散热:困扰白光LED应用

最新更新时间:2011-12-03来源: OFweek半导体照明网关键字:白光  LED  散热 手机看文章 扫描二维码
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  •      散热问题,持续困扰高轴功率白光LED的应用。中国环氧树脂行业协会专家表示,这样看起来好像只是因为期望达到散热,而把简单的一件事情予以复杂化,到底这样是不是符合成本和进步的概念,以今天的应用层面说很难做判断,不过实际上是有一些业者正朝向这方面做考量,例如Citizen在2004年所发表的产品,就是能够从封装上厚度为2~3mm的散热槽向外散热,提供应用业者能够因为使用了具有散热槽的高功率白光LED,能让PCB板的散热设计得以发挥。

      封装材料的改变,提高白光LED寿命达原先的4倍。当然发热的问题不是只会对亮度表现带来影响,同时也会对LED本身的寿命出现挑战,所以在这一部份,LED不断的开发出封装材料来因应,持续提高中的LED亮度所产生的影响。过去用来作为封装材料的环氧树脂,耐热性比较差、可能会出现的情况是,在LED芯片本身的寿命到达前,环氧树脂就已经出现变色的情况,因此为了提高散热性,而必须让更多的电流获得释放,这一个架构这是相当的重要。

         除此之外不仅因为热现象会对环氧树脂产生影样,甚至短波长也会对环氧树脂造成一些问题,这是因为白光LED发光光谱中,也包含了短波长的光线,而环氧树脂却相当容易被白光LED中的短波长光线破坏,即使低功率的白光LED就已经会让造成环氧树脂的破坏,更何况高功率的白光LED所含的短波长的光线更多,那么恶化自然也加速,甚至有些产品在连续点亮后的使用寿命不到5000小时。据中国环氧树脂行业协会专家介绍,所以与其不断的克服因为旧有封装材料-—环氧树脂所带来的变色困扰,不如朝向开发新一代的封装材料,或许是不错的选择。

      目前在解决寿命这一方面的问题,许多LED封装业者都朝向放弃环氧树脂,而改采了硅树脂和陶瓷等作为封装的材料,根据统计因为改变了封装材料,事实上可以提高LED的寿命。就数据上来看,代替环氧树脂的封装材料-硅树脂,就具有较高的耐热性,根据试验即使是在摄氏150~180度的高温,也不会变色的现象,看起来似乎是一个不错的封装材料。

         因为硅树脂能够分散蓝色和近紫外光,所以与环氧树脂相比,硅树脂可以抑制材料因为电流和短波长光线所带来的劣化现象,而缓和的光穿透率下降的速度。据专家介绍,以目前的应用来看,几乎所有的高功率白光LED产品,都已经改采硅树脂作为封装的材料,例如因为短波长的光线所带来的影响部分,相对于波长400~450nm的光,环氧树脂约在个位的数百分比左右,但硅树脂对400~450nm的光线吸收却不到百分之一,这样的落差使得在抗短波长方面,硅树脂有着较出色的表现。OSRAM(Thin GaN)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可以获得75%的光取出效率。所以就寿命表现度而言,硅树脂可以达到延长白光LED使用寿命的目标,甚至可以达到4万小时以上的使用寿命,但是是不是真的适合用来做照明的应用就还有待研究,因为硅树脂是具有弹性的柔软材料,所以在封装的过程中,需要特别注意应用的方式,而来设计出最适当的应用技术。

         对于未来应用的方面,提高白光LED的光输出效率将会是决胜的关键点。白光LED的生产技术,从过去的蓝色LED和黄色的YAG荧光体的组合,开发出仿真白光的目标,到利用三色混合或者使用GaN材料,开发出白光LED对于应用来说,已经可以看的出将会朝向更广泛的方向扩展。

      专家介绍说,另外白光LED的发光效率,这些年已经有了不错的的发展,日本LED照明推进协会目标是,期望能够预计在2009年达到100lm/w的发光效率,而事实上有相当多的业者都在朝向这方面开发,所以预计在数年内,100lm/w发光效率就能够实际上商业化应用。许多LED封装业者都朝向放弃环氧树脂,而改采了硅树脂和陶瓷等作为封装的材料,藉以提高LED的使用寿命。多元化应用市场潜力下,日亚化学积极开发白光半导体雷射。由于期望LED达到色纯度较高的白光,及高亮度的要求下,各业者不断的从每一领域加以改善,而达到此一目标,但在成果的进步速度上,看起来仍旧相当的缓慢。

         部分业者开始考虑采用其它的技术,来实现目前业界对于类似白光LED的光亮度要求。在高亮度的蓝、白光LED领域的日亚化学,便是将一部份的研发方向,朝向开发白光雷射做努力。据专家介绍,日亚化学是利用与白光LED相同的GaN系材料,来制作半导体雷射开发出了白光光源,以目前的表现来说,辉度已经能够达到10cd/mm左右,今天的白光LED如果期望达到这个辉度值是相当困难的,即使增加电流期望让亮度增加,但这样将会使得接合点的温度上升,所带来的结果不仅会使整个发光效率降低外,还会浪费相当多不必要的电量。日亚化学所开发的白光半导体雷射,在芯片端不再使荧光体材料,而是将发光部分和白光产生的部分分开处理,日亚化学的雷射半导体所是利用200mw的蓝紫色半导体雷射,发出405nm的波长光线,把蓝色或蓝紫色半导体雷射与光纤的面进行连接,让白光从涂了荧光体材料的光纤另一面发射出来,而在这模块中所产生出来的白光直径仅有1.25mm,这各面积只有相同光量白光LED的1/20,并因所需的耗功不到0.1W,所以,在散热部分也不需要太过于烦恼。

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