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1、细心整理LED散热问题的解决方案白光LED照旧存在着发光匀整性不佳、封闭材料的寿命不长等问题，无法发挥白光LED被期盼的应用优点。但就需求层面来看，不仅一般的照明用途，随着手机、LCD TV、汽车、医疗等的广泛应用，使得最相宜开发稳定白光LED的技术探究成果就广泛的被关注。改善白光LED的发光效率，目前有两大方向，一是提高LED芯片的面积，藉此增加发光量。二是把几个小型芯片一起封装在同一个模块下。藉由提高芯片面积来增加发光量 虽然，将LED芯片的面积予以大型化，藉此能够获得高得多的亮度，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，局部LED业者就依据电极构造
2、的改良和覆晶的构造，在芯片外表进展改良，来到达50lm/W的发光效率。例如在白光LED覆晶封装的局部，由于发光层很接近封装的旁边，发光层的光向外部散出时，电极不会被遮挡，但缺点就是所产生的热不简洁消散。 并非进展芯片外表改善后，再加上增加芯片面积就确定可以快速提升亮度，因为当光从芯片内部向外扩散射时，芯片中这些改善的局部无法进展反射，所以在取光上会受到一点限制，依据计算，最正确发挥光效率的LED芯片尺寸是在7mm2左右。利用封装数个小面积LED芯片快速提高发光效率和大面积LED芯片相比，利用小功率LED芯片封装成同一个模块，这样是能够较快到达高亮度的要求，例如，Citizen就将8个小型LED
3、封装在一起，让模块的发光效率到达了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封装在同一个模块上，必需置入一些绝缘材料，以免造成LED芯片间的短路状况发生，如此一来就会增加了不少的本钱。 对此Citizen的说明是：“对于本钱的影响幅度是相当小的，因为相较于整体的本钱比例，这些绝缘材料仅不到百分之一，并可以利用现有的材料来做绝缘应用，这些绝缘材料不须要重新开发，也不须要增加新的设备来因应。”虽然Citizen的说明理论上是合理的，但是，对于无经验的业者来说，这就是一项挑战，因为无论在良率、研发、生产工程上都是须要予以克制的。还有其它方式可到达提高发光效率的目
4、标，许多业者发觉，在LED蓝宝石基板上制作出凹凸不平坦的构造，这样或许可以提高光输出量，所以，有慢慢朝向在芯片外表建立 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“Thin GaN”高亮度LED。原理是在InGaN层上形成金属膜，之后再剥离蓝宝石，这样，金属膜就会产生映像的效果而获得更多的光线取出，依据OSRAM的资料显示，这样的构造可以获得75的光取出效率。除了芯片的光取出方面须要做努力外，因为期望能够获得更高的光效率，在封装的局部也是必需做一些改善。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，因为封装的制程就必需
5、会增加更高的光损失，就像日本OMROM所开发的平面光源技术，就能够大幅度的提升光取出效率，这样的构造是将LED所射出的光线，利用LENS光学系统以及反射光学系统来做限制的，所以OMROM称之为 “Double reflection ”。利用这样的构造，可将传统炮弹型封装等的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，在外表所形成的Mesh上进展加工，而形成双层的反射效果，这样的方式可以得到不错的光取出效率限制的。因为这样特殊的设计，利用反射效果到达高光取出效率的LED，主要的用途是针对LCD TV背光所应用的。封装材料和荧光材料的重要性增加 假如期望用来作为LC
6、D TV背光应用的话，那幺须要克制的问题就会更多了。因为LCD TV的连续运用时间都是长达数个小时，甚至10几个小时，所以，由于这样长时间的运用状况下，拿来作为背光的白光LED就必需拥有不会因为连续运用而产生亮度衰减的状况。目前已发表的高功率的白光LED，它的发光功率是一个低功率白光LED亮度的数十倍，所以期望利用高功率白光LED来代替荧光灯作为照明设备的话，有一个必需克制的困难就是亮度递减的状况。例如，白光LED长时间连续运用1W的状况下，会造成连续运用后半段时间的亮度慢慢降低的现象，不是只有高功率白光 LED才会出现这样的状况，低功率白光LED也会存在这样的问题，只不过是因为低功率白光应用
7、的产品不同，所以，并不会因此特殊突显出这样的困扰。运用的电流愈大，所获得的亮度就愈高，这是一般对于LED能够到达高亮度的观念，不过，因为所运用的电流增加，因此封装材料是否能够承受这样长时间的因为电流所产生的热，也因为这样的连续运用，往往封装材料的热抗拒会降到10k/w以下。高功率LED的发热量是低功率LED的数十倍，因此，会出现随着温度上升，而出现发光功率降低的问题，所以在能够抗热性高封装材料的开发上，相对显的特殊重要。或许在2030lm/W以下的LED，这些问题都不明显，但是，一旦面临60lm/w以上的高发光功率LED的时候，就须要想方法解决的。热效应所带来的影响，确定不会仅仅只有LED本身
8、，而是会对整个应用产品带来困扰，所以，LED假如能够在这一方面获得解决的话，那幺，也可以减轻应用产品本身的散热负担。因此，在面对不断提高电流状况的同时，如何增加抗热实力，也是现阶段的急待被克制的问题。从各方面来看，除了材料本身的问题外，还包括从芯片到封装材料间的抗热性、导热构造及封装材料到PCB板间的抗热性、导热构造和PCB板的散热构造等，这些都须要作整体性的考量。例如，即使能够解决从芯片到封装材料间的抗热性，但因从封装到PCB板的散热效果不好的话，同样也是造成LED芯片温度的上升，出现发光效率下降的现象。所以，就像是松下就为了解决这样的问题，从2005年起先，便把包括圆形、线形、面型的白光L
9、ED，及PCB基板设计成一体，来克制可能因为出此时此刻从封装到PCB板间散热中断的问题。但并非全部的业者都像松下一样，因为各业者的策略关系，有的业者以基板设计的简便为目标，只针对PCB板的散热构造进展改良。还有相当多的业者，因为本身不生产LED，所以只能在PCB板做一些研发，但仅此还是不够的，所以须要选择散热性良好的白光LED。能让PCB板上用的金属材料，能及白光LED封装中的散热槽严密连接，到达散热的实力。这样看起来好象只是因为期望到达散热，而把简洁的一件事情予以困难化，原委这样是不是符合本钱和进步的概念？以今日的应用层面来说，很难做一个判定，不过，是有一些业者正朝向这方面作考量，例如Cit
10、izen在2004年所发表的产品，就是能够从封装上厚度为23mm 的散热槽向外散热，供应应用业者能够因为运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。封装材料的变更使白光LED寿命达原先的4倍。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中学的LED亮度所产生的影响。 过去用来作为封装材料的环氧树脂，耐热性比拟差，可能会出此时此刻LED芯片本身的寿命到达前，环氧树脂就已经出现变色的状况，因此，为了提高散热性，必需让更多的电流获得释放。除此之外，不仅因为热现象会对环氧树脂产生影响，甚至短波长
11、也会对环氧树脂造成一些问题，这是因为环氧树脂相当简洁被白光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，恶化自然也加速，甚至有些产品在连续点亮后的运用寿命不到5,000小时。所以，及其不断的克制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，而改用了硅树脂和陶瓷等作为封装的材料。依据统计，因为变更了封装材料，事实上可以提高LED的寿命。就资料上来看，代替环氧树脂的封装材料硅树脂，就具有较高的耐热性，依据试验，即使是在摄氏
12、150180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。硅树脂能够分散蓝色和近紫外光，及环氧树脂相比，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，缓和光穿透率下降的速度。以目前的应用来看，几乎全部的高功率白光LED产品都已经改用硅树脂作为封装的材料，例如，相对于波长 400450nm的光，环氧树脂约在个位的数百分比左右，但硅树脂对400450nm的光线吸取却不到百分之一，这样的落差，使得在抗短波长方面，硅树脂有着较精彩的表现。就寿命表现度而言，硅树脂可以到达延长白光LED运用寿命的目标，甚至可以到达4万小时以上的运用寿命。但是不是真的适合用来做照明的应用还有待探究，
13、因为硅树脂是具有弹性的松软材料，所以在封装的过程中，须要特殊留意应用的方式，从而设计出最适当的应用技术。对于将来应用方面，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YAG荧光体的组合，开发出仿真白光，到利用三色混合或者运用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。另外，白光LED的发光效率，已经有了不错的开展，日本LED照明推动协会的目标是，期望能够在2009年到达100lm/w的发光效率，所以预料在数年内，100lm/w发光效率就能够事实上商业化应用。日亚化学踊跃开发白光半导体雷射，在期望LED到达色
14、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，而到达这一目标，但在进展速度上，看起来照旧相当的缓慢。因此局部业者起先考虑接受其它的技术，来实现目前业界对于类似白光LED的光亮度要求。在高亮度蓝、白光LED领域的日亚化学，便将一部份的研发方向，朝向开发白光雷射做努力。 日亚化学利用及白光LED一样的GaN系材料制作半导体雷射，开发出了白光光源，以目前的表现来说，辉度已经能够到达10cd/mm左右，现有的白光LED假如期望到达这个辉度值是相当困难的，即使增加电流期望亮度增加，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，还会奢侈相当多的电量。 日亚化学所
15、开发的白光半导体雷射，在芯片端不再运用荧光材料，而是将发光局部和白光产生的局部分开处理，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及光纤的面进展连接，让白光从涂了荧光材料光纤的另一面放射出来，而所产生出来的白光直径仅有1.25mm，这个面积只有一样光量白光LED的1/20，所需的功耗不到0.1W，所以，在散热局部也不须要太多考虑。 虽然看起来在特性的方面是相当的不错，不过还是有一些缺点的，在运用寿命上，只有3,000小时左右，价格太贵。虽然价格的问题花一点时间就可以下降一些，但是以此时此刻30万日圆的水准来看的，要降到3,000甚至300日元，可能须要10年以上的时间。
