提高傳統(tǒng)LED燈亮度倍數(shù)從何入手海達(dá)為您解讀
海達(dá)快訊:提高傳統(tǒng)LED燈亮度倍數(shù)從何入手海達(dá)為您解讀
過去LED業(yè)者為了獲利充分的白光LED光束，曾經(jīng)開發(fā)大尺寸LED芯片試圖藉此方式達(dá)成預(yù)期目標(biāo)，不過實(shí)際上白光LED的施加電力持續(xù)超過1W以上時(shí)光束反而會(huì)下降，發(fā)光效率則相對(duì)降低20～30%，換句話說白光LED的亮度如果要比傳統(tǒng)LED大數(shù)倍，消費(fèi)電力特性希望超越熒光燈的話，就必需先克服下列的四大課題，包括，抑制溫升、確保使用壽命、改善發(fā)光效率，以及發(fā)光特性均等化。
有關(guān)溫升問題具體方法是降低封裝的熱阻抗；維持LED的使用壽命具體方法，是改善芯片外形、采用小型芯片；改善LED的發(fā)光效率具體方法是改善芯片結(jié)構(gòu)、采用小型芯片；至于發(fā)光特性均勻化具體方法是LED的改善封裝方法，而這些方法已經(jīng)陸續(xù)被開發(fā)中。
解決封裝的散熱問題才是根本方法
由于增加電力反而會(huì)造成封裝的熱阻抗急遽降至10K/W以下，因此國(guó)外業(yè)者曾經(jīng)開發(fā)耐高溫白光LED試圖藉此改善上述問題，然而實(shí)際上大功率LED的發(fā)熱量卻比小功率LED高數(shù)十倍以上，而且溫升還會(huì)使發(fā)光效率大幅下跌，即使封裝技術(shù)允許高熱量，不過LED芯片的接合溫度卻有可能超過容許值，較后業(yè)者終于領(lǐng)悟到解決封裝的散熱問題才是根本方法。
有關(guān)LED的使用壽命，例如改用硅質(zhì)封裝材料與陶瓷封裝材料，能使LED的使用壽命提高一位數(shù)，尤其是白光LED的發(fā)光頻譜含有波長(zhǎng)低于450nm短波長(zhǎng)光線，傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂封裝材料極易被短波長(zhǎng)光線破壞，高功率白光LED的大光量更加速封裝材料的劣化，根據(jù)業(yè)者測(cè)試結(jié)果顯示連續(xù)點(diǎn)燈不到一萬小時(shí)，高功率白光LED的亮度已經(jīng)降低一半以上，根本無法滿足照明光源長(zhǎng)壽命的基本要求。
有關(guān)LED的發(fā)光效率，改善芯片結(jié)構(gòu)與封裝結(jié)構(gòu)，都可以達(dá)到與低功率白光LED相同水平，主要原因是電流密度提高2倍以上時(shí)，不但不容易從大型芯片取出光線，結(jié)果反而會(huì)造成發(fā)光效率不如低功率白光LED的窘境，如果改善芯片的電極構(gòu)造，理論上就可以解決上述取光問題。
設(shè)法減少熱阻抗、改善散熱問題
有關(guān)發(fā)光特性均勻性，一般認(rèn)為只要改善白光LED的熒光體材料濃度均勻性與熒光體的制作技術(shù)，應(yīng)該可以克服上述困擾。如上所述提高施加電力的同時(shí)，必需設(shè)法減少熱阻抗、改善散熱問題，具體內(nèi)容分別是：降低芯片到封裝的熱阻抗、抑制封裝至印刷電路基板的熱阻抗、提高芯片的散熱順暢性。
為了要降低熱阻抗，許多國(guó)外LED廠商將LED芯片設(shè)在銅與陶瓷材料制成的散熱鰭片(heat sink)表面，接著再用焊接方式將印刷電路板上散熱用導(dǎo)線，連接到利用冷卻風(fēng)扇強(qiáng)制空冷的散熱鰭片上，根據(jù)德國(guó)OSRAM Opto Semiconductors Gmb實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，上述結(jié)構(gòu)的LED芯片到焊接點(diǎn)的熱阻抗可以降低9K/W，大約是傳統(tǒng)LED的1/6左右，封裝后的LED施加2W的電力時(shí)，LED芯片的接合溫度比焊接點(diǎn)高18K，即使印刷電路板溫度上升到500C，接合溫度頂多只有700C左右；相較之下以往熱阻抗一旦降低的話，LED芯片的接合溫度就會(huì)受到印刷電路板溫度的影響，如此一來必需設(shè)法降低LED芯片的溫度，換句話說降低LED芯片到焊接點(diǎn)的熱阻抗，可以有效減輕LED芯片降溫作業(yè)的負(fù)擔(dān)。反過來說即使白光LED具備抑制熱阻抗的結(jié)構(gòu)，如果熱量無法從封裝傳導(dǎo)到印刷電路板的話，LED溫度上升的結(jié)果發(fā)光效率會(huì)急遽下跌，因此松下電工開發(fā)印刷電路板與封裝一體化技術(shù)，該公司將1mm正方的藍(lán)光LED以flip chip方式封裝在陶瓷基板上，接著再將陶瓷基板粘貼在銅質(zhì)印刷電路板表面，根據(jù)松下表示包含印刷電路板在內(nèi)模塊整體的熱阻抗大約是15K/W左右。--中國(guó)行業(yè)研究信息網(wǎng)