大功率LED技術(shù)核心分析
本文導(dǎo)讀:現(xiàn)在主流的應(yīng)用技術(shù)材質(zhì)是用鋁基板來封裝,但是鋁基板封裝的芯片散熱和光轉(zhuǎn)換效率都存在技術(shù)核心瓶頸,不能有效地控制結(jié)溫和穩(wěn)定地維持高功率的光輸出,并且應(yīng)用會(huì)因?yàn)樾酒庑г礁撸璧匿X基板面積就越大,會(huì)加大成本和應(yīng)用體積,極為不便。
LED一般上來說是由外延片-芯片-光源-燈具的四個(gè)環(huán)節(jié)組成,在LED產(chǎn)業(yè)中下游應(yīng)用上關(guān)鍵點(diǎn)是怎么解決熱阻和結(jié)溫等關(guān)鍵問題的前提條件下,保持芯片穩(wěn)定的有效光輸出。
一直以來,LED光源的一般照明應(yīng)用中存在著光源的高導(dǎo)熱金屬材質(zhì)問題、應(yīng)用的熱平衡問題、長效熒光粉問題和配光問題等四個(gè)核心技術(shù)瓶頸:
核心技術(shù)1:高導(dǎo)熱金屬材質(zhì)
目前上游龍企業(yè),比如CREE已經(jīng)可以做到的芯片光效可以達(dá)到130-150lm/W。但是LED結(jié)溫高低直接影響到LED出光效率、器件壽命、可靠性、發(fā)射波長等。保持LED結(jié)溫在允許的范圍內(nèi),是大功率LED芯片制備、器件封裝和器件應(yīng)用等每個(gè)環(huán)節(jié)都必須重點(diǎn)研究的關(guān)鍵因素,尤其是LED器件封裝和器件應(yīng)用設(shè)計(jì)必須著重解決的核心問題。
現(xiàn)在主流的應(yīng)用技術(shù)材質(zhì)是用鋁基板來封裝,但是鋁基板封裝的芯片散熱和光轉(zhuǎn)換效率都存在技術(shù)核心瓶頸,不能有效地控制結(jié)溫和穩(wěn)定地維持高功率的光輸出,并且應(yīng)用會(huì)因?yàn)樾酒庑г礁撸璧匿X基板面積就越大,會(huì)加大成本和應(yīng)用體積,極為不便。所以如何走出此誤區(qū)另辟新路是新的技術(shù)核心特點(diǎn)。
核心技術(shù)2:熱平衡技術(shù)
LED器件采用專利熱平衡散熱結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù),在保持低成本和被動(dòng)散熱方式的前提下,利用高導(dǎo)熱介質(zhì),通過嶄新的器件/燈具整體結(jié)構(gòu),成功降低熱阻,有效降低PN結(jié)結(jié)溫,使PN結(jié)工作在允許工作溫度內(nèi),保持最大量光子輸出。其特點(diǎn)如下:
(1)超低熱阻材料,快速散熱整體結(jié)構(gòu)技術(shù);
(2)高導(dǎo)熱、抗UV封裝技術(shù);
(3)應(yīng)用低環(huán)境應(yīng)力結(jié)構(gòu)技術(shù);
(4)整體熱阻<20K/W,結(jié)溫<80度;
(5)LED光源照明模組工作溫度控制在65℃以下。
核心技術(shù)3:高效熒光粉的應(yīng)用
目前市場上所常用的白光LED發(fā)光熒光粉應(yīng)用技術(shù)是將GaN芯片和釔鋁石榴石(YAG)封裝在一起做成,該技術(shù)是日本日亞化工在上世紀(jì)90年代末發(fā)明,并形成專利技術(shù)壟斷。GaN芯片發(fā)藍(lán)光(λp=465nm,Wd=30nm),高溫?zé)Y(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉,受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出*****光發(fā)射,峰值550nm。藍(lán)光LED基片安裝在碗形反射腔中,覆蓋以混有YAG的樹脂薄層,約200-500nm。LED基片發(fā)出的藍(lán)光部分被熒光粉吸收,另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合,可以得到得白光。理論上對于In-GaN/YAG白色LED,通過改變YAG熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度,可以獲得色溫3500-10000K的各色白光。但是這種傳統(tǒng)的白光LED工藝基礎(chǔ)上采用的還是藍(lán)光LED,所以當(dāng)色溫偏高時(shí),色彩會(huì)向藍(lán)色偏移,而產(chǎn)生色飄,形成一定的光污染。必須采用在降低光效、降低整體熱阻的情況下,方可實(shí)現(xiàn)相對的穩(wěn)定,但是衰減情況還是不容樂觀。
目前已商品化的第一種產(chǎn)品為藍(lán)光單晶片加上YAG*****熒光粉,其最好的發(fā)光效率約為35流明/瓦,YAG多為日本日亞公司的進(jìn)口,價(jià)格在2000元/公斤;第二種是日本住友電工亦開發(fā)出以ZnSe為材料的白光LED,不過發(fā)光效率較差。
核心技術(shù)4:LED一次配光學(xué)的應(yīng)用
目前全球LED行業(yè)內(nèi)的主流做法是在封裝LED芯片形成光源或光源模組以后,在做成燈具的時(shí)候再進(jìn)行配光,這樣采用的是原有傳統(tǒng)光源的做法,因?yàn)閭鹘y(tǒng)光源是360°發(fā)光。如果要把光導(dǎo)到應(yīng)用端,目前飛利浦的傳統(tǒng)燈具做到最好的一款,光損失也達(dá)到40%。而我們國內(nèi)眾多的LED下游廠家應(yīng)用的燈具光學(xué)參數(shù)其實(shí)都是芯片或者光源的光學(xué)參數(shù),而不是整體燈具的的光學(xué)指標(biāo)參數(shù)。
現(xiàn)在最先進(jìn)的科學(xué)方法是在芯片封裝上就做配光,一次把芯片的光導(dǎo)出來,維持最大的光輸出,這樣光損率只有5%-10%。隨著技術(shù)的不斷改進(jìn),光損率將會(huì)越來越低,光源的光效會(huì)越來越高。同樣配有這樣的光源燈具無需再做配光,相對的燈具效率將會(huì)大大提高,使之更為廣泛地使用到功能性照明之中,形成相當(dāng)規(guī)模的市場渠道。







