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LED封装技术及最新发展

http://www.lamp86.com/ 发布时间：2007-05-25 17:17

由于LED单位亮度不断提高，因此LED的应用领域也越来越宽广，不过追求LED亮度的同时，对LED的色度要求逐渐成为普遍的共识，换言之追求色度近似太阳光的LED已经成为下游应用业者共同的目标。LED应用于各种商品时所面临的课题不外乎散热、耗电性、演色性、色度不均等等，不过随着产业的不同解决方法却有独特且明显的差异(图3)，例如照明与汽车业者为了提高光束，使用LED颗数是行动电话背光板的数百倍，相对的由于驱动电流大幅增加，使得散热对策成为刻不容缓的首要问题。常用的对策是将LED芯片直接封装于高导热系数的基板上，利用基板与导热端子强化散热效果。相较之下附相机的行动电话用闪光灯，基于耗电量的考量就无利用高电流密度的方式增加亮度，因此如何有效应用LED的光线且能均匀的照射至被照体，远比如何提高散热效果更受到重视。常用方法是藉由镜片与反射罩(mirror)，将LED的光线收敛至相机的画角内。此外有关LED的演色性虽然仍有部分领域与LED厂商息息相关，不过事实上多数的下游应用厂商已经开始独自摸索白光LED的使用方法，也就是说LED演色性的主导权已转移至下游应用业者。
LED的商品应用例96年白光LED问世之后，许多照明设备与汽车厂商尝试利用白光LED制作各种相关产品，由于白光LED芯片每瓦特的输出辉度已经由过去数流明(lm)提高至数十甚至近百流明，例如为了获得与40W荧光灯相同光束时，LED模块使用的芯片数量从以往近千个锐减至数十个左右，使得成本与外形尺寸更具实用性。然而实际上亮度大幅增加的结果，散热问题却成为商品化时的最大障碍，此外高亮度白光LED的发光频谱中红色成份偏低，造成色温与演色性不如太阳光与荧光灯，使得白光LED的实用性再度受到质疑。LED的散热与封装有关散热问题，例如照明用途的LED电流密度高达100mA，若未作散热处理时(热阻抗为 )10～20个LED所构成的模块温度超过，周围温度为 时模块温度更高达 ，若与热阻抗为 比较时，LED的光输出大约降低20%。图4是常用对策，基本上它是将LED芯片直接封装于高导热性基板，藉由基板迅速将LED的热量排除。图4 LED的散热对策图5是LED应用厂商松下电工将蓝色发光的白光LED模块直接封装于机器内，利用机器本体作为散热媒体，根据测试结果显示即使电流量增加三倍，该模块的热阻抗祇有传统环氧树脂封装方式的一半左右；星和电机则是将红、绿、蓝(RGB)三种发光色LED芯片直接封装于金属基板构成白光LED模块，基本上它与松下电工的白光LED模块结构相同，都是利用金属基板作为散热介质。松下电器为了提高LED芯片的散热性，因此采用金属材料与金属系复合材料所制成的多层基板，64个20×20mm蓝光LED芯片直接封装于多层基板上，并与黄色荧光体构成白光LED模块，室温环境下的光束为120lm是目前业界最高水平。此外蓝光LED芯片亦可直接封装于蓝宝石基板上，由于热源发光层贴近于基板上，因此可以获得良好的散热效果，它的热阻抗为 ，是传统封装方式的1/200左右。
如图6所示SHARP利用模拟分析，决定可提高散热性的端子厚度与面积，再根据模拟分析结果改善设置LED芯片的模块端子。OMRON则是在LED芯片上设置两个散热专用端子，同时增加LED芯片电流密度提高光输出，并利用Reflector使LED芯片产生的光线能朝正前方射出(图7)，如此结构使得外部量子效率由传统的30～50%提升至80%，虽然OMRON的LED模块是以蓝光芯片为主，不过祇要搭配黄色荧光体就可变成白色发光LED。除此之外该公司正在开发RGB三种LED芯片设于单体模块的技术，该白色发光LED模块具有可将点发光转换成面发光的优点，使得光线能均分照射于被照体。

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