照明还是讲台警示灯方面，高功率LED都有不可估量的发展空间。 Q19：目前高功率的寿命是多少小时?亮度衰退情况如何？

A19：目前高功率LED的寿命一般可以达到10万小时，亮度衰减基本的指标是5万小时不大于30%，安华高的指标是5万小时不在30%左右。

Q20：LED和节能灯相比发光效率是不是差不多？

A20：目前LED的效率和节能灯的效率相比，相差无几，LED的效率可以达到50-70流明/瓦，节能灯可以达到60流明/瓦。

Q21：LED应用到目前家居环境中，要解决什么问题？

A21：LED要应用到家居环境中，最主要的问题是价格和发光效率，传统的日光灯发光效率可以达到100流明/瓦，价格相对偏低，所以在这种情况下，LED要应用到居家环境中一定要达到目前的水平或更好才能取代传统的白炽灯。

Q22：LED的使用寿命与一般光源相比有优势吗？

A22：LED的使用寿命与一般光源相比是有优势的，一般光源的使用寿命最多只能达到1000小时，安华高可以达到5000-10000小时，家庭用的普通白炽灯也能达到5000-10000小时，LED要想应用于普通照明，寿命要达到5万-10万小时。 Q23：流明可以跟MCD转换吗？

A23：回答这个问题之前我先解释一下流明和MCD，流明是指光源向空间发出去的能量，比方说一个光源是多少瓦，我们指实际功率是多少，那实际向空间发射出去的能量，我们是可以计算用瓦来衡量的， 瓦和流明之间有一定的换算关系，而MCD是发光强度是光密度的一种表示方式，是单位立体角的光通量，他们之间有一定的关系，但不能对等，不是象瓦和流明之间可以换算，举个例子，一个物质，有个质量，那么质量就对应流明，MCD就对应密度，MCD是表示光密度的单位，流明是表示光源向空间发出能量多少的单位，所以两者有一定的关系但不能简单的去转换。

Q24：高功率LED驱动电路必须要用专用的驱动电路吗？对220VAC通过电容降，并使其电流达到工作电流是否可??这样的电路如果大量集中应用对供电系统有不良影响吗？

A24：我的建议是最好用专用的驱动电路，如果用其他的非专用性的，或者非恒流性的驱动电路去驱动可能会对他的寿命，光效以及衰减造成影响。第二个问题从理论上讲是可行的，但是实际应用中是不可取的，220伏直接降到LED所能达到的工作电流，安全方面是不可行的，必然存在一定的安全隐患，做产品设计的工程师都比较清楚之所以现在电源类产品盛行，就是因为考虑到安全方面的因素，所以开关电源的产品是许多电器产品中不可缺少的部分，作为高功率LED因为工作电流相对较大对电流电压的要求相对较高，直接从220伏降到可供LED工作的电流时，第一安全方面有问题，第二电路性能和可靠性存在很大隐患，特别是存在不可确定的颠峰电压或峰值电流时，对LED的工作有很大影响。第三个问题的回答是肯定的，这种电路设计在许多产品中已经被取消，并且无法获得国家产品认证，所以我建议不要采用这样的方式来使用LED，或以这种电路来对LED进行驱动达到所要求的目标。

LED驱动技术创新不断，提升效率是主要目标

照明与背光是LED技术目前的最大两个应用，而LED驱动技术的不断创新则是这两大应用走向普及的动力。“近年来LED驱动由线性调整型(LDO)、电荷泵型向开关型转变，在效率、电流驱动能力方面有了长足进步，效率也大幅提高。随着半导体工艺的进步，特别是高压MOSFET和BCD技术的不断提高，一些外围功率开关管和二极管也被集成进了驱动芯片，使外围电路大大简化。”美芯晟科技有限公司首席执行官兼总裁程宝洪介绍道。

LED驱动技术伴随着LED发光芯片的进步，使得LED的功率越来越大，亮度越来越高，其应用正变得越来越广。从早期的仪表指示进入LCD屏幕背光、手电筒、汽车指示、照明、装饰灯等，直到通用照明领域，如台灯、床头灯、日光灯和路灯等。

“近年在制程及设计上的进步在提升产品功能的同时也增加了LED的应用范围。”立錡科技营销处副处长陈俊聪表示，“如减少外部零件同时也减少了板材应用及产品体积。制程技术提升使产品可负荷更大的电流及电压，进而支持更多的LED零件，这些在LED应用上都有所帮助。而因为体积的减少，LED也可应用在手机的闪光灯上了。日渐提升的发光效率使LED可作为投影机的发光源，这些创新应用可说是与制程及设计上的进步相辅相成。”

邢超勇：LED驱动技术的进步主要表现在效率、大功率、高压技术上。

广芯电子技术(上海)有限公司销售总监邢超勇也认为，近年来LED驱动技术的进步主要表现在高效率、大功率、高压技术上。在手机等便携式领域，最主要是白光LED驱动应用，现在的低压差驱动、电荷泵式驱动都是为了这些应用而开发的驱动方式，低压差驱动可以把压差做得很低(50mV/20mA)，电荷泵式驱动

现已有2倍、1.5倍、1.33倍等，目的都是提高效率，增加电压应用的范围。该公司目前创新性推出业界首款同时驱动共阴和共阳LED的低压差驱动芯片，不久将推出同时驱动共阴和共阳LED的电荷泵式驱动芯片，据称这款芯片可以只用一个外接电容实现1X到2X间电压的自动调节，这样就大大地提高了LED的效率。

邢超勇强调：“LED技术本身也有飞速的进步，现在LED的发光效率有了极大的提高，导通电压也做得更低了，所以现在的高亮度LED应用越来越广，但最主要还是背光和照明的创新应用。” LED照明成为厂商主攻市场

“以照明应用来说，效率是最主要的关键问题。因瓦数及输出电流大而产生温度过高的问题都是需要改善的地方，同时也是产品提升的要点。”陈俊聪表示。

“目前LED驱动面临的最大问题是热耗及其相关的可靠性问题。这就需要驱动芯片进一步减少本身的功耗，降低自身发热。同时，由于应用于大电流高功率场合，驱动芯片的电压过冲、地线跳动和静电保护都需要处理好，以便提高系统的可靠性。此外，驱动技术如何解决好与目前市电的交流驱动的无缝连接，从而减少向LED照明转换的阻力和成本压力，也是一个挑战。”美芯晟程宝洪指出。

他认为，随着LED固态照明技术的性能与效率不断超越传统照明技术，这种新技术正在得到广泛应用。不过，如果我们只是用静态白光LED来取代传统技术的话，就难以真正发挥固态照明技术的全部潜力，不能充分实现LED照明产品的特色化。在智能驱动器支持下，例如引入无线控制、自动光检测以及微处理器等技术，LED照明灯具不仅能取代传统白光照明，而且还能实现新的功能，而这些功能用传统的照明技术是很难实现的。

驱动IC封装也在不断进步

“在未来LED功率应用方面，我们需要千变万化的封装形式，国际LED大厂像Cree、Nichia、 Lumileds、OSRAM等设计光源产品时只能是我们适应他，同样的封装形式国内优势不明显，要想得到长足发展，这种局面必须得到改变。”深圳长运通集成电路设计公司LED发展与规划部经理文茂强表示，“深圳长运通正在引导一项重要的革新。”

据他透露，近日长运通将宣布一项对LED驱动技术的重要革新，即“功率LED恒流集成封装”技术。此技术是在LED封装技术的基础上直接整合低压差线性恒流技术，LED可以直接以标称电压值规格出现，如24V、36V、48V等。系统制造商使用这种封装方案开发产品时，将不再需要考虑任何关于LED恒流的问题，用现有的电源供电即可，“此技术将宣告LED恒流电源的终结。”文茂强表示。长运通计划在原有集成电路设计基础上，于西安先期投资5,000万元生产功率LED恒流集成封装产品，全新的封装技术有望为中国LED功率器件争得先机。

恩智浦金宇杰：室内照明LED驱动的难点是兼容市电和散热

驱动电路是LED应用产品的重要组成部分，其技术成熟度正随着LED市场的扩张而逐步增强。无论在照明、背光源还是显示板方面，都涌现出了一批成熟的产品。但是随着LED应用的进一步深入，产业对驱动

解决方案提出了更高的要求，也给LED驱动产业带巨大的机遇和挑战。我们该如何看待LED驱动的技术趋势？如何解读目前的难点与热点？市场方向在何方？面对种种疑问，光电新闻网制作了《LED驱动IC 驱动LED走向普及》新闻专题，对已有的技术方案进行全方位的分析，访谈业界知名专家，探索行业的发展趋势，力求对LED产业的现状和未来趋势进行全方位的报道。以下是恩智浦金宇杰总监的观点 请简要介绍一下恩智浦公司的LED驱动系列产品布局。它们的优势和特点是什么？

金宇杰：恩智浦半导体（NXP Semiconductors，以下简称“恩智浦”）的LED驱动产品主要着重于室内照明、路灯和LED背光等方面。

恩智浦的LED驱动系列产品，在室内照明应用方面独具优势。我们推出了世界首款集成可调光市电LED驱动器——SSL2101，它是一款小尺寸开关模式电源（SMPS）控制器IC，专为驱动LED设备而设计，并且提供可调光能力，以进一步改善LED照明的能效。SSL2101可以驱动各种具有不同电源要求的照明系统，包括LED改型灯具、LED模块、LED聚光灯、射灯以及用于商店展示的LED灯串。SSL2101具有的可调光能力为照明系统设计师设计更高能效系统提供了不可多得的机会，而且极具性价比，器件具有高集成度、电子元件总数量少、电路板空间保持最小，令设计师能充分利用LED可调光特性的优势，在市场上深受欢迎。在LED路灯方案上，我们的方案突出了效率高的特点。在LED背光方面则发挥我们高压工艺的特点，推出了可驱动150颗LED灯串的芯片，支持高效率的LED边缘背光方案。 目前的LED驱动的难点是什么？

金宇杰：目前LED驱动在室内照明上的难点，主要在与市电兼容和散热方面：在路灯方面主要是高低温可靠性，在背光驱动方面主要是效率和电流稳定性。当然其他综合性能也很重要。例如恩智浦

SSL2101/SSL152x系列产品，可以兼容全电压的市电，其工作环境温度可达100℃以上。SSL1750加上UBA3070的路灯驱动方案可以达到90%的效率。恩智浦背光驱动产品开关模式DC-DC驱动芯片UBA3070可以支持600V的输出电压，达到95%以上的效率。 目前国内LED驱动的竞争格局如何？恩智浦处于怎么样的市场地位？

金宇杰：恩智浦的LED驱动产品在室内照明，特别在调光技术方面，处于领先地位。

在背光驱动方面，目前市场竞争激烈。恩智浦的背光驱动产品在效率和边缘背光方案上具有优势。举例来说，我们的UBA3070产品，用于液晶电视的LED背光，具有效率高、输出电压高等优点 。

在背光方面，有边缘背光、直下背光、RGB背光之分，您看好哪种技术？优缺点是什么？未来发展方向是什么？

金宇杰：白光边缘式背光基于其性价比在中短期内将是主流，RGB直下式背光将随着LED光效的提高而逐步占据主流。

LED车灯未来发展趋势及应用分析

中心议题：

• 阻碍LED光源迅速开拓车用市场的不利因素

• LED的热管理 • LED光源的车用优势 解决方案：

• 削减构成组合灯具的LED光源数目

• 借助于\"热池\"装置把LED元件生成的热量取出来 • LED大灯能利用光点阵列来组合出前照灯光

LED车前照灯在历经近年来的技术验证、概念车展示等开发阶段之后，终于迎来了有望应用于量产车的入市前景，其标志性事件有三个：丰田的凌志LS600h是世界上首个采用LED前照光源的上市车，不过它只在近光灯上应用了LED，远程光源仍为卤素灯。奥迪R8以全LED前照灯为其主要特色，而汽车照明采用的LED是由Lumileds和Osram公司提供。凯迪拉克EscaladePlatinum白金版多功能运动车，是首款采用LED前照灯的多功能运动车。 阻碍LED光源迅速开拓车用市场的不利因素

上述里程碑式的事件是否意味着LED前照灯将立马成为主宰车用光源领域的创新技术？据行家们预测：也许不会。因为就算是LED的成本能够按照摩尔定律的预见速率持续下降，它要低到能与HID（高强度放电）氙灯匹敌的同等价位也尚需多年；而LED家族的成本若要降到能与卤素灯不相上下，则需经过一段更加漫长的时间历程。

据Hella（海拉）公司总裁Fischer称，车用LED的规模目前仅占其光源市场百分之几的小份额，故对向大批量的型号（诸如GM/雪佛兰部的Malibu款之类车型）的配套供货极感兴趣。但LED欲达到向Malibu车型那样大批量的供货水平，尚需克服一系列的技术和成本难题，至少还有十年的历程要走。

伟世通指出，LED入市的步伐的确比原先预料的要慢一些，我们在2004年曾预测：LED车灯会很快井喷入市，而把HID淘汰出局。显然，目前的态势并非如此，虽然一直期望LED技术能演进得比现实要快一点。看来成本高并非是阻碍LED面市的唯一因素，仍然有技术性能方面的挑战性难题需要攻克。 比如，就单个光源而言，LED的光照强度仍显不足。而单点不够亮就难以达成下述如意盘算：削减构成组合灯具的LED光源数目将有助于缩小汽车灯具的占用空间且易于灵活布置，并可简化照明系统的布线和安装以及降低生产成本。

目前LED供应链的主流状况是：海拉供给通用凯迪拉克Escalade车型的LED光源元件是向欧司朗（Osram）采购的；而小糸车灯（Koito）的LED则使用Nichia公司的光源产品，再配套于丰田的LS600h车型；飞利浦Lumileds把LED光源供应给AL（汽车照明）公司，再由后者为奥迪R8配置车灯系统。 据Koito的欧美经营部经理称，他们不会划地为牢而自我限定光源的种类及其采购厂商，无论产自于谁（飞利浦、欧司朗、或丰田Gosei）都可以买。显然，照明系统部件的一级供货商们试图保持自身采购光源元器件的灵活性，想观察一下：哪家器件厂商的产品技术能进步得最快、性价比最高。

当今LED批供货品的光电转换（光能密度）指标达到每瓦80流明（80lm/W）以上，而HID灯为90lm/W，卤素灯则是201m/W。另据海拉通报：最新的LED研发原型的该项指标已高达161lm/W。海拉亦预测：在今后的3-5年间，发自同样功耗芯片的LED光强度将会提升50%。此事不仅意味着LED灯具将更加明亮，而且体现了其能耗的削减，从而改善整车的燃油经济性。

据估计，用LED取代卤素灯具能提升整车的mpg（每加仑燃油的行驶英里数）指标约0.25。而到欧洲实施白天开灯行驶法规时，更可把该mpg提升值扩大至0.5。凌志的车型经理指出，应用LED灯具对整车燃油经济性的改善将会有很大的贡献。

然而，光强密度更高的LED也要散发出更多的热量，而灯具的紧凑布置又使得可供散热的面积趋小。诚然属半导体类别的低能耗LED器件的发热比卤素灯或HID灯具要少得多，但后者的热量的大部分则是生成于灯具装置之外的，而LED虽功耗低生热少却是要把热量捂在微小的硅片里面来传导的。 LED的热管理是个大难题

即使较小的热量要集中到芯片大小的器件上去传导和发散，因装置的热容量小也会引起LED温度的骤升。LED的工作温度必须保持在150℃以下的范围。对该散热问题的一种解决方案是：在一个灯具中使用数目较多的LED发光元件，让单件的发热量较小，再把它们布置在较大的空间内使其易于散热。这就是小糸车灯在为丰田的凌志LS600h配套前照灯时所采用的手法。

凯迪拉克EscaladePlatinum每个前照灯由7枚LED光管构成，其中5枚用于近程光束，另2枚则作为远程光源。它们都带有各自的主动式散热装置--冷却风扇（与台式电脑中的内置小风扇类似）。 据海拉称，热管理是让他们特别费心劳神的设计领域，在方案选择上侧重依靠虚拟仿真手段来评估优化，而在模拟工具（仿真软件包）的选用上则必须通过足够实验数据的考证。他指出，对热管理问题的挑战不仅来自于热传导，可借助于\"热池\"装置把LED元件所生成的热量取出来，而且还要解决通风问题，让热量从灯具装置里散发出去。若仅靠自然通风显然是不够的，所以海拉决定给灯具加上内置风扇。

法雷奥的热管理策略堪称一绝。它为LED灯具设定了一种确保安全的工作模式，即当灯具的温度升到预定的警戒值时，自动切换到削减灯具供电功率20%的该安保模式。据称，这种程度的供电功率降低对灯光的亮度影响甚微，但却能显著地压制住发热水平。 LED光源的车用优势

既然遭遇到上述的种种成本障碍和层层技术难关，为什么整车厂商及其照明系统供应厂商仍然要咬定青山不放松地全力推进LED上马入市呢？

其原因出于：这种新光源能够使得汽车灯具的风格设计和造型布置具有空前的灵活性而适于车型的个性化，况且LED的光输出功率密度已能够与HID灯具匹敌，因此它极有希望把现存的其它照明技术统统淘汰出局而独霸车灯市场。

据凯迪拉克EscaladePlatinum的车型产品经理称，LED的发光色谱接近于日光，这使得它发出的光被物体（诸如道路交通的指示标牌/线）反射的有效性要高于其它光源，从而能在较远的距离让司机尽早发现而提高行车安全。他指出，路标几乎都采用被动辉光的反射方式，因为LED的光色近于日光，所以可以让司机在夜间也像白天那样方便地发现并看清交通标志。

LED车灯的色温为5500-6000K，它比其它光源的颜色更白，因为HID灯的淡蓝光色温是4000K，卤素灯光为黄色3000K。所以在进行HID灯具的光学设计时，需把光谱中最蓝的部份推移至其射点光斑的边缘，因这些区域是本车司机眼睛通常不去注意的地方，从而减少该色光对人眼的不适干扰。

但对于迎面驶来的会车司机而言，仍在车辆越过该边际区域时蓝光会引起对方眩目而影响会车安全。在防眩目干扰方面，LED大灯拥有潜在的优势：既能保护本车司机的舒适视觉，也不会引起邻车/会车司机的视障。因丰田凌志车的前照灯的近/远程光采用了不同的光源（LED/卤素灯），所以LS600h的车主可能会被不同光源的显著色差所困扰。

对于AL（汽车照明）LED前照灯的另一大优势是，欧盟已通过并将于2012年生效的DRL（日行灯）法规，它与加拿大的推荐式规定（允许白天用近光灯作为DRL）不同，欧盟法规是强制在白天使用前照灯的。只要车辆处在行驶之中，就必须开前照灯，使得LED光源的低能耗、长寿命的优势更明显。

据法雷奥的CEO称，另一种目前尚未兑现的潜能是：LED大灯能利用光点阵列来组合出前照灯光的主动式功能而毋需采用任何（目前此类装置所必备的）运动部件。这样的主动式照明系统（比如，随转向角度而变化光照射向的主动安保功能），有可能需要采用比以往所用过的数量更多的光管来构成点阵。法雷奥正按此思路着手研发更可靠的新型自适应前照灯系统。

海拉Fischer指出，照明系统的这种变化也符合并体现了当代汽车的机械装置功能逐渐被（电子+电控+电动的）全电装系统所取代的大趋势。同一组LED阵列既可以作为前照大灯的光源，也同时可用于转向灯，只是在发挥不同照明功能时采用各自的光学镜罩。

作为一般的转向灯，只须在车身两侧布置LED阵列，再加上简单的开关功能即可。若要发挥智能前照的主动安保作用，让前照光束能随车辆的转向轨迹而同步地总是照亮车前的道路，则需要布置较多的光源点阵并采取更复杂的光点电控，按照转向输入来控变光点阵列的明暗组合及其反光镜，从而同步地改变前照光束的射向。

总之，借用市场研究及咨询机构StrategyAnalytics公司的AsifAnwar先生的话，LED前照灯虽然刚开始起步，但将是车用LED市场发展极快的领域。预计到2012年，LED前照灯市场将达到8000万美元。LED必将以其卓越的安全性、可靠性、节能性及便于美学设计的特性，成为汽车照明系统的新宠，给汽车车灯的升级和革命带来新的契机。

使用PWM调光

不管你用Buck, Boost, Buck-Boost还是线性调节器来驱动LED，它们的共同思路都是用驱动电路来控制光的输出。设计者主要有两个选择：线性调节LED电流（模拟调光），或者使用开关电路以相对于人眼识别力来说足够高的频率工作来改变光输出的平均值（数字调光）。使用脉冲宽度调制（PWM）来设置周期和占空度（图1）可能是最简单的实现数字调光的方法，并且Buck调节器拓扑往往能够提供一个最好的性能。

不管你用Buck, Boost, Buck-Boost还是线性调节器来驱动LED，它们的共同思路都是用驱动电路来控制光的输出。一些应用只是简单地来实现“开”和“关”地功能，但是更多地应用需求是要从0到100%调节光的亮度，而且经常要有很高的精度。

设计者主要有两个选择：线性调节LED电流（模拟调光），或者使用开关电路以相对于人眼识别力来说足够高的频率工作来改变光输出的平均值（数字调光）。使用脉冲宽度调制（PWM）来设置周期和占空度（图1）可能是最简单的实现数字调光的方法，并且Buck调节器拓扑往往能够提供一个最好的性能。

图1：使用PWM调光的LED驱动及其波形。

推荐的PWM调光

模拟调光通常可以很简单的来实现。我们可以通过一个控制电压来成比例地改变LED驱动的输出。模拟调光不会引入潜在的电磁兼容/电磁干扰（EMC/EMI）频率。然而，在大多数设计中要使用PWM调光，这是由于LED的一个基本性质：发射光的特性要随着平均驱动电流而偏移。

对于单色LED来说，其主波长会改变。对白光LED来说，其相关颜色温度（CCT）会改变。对于人眼来说，很难察觉到红、绿或蓝LED中几纳米波长的变化，特别是在光强也在变化的时候。但是白光的颜色温度变化是很容易检测的。

大多数LED包含一个发射蓝光谱光子的区域，它透过一个磷面提供一个宽幅可见光。低电流的时候，磷光占主导，光趋近于黄色。高电流的时候，LED蓝光占主导，光呈现蓝色，从而达到了一个高CCT。当使用一个以上的白光LED的时候，相邻LED的CCT的不同会很明显也是不希望发生的。同样延伸到光源应用里，混合多个单色LED也会存在同样的问题。当我们使用一个以上的光源的时候，LED中任何的差异都会被察觉到。

LED生产商在他们的产品电气特性表中特别制定了一个驱动电流，这样就能保证只以这些特定驱动电流来产生的光波长或CCT。用PWM调光保证了LED发出设计者需要的颜色，而光的强度另当别论。这种精细控制在RGB应用中特别重要，以混合不同颜色的光来产生白光。

从驱动IC的前景来看，模拟调光面临着一个严峻的挑战，这就是输出电流精度。几乎每个LED驱动都要用到某种串联电阻来辨别电流。电流辨别电压（VSNS）通过折衷低能耗损失和高信噪比来选定。驱动中的容差、偏移和延迟导致了一个相对固定的误差。要在一个闭环系统中降低输出电流就必须降低VSNS。这样就会反过来降低输出电流的精度，最终，输出电流无法指定、控制或保证。通常来说，相对于模拟调光，PWM调光可以提高精度，线性控制光输出到更低级。 调光频率VS对比度

LED驱动对PWM调光信号的不可忽视的回应时间产生了一个设计问题。这里主要有三种主要延迟（图2）。这些延迟越长，可以达到的对比度就越低（光强的控制尺度）。

图2：调光延迟。

如图所示，tn表示从时间逻辑信号VDIM提升到足以使LED驱动开始提高输出电流的时候的过渡延迟。另外，tsu输出电流从零提升到目标级所需要的时间，相反，tsn是输出电流从目标级下降到零所需要的时间。一般来说，调光频率（fDIM）越低，对比度越高，这是因为这些固定延迟消耗了一小部分的调光周期（TDIM）。fDIM的下限大概是120Hz，低于这个下限，肉眼就不会再把脉冲混合成一个感觉起来持续的光。另外，上限是由达到最小对比度来确定的。 对比度通常由最小脉宽值的倒数来表示： CR = 1 / tON-MIN : 1

这里tON-MIN = tD + tSU。在机器视觉和工业检验应用中常常需要更高的PWM调光频率，因为高速相机和传感器需要远远快于人眼的反应时间。在这种应用中，LED光源的快速开通和关闭的目的不是为了降低输出光的平均强度，而是为了使输出光与传感器和相机时间同步。 用开关调节器调光

基于开关调节器的LED驱动需要一些特别考虑，以便于每秒钟关掉和开启成百上千次。用于通常供电的调节器常常有一个开启或关掉针脚来供逻辑电平PWM信号连接，但是与此相关的延迟（tD）常常很久。这是因为硅设计强调回应时间中的低关断电流。而驱动LED的专用开关调节则相反，当开启针脚为逻辑低以最小化tD时，内部控制电路始终保持开启，然而当LED关断的时候，控制电流却很高。

用PWM来优化光源控制需要最小化上升和下降延迟，这不仅是为了达到最好的对比度，而且也为了最小化LED从零到目标电平的时间（这里主导光波长和CCT不能保证）。标准开关调节器常常会有一个缓开和缓关的过程，但是LED专用驱动可以做所有的事情，其中包括降低信号转换速率的控制。降低tSU 和 tSN要从硅设计和开关调节器拓扑两方面入手。

Buck调节器能够保持快速信号转换而又优于所有其它开关拓扑主要有两个原因。其一，Buck调节器是唯一能够在控制开关打开的时候为输出供电的开关变换器。这使电压模式或电流模式PWM（不要与PWM调光混淆）的Buck调节器的控制环比Boost调节器或者各种Buck-Boost拓扑更快。

控制开关开启的过程中，电力传输同样可以轻易地适应滞环控制，甚至比最好的电压模式或电流模式的控制环还要快。其二，Buck调节器的电导在整个转换周期中连在了输出上。这样保证了一个持续输出电流，也就是说，输出电容被删减掉。没有了输出电容，Buck调节器成了一个真正的高阻抗电流源，它可以很快达到输出电压。Cuk和zeta转换器可以提供持续的输出电感，但是当更慢的控制环（和慢频）被纳入其中的时候，它们会落后。 比开启针脚更快

即使是一个单纯的无输出电容的滞后Buck调节器，也不能满足某些PWM调光系统的需要。这些应用需要高PWM调光频率和高对比度，这就分别需要快速信号转换率和短延迟时间。对于机器视觉和工业检验来说，系统实例需要很高的性能，包括LCD板的背光和投影仪。在某些应用中，PWM调光频率必须超过音频宽，达到25kHz或者更高。当总调光周期降低到微秒级时，LED电流总上升和下降时间（包括传输延迟），必须降低到纳秒级。

让我们来看看一个没有输出电容的快速Buck调节器。打开和关断输出电流的延迟来源于IC的传输延迟和输出电感的物理性质。对于真正的高速PWM调光，这两个问题都需要解决。最好的方法就是要用一个电源开关与LED链并联（图3）。要关掉LED，驱动电流要经过开关分流，这个开关就是一个典型的n-MOSFET。IC持续工作，电感电流持续流动。这个方法的主要缺点是当LED关闭的时候，电量被浪费掉了，甚至在这个过程中，输出电压下降到电流侦测电压。

图3：分流电路及其波形。

用一个分流FET调光会引起输出电压快速偏移，IC的控制环必须回应保持常电流的请求。就像逻辑针脚调光一样，控制环越快，回应越好，带有滞环控制的Buck调节器就会提供最好的回应。 用Boost和Buck-Boost的快速PWM

Boost调节器和任何Buck-Boost拓扑都不适合PWM调光。这是因为在持续传导模式中（CCM），每个调节器都展示了一个右半平面零，这就使它很难达到时钟调节器需要的高控制环带宽。右半平面零的时域效应也使它更难在Boost或者Buck-Boost电路中使用滞后控制。

另外，Boost调节器不允许输出电压下降到输入电压以下。这个条件需要一个输入端短电路并且使利用一个并联FET实现调光变得不可能。。在Buck-Boost拓扑中，并联FET调光仍然不可能或者不切实际，这是因为它需要一个输出电容（SEPIC，Buck-Boost和flyback），或者输出短电路（Cuk和zeta）中的未受控制得输入电感电流。当需要真正快速PWM调光的时候，最好的解决方案是一个二级系统，它利用一个Buck调节器作为第二LED驱动级。如果空间和成本不允许的时候，下一个最好的原则就是一个串联开关（图4）。

图4：带有串联DIM开关的Boost调节器。

LED电流可以被立即切断。另外，必须要特别考虑系统回应。这样一个开路事实上是一个快速外部退荷暂态，它断开了反馈环，引起了调节器输出电压的的上升。为了避免因为过压失败，我们需要输出钳制电路和/或误差放大器。这种钳制电路很难用外部电路实现，因此，串联FET调光只能用专用Boost/Buck-Boost LED驱动IC来实现。

总而言之，LED光源的单纯控制需要设计的初始阶段就要非常小心。光源越复杂，就越要用PWM调光。这就需要系统设计者谨慎思考LED驱动拓扑。Buck调节器为PWM调光提供了很多优势。如果调光频率必须很高或者信号转换率必须很快，或者二者都需要，那么Buck调节器就是最好的选择。

PI：LED驱动器未来面临散热和尺寸两大障碍

编者按：驱动电路是LED应用产品的重要组成部分，其技术成熟度正随着LED市场的扩张而逐步增强。无论在照明、背光源还是显示板方面，都涌现出了一批成熟的产品。但是随着LED应用的进一步深入，产业对驱动解决方案提出了更高的要求，也给LED驱动产业带巨大的机遇和挑战。我们该如何看待LED驱动的技术趋势？如何解读目前的难点与热点？市场方向在何方？面对种种疑问，光电新闻网制作了《LED驱动IC 驱动LED走向普及》新闻专题，对已有的技术方案进行全方位的分析，访谈业界知名专家，探索行业的发展趋势，力求对LED产业的现状和未来趋势进行全方位的报道。以下是PI公司市场营销部副总裁 Doug Bailey的观点。

PI公司市场营销部副总裁 Doug Bailey

记者：PI的LED驱动器IC具有哪些独特之处及优势？可应用于何种LED应用？

Doug Bailey：Power Integrations从事AC-DC电源转换业务已有20载，积累了深厚的技术优势，可以开发出体积最小、能效最高的离线式LED驱动器IC。我们对安全规则、电源器件工作及EMI抑制均有系统级的深刻理解，因此能够构建出易于设计且现场可靠性极高的高压产品。我们的器件具有极高的能效和精确度，并且集成了多项安全功能，可进一步消减元件数目及其成本。

PI针对低功率LED灯泡替换应用，推出了LinkSwitch-II系列初级侧控制IC。LinkSwitch-II能使设计师设计出能效极高的非隔离式及隔离式LED驱动器。LinkSwitch-II通过省去光耦器和次级侧控制电路，可以大大简化低功率恒流设计。内置的频率调制功能可省去大体积的EMI元件，精确的恒流控制可改善器件间容差。举例来说，如果采用抽头降压拓扑结构，LinkSwitch-II可使设计师设计出能效为80%的3 W LED，其基板尺寸仅为16x24 mm，可轻松装入GU-10灯泡。

电源控制IC，这些应用包括LED路灯以及其他室外照明应用。HiperPLC电源控制器同时将功率因数校正（PFC）和谐振（LLC）控制功能集成到单个集成电路中，因此可实现简单且极具成本效益的电路设计。

HiperPLC是Power最近，PI还推出了针对高功率LED应用的HiperPLC Integrations推出的第一款高功率产品，用于控制功率范围介于80至600瓦之间的AC-DC转换器。 其他设计范例可参见Power Integrations的LED路灯照明应用站点： http://www.powerint.cn/applications/ledlighting.zh-cn.htm 记者：LED驱动器未来发展的技术障碍有哪些？ Doug Bailey：LED驱动器的发展面临两大技术障碍：

• 散热：LED在工作时温度会升高，因此LED应用需要使用不会加重散热问题的高能效电源。 • 尺寸：将电源顺利装入LED灯座是一个持续的挑战。

PI的LED驱动器IC能效极高且高度集成，因此可使设计师轻松克服上述两方面的挑战。 记者：PI在LED驱动器IC市场上的竞争优势是什么？

Doug Bailey：Power Integrations在该市场拥有集成度最高的解决方案，在高可靠性方面取得了骄人的成绩。这些对于要求使用寿命达到35/50 kWh且空间受限的LED驱动器IC市场而言都是关键要素。根据最新IMS调查数据，在全世界的LED应用中，我们估计有四分之一的产品都采用了PI的器件，这是其他任何一个IC供应商都无法匹敌的！

记者：中国大陆LED驱动器厂商与国际LED驱动器厂商提供的产品主要存在哪些差异？

Doug Bailey：LED照明正在全球迅猛发展，且必将代替一般照明。这一日益增长的庞大市场为各类竞争者提供了巨大的商机。Power Integrations秉承我们一贯的传统，坚持不懈地进行创新，同时我们也希望其他同行也能坚持走创新之路。

记者：PI打入新兴LED市场的营销策略是什么？

Doug Bailey：Power Integrations推出了一系列范围广泛的IC产品，功率范围从0到600瓦特不等。我们的策略是持续创新并提供高品质、可靠及具有竞争力的产品，同时提供有用的工具、参考设计和经验丰富的当地技术支持。我们备受欢迎的PI 设计软件支持LED照明恒流模式设计，该软件目前提供简体中文和英文两个版本。PowerExpert Integrations的营销网络遍及全球，因此我们可以通过向当地提供最优秀的技术支持和最可靠的产品来打入新兴的LED市场。

LED照明亮度稳定性及节能考虑探讨

自2010年起，欧、美、日等先进国家相继开始执行禁用白炽灯泡之法令，其法令原由乃基于限制低发光效率的光源。白炽灯泡被禁用，取而代之的光源包括省电灯泡、冷阴极管、LED等。但未来如再考虑对有害物质的限制考虑，LED光源将成为最佳选择。 LED发光源工作原理及特性

发光二极管是半导体材料合成的二极管，由PN接口组成，当外加正向电压时，电子与电洞结合以光子形式释出能量，因此具有发光特性。而其光源在靠近PN接口毫米以内产生，发光的波长取决于材料之特性而有不同发光颜色，常见有红、黄、绿、蓝发光二极管。发光二极管发光亮度可以通过工作电压(电流)的大小来调节。在很大的工作电流范围内，发光二极管的亮度随电流的增大而提高。 LED照明亮度稳定性

发光二极管的亮度随电流的大小而不同，且制造出来的发光二极管，其电压与电流曲线稍有差异，因而LED照明的亮度常随电源电压的变动而无法稳定。为维持亮度稳定一致，需要发光二极管恒流驱动器来实现。恒流驱动器可以使得发光二极管工作在固定电流模式，因而亮度稳定性高。恒流驱动器也让发光二极管长期工作在一定电流下，使其维持较长寿命。

凯钰科技的T6316是一个恒流驱动器，它是一个具有4个通道的定电流发光二极管驱动器，输出电流可依照外置电阻而定。T6316具有±6%精度电流与通道间±3%匹配精度，可用于路灯、灯管等照明设备。为节能考虑，系统设计需考虑恒流驱动器的跨压在0.5V～2V之间。由于发光二极管长时间工作在恒定电流下，其跨压稍有下降，此项变动亦需考虑在系统设计中。 LED照明节能考虑

发光二极管照明优点是节能、安全，但由于恒定电流工作考虑，能耗亦相对增加，因此照明系统设计以低能耗为目标。前面提到恒流驱动器的压降在2V以内，即是考虑低能耗的设计，若系统的电源端电压与串接发光二极管压降超过2V以上，则需考虑以电压转换器来达到低能耗目标，但仍维持恒定电流工作模式。低能耗的电压转换器是以开关式方式工作，依据反馈电路控制开关周期，达到稳定输出电压。但为了维持发光二极管恒定电流工作状态，反馈电路是以输出电流来控制转换器开关周期。

凯钰科技T6322是一个降压恒流发光二极管驱动器，其电流依照外置电阻决定，可支持高达1.5A输出电流，提供±5%精度电流及高功率效能(低能耗)及高电线路调整能力。

图1是T6322与其他产品的线路调整能力的对比(低电流变动率即表示高线路调整能力)。

图1：T6322与其他产品的线路调整能力的对比

在目前充斥市场的LED照明产品中，它们的电源输入系统为两类：一类前端为AC电源输入系统加上后端的定电流控制模块，此类产品包括冷冻柜灯条、室内灯具、路灯、台灯、MR16、AR111等。另一类为交流电源直接输入系统整合AC/DC转换器和恒定电流线路，此类产品包括E27和GU10等灯泡型LED灯、PAR灯、T5和T8 LED灯管等。

第一类电源设计除了应选择前端效率较佳的恒定电压电源供应器外，后端恒定电源控制的电源模块则依其产品特性采用效率较佳的电源设计。其优点在于前端AC/DC的电源供应器，如开关电源、DC适配器等恒定电压电源，可选择性高且多有安规认证的方案，从而降低设计的门槛。

第二类电源设计由于整合了AC/DC的电路和恒定电流电路，故可符合较小空间的机构设计，但从功率因子、电源效率和安规的考虑，设计也存在一些难度。因此，现今市场此类产品很少能达到高发光效率、高功率因子(> 0.9)标准。 本文小结

目前LED照明产品要达到高发光效率，进而成为下一代主要光源，首要考虑的是电源模块的设计，针对不同的灯具产品选择正确的设计架构。此外，电源控制IC也必须提高电源效率、功率因子、可靠性，以开发适合LED照明需求的产品。

交流LED效率首次超越直流LED

○首尔半导体发布Acriche新产品A4 –超越用于直流电源LED发光效率的交流电源LED ○ 2010年第一季度计划量产100lm/W，2010年内计划量产120lm/W

图为Acriche A4 系列产品

8月26日，首尔半导体宣布其最高光效率的75lm/W Acriche A4系列新产品正式开始量产及销售。由于世界照明市场的三分之二是暖白光(Warm white)LED市场，此次发布的产品是以该市场为目标量产及销售的产品。

目前暖白光LED市场的特点是，可分为有高显色性(即接近自然光)的高CRI(CRI指数=85以上)市场和普通显色性(CRI指数=70～80左右)的普通LED市场。高CRI市场虽然亮度稍低，但可以实现接近自然色的照明，主要适用于高级照明市场。与此相反，以低显色性构成的普通LED市场把重点放在亮度上，而不是实现颜色上，其缺点是很难实现自然色的照明。

图为新技术LED的芯片结构图。

据首尔半导体中国区总经理金胜根介绍，此次开发的Acriche A4系列产品集成了能够满足这两种市场的技术。为了实现高显色性(High CRI)，与低显色性照明亮度相比，伴有发光效率下降数十个百分点的缺点。但A4系列产品在色温3000K为标准、CRI 85下，展示了可以实现世界最高水平75lm/W的新技术。作为最早超越用于直流电源(DC)LED发光效率的交流电源(AC)LED，其意义重大。

此外，Acriche A4系列产品的主要优点是：1、Acriche产品无需转换器等额外装置，可以在交流电源100V～230V范围内自由实现;2、与现有Acriche产品(A3系列)不同，每个封装包实现50V，通过2～4个组合，自由实现110V-220V;3、适用于灯泡照明或安装有多个LED的照明器具，赋予了最佳的设计自由度。

图为实拍LED灯泡内的带8只LED灯的基板。

金胜根称，“通过大量生产Acriche A4系列产品，不论是在高级照明市场还是在普通照明市场，将能够提供价格低廉、质量上乘的产品。而且还将在2010年第一季度量产100lm/W，在2010年内推出120lm/W”。同时还表示，“通过A4系列产品，将使„Acriche‟在全世界范围内成为最佳的LED品牌”。 附： CRI(显色性指数)——照明给物体的色感带来影响的现象。通过显色性指数(Ra)显示照明达到自然光的程度。以0～100为单位表示，越接近100，意味着越接近自然色的照明。

OLED驱动电源解决方案

中心议题：

●OLED技术的优缺点

●被动矩阵显示器电源升压转换器 ●主动矩阵显示器正负偏压电源供应 解决方案：

●电感式升压转换器应用被动矩阵显示器 ●在电路中整合光敏晶体管

●固定开关频率减小画面失真和交互耦合效应

功能先进的显示器渐成为现今消费电子产品的重要特色,这些新型显示器所发挥的作用,通常会强化使用者对于整体产品的印象,而这样的印象最终会决定该产品在市场上会多成功。使用者在面对行动电话和口袋型计算机时,对新型显示器的印象尤为重要,因为高分辨率彩色屏幕已成为这些产品的必备功能。

多种新型显示技术正扩大其市场占有率,包括新出现的OLED显示器在内,它们拥有超高的对比值、快速的响应时间和宽广的视角。就像其它新技术一样,厂商正利用不同的LED材料(聚合物或小分子)、主动或被动矩阵控制、电流和电压驱动技术,以及不同的偏压供应电路来评估和制造不同的解决方案。

本文将讨论各种OLED技术和适当的偏压电源供应电路,而关于OLED技术和驱动方法的选择,也会影响电源供应电路的需求。工程师所面临的挑战为如何选择最适当的电源供应电路,以便支持电池供电型可携式装置,以及特定OLED显示器的需求。 OLED技术的优缺点

内广视角及良好的色彩饱和度是OLED显示器的主要优点,它在这方面远胜过液晶显示器等其它技术；除此之外,OLED显示器也是一种自发光技术,因此不但不需要背光照明,还能提供比液晶显示器更快的响应时间以支持多媒体应用。目前市场上的OLED材料有两种,分别是小分子和发光聚合物；相较于标准LED,这两种技术的电路参数都很类似,它们的发光强度是由LED顺向偏压电流决定,液晶显示器的像素亮度则是由加在液晶像素的电压决定。

OLED显示器的另一项优点是它能使用现有的基板技术,这和薄膜晶体管(TFT)液晶显示器的基板技术完全相同,主动矩阵OLED显示器可以使用非晶硅(a-Si)或低温多晶硅(LTPS)的TFT基板。

现有OLED技术的主要挑战之一是它的寿命时间,这项限制源自于RGB色彩的衰减速度并不相同,特别是当大部份显示内容为白色时,它需要这三种原色同时发出相同的亮度。受到这些色彩限制的影响,单色显示器就成为市场上最早出现的显示器,全彩显示器只用于在产品寿命期限的多数时间内会将显示器关掉的应用。 第一种全彩显示器用于数字相机,但对于使用电池的可携式产品来说,全彩显示器仍有其问题。OLED显示器在功耗上必须与液晶显示器竞争,对于不需要为液晶显示器提供背光照明的应用,它的功耗远低于OLED显示器。如果启动液晶显示器的背光照明,则会根据显示内容来决定OLED是否需要较多的功耗；如果显示内容大部份是白色,OLED的功耗仍会超过液晶显示器,但随着「白色」画面内容逐渐减少,功耗差别将不再是问题。

在户外使用OLED显示器是OLED技术的另一项挑战。由于这种屏幕受到光子撞击时会开始发光,所以在户外使用OLED显示器时,画面对比会降低,可读性也跟着变差。

OLED技术层面的缺点使它们目前较适合可携式装置的小型屏幕,但随着这项技术逐渐成熟,也能应用于大型显示器。短期而言,笔记型计算机或桌上显示器对于OLED是过于困难的挑战,因为在显示大量「白色」图片内容时,RGB色彩会出现不同的老化速度。但在电视机面板应用上,OLED的未来技术却极有展望,因为这类应用不需要显示大量的「白色」图片内容。 被动矩阵显示器需要一组电源升压转换器

矩阵OLED屏幕是目前的市场主流,主要用于行动电话,大多数做为贝壳型手机的外屏幕。对于仍在初期阶段的OLED技术来说,这些单色或双色被动矩阵显示器是最理想的应用对象。图1是这类显示器的简单示意图,它的寻址方式非常类似标准的被动矩阵液晶显示器。主要区别在于OLED是一种电流驱动型装置,因此OLED显示器的驱动电路就和液晶显示器有所不同。

图1：被动矩阵OLED显示器的简单示意图

被动矩阵OLED显示器需要一组正电压来做为它的电源或偏压,这组正电压和液晶显示器所使用的电压非常类似,它必须提供低功耗和高效率,解决方案的体积也要很小。随着显示器尺寸和分辨率不同,OLED驱动组件需要15V到20V之间的电压,因此电感式升压转换器是最理想的解决方案。

图2：升压转换器将OLED显示器的输入与输出隔离

输入端与输出端的电气隔离是OLED偏压电源供应的另一项重要要求,这在选择电源供应时非常重要。标准升压转换器所用的萧特基二极管,会提供一条从输入到输出的直接路径,使输出电压大约等于输入电压；但若应用系统需要开机或关机的电源顺序功能,或是将关机模式的泄漏电流减至最小,这个路径就会成为问题来源。图2所示组件利用内建MOSFET开关切断输入和输出之间的联机。 主动矩阵显示器需要正负偏压电源供应

若应用需要较高分辨率、较大显示面积、更高对比和快速反应时间,它们可以使用图3所示的主动矩阵OLED显示器。

图3：主动矩阵显示器的简单示意图

OLED像素的导通和寻址是由主动开关控制,这个开关则由薄膜晶体管担任,它的制造技术和TFT液晶显示器完全相同：电流源已经简化到只需要一个MOSFET与OLED串联。有些设计会使用电压驱动架构,有些则采用电流驱动架构,所有设计都需要二至四颗,甚至更多的整合式薄膜晶体管。

为了克服不同颜色OLED像素的不同老化速度问题,某些解决方案会在电路中整合一颗光敏晶体管,由它来设定较大的OLED电流,避免像素亮度随着时间减弱。低温多晶硅(LTPS)基板的组件结构较小,因此若工程师想在基板上做出更多的主动组件,这将是一项优点。目前这种基板所用的技术有两种,分别是低温多晶硅和非晶硅。

除了提供正负电压做为视频讯号驱动器的电源之外,主动OLED显示器的偏压电源供应电路还必须提供偏压,让列选择(rowselect)薄膜晶体管能够导通和截止。由于偏压的电压值很高,所以电感性升压转换器是最合适的解决方案。为了将解决方案的体积减至最小,图4所示的完全整合式升压转换器,除了会提供正电压之外,还利用反相器来提供负电压。

图4：单颗组件同时提供正电压和负电压

为了将关机模式的泄漏电流减至最少,同时替正电压提供电源顺序功能,图4中的组件会控制另一颗采用SOT-23或更小封装的外接MOSFET晶体管(Q1)。这颗组件使用锂离子电池做为输入电源(2.7V至5.5V),

并提供高达+15V和-15V的输出电压,以及整合式800mA/2A的开关限流功能,使得输出电流最高可达200mA。

欲提供电源给OLED显示器,输出电压涟波必须很小,开关频率也必须固定,才能将OLED显示器的画面失真和交互耦合效应减至最少。就此而言,采用1.38MHz固定频率PWM机制的TPS6513x,正是提供电源给OLED显示器的理想选择。虽然在负载电流范围内,提供高精确度的稳压输出对于电压驱动的液晶显示器特别重要,但它对于电流驱动的OLED显示器并不会构成太大问题。

有些显示器在户外使用时需要较大的电流,在室内则可将电流减少,它们还必须在很宽广的负载电流范围内提供很高的电源效率。由于标准升压转换器只能在目标负载电流下实现最佳效率,因此TPS65130还另外提供一种可由使用者选择的「省电模式」,它能将开关频率和静态电流降低,使得组件在整个负载电流范围内都能维持很高的工作效率。

随着OLED技术逐渐成熟,它的市场占有率也会不断上升,这种技术在手机、数字相机和口袋型计算机屏幕的应用潜力都很惊人。主动矩阵显示器将来可能取代被动矩阵显示器成为市场主流,OLED显示器驱动组件也会变得更先进,OLED偏压电源供应电路则将开始微小化和特殊化,这在本文所介绍的部份解决方案中都曾加以讨论。对于电源供应组件技术,主要挑战则在于如何同时提供高效率和最小体积的解决方案。

OLED技术的昨天、今天和明天

中心议题：

●OLED的产生与发展 ●OLED显示特点与分类 ●OLED的结构和发光机理简述 ●OLED的制备工艺 解决方案：

●采用白色发光层加滤色片

●采用红、绿、蓝三种有机发光材料 ●采用蓝色有机发光材料

OLED显示技术是OEL显示技术的一种,在过去的十多年里发展迅猛,取得了巨大的成就。全球越来越多的显示器厂家纷纷投入研发,大大的推动了OLED的产业化进程。目前OLED已到大规模量产的前夜。可以相信,在不久的将来OEL显示器件必将有一个突破性的发展。 一、OLED的产生与发展

OLED的研究产生起源于一个偶然的发现。1979年的一天晚上,在Kodak公司从事科研工作的华裔科学家邓青云博士(Dr.C.W.Tang)在回家的路上忽然想起有东西忘记在实验室里,回去以后,他发现黑暗中有个亮的东西。打开灯发现原来是一块做实验的有机蓄电池在发光。这是怎么回事？OLED研究就此开始,邓博士由此也被称为OLED之父。

1987年,Kodak公司最早发表其研究成果,此后,全世界许多企业和研究机构开始致力于小分子OLED器件和相关课题的研究,有关的专著文献和专利的数量每年成百上千地递增。在美国(除Kodak公司外)和欧洲,绝大多数有机EL的研究工作是从9O年代早期开始的。今天,高效率(>15lm/w)和高稳定性(发光强度为150nits时,工作寿命>10000小时)的有机EL器件已经研制出来。

对高分子有机EL的研究工作比对小分子有机EL的研究,起步要晚得多。直到1990年,才由Burroughes及其合作者研究成功第一个高分子有机EL器件。此后,为了发展聚合物EL技术,在美国和欧洲进行了大量的研究工作。人们一般都队为,聚合物材料比有机小分子材料要稳定,这也就成了发展聚合物EL的原动力。 目前,OLED的产品已从试验室走向了市常从1997～l999年,OLED显示器的惟一市场是在车载显示器上,2000年以后,产品的应用范围逐渐扩大到手机显示屏。OLED在手机上的应用又极大地推动其技术的进一步发展和应用范围的迅速扩大,对现有的LCD、LED和VFD提出强有力的挑战。 二、OLED显示特点与分类

有机电致发光(OrganicElectroluminescentLight)简称为OEL。它有两个技术分支,一个是分子量在500～2000之间的小分子有机发光二极管(OrganicLightEmittingDiode)简称为OLED或SM-OLED；另一个是分子量在10000～100000之间的高分子(又称聚合物)有机发光二极管(PolymerLight-EmittingDiode)简称为PLED或P-OLED。

OEL显示器件具有的主动发光、发光效率较高、功耗低、轻、雹无视角限制等优点,被业内人士认为是最有可能在未来的显示器件市场上占据霸主地位的新一代显示器件。作为一项崭新的显示技术,OLED免不了还存在很多不足,其材料、器件寿命、良品率等还有待于进一步研究、提高,应用领域也有待于进一步扩大,这就为今后的科研探索提供了很大的研究空间。

OLED技术在过去的十多年里发展迅猛,取得了巨大的成就。由于全球越来越多的显示器厂家纷纷投入研发,大大的推动了OLED的产业化进程,使得OLED产业的成长速度惊人,目前已经到达了大规模量产的前夜。业内有关人士预言,2007年也许会成为OLED大规模量产的元年。

从2000年到2005年OLED面板出货量年均增长速度超过了175%,未来随着OLED产品逐渐向有源全彩和大尺寸的方向发展,OLED产业还将保持高速的增长势头。OLED产品已经逐渐被下游厂商所认可,需求量也明显增大。目前OLED主要应用领域包括通讯产品(手机副屏)、消费类电子产品(MP3)、车载和仪器仪表等领域。

与OLED技术相比,PLED技术发展稍有滞后,主要是因为介入的厂商有限、技术相对不太成熟、原材料合成难度大、设备生产厂商少等原因。尽管如此,其发展速度也十分迅速,目前市场上已经可以见到配有较低档次PLED的产品。据DisplaySearch预测,到2008年PLED市场份额将快速上升到OEL市场的40%。 三、OLED的结构和发光机理简述

OLED显示器件是基于有机材料的一种电流型半导体发光器件。其典型结构是在ITO玻璃上制作一层几十纳米厚的有机发光材料作发光层,发光层上方有一层低功函数的金属电极。当电极上加有电压时,发光层就产生光辐射。

OLED的发光机理和过程是从阴、阳两极分别注入电子和空穴,被注入的电子和空穴在有机层内传输,并在发光层内复合,从而激发发光层分子产生单态激子,单态激子辐射衰减而发光。

OLED要获得全彩有三种方法：

1、采用白色发光层加滤色片。这是获得全色显示最简单的方法。 2、采用红、绿、蓝三种有机发光材料,因此发光层为三层结构。 3、采用蓝色有机发光材料,再用颜色转换材料获得全彩。 四、OLED的制备工艺 1、OLED的制备工艺

目前在中国大陆,OLED显示器件的制备还处于实验室阶段,但已到达了中试的边缘,因此我们将主要讨论实验室的OLED制备工艺。

不管是实验室、中试,还是量产,OLED器件的制备过程基本一致,主要区别在于器件的真空蒸镀设备上。实验室一般选用手动的真空蒸镀设备进行单片样品蒸镀,以便于制作种类不同的实验样品；中试线一般采用半自动的真空蒸镀设备进行连续的多片样品蒸镀,以便于小批量产品的切换；量产线一般采用全自动的真空蒸镀设备进行流水样品蒸镀(或采用线蒸镀技术与工艺),以便于提高良品率、降低产品成本。据悉,也有的机构正在研究尝试在量产线上用旋涂技术工艺进行生产OLED产品。

OLED显示器件的制备工艺包括：ITO玻璃清洗→光刻→再清洗→前处理→真空蒸镀有机层→真空蒸镀背电极→真空蒸镀保护层→封装→切割→测试→模块组装→产品检验及老化实验等十几道工序,其几个关键工序的工艺如下。

(1)ITO玻璃的洗净及表面处理

ITO作为阳极其表面状态直接影响空穴的注入和与有机薄膜层间的界面电子状态及有机材料的成膜性。如果ITO表面不清洁,其表面自由能变小,从而导致蒸镀在上面的空穴传输材料发生凝聚、成膜不均匀。 ITO表面的处理过程为：洗洁精清洗→乙醇清洗→丙酮清洗→纯水清洗,均用超声波清洗机进行清洗,每次洗涤采用清洗5分钟,停止5分钟,分别重复3次的方法。然后再用红外烘箱烘干待用。对洗净后的ITO玻璃还需进行表面活化处理,以增加ITO表面层的含氧量,提高ITO表面的功函数。

也可以用比例为水:双氧水:氨水=5:1:1混合的过氧化氢溶液处理ITO表面,使ITO表面过剩的锡含量减少而氧的比例增加,以提高ITO表面的功函数来增加空穴注入的几率,可使OLED器件亮度提高一个数量级。

ITO玻璃在使用前还应经过“紫外线－臭氧”或“等离子”表面处理,主要目的是去除ITO表面残留的有机物、促使ITO表面氧化、增加ITO表面的功函数、提高ITO表面的平整度。未经处理的ITO表面功函数约为4.6eV,经过紫外线－臭氧或等离子表面处理后的ITO表面的功函数为5.0eV以上,发光效率及工作寿命都会得到提高。对ITO玻璃表面进行处理一定要在干燥的真空环境中进行,处理过的ITO玻璃不能在空气中放置太久,否则ITO表面就会失去活性。 (2)ITO的光刻处理工艺 (3)有机薄膜的真空蒸镀工艺

OLED器件需要在高真空腔室中蒸镀多层有机薄膜,薄膜的质量关系到器件质量和寿命。在高真空腔室中设有多个放置有机材料的蒸发舟,加热蒸发舟蒸镀有机材料,并利用石英晶体振荡器来控制膜厚。ITO玻璃基板放置在可加热的旋转样品托架上,其下面放置的金属掩膜板控制蒸镀图案。

在我们的真空蒸镀设备上进行蒸镀实验,实验结果表明,有机材料的蒸发温度一般在170℃～400℃之间、ITO样品基底温度在100℃～150℃、蒸发速度在1晶振点～10晶振点/秒(即约0.1nm～1nm/S)、蒸发腔的真空度在5×10-4Pa～3×10-4Pa时蒸镀的效果较佳。

但是,有机材料的蒸镀目前还存在材料有效使用率低(〈10%)、掺杂物的浓度难以精确控制、蒸镀速率不稳定、真空腔容易污染等等不足之处,从而导致样片基板的镀膜均匀度达不到器件要求。 (4)金属电极的真空蒸镀工艺

金属电极仍要在真空腔中进行蒸镀。金属电极通常使用低功函数的活泼金属,因此在有机材料薄膜蒸镀完成后进行蒸镀。常用的金属电极有Mg/Ag、Mg:Ag/Ag、Li/Al、LiF/Al等。用于金属电极蒸镀的舟通常采用钼、钽和钨等材料制作,以便用于不同的金属电极蒸镀(主要是防止舟金属与蒸镀金属起化学反应)。 金属电极材料的蒸发一般用加热电流来表示,在我们的真空蒸镀设备上进行蒸镀实验,实验结果表明,金属电极材料的蒸发加热电流一般在70A～100A之间(个别金属要超过100A)、ITO样品基底温度在80℃左右、蒸发速度在5晶振点～50晶振点/秒(即约0.5nm～5nm/S)、蒸发腔的真空度在7×10-4Pa～5×10-4Pa时蒸镀的效果较佳。 (5)器件封装工艺

OLED器件的有机薄膜及金属薄膜遇水和空气后会立即氧化,使器件性能迅速下降,因此在封装前决不能与空气和水接触。因此,OLED的封装工艺一定要在无水无氧的、通有惰性气体(如氩气)的手套箱中进行。封装材料包括粘合剂和覆盖材料。粘合剂使用紫外固化环氧固化剂,覆盖材料则采用玻璃封盖,在封盖内加装干燥剂来吸附残留的水分。