基于TRIZ理论的LED背光源散热研究[1]

　　引　　言

　　近年来，由于发光二极管(Light　Emitting　Diode，LED)具有体积小、耗电量低、使用寿命长、环保、色域广、亮度高等优势，逐渐成为液晶显示器背光的首选光源(LED产品渗透率已超60%)。然而采用LED作为液晶显示器光源也存在着固有缺陷：LED的输入功率中，有大约70%的输入功率转化为热能，会导致LED及背光源的温度急剧上升，特别是多颗大功率LED同时使用时，发热更加严重[1]。

　　TRIZ理论概述TRIZ理论是前苏联发明家根里奇·阿奇舒勒及其合作者在分析大量专利的基础上，总结各

　　种技术发展进化遵循的规律模式及解决各种工程矛盾的创新原理和法则，于1946年提出的著名创新理论———发明问题解决理论(Theory　of　theSolution　of　Inventive　Problems，TRIZ)[2]。TRIZ理论认为，发明问题的核心是解决矛盾，设计中不断发现并解决矛盾，是推动产品向理想化方向进化的动力;理想化设计是系统的进化方向，TRIZ解决问题之初，首先就确定最终理想解，在创新过程中以理想化水平增加的方向作为设计的目标。TRIZ理论成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，着力于揭示和强调系统中存在的矛盾，而不是逃避矛盾;它的最终目标是完全解决矛盾，获得最终的理解，而不是采取折衷或者妥协的做法;它基于技术的发展演化规律研究整个设计与开发过程，而不再是随机的行为，因此，TRIZ理论的创新成果具有高效率和稳定性。

　　3　LED背光源散热分析

　　在采用LED 光源的液晶显示器背光源中，LED的入光方式普遍采用侧入式，利用导光板将LED发出的光线均匀传播到背光源的各个方向。这样最大的优点是可以实现薄型化设计，但是也带来了一个问题，即散热问题。

　　3.1　LED发热机理

　　LED发热的原因有两个：(1)电子在进入半导体区到离开半导体区的全部路程中，都会遇到电阻，从而产生焦耳热;(2)由于LED芯片材料的折射系数比周围介质的大得多，致使芯片内部产生的大部分光无法顺利地逸出界面，而在芯片与介质界面产生全发射，返回芯片内部并通过多次内部反射最终被芯片材料或衬底吸收，并以晶格振动的形式变成热，促使结温升高。综合电流注入效率、辐射发光量子效率、芯片外部光逸出效率等，最终只有约30%～40%的输入电能转化为光能，其余60%～70%的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化为热能。

　　3.2　结温上升对LED的影响

　　LED产生大量的热，如果不能及时散发出去，会使芯片温度急剧升高。芯片温度的升高会增强非辐射复合，进一步削弱发光效率，产生明显的光衰，显著降低光源的使用寿命。另外，LED多以透明环氧树脂封装，若结温超过固相转变温度(通常为125℃)，封装材料会向橡胶状转变并且热膨胀系数骤升，从而导致LED 的开路和失效[4]。

　　LED发光波长随温度的变化关系为：

　　由式(1)可知，结温每升高10℃，波长向长波漂移1nm。

　　封装等各环节的技术进步;其次，采用良好的散热结构，将LED产生的热量及时散发出去，这是现阶段在LED产品发光效率不高状况下的关键举措。

　　目前，背光源中一般采用的是在放置LED灯条的一侧增加散热片[5](一般为铝箔或铝板)，利用热传导和对流的方式进行散热，属于被动散热，它存在以下缺点：散热功能有限，一般只能使温度降低20%左右，而且当LED灯颗数较多时，散热片的面积将极为可观，这样会显著增加背光源的重量，违背光源轻薄化的要求。