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高亮度LED解决关键问题前程似锦

作者:时间:2011-09-03来源:网络收藏
主要光源之一。
 
白光必须通过散热考验
 
虽然说随着白光发光二极管发光效率的逐步提高,将白光发光二极管应用在照明的可能性也越来越大,但是很明显地,单颗白光发光二极管其驱动电源|稳压器均偏低,因此以目前的封装型式是不太可能以单颗白光发光二极管来达到照明所需要的流明数。

针对于这个,目前主要的方法大致上可分为两类,一类是较传统地将多颗发光二极管利用组成光源模块来使用,而其中每单颗发光二极管所需要的驱动电源与一般所使用的相同(约为20~30mA);另种方法为目前几个高亮度发光二极管制造商所使用的方法,即是使用所谓的大晶粒制程,此时不再使用传统晶粒的大小(0.3mm2),而将晶粒制程为更大的尺寸(0.6mm2~1mm2),并使用高驱动电流来驱动这样的发光组件(一般为150~350mA,目前更可高至500mA以上)。
 
但无论是使用何种方法,都会因为必须在极小的发光二极管封装中处理极高的热量,若组件无法散去这些高热,除了各种封装材料会因为彼此间膨胀系数的不同而有产品可靠度的,晶粒的发光效率更会随着温度的上升而有明显地下降,并造成其受明显地缩短。因此如何散去组件中的高热,成为目前发光二极管封装技术的重要课题。

对于发光二极管而言,其最重要的便是输出的光通量及光形,所以发光二极管其中一端必定不能遮光,而需使用高透明效果的环氧树脂材料包覆。然而目前的环氧树脂几乎都是不导热材料,因此对于目前的发光二极管封装技术而言,其主要的散热均是利用其发光二极管晶粒下方的金属脚座(leadframe)以散去组件所发出的热量。

就目前的趋势看来,金属脚座材料的选择主要是以高热传导系数的材料为组成,如铝、铜甚至陶瓷材料等,但这些材料与晶粒间的热膨胀系数差异甚大,若将其直接接触很可能因为在温度升高时材料间产生的应力而造成可靠度的,所以一般都会在材料间加上兼具传导系数及膨胀系数的中间材料作为间隔。采用上述的观念,松下电器于2003年将多颗发光二极管制成在金属材料与金属系复合材料所制成的多层基板模块上以形成光源模块,利用光源基板的高导热效果,使光源的输出在长时间使用下仍能维持稳定。

同样利用高散热基板的想法,Lumileds将其应用在大面积晶粒的产品上。Lumileds基板所使用的材料为具有高传导系数的铜材,再将其连接至特制之金属电路板,兼顾电路导通及增加热传出之效果。

而除了Lumileds外,包括OsramOptoSemiconductors及日亚化学皆已推出1W以上大晶粒的产品(图8、图9)。从这些发光二极管制造商纷纷推出大晶粒、大功率的产品看来,似乎大晶粒相关的制程、封装技术似乎已经渐渐成为发光二极管的主流。然而大晶粒相关的制程及封装技术不只是将晶粒面积做大而已,相关的制程及封装技术对于传统发光二极管厂商而言还是有着相当的门坎,但是若希望将发光二极管推往照明领域,相关技术的研发仍为必经之过程。

关键问题 前程似锦

随着近年来发光二极管发光效率逐步提升,将发光二极管利用为发光光源的可能性也越来越高。但是在人们只考虑提升发光二极管发光效率的同时,如何充分利用发光二极管的特性、及将其应用在照明时可能会遇到的困难,已经是各大照明厂目前的目标。目前已经看到的困难包括了散热问题,及发光二极管特殊发光光形的利用等。

在散热方面,发光二极管虽然号称为冷光源,但是因为目前其电光效率仍有相当改善的空间,也就是说仍有相当程度的电能因为没有转换成光而造成多余的热能,这些热能集中在晶粒尺寸大小时将造成严重的散热问题。因此良好的散热设计及散热材料的开发为目前的重点。

而就发光二极管的发光光形而言,发光二极管有与传统灯源完全不同的发光特性,除了是因为其晶粒本身极小的尺寸外,各种发光二极管不同的封装型式更会造成完全不同的发光光形,因此相关于发光二极管照明应用的设计将不能再简单地在光源上套上聚光透镜或是反射镜,而必须经过更仔细的光学设计。在这部份,各公司及研发单位都有不同方向,但是除了开发技术外,如何将这些技术量产化,则是未来固态光源能否成为照明光源主流的关键。


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关键词: 高亮度 LED 解决 问题

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