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(yàn)
雖然說(shuō)隨著白光發(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(yīng)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(qū)動(dòng)電源|穩(wěn)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(dá)到照明所需要的流明數(shù)。
針對(duì)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(tǒng)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(qū)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(tǒng)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(qū)動(dòng)電流來(lái)驅(qū)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?yàn)楸仨氃跇O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?yàn)楸舜碎g膨脹系數(shù)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(duì)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(dǎo)熱材料，因此對(duì)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(shì)看來(lái)，金屬腳座材料的選擇主要是以高熱傳導(dǎo)系數(shù)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(shù)差異甚大，若將其直接接觸很可能因?yàn)樵跍囟壬邥r(shí)材料間產(chǎn)生的應(yīng)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(dǎo)系數(shù)及膨脹系數(shù)的中間材料作為間隔。采用上述的觀念，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(fù)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(dǎo)熱效果，使光源的輸出在長(zhǎng)時(shí)間使用下仍能維持穩(wěn)定。
同樣利用高散熱基板的想法，Lumileds將其應(yīng)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(dǎo)系數(shù)的銅材，再將其連接至特制之金屬電路板，兼顧電路導(dǎo)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(duì)于傳統(tǒng)發(fā)光二極管廠商而言還是有著相當(dāng)?shù)拈T(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(yīng)用在照明時(shí)可能會(huì)遇到的困難，已經(jīng)是各大照明廠目前的目標(biāo)。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(hào)稱為冷光源，但是因?yàn)槟壳捌潆姽庑嗜杂邢喈?dāng)改善的空間，也就是說(shuō)仍有相當(dāng)程度的電能因?yàn)闆](méi)有轉(zhuǎn)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(yán)重的散熱問(wèn)題。因此良好的散熱設(shè)計(jì)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(tǒng)燈源完全不同的發(fā)光特性，除了是因?yàn)槠渚Я１旧順O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(yīng)用的設(shè)計(jì)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(xì)的光學(xué)設(shè)計(jì)。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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