芯片級拆解：全面剖析新型LED燈泡設計的藝術(shù)
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
時(shí)下，LED照明技術(shù)正掀起產(chǎn)業(yè)革命旋風(fēng)。LED照明燈泡廠(chǎng)商正致力于快速提高性能和降低LED燈泡價(jià)格。去年，普通家庭款式的LED燈泡，如A19LED燈泡售價(jià)在20美金至60美金之間，當時(shí)已具有非常高的性?xún)r(jià)比。今年，高端的LED燈泡，如LG公司的LED燈泡，售價(jià)低至10美金，破“10”指日可待。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/215223.htmLED燈泡的性能和熒光燈(CFLs)差不多，50-60lumens/watt。盡管如此，LED在技術(shù)層面上依然比CFL高出一籌。7.5WLG燈泡發(fā)出485lumens，相當于65lm/W。在相同的485lumens前提下，舊式40W燈泡只能發(fā)出12lm/W，與前者相比少了約五倍。
LG7.5WLEDA19燈泡LB08D830L0A。E50JWU0在包裝內外對比
關(guān)于均勻照明問(wèn)題
當我們放置一個(gè)裝有LED燈泡的臺燈，而且可以控制燈的亮度向上照射。這是由于LED發(fā)射器內部是水平放置的。Philips燈泡采用三個(gè)垂直調整的LED面來(lái)減緩照明亮度的控制問(wèn)題。盡管這樣，讀書(shū)用臺燈或工作燈的均勻性照明方式，使得熱量不會(huì )集中到某個(gè)照明對象上。
如圖中所示，LG燈泡可以將控制大部分光線(xiàn)向上投射，這是因為在燈泡內部LED基板是水平放置的造成的
臺燈的設計也是從愛(ài)迪生燈泡的原理進(jìn)化而來(lái)——光線(xiàn)的發(fā)射是朝各方向散射式。隨著(zhù)電燈泡進(jìn)化了一個(gè)多世紀，現代臺燈設計和其先驅鼻祖——煤油燈，又顯得很不一樣。
最初的電燈泡在效率和普及程度方面并沒(méi)有存在強制的要求，然而它們的優(yōu)點(diǎn)引致了它們的盛行，同時(shí)導致了油燈的衰落?？傆幸惶?，電燈會(huì )發(fā)展成為適應LED光源獨特性的產(chǎn)品，這一天離我們并不遠了。當LED光源在接下來(lái)的十幾年能夠提高其使用壽命，其取代電燈是毋容置疑的了，同時(shí)燈具會(huì )具有各種各樣的規格和形狀。與此同時(shí)，強制LED去采取愛(ài)迪生的樣式版本無(wú)異于將一個(gè)方形的釘子打進(jìn)一個(gè)圓形的洞里面。
然而，StrategiesUnlimited預測“被替代的傳統光源的全球市場(chǎng)份額到2016年會(huì )上升到37億美元，而這個(gè)數據在2011年還是27億。”實(shí)際上，LED燈管提供了非常舒適的亮度，相對于緊湊的熒光燈泡，會(huì )令人更愉悅，人們會(huì )很愿意采用這類(lèi)產(chǎn)品的。這種燈泡比CFLs更耐用，不含水印，同時(shí)一打開(kāi)就亮。而那些討厭的CFLs則會(huì )耗費一段時(shí)間才能達到其最大亮度。
LED燈管是一種復雜的電子設備。LED本身是半導體二極管，只需要一個(gè)大概3V的直流電壓供電。普通家庭根據地理位置不同，其供電是110V或220V的交流電。LG的燈管是不可以調節亮度的。盡管新型號的調光器是必須的，但價(jià)格相對高一點(diǎn)的產(chǎn)品亮度還是可調的。和CFLs一樣，LED燈管有一個(gè)很小的電路板裝在燈管的“脖子”里面。
拆解新型LED燈泡
已經(jīng)拆解開(kāi)了的LED燈泡
在燈泡的頸部位置，被外殼包住的電路板
細看LED燈泡電路板
如上圖可知，電路板內置了一個(gè)變壓器，幾個(gè)電容器和一個(gè)功率晶體管。LED控制器被垂直安裝在一個(gè)子卡上。它是由安森美半導體制造的型號為HS01G的半橋諧振控制器?？紤]到燈泡高亮度輸出因素，你就會(huì )發(fā)現LED芯片事實(shí)上顯得非常小巧。LG燈泡使用了32個(gè)LED芯片，每個(gè)尺寸為0.5mmx0.5mm。而一顆米粒的尺寸約為5mmx2mm。這些LED芯片均以4x4封裝在**圓形的熒光燈中，發(fā)射出的藍光再通過(guò)氮化鎵核心部件轉化為白光。通常，熒光粉被用于日光燈的媒介。在該LED發(fā)射極內，硅樹(shù)脂將小顆粒狀的釔鋁石榴石(yttriumaluminum-garnet，YAG)、鋇、鍶和硅酸鈣凝聚在一起。使用不同的材料，便會(huì )相應得到不同的色溫。探秘四個(gè)LEDs
四個(gè)LEDs，每個(gè)尺寸約為0.5mmx0.5mmx0.1mm，封裝在LED凸圓底下設計好發(fā)射極控制散熱問(wèn)題
由于LEDs容易過(guò)熱，發(fā)射極背面的設計就專(zhuān)門(mén)針對解決LED散熱問(wèn)題的
LED芯片核心部位特寫(xiě)照
如上圖所示，用電子顯微鏡所拍攝的LED芯片核心部位特寫(xiě)照。類(lèi)似用嵌入式工藝將電極和陰極連接起來(lái)，其他一部分則與陽(yáng)極連接起來(lái)。每個(gè)LED芯片核心部件雖然都很小，但是大部分都用于支撐材料。斜對角線(xiàn)的刻痕劃分隔開(kāi)了雙襯底，在天藍色的基板上，可以看到有一層很薄的氮化鎵(GaN)，大約只有7μm薄。藍寶石襯底主要是注入了GaN生長(cháng)介質(zhì)。在襯底隆起的圖樣，降低了GaN的位錯密度，在襯底基質(zhì)起到機械性支持和散熱片的作用。在GaN底部6μm處通常不起作用。結晶體會(huì )逐漸干涉滲透到1μm處，這時(shí)，光發(fā)射極區域便確定了。光發(fā)射區要小到一定的數量級，達到納米(nm)級范圍內，最后植入在上表面下的約100nm處。
LED芯片核心部分橫截面圖樣
見(jiàn)上圖，LED芯片核心部分對角線(xiàn)橫截面圖樣，可測得約為0.1mm。GaN層的表面是薄薄的柵欄層。用陰極追蹤查探得知電極位于很靠近中心位置。
如上圖所示，在電子顯微鏡下的GaN層。在該區域的頂部是GaN是p類(lèi)摻雜，下面部分為n類(lèi)摻雜。
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