LED背光模组热管理研究

1、LED背光模组热管理研究 摘 要：文章建立了 rgb 三合一 led 背光模组的热分析模型， 通过与红外热像仪实际测量得到的温度数据相互比较，验证了该模 型仿真结果的准确性。模拟分析的结果表明，在 led 阵列底部固定 一块镀锌钢板可有效降低 led 结温。文章还提出了一种利用最小二 乘法原理推算 led 结点温度的方法，得到了电路板表面温度与 led 结温之间的关系式，有助于通过测量电路板温度估算 led 的结点温 度，并以此为根据对 led 进行亮度和色度的调节。 关键词：led ;背光模组；热管理；数据处理 thermal man ageme nt of led backlight un

2、 it hu hai-che ng1, hua yi-kui2,3, feng qi-bi n2,4 (1. an hui huad ong in stitute of photoelectr onic tech no logy, wuhu an hui 241002, chi na; 2. key lab of special display tech no logy, mini stry of educati on, n ati onal engin eeri ng lab of special display tech no logy, n ati onal key lab of adv

3、a need display tech no logy, hefei an hui 230009, china; 3. school of in strume nt scie nee and opto-electronics engineering, hefei anhui 230009, china; 4. academy of photoelectric tech no logy, hefei uni versity of tech no logy, hefei anhui 230009, chi na) abstract: this paper prese nts a thermal d

4、esig n of the light emitting diode (led) with 3 chips and its array. the accuracy of the module is verified though a comparison with actual data which is measured by the infrared thermograph. the simulation results show that adding a galvanized steel sheet helps reduce the jun cti on temperature of

5、leds. in additi on, a method to reck on the jun cti on temperature of leds using least square method is studied to calculate the relati on ship betwee n the temperature of circuit board surface and the jun cti on temperature of leds, which con tributes to adjust the lumi nance and chromaticity in re

6、al time. keywords: led; backlight ing module; thermal an alysis; data an alysis 引 言 液晶显示(liquid crystal display , lcd )经过三十年的发展， 已经成为平板显示的主流技术。目前使用的 lcd 背光模板主要有冷 阴极荧光灯(cold cathode fluoresce nt ，ccfl )、电致发光片 (electro luminance，el)和发光二极管(light emitting diode， led )等。与 ccfl及 el 相比，led 背光具有色纯度高、寿命长、环 保

7、、无污染等优点，正逐步成为 lcd 的主流背光源1-2。由 rgb 彩色 led 组成的背光模板色域超过 ntsc 标准的 100%成为研究热 点3。但由于三种晶片封装于一个 led 中，存在热量过度集中的 问题，没有合理的热管理将导致 led 背光模板亮度下降、色偏等问 题，若一个晶片失效，便无法输出所需的白光。针对这种情况， 本文在精确建立 rgb 三合一 led 模型的基础上，对用于液晶显示的 三芯片 led 背光模块进行了热仿真分析，并建立了电路板表面温度 和 led 结点温度之间的关系式，这样便可通过测量电路板表面温度 估算 led 结点温度，为 led 背光源亮度和色度的调节提供了

8、依据。 1 led 封装 本文选用 nichia 公司的 led，该 led 封装有 r、g、b 三种晶片和 六个引脚，每个芯片可单独控制，led 外形尺寸为 3mn 3mM 1.5mm 当背光模块设计亮度为 5,000nit、6,500k 白光时，r、g、b 三种晶 片的控制参数如表 1 所示。 2 热仿真分析 单个 led 封装模型如图 1 所示，灌封胶、引线框架、塑封、固晶胶、 fr4电路板等材料的导热系数如表 2 所示，由晶片发出的热量绝大 部分通过引线框架传递至 fr4 板上5。由于本次试验中所使用的 电路板底部并没有覆铜层，这样电路板上的过热孔并没有起到将热 量传到底部金属层从而增加散热的作用，因此在仿真中忽略了过热 孔的影响。模拟仿真时设置环境温度为 30C,同时忽略辐射对模型 的影响。 分别模拟不同情况下的 led 阵