高亮度LED解決關(guān)鍵問(wèn)題前程似錦
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白光LED必須通過(guò)散熱考驗
雖然說(shuō)隨著(zhù)白光發(fā)光二極管發(fā)光效率的逐步提高，將白光發(fā)光二極管應用在照明的可能性也越來(lái)越大，但是很明顯地，單顆白光發(fā)光二極管其驅動(dòng)電源|穩壓器均偏低，因此以目前的封裝型式是不太可能以單顆白光發(fā)光二極管來(lái)達到照明所需要的流明數。
針對于這個(gè)問(wèn)題，目前主要的解決方法大致上可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是較傳統地將多顆發(fā)光二極管利用組成光源模塊來(lái)使用，而其中每單顆發(fā)光二極管所需要的驅動(dòng)電源與一般所使用的相同(約為20～30mA)；另種方法為目前幾個(gè)高亮度發(fā)光二極管制造商所使用的方法，即是使用所謂的大晶粒制程，此時(shí)不再使用傳統晶粒的大小(0.3mm2)，而將晶粒制程為更大的尺寸(0.6mm2～1mm2)，并使用高驅動(dòng)電流來(lái)驅動(dòng)這樣的發(fā)光組件(一般為150～350mA，目前更可高至500mA以上)。
但無(wú)論是使用何種方法，都會(huì )因為必須在極小的發(fā)光二極管封裝中處理極高的熱量，若組件無(wú)法散去這些高熱，除了各種封裝材料會(huì )因為彼此間膨脹系數的不同而有產(chǎn)品可靠度的問(wèn)題，晶粒的發(fā)光效率更會(huì )隨著(zhù)溫度的上升而有明顯地下降，并造成其受明顯地縮短。因此如何散去組件中的高熱，成為目前發(fā)光二極管封裝技術(shù)的重要課題。
對于發(fā)光二極管而言，其最重要的便是輸出的光通量及光形，所以發(fā)光二極管其中一端必定不能遮光，而需使用高透明效果的環(huán)氧樹(shù)脂材料包覆。然而目前的環(huán)氧樹(shù)脂幾乎都是不導熱材料，因此對于目前的發(fā)光二極管封裝技術(shù)而言，其主要的散熱均是利用其發(fā)光二極管晶粒下方的金屬腳座(leadframe)以散去組件所發(fā)出的熱量。
就目前的趨勢看來(lái)，金屬腳座材料的選擇主要是以高熱傳導系數的材料為組成，如鋁、銅甚至陶瓷材料等，但這些材料與晶粒間的熱膨脹系數差異甚大，若將其直接接觸很可能因為在溫度升高時(shí)材料間產(chǎn)生的應力而造成可靠度的問(wèn)題，所以一般都會(huì )在材料間加上兼具傳導系數及膨脹系數的中間材料作為間隔。采用上述的觀(guān)念，松下電器于2003年將多顆發(fā)光二極管制成在金屬材料與金屬系復合材料所制成的多層基板模塊上以形成光源模塊，利用光源基板的高導熱效果，使光源的輸出在長(cháng)時(shí)間使用下仍能維持穩定。
同樣利用高散熱基板的想法，Lumileds將其應用在大面積晶粒的產(chǎn)品上。Lumileds基板所使用的材料為具有高傳導系數的銅材，再將其連接至特制之金屬電路板，兼顧電路導通及增加熱傳出之效果。
而除了Lumileds外，包括OsramOptoSemiconductors及日亞化學(xué)皆已推出1W以上大晶粒的產(chǎn)品(圖8、圖9)。從這些高亮度發(fā)光二極管制造商紛紛推出大晶粒、大功率的產(chǎn)品看來(lái)，似乎大晶粒相關(guān)的制程、封裝技術(shù)似乎已經(jīng)漸漸成為高亮度發(fā)光二極管的主流。然而大晶粒相關(guān)的制程及封裝技術(shù)不只是將晶粒面積做大而已，相關(guān)的制程及封裝技術(shù)對于傳統發(fā)光二極管廠(chǎng)商而言還是有著(zhù)相當的門(mén)坎，但是若希望將發(fā)光二極管推往高亮度照明領(lǐng)域，相關(guān)技術(shù)的研發(fā)仍為必經(jīng)之過(guò)程。
解決關(guān)鍵問(wèn)題 LED前程似錦
隨著(zhù)近年來(lái)發(fā)光二極管發(fā)光效率逐步提升，將發(fā)光二極管利用為發(fā)光光源的可能性也越來(lái)越高。但是在人們只考慮提升發(fā)光二極管發(fā)光效率的同時(shí)，如何充分利用發(fā)光二極管的特性、及將其應用在照明時(shí)可能會(huì )遇到的困難，已經(jīng)是各大照明廠(chǎng)目前的目標。目前已經(jīng)看到的困難包括了散熱問(wèn)題，及發(fā)光二極管特殊發(fā)光光形的利用等。
在散熱方面，發(fā)光二極管雖然號稱(chēng)為冷光源，但是因為目前其電光效率仍有相當改善的空間，也就是說(shuō)仍有相當程度的電能因為沒(méi)有轉換成光而造成多余的熱能，這些熱能集中在晶粒尺寸大小時(shí)將造成嚴重的散熱問(wèn)題。因此良好的散熱設計及散熱材料的開(kāi)發(fā)為目前的重點(diǎn)。
而就發(fā)光二極管的發(fā)光光形而言，發(fā)光二極管有與傳統燈源完全不同的發(fā)光特性，除了是因為其晶粒本身極小的尺寸外，各種發(fā)光二極管不同的封裝型式更會(huì )造成完全不同的發(fā)光光形，因此相關(guān)于發(fā)光二極管照明應用的設計將不能再簡(jiǎn)單地在光源上套上聚光透鏡或是反射鏡，而必須經(jīng)過(guò)更仔細的光學(xué)設計。在這部份，各公司及研發(fā)單位都有不同方向，但是除了開(kāi)發(fā)技術(shù)外，如何將這些技術(shù)量產(chǎn)化，則是未來(lái)固態(tài)光源能否成為照明光源主流的關(guān)鍵。
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