【精品】LED光效研究

1、功率白光led光效的研究發(fā)布：2009-5-05 11:01 作者：ilight 來(lái)源：照明工程師社區(qū) 查 看：2141次編者按：白光led因綠色環(huán)保、高效僵以及長(zhǎng)壽命的優(yōu)點(diǎn)得到人們的高 度重視，但是led照明產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)是一個(gè)系統(tǒng)工程,除了提升光涯本身的 亮度外，還涉及到散熱、二次配光、控制電路、電源等一系列問(wèn)題。目前, led光源的亮度還不夠高，所以大家把led照明產(chǎn)品的功率做得較大，這 樣一來(lái)就帶來(lái)了成本增加、散熱結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電源和控制型t困難等一系列 問(wèn)題。如果led光源的羞效能得到大幅提升，其他如價(jià)格、散熱、驅(qū)動(dòng)電 路、以及配光等環(huán)節(jié)的問(wèn)題處理起來(lái)就更加容易，所以白光led光效的提 升至

2、關(guān)重要，它是led照明走向普通翹的重要環(huán)節(jié)，下面本文就led光 效的改進(jìn)方法作一些討論。在當(dāng)前能源日益短缺的情況下，以日本和歐美等為主的發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng) 在城市公共照明領(lǐng)域進(jìn)行圭導(dǎo)體照明的改造工程，同時(shí)，我國(guó)政府也在倡 導(dǎo)要大力發(fā)展led照明產(chǎn)業(yè),全力推進(jìn)半導(dǎo)體照明工程，led照明的國(guó)際、 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)前景巨大。但led要全面取代傳統(tǒng)照明，光效的提升是一個(gè)至關(guān) 重要的環(huán)節(jié)。白光是一種多顏色的混和光，目前白光led的制造方法主要有以下幾種方式：lr+g+b(ledchip)2. b(ledchip)+yellowphosphor (熒光粉)3. b(ledchip) + (r+g) phosphor (

3、熒光粉)4. b(ledchip) + (y+r) phosphor (熒光粉)5. b (ledchip) + (y+g) phosphor (熒光粉)6. uv (ledchip) + (r+g+b) phosphor (熒光粉) 其中第一種方法是將r、g. b三色led晶片封裝在一起，通過(guò)rgb混光的方式得到白光;第二種是藍(lán)光led晶片加yag黃色熒光粉的封裝方 式，通常以450nm-465nm的藍(lán)色光激發(fā)yag黃色熒光粉產(chǎn)生黃光，該黃光 與透過(guò)yag熒光粉而沒(méi)有被吸收的藍(lán)光混合而產(chǎn)生兩波長(zhǎng)的白光，這項(xiàng)技 術(shù)的發(fā)明者為日亞化學(xué)（美國(guó)專利：us5998925）;第六種方法是通過(guò)紫外光 激發(fā)

4、r、g、b三基色熒光粉，從而產(chǎn)生r、0、b三色光混合的白光（美國(guó)專利:us5952681)。紫外光激發(fā)三基色熒光粉的封裝方式發(fā)光原理與日光燈的相同,都是 由三基色熒光粉吸收能量而發(fā)出三色光，再經(jīng)混合而得到白光。這種發(fā)光 模式發(fā)出的白光顯色性較好，但目前這種封裝模式還受到一些堀特性和 制程技術(shù)的制約，例如目前尚無(wú)抗衰減、高效率的功率型紫光lbd晶片； 封裝材料選擇困難，一方面這些封裝材料必須抗紫外光，不會(huì)因?yàn)樽贤夤?的照射而產(chǎn)生劣化;另一方面這些封裝材料還要能阻擋紫外光的外泄，以避 免對(duì)人體產(chǎn)生傷害。cmmcfer: 90 pmsjucon subftrme "3 pm)au-terr

5、rvnated contact目前，第一種和第二種是最常用的白光led制造方法，尤其是以藍(lán)光 激發(fā)黃色熒光粉而得到白光的這種方法，已被用于工業(yè)化量產(chǎn)。這種制造 技術(shù)其發(fā)光效率高低主要取決于材料（晶片、熒光粉、膠水）的優(yōu)劣和生產(chǎn) 制程的過(guò)程控制，下面我們就這幾方面的問(wèn)題作一些討論：材料:1.晶片晶片本身的功率是白光led光效的決定因素，目前常見(jiàn)的藍(lán)光晶片制造方式有下列四種類型:a.以cree為代表的sic或者si襯底（圖一） 100 pm圖一、sic或者si襯底晶片結(jié)構(gòu)b以日亞、bridgelux為代表的藍(lán)寶石襯底（圖二）na*p!w(i>nktti i logan ganxjtmluin

6、ileds aliugan flip-chip led圖三、倒裝晶片結(jié)構(gòu)c. semileds為代表的金屬襯底（圖四）metal alloyed substrate圖四、金屬襯底晶片結(jié)構(gòu)這幾種晶片結(jié)構(gòu)都有他們獨(dú)自的特點(diǎn)。藍(lán)寶石襯底晶片的出光模式為 正面和側(cè)面出光，其優(yōu)點(diǎn)是丄藝相對(duì)簡(jiǎn)單、成熟，但是由于藍(lán)寶石導(dǎo)熱率 較低，對(duì)器件的散熱有一定影響。si襯底晶片、金屬襯底晶片以及倒裝晶 片的出光模式都是正面出光，si襯底晶片的典型代表為cree的ez系列， 這類晶片的特點(diǎn)是si襯底背面鍍有au-sn合金,可以進(jìn)行共晶固晶以獲得 較低的熱阻;倒裝晶片的典型代表是lumileds,其制造方法是通過(guò)刻蝕露

7、出外延層的n區(qū)，然后將整個(gè)黏倒裝焊接在具有電路結(jié)構(gòu)的si基板上, 通常，si基板上還集成有齊納二極管，這晶片的散熱能力和抗靜電能力都 比較高。金屬襯底晶片與si襯底晶片結(jié)構(gòu)類似，只不過(guò)相對(duì)于si襯底來(lái)說(shuō)，金屬cu襯底的熱導(dǎo)率跟高，封裝出的器件可具有更低的熱阻，但缺點(diǎn) 是cu與gan材料的熱失配相對(duì)較大。2.熒光粉熒光粉效率的高低與其顆粒的大小有著密切的關(guān)系，目前業(yè)界使用的 熒光務(wù)直徑為5nm15gm0研究表明，顆粒相對(duì)越粗，其發(fā)光效率相對(duì) 越高，但另一方面，顆粒越粗的熒光粉是在制程中也越容易沉淀，在使用 時(shí)間上不容易控制。顆粒較小的熒光粉不易沉淀，但是其光效相對(duì)較低。 為此，為了解決熒光粉效率

8、和沉淀相矛盾的問(wèn)題，我們可通過(guò)縮短使用時(shí) 間、增加膠水的密度等方法讓較粗的熒光粉不易沉淀從而提高led的發(fā)光 效率。圖五是不同熒光粉的效率比較：蚤光粉效率比較茨2sooo19360腳70加02000050wsdm0z曲?257.51,950 11230 12620440 450-：55-455匕57.4760-；1j 162.5 -45045z545$4s7.5457.5460 462.54655060sl5060su5020s33 膠水提高膠水的折射率是提升led光效的關(guān)鍵，目前業(yè)界使用的膠水折射 率大多在1.4'1.5左右，而最近有日本廠商宣稱開(kāi)發(fā)出了折射率高達(dá)1. 9 的膠水，如

9、果這種膠水在可靠性方面能夠得到業(yè)界認(rèn)可，則可使led在光 效方面向前邁進(jìn)一大步。制程技術(shù)1 設(shè)備為了防止點(diǎn)熒光膠過(guò)程中熒光粉的沉淀，人們開(kāi)發(fā)出很多設(shè)備來(lái)解決這個(gè)難題，比如一些廠家開(kāi)發(fā)出離心式攪拌設(shè)備以使熒光粉和膠水充分能 夠均勻地混合的，并且在攪拌的同時(shí)還能消除膠水中的氣泡;為了讓熒光膠 點(diǎn)膠量均勻，人們開(kāi)發(fā)出采用活塞式、螺桿式的噴膠設(shè)備;為了不讓熒光粉 沉淀，一些設(shè)備采用邊點(diǎn)膠邊加熱的方式或者邊混合邊點(diǎn)膠的方式進(jìn)行點(diǎn) 膠作業(yè)?？傊@些先進(jìn)的設(shè)備為我們解決一些制程問(wèn)題提供了很多途徑。2.過(guò)程驅(qū)有了先進(jìn)的設(shè)備并不代表就一定能封裝出高光效的白光led,我們還 需要找出每一個(gè)制程參數(shù)的最佳條件使系

10、統(tǒng)得到最佳優(yōu)化。有人針對(duì)不同 的材料配搭采用doe矩陣的方式來(lái)尋找設(shè)備的最佳參數(shù)條件。這種矩陣方 式如表一所示：表一、doe矩陣條件1冬件2條件3條件4灸件5儀件3條件7棗件8卿格1xxxxxxxx規(guī)格2xxxxxxxx猊格3x00o°00x祝格4x00°000x規(guī)格5x0obb00x棘格6x00bb00x畑x00o000x規(guī)絡(luò)8x00o000x畑xxxxxxxx規(guī)格0xxxxxxxx在表一中，矽表示最佳參數(shù)條件，要荻得這樣的條件需要做大量的 實(shí)驗(yàn)。圖六是不同點(diǎn)膠方式的光效比較：or g b3穩(wěn)定性所謂穩(wěn)定性也就是我們常說(shuō)的制程能力的高低了，一般用cpk來(lái)表示,cpk表示制

11、程能力的判定竝如下：a.當(dāng)1.67ncpkm1.33,表示制程0k,無(wú)須做任何的變更。b.當(dāng)cpk<1.33,則需開(kāi)立矯正預(yù)防措施單，以利于針對(duì)問(wèn)題a進(jìn)行改善。c. 當(dāng)cpk<1. 0,則表示制程中有嚴(yán)重缺失，需立開(kāi)立停線通知單或減 量生產(chǎn)，待確認(rèn)其缺點(diǎn)已確實(shí)改善后方可繼續(xù)生產(chǎn)。d. 當(dāng)cpd1.67,則需列入觀察。e. 當(dāng)cpk>2.3,則說(shuō)明設(shè)計(jì)成本過(guò)高，需進(jìn)行設(shè)計(jì)變更或規(guī)格變更之 確認(rèn)。小結(jié)：led照明的道路光明而又充滿艱辛，還希望業(yè)界的廣大科技工 作者不斷的研究以尋找更多的突破點(diǎn)，為人類的光明事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。tag: led照明光效工藝材料白光ledled照明 燈

12、具設(shè)計(jì) 照明設(shè)計(jì)led照明 設(shè)計(jì) 燈光 燈光設(shè) 計(jì)光源鎮(zhèn)流器夜景照明熒光燈景觀照明室內(nèi)照明【產(chǎn)品熱點(diǎn)】（圖）【名詞解釋】（圖）回唐朝一一（圖）點(diǎn)亮精彩（圖）2009 “l(fā)ed 照（圖） 查看全部條評(píng)論 最新評(píng)論刪除引用 wanban （2009-6-17 10:51:41,評(píng)分：0 ）中國(guó)將徹底擺脫國(guó)外對(duì)高端led的壟斷 近年來(lái)，隨著能源危機(jī)的日益突現(xiàn)，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，發(fā)展高效節(jié)能產(chǎn) 業(yè)成為了國(guó)家優(yōu)先的發(fā)展戰(zhàn)略。led照明作為第四代照明，具有高效節(jié)能、 綠色環(huán)保、壽命長(zhǎng)、光色易控制等諸多優(yōu)點(diǎn)，更受到了國(guó)家的高度重視。 中國(guó)大陸從事led的芯片50多家，led的封« 1000多家，從事應(yīng)用的3000多家，但總體沒(méi)有擺脫水平低，重復(fù)開(kāi)發(fā)的問(wèn)題，雖說(shuō)我國(guó)大陸與世界幾個(gè)led產(chǎn)業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家和地區(qū)（如德國(guó)、美國(guó)、日本、韓國(guó)和臺(tái) 灣）同時(shí)起步，但技術(shù)卻相差甚遠(yuǎn)，德國(guó)西門(mén)子集團(tuán)子公司歐司朗已開(kāi)發(fā) 出白光led150lm/瓦的大功率，美國(guó)科瑞開(kāi)發(fā)出小功率161lm/瓦的白光led,而國(guó)內(nèi)普遍的水平才80-100lm/瓦，并且led產(chǎn)業(yè)鏈中的核心技術(shù)都 被國(guó)外一些企