高效能led光源技术和散热设计

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1、高效能LED光源技术和散热设计　　摘要：随着LED光源技术的进步，LED具备了可提升照明的应用价值，但还需突破技术及应用瓶颈，让LED照明提供最视化照明质量。通过建构光源模组技术整合高功?封装技术、光学设计、电控及热处?技术能?，改善散热方式，?低发光二极体接面，提升发光效?；改善产品的质量稳定性和可靠性，建立优质高效、经济舒适、安全可靠、有益环境的高效能半导体光源系统。关键词：高效能制；LED；散热中图分类号：TP635文献标识码：A12在我国，以LED为核心的新能源、新光源照明产业正在加速发展，其动力主要来自两方面，一是政府政策的支持和推动逐渐增强，二是企业看重这一市场

2、机遇加大投入。而行业内专业、高端展会的诞生，更是推波助澜地将LED照明产业推上新的发展高度。在反映整个新光源与新能源照明行业的最新发展趋势、状态及问题所在的同时，更将集中展示技术、产品及应用。近年来，LED技术进步和产业提升得到了迅猛发展，[1]LED外延、芯片、封装、驱动电路以及显示应用、照明控制等相关技术的发展非常快，产品性价比提升明显，这给LED照明从可能变为现实带来无限的希望。目前，我国LED产业与国际一流水平相比差距并不大，而且中国具有自主知识产权的单元技术已经显现，中国在LED外延材料、芯片制造、器件封装、荧光粉等方面均已显现具有自主技术产权的单元技术，部分核心

3、技术具有原创性，为中国LED产业做大做强在一定程度上奠定了基础。一、LED概念及发光原理LED（LightEmittingDiode）称为发光二极管，是新型高效固体光源，具有节能、环保和寿命长等显著优点。它的主体是一块电致发光的半导体材料，在它两端加上正向电压，电流会从LED阳极流向阴极，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，电流越强，发光越强。LED发光原理不同于传统UHE、UHP灯泡，它在发光过程中不会产生大量热量，因此寿命都可以达到60000小时以上。半导体照明同样亮度下耗电仅为普通白炽灯的1/10，节能灯的1/2，使用寿命却可能延长100倍。自2003年以来，

4、[2]在“国家半导体照明工程”的组织实施过程中，国内的相关企业、研发机构和大学围绕宽禁带半导体材料、大功率LED器件、封装、配套原材料、重大装备等方面开展研发，攻克了一系列半导体照明的关键技术，取得了显著进展。但半导体白光照明技术还远不成熟，还有一系列的科学、技术问题有待解决，特别是在产品的质量稳定性和可靠性上，还有待提高。由PN结芯片、电极和光学系统三个主要部分组成了发光二极管。晶片（发光体）的面积为10.12mil12（1mil=0.0254平方毫米），国际上目前生产的大晶片LED面积可达40mil。发光二极管发光过程为正向偏压下的载流子注入、[3]光能传输和复合辐射三

5、部分。在洁净的环氧树脂物中封装了微小的半导体晶片，带负电的电子通过该晶片，移动到带正电的空穴区域，电子和空穴复合并同时消失，形成光子。光子的能量产生的多少由电子和空穴之间的能量（带隙）决定，能量（带隙）越大，光子的能量就越高。不同的材料带隙不同，光子的能量与光的颜色对应，就会发出不同颜色的光，光谱中，红色光、桔色光具有的能量最少，紫色光、蓝色光具有的能量最多。高亮度的白光LED将成为LED照明光源的主流。商品化的白光LED目前是以蓝光单晶片混合YAG黄色荧光粉产生白光，即多是二波长。未来较被看好的是三波长白光LED，即以无机紫外光晶片加红、蓝、绿三颜色荧光粉混合产生白光，它

6、会取代LED背光源、荧光灯紧凑型节能及荧光灯泡等市场。LED是一种半导体元器件（如图1），核心是p型及n型半导体组成的芯片。[4]在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。当注入p-n结的载流子数量足够多，就可以实现把电能转换为光能的效果。一般的低功率LED产品拥有能耗低、体积小、反应时间快、有多种光颜色输出、产品寿命长和不含对环境有害的汞等优点。12图1：LED半导体元器件结构图虽然发光管是冷光源，但LED的光效偏低，在高光效/发光效率（每瓦流明或lm/W）LED灯具应用上需要输入大量的电能来转换成光能。大电流在半导体材料上会产生传导性电阻热，加上半导体材料

7、制作的LED不耐高温，导致过热使LED灯的光输出率及寿命大幅降低。二、发挥高效能、环保的照明效益散热设计是一大关键LED元件的核心设计，即是由一片LED晶粒[5]利用加诸电压使其产生发光结果，而与一般矽晶片类似，LED晶片也会因为长时间使用而产生光衰现象，[6]多数设计方案为了提升元件发光亮度，多利用增加晶体的偏压，即提升加诸于LED的电能功率，让晶片能够激发出更高的亮度，如此一来，加强LED功率也会使得晶体的光衰问题、寿命问题加速出现，甚至元件本身因强化亮度而产生的高温，也会造成产品寿命的缩短。12当单颗LED晶