解析高功率白光led应用及led芯片的散热问题

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1、解析高功率白光LED应用及LED芯片的散热问题2011年02月14日来源：LEDIKO[责任编辑：Aglaia]高功率白光LED散热的中心议题：   *高功率白光LED应用   *LED芯片的散热问题高功率白光LED散热的解决方案：   *提高晶片面积来增加发光量   *封装数个小面积LED晶片   *改变封装材料和萤光材料虽然看起来在特性的方面是相当的不错，不过实际上还是有一些缺点的，就像在使用寿命上，只有3,000小时左右，再加上价格太贵也是不容易解决事情，或许价格太贵的问题可以花一点时间就可以下降一些，但是以现在30万日圆的水准来看的，要降到3,000甚至300日

2、圆，那就需要10年以上的时间。就今天而言，白光LED仍旧存在着发光均一性不佳、封闭材料的寿命不长，而无法发挥白光LED被期待的应用优点。但就需求层面来看，不仅一般的照明用途，随着手机、LCDTV、汽车、医疗等的广泛应用积极的出现，使得最合适开发稳定白光LED的技术研究成果也就相当的被关心。藉由提高晶片面积来增加发光量期望改善白光LED的发光效率，目前有两大方向，就是提高LED晶片的面积，也就是说，将目前面积为1m㎡的小型晶片，将发光面积提高到10m㎡的以上，藉此增加发光量，或把几个小型晶片一起封装在同一个模组下。虽然，将LED晶片的面积予以大型化，藉此能够获得高多的亮度

3、，但因过大的面积，在应用过程和结果上也会出现适得其反的现象。所以，针对这样的问题，部分LED业者就根据电极构造的改良，和覆晶的构造，在晶片表面进行改良，来达到50lm/W的发光效率。例如在白光LED覆晶封装的部分，由于发光层很接近封装的附近，发光层的光向外部散出时，因此电极不会被遮蔽的优点，但缺点就是所产生的热不容易消散。而并非进行晶片表面改善后，再加上增加晶片面积就绝对可以一口气提昇亮度，因为当光从晶片内部向外散射时，晶片中这些改善的部分无法进行反射，所以在取光上会受到一点限制，根据计算，最佳发挥光效率的LED晶片尺寸是在7m㎡左右。利用封装数个小面积LED晶片　快速

4、提高发光效率和大面积LED晶片相比，利用小功率LED晶片封装成同一个模组，这样是能够较快达到高亮度的要求，例如，Citizen就将8个小型LED封装在一起，让模组的发光效率达到了60lm/W，堪称是业界的首例。但这样的做法也引发的一些疑虑，因为是将多颗LED封装在同一个模组上，所以在模组中必须置入一些绝缘材料，以免造成LED晶片间的短路情况发生，不过，如此一来就会增加了不少的成本。对此Citizen的解释是，事实上对于成本的影响幅度是相当小的，因为相较于整体的成本比例，这些绝缘材料仅不到百分之一，并因可以利用现有的材料来做绝缘应用，这些绝缘材料不需要重新开发，也不需要增

5、加新的设备来因应。虽然Citizen的解释理论上是合理的，但是，对于较无经验的业者来说，这就是一项挑战，因为无论在良率、研发、生产工程上都是需要予以克服的。当然，还有其他方式可达到提高发光效率的目标，许多业者发现，在LED蓝宝石基板上製作出凹凸不平坦的结构，这样或许可以提高光输出量，所以，有逐渐朝向在晶片表面建立Texture或PhotONics结晶的架构。例如德国的OSRAM就是以这样的架构开发出「ThinGaN」高亮度LED，OSRAM是在InGaN层上形成金属膜，之后再剥离蓝宝石。这样，金属膜就会产生映射的效果而获得更多的光线取出，而根据OSRAM的资料显示，这样

6、的结构可以获得75％的光取出效率。逐渐有业者利用覆晶的构造，来期望达到50lm/W的发光效率，由于发光层很接近封装的附近，发光层的光向外部散出时，因此电极不会被遮蔽。当然，除了晶片的光取出方面需要做努力外，因为期望能够获得更高的光效率，在封装的部分也是必须做一些改善。事实上，每多增加一道的工程都会对光取出效率带来一些影响，不过，这并不代表着，因为封装的製程就一定会增加更高的光损失，就像日本OMROM所开发的平面光源技术，就能够大幅度的提昇光取出效率，这样的结构OMROM是将LED所射出的光线，利用LENS光学系统以及反射光学系统来做控制的，所以OMROM称之为「Doub

7、lereflection光学系统」。利用这样的结构，可将传统砲弹型封装等的LED所造成的光损失，针对封装的广角度反射来获得更高的光效率，更进一步的是，在表面所形成的Mesh上进行加工，而形成双层的反射效果，这样的方式，事实上是可以得到不错的光取出效率控制的。因为这样的特殊设计，这些利用反射效果达到高光取出效率的LED，主要的用途是针对LCDTV背光所应用的。封装材料和萤光材料的重要性增加但如果期望用来作为LCDTV背光应用的话，那麽需要克服的问题就会更多了，因为LCDTV的连续使用时间都是长达数个小时，甚至10几个小时，所以，由于这样长时