高功率白光LED芯片的散熱問(wèn)題
就今天而言,白光LED仍舊存在著發(fā)光均一性不佳、封閉材料的壽命不長(zhǎng),而無(wú)法發(fā)揮白光LED被期待的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)。但就需求層面來(lái)看,不僅一般的照明用途,隨著手機(jī)、LCDTV、汽車(chē)、醫(yī)療等的廣泛應(yīng)用積極的出現(xiàn),使得最合適開(kāi)發(fā)穩(wěn)定白光LED的技術(shù)研究成果也就相當(dāng)?shù)谋魂P(guān)心。
藉由提高晶片面積來(lái)增加發(fā)光量
期望改善白光LED的發(fā)光效率,目前有兩大方向,就是提高LED晶片的面積,也就是說(shuō),將目前面積為1m㎡的小型晶片,將發(fā)光面積提高到10m㎡的以上,藉此增加發(fā)光量,或把幾個(gè)小型晶片一起封裝在同一個(gè)模組下。
雖然,將LED晶片的面積予以大型化,藉此能夠獲得高多的亮度,但因過(guò)大的面積,在應(yīng)用過(guò)程和結(jié)果上也會(huì)出現(xiàn)適得其反的現(xiàn)象。所以,針對(duì)這樣的問(wèn)題,部分LED業(yè)者就根據(jù)電極構(gòu)造的改良,和覆晶的構(gòu)造,在晶片表面進(jìn)行改良,來(lái)達(dá)到50lm/W的發(fā)光效率。
例如在白光LED覆晶封裝的部分,由于發(fā)光層很接近封裝的附近,發(fā)光層的光向外部散出時(shí),因此電極不會(huì)被遮蔽的優(yōu)點(diǎn),但缺點(diǎn)就是所產(chǎn)生的熱不容易消散。
而并非進(jìn)行晶片表面改善后,再加上增加晶片面積就絕對(duì)可以一口氣提昇亮度,因?yàn)楫?dāng)光從晶片內(nèi)部向外散射時(shí),晶片中這些改善的部分無(wú)法進(jìn)行反射,所以在取光上會(huì)受到一點(diǎn)限制,根據(jù)計(jì)算,最佳發(fā)揮光效率的LED晶片尺寸是在7m㎡左右。
利用封裝數(shù)個(gè)小面積LED晶片 快速提高發(fā)光效率
和大面積LED晶片相比,利用小功率LED晶片封裝成同一個(gè)模組,這樣是能夠較快達(dá)到高亮度的要求,例如,Citizen就將8個(gè)小型LED封裝在一起,讓模組的發(fā)光效率達(dá)到了60lm/W,堪稱是業(yè)界的首例。
但這樣的做法也引發(fā)的一些疑慮,因?yàn)槭菍⒍囝wLED封裝在同一個(gè)模組上,所以在模組中必須置入一些絕緣材料,以免造成LED晶片間的短路情況發(fā)生,不過(guò),如此一來(lái)就會(huì)增加了不少的成本。
對(duì)此Citizen的解釋是,事實(shí)上對(duì)于成本的影響幅度是相當(dāng)小的,因?yàn)橄噍^于整體的成本比例,這些絕緣材料僅不到百分之一,并因可以利用現(xiàn)有的材料來(lái)做絕緣應(yīng)用,這些絕緣材料不需要重新開(kāi)發(fā),也不需要增加新的設(shè)備來(lái)因應(yīng)。
雖然Citizen的解釋理論上是合理的,但是,對(duì)于較無(wú)經(jīng)驗(yàn)的業(yè)者來(lái)說(shuō),這就是一項(xiàng)挑戰(zhàn),因?yàn)闊o(wú)論在良率、研發(fā)、生產(chǎn)工程上都是需要予以克服的。
當(dāng)然,還有其他方式可達(dá)到提高發(fā)光效率的目標(biāo),許多業(yè)者發(fā)現(xiàn),在LED藍(lán)寶石基板上制作出凹凸不平坦的結(jié)構(gòu),這樣或許可以提高光輸出量,所以,有逐漸朝向在晶片表面建立texture或PhotONics結(jié)晶的架構(gòu)。
例如德國(guó)的OSRAM就是以這樣的架構(gòu)開(kāi)發(fā)出「ThinGaN」高亮度LED,OSRAM是在InGaN層上形成金屬膜,之后再剝離藍(lán)寶石。這樣,金屬膜就會(huì)產(chǎn)生映射的效果而獲得更多的光線取出,而根據(jù)OSRAM的資料顯示,這樣的結(jié)構(gòu)可以獲得75%的光取出效率。
逐漸有業(yè)者利用覆晶的構(gòu)造,來(lái)期望達(dá)到50lm/W的發(fā)光效率,由于發(fā)光層很接近封裝的附近,發(fā)光層的光向外部散出時(shí),因此電極不會(huì)被遮蔽。
當(dāng)然,除了晶片的光取出方面需要做努力外,因?yàn)槠谕軌颢@得更高的光效率,在封裝的部分也是必須做一些改善。事實(shí)上,每多增加一道的工程都會(huì)對(duì)光取出效率帶來(lái)一些影響,不過(guò),這并不代表著,因?yàn)榉庋b的制程就一定會(huì)增加更高的光損失,就像日本OMROM所開(kāi)發(fā)的平面光源技術(shù),就能夠大幅度的提昇光取出效率,這樣的結(jié)構(gòu)OMROM是將LED所射出的光線,利用LENS光學(xué)系統(tǒng)以及反射光學(xué)系統(tǒng)來(lái)做控制的,所以O(shè)MROM稱之為「Doublereflection 光學(xué)系統(tǒng)」。
利用這樣的結(jié)構(gòu),可將傳統(tǒng)炮彈型封裝等的LED所造成的光損失,針對(duì)封裝的廣角度反射來(lái)獲得更高的光效率,更進(jìn)一步的是,在表面所形成的Mesh上進(jìn)行加工,而形成雙層的反射效果,這樣的方式,事實(shí)上是可以得到不錯(cuò)的光取出效率控制的。因?yàn)檫@樣的特殊設(shè)計(jì),這些利用反射效果達(dá)到高光取出效率的LED,主要的用途是針對(duì)LCDTV背光所應(yīng)用的。(責(zé)任編輯:admin)
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