散熱：困擾白光LED應用

　散熱問(wèn)題，持續困擾高軸功率白光LED的應用。中國環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)協(xié)會(huì )專(zhuān)家表示，這樣看起來(lái)好像只是因為期望達到散熱，而把簡(jiǎn)單的一件事情予以復雜化，到底這樣是不是符合成本和進(jìn)步的概念，以今天的應用層面說(shuō)很難做判斷，不過(guò)實(shí)際上是有一些業(yè)者正朝向這方面做考量，例如Citizen在2004年所發(fā)表的產(chǎn)品，就是能夠從封裝上厚度為2～3mm的散熱槽向外散熱，提供應用業(yè)者能夠因為使用了具有散熱槽的高功率白光LED，能讓PCB板的散熱設計得以發(fā)揮。

　　封裝材料的改變，提高白光LED壽命達原先的4倍。當然發(fā)熱的問(wèn)題不是只會(huì )對亮度表現帶來(lái)影響，同時(shí)也會(huì )對LED本身的壽命出現挑戰，所以在這一部份，LED不斷的開(kāi)發(fā)出封裝材料來(lái)因應，持續提高中的LED亮度所產(chǎn)生的影響。過(guò)去用來(lái)作為封裝材料的環(huán)氧樹(shù)脂，耐熱性比較差、可能會(huì )出現的情況是，在LED芯片本身的壽命到達前，環(huán)氧樹(shù)脂就已經(jīng)出現變色的情況，因此為了提高散熱性，而必須讓更多的電流獲得釋放，這一個(gè)架構這是相當的重要。

　 除此之外不僅因為熱現象會(huì )對環(huán)氧樹(shù)脂產(chǎn)生影樣，甚至短波長(cháng)也會(huì )對環(huán)氧樹(shù)脂造成一些問(wèn)題，這是因為白光LED發(fā)光光譜中，也包含了短波長(cháng)的光線(xiàn)，而環(huán)氧樹(shù)脂卻相當容易被白光LED中的短波長(cháng)光線(xiàn)破壞，即使低功率的白光LED就已經(jīng)會(huì )讓造成環(huán)氧樹(shù)脂的破壞，更何況高功率的白光LED所含的短波長(cháng)的光線(xiàn)更多，那么惡化自然也加速，甚至有些產(chǎn)品在連續點(diǎn)亮后的使用壽命不到5000小時(shí)。據中國環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)協(xié)會(huì )專(zhuān)家介紹，所以與其不斷的克服因為舊有封裝材料－—環(huán)氧樹(shù)脂所帶來(lái)的變色困擾，不如朝向開(kāi)發(fā)新一代的封裝材料，或許是不錯的選擇。

　　目前在解決壽命這一方面的問(wèn)題，許多LED封裝業(yè)者都朝向放棄環(huán)氧樹(shù)脂，而改采了硅樹(shù)脂和陶瓷等作為封裝的材料，根據統計因為改變了封裝材料，事實(shí)上可以提高LED的壽命。就數據上來(lái)看，代替環(huán)氧樹(shù)脂的封裝材料－硅樹(shù)脂，就具有較高的耐熱性，根據試驗即使是在攝氏150～180度的高溫，也不會(huì )變色的現象，看起來(lái)似乎是一個(gè)不錯的封裝材料。

　 因為硅樹(shù)脂能夠分散藍色和近紫外光，所以與環(huán)氧樹(shù)脂相比，硅樹(shù)脂可以抑制材料因為電流和短波長(cháng)光線(xiàn)所帶來(lái)的劣化現象，而緩和的光穿透率下降的速度。據專(zhuān)家介紹，以目前的應用來(lái)看，幾乎所有的高功率白光LED產(chǎn)品，都已經(jīng)改采硅樹(shù)脂作為封裝的材料，例如因為短波長(cháng)的光線(xiàn)所帶來(lái)的影響部分，相對于波長(cháng)400～450nm的光，環(huán)氧樹(shù)脂約在個(gè)位的數百分比左右，但硅樹(shù)脂對400～450nm的光線(xiàn)吸收卻不到百分之一，這樣的落差使得在抗短波長(cháng)方面，硅樹(shù)脂有著(zhù)較出色的表現。OSRAM(Thin GaN)是在InGaN層上形成金屬膜，之后再剝離藍寶石。

　　這樣金屬膜就會(huì )產(chǎn)生映射的效果而可以獲得75％的光取出效率。所以就壽命表現度而言，硅樹(shù)脂可以達到延長(cháng)白光LED使用壽命的目標，甚至可以達到4萬(wàn)小時(shí)以上的使用壽命，但是是不是真的適合用來(lái)做照明的應用就還有待研究，因為硅樹(shù)脂是具有彈性的柔軟材料，所以在封裝的過(guò)程中，需要特別注意應用的方式，而來(lái)設計出最適當的應用技術(shù)。

　 對于未來(lái)應用的方面，提高白光LED的光輸出效率將會(huì )是決勝的關(guān)鍵點(diǎn)。白光LED的生產(chǎn)技術(shù)，從過(guò)去的藍色LED和黃色的YAG熒光體的組合，開(kāi)發(fā)出仿真白光的目標，到利用三色混合或者使用GaN材料，開(kāi)發(fā)出白光LED對于應用來(lái)說(shuō)，已經(jīng)可以看的出將會(huì )朝向更廣泛的方向擴展。

　　專(zhuān)家介紹說(shuō)，另外白光LED的發(fā)光效率，這些年已經(jīng)有了不錯的的發(fā)展，日本LED照明推進(jìn)協(xié)會(huì )目標是，期望能夠預計在2009年達到100lm/w的發(fā)光效率，而事實(shí)上有相當多的業(yè)者都在朝向這方面開(kāi)發(fā)，所以預計在數年內，100lm/w發(fā)光效率就能夠實(shí)際上商業(yè)化應用。許多LED封裝業(yè)者都朝向放棄環(huán)氧樹(shù)脂，而改采了硅樹(shù)脂和陶瓷等作為封裝的材料，藉以提高LED的使用壽命。多元化應用市場(chǎng)潛力下，日亞化學(xué)積極開(kāi)發(fā)白光半導體雷射。由于期望LED達到色純度較高的白光，及高亮度的要求下，各業(yè)者不斷的從每一領(lǐng)域加以改善，而達到此一目標，但在成果的進(jìn)步速度上，看起來(lái)仍舊相當的緩慢。

　 部分業(yè)者開(kāi)始考慮采用其它的技術(shù)，來(lái)實(shí)現目前業(yè)界對于類(lèi)似白光LED的光亮度要求。在高亮度的藍、白光LED領(lǐng)域的日亞化學(xué)，便是將一部份的研發(fā)方向，朝向開(kāi)發(fā)白光雷射做努力。據專(zhuān)家介紹，日亞化學(xué)是利用與白光LED相同的GaN系材料，來(lái)制作半導體雷射開(kāi)發(fā)出了白光光源，以目前的表現來(lái)說(shuō)，輝度已經(jīng)能夠達到10cd/mm左右，今天的白光LED如果期望達到這個(gè)輝度值是相當困難的，即使增加電流期望讓亮度增加，但這樣將會(huì )使得接合點(diǎn)的溫度上升，所帶來(lái)的結果不僅會(huì )使整個(gè)發(fā)光效率降低外，還會(huì )浪費相當多不必要的電量。日亞化學(xué)所開(kāi)發(fā)的白光半導體雷射，在芯片端不再使熒光體材料，而是將發(fā)光部分和白光產(chǎn)生的部分分開(kāi)處理，日亞化學(xué)的雷射半導體所是利用200mw的藍紫色半導體雷射，發(fā)出405nm的波長(cháng)光線(xiàn)，把藍色或藍紫色半導體雷射與光纖的面進(jìn)行連接，讓白光從涂了熒光體材料的光纖另一面發(fā)射出來(lái)，而在這模塊中所產(chǎn)生出來(lái)的白光直徑僅有1.25mm，這各面積只有相同光量白光LED的1/20，并因所需的耗功不到0.1W，所以，在散熱部分也不需要太過(guò)于煩惱。