中國(guó)LED應(yīng)關(guān)注高端封裝技術(shù)

1、李漫鐵：中國(guó)LED應(yīng)關(guān)注高端封裝技術(shù)深圳雷曼光電科技有限公司總經(jīng)理李漫鐵于2009年9月6日在深圳會(huì)展中心五樓會(huì)議廳舉行的2009LED照明技術(shù)及發(fā)展論壇上發(fā)表題為幾種前沿領(lǐng)域的LED封裝器件的精彩演講，引起業(yè)界廣泛關(guān)注。 深圳雷曼光電科技有限公司總經(jīng)理李漫鐵點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片    李總指出，LED器件的封裝已經(jīng)有四十年的歷史，近幾年，隨著LED產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，LED的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，對(duì)LED器件的封裝形式及性能提出了更高、更特別的要求。為適應(yīng)各種LED應(yīng)用領(lǐng)域的不同要求，各LED封裝企業(yè)推出了各種性能先進(jìn)可靠的LED器件，滿足了應(yīng)用端的要求，

2、同時(shí)也推動(dòng)了LED封裝技術(shù)的進(jìn)步。     值得關(guān)注的前沿領(lǐng)域的LED封裝器件     1、高亮度、低衰減和完美配光的紅、綠、藍(lán)直插式橢圓形LED在戶外大尺寸、高亮度、動(dòng)態(tài)性、耐候性顯示領(lǐng)域，無(wú)疑LED顯示屏是唯一的選擇。近幾年，隨著性價(jià)比的提高，全彩LED顯示屏已取代單雙色顯示屏成為戶外顯示屏的主流產(chǎn)品，在戶外廣告、信息顯示、舞臺(tái)背景、樓宇裝飾、戶外招牌等領(lǐng)域大放異彩。2008年北京奧運(yùn)會(huì)上高科技的LED顯示產(chǎn)品更是讓世人更深刻地認(rèn)識(shí)了LED顯示的優(yōu)勢(shì)所在。     目前戶

3、外大型彩色LED顯示屏的顯示器件90%為紅、綠、藍(lán)直插式橢圓形LED。由于每平米戶外LED顯示屏包含上萬(wàn)顆LED器件，每塊上百平米的彩色顯示屏包含有上百萬(wàn)只LED，故此類顯示屏用途的橢圓形LED屬于高端LED領(lǐng)域，需具備如下主要優(yōu)異特性：高亮度;高抗靜電;一致性(波長(zhǎng)、高亮、角度);低衰減;低失效率;紅綠藍(lán)配光一致性。     眾所周知，此領(lǐng)域的LED器件在一段時(shí)間內(nèi)被國(guó)外品牌所壟斷。可喜的是，這兩年，國(guó)內(nèi)封裝技術(shù)已有很大的進(jìn)步，在上述五個(gè)方面已有趕超的可能。     高亮度方面，隨著芯片制造工藝的進(jìn)步，目前國(guó)產(chǎn)最

4、高亮度的芯片已能接近或達(dá)到國(guó)外水平，從而達(dá)到高效節(jié)能的目的。     高抗靜電方面，目前的橢圓形LED抗靜電能力已達(dá)4000伏(人體模式)，能滿足應(yīng)用端苛刻的生產(chǎn)和應(yīng)用環(huán)境。     高一致性方面，波長(zhǎng)、亮度通過(guò)分光分色機(jī)能有效篩分。角度的一致性方面通過(guò)精密的固晶、封膠設(shè)備和良好的工藝管控，再加上優(yōu)異的橢圓透鏡設(shè)計(jì)，能夠很好的達(dá)到同一機(jī)種不同批次角度的一致性，角度的離散性能控制在有效規(guī)格范圍之內(nèi)。     低衰減方面，通過(guò)選用高抗UV性能的外封膠水、性能優(yōu)異的固晶低膠及低熱阻

5、的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，現(xiàn)已能有效控制LED的衰減，尤其是藍(lán)色和綠色LED的衰減控制在3000小時(shí)20mA常溫點(diǎn)亮后10%以內(nèi)，從而使紅、綠、藍(lán)的衰減保持一致性并很小，使彩色LED顯示屏長(zhǎng)時(shí)間使用不至于出現(xiàn)亮度下降、色彩失真的現(xiàn)象。     低失效率方面，通過(guò)選用高匹配性的封裝物料、先進(jìn)的封裝工藝和嚴(yán)格的品質(zhì)管控，使得LED器件的失效率在正常工作3000小時(shí)內(nèi)小于30PPM，達(dá)到國(guó)際同類水平。     紅綠藍(lán)配光一致性方面，通過(guò)優(yōu)異的電腦光學(xué)設(shè)計(jì)軟件及對(duì)封裝特性的透徹了解，設(shè)計(jì)出高度配光一致性的紅綠藍(lán)橢圓透鏡模具，使得LE

6、D全彩顯示屏在任意角度的白平衡具有相對(duì)一致性，從而保證LED彩色顯示屏的色彩還原性和逼真性。     以上五項(xiàng)性能的完美結(jié)合，才能符合高端全彩LED顯示屏的需求。     目前此類橢圓形紅綠藍(lán)LED在戶外全彩LED顯示屏應(yīng)用中，國(guó)產(chǎn)LED已占居半壁江山，其中的高端產(chǎn)品已能與國(guó)外產(chǎn)品抗衡。     2、高防護(hù)等級(jí)的戶外型SMD     貼片型LED簡(jiǎn)稱SMD，是一種新型的LED器件，尤其是頂部發(fā)光TOP型SMD具有小尺寸、超薄型、高亮度、

7、大角度等特點(diǎn)。但此類器件往往用于戶內(nèi)，不具備戶外防護(hù)性能。隨著近幾年SMD器件戶外使用需求的增多，尤其是戶外全彩顯示屏及戶外樓宇亮化的需求，高防護(hù)等級(jí)的戶外型SMD應(yīng)運(yùn)而生。     SMD用于戶外全彩SMD顯示屏，具有超小像素點(diǎn)間距、生產(chǎn)效率高、水平垂直角度大、混色效果好、對(duì)比度高等優(yōu)點(diǎn)，隨著SMD亮度的提高，現(xiàn)已能滿足20mm點(diǎn)間距戶外顯示屏5000尼特亮度的要求。     戶外高防護(hù)等級(jí)SMD需滿足耐高溫、耐高濕、耐紫外線的苛刻條件，故在金屬支架與PPA材料的粘合性能、外封膠水的抗UV性能、PPA材料抗UV性

8、能、外封膠水與PPA的粘合性能、外封膠水的滲透性能等關(guān)鍵要素上需全面通過(guò)選材、試驗(yàn)工藝和管控來(lái)解決。     目前具備高防護(hù)等級(jí)戶外型SMD技術(shù)的公司不多。預(yù)計(jì)此種類型SMD的推出將極大地推動(dòng)SMD在戶外顯示照明的應(yīng)用，減少以前因加裝防水設(shè)計(jì)而額外支出的成本，并能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。     3、廣色域、低衰減、高色溫穩(wěn)定性白色SMD     在未來(lái)五年內(nèi)，LED器件的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑹谴蟪叽缫壕э@示屏背光源，尤其是大尺寸液晶電視。傳統(tǒng)的液晶CCFL背光由于不環(huán)保、能耗高、色域窄、壽

9、命短的缺點(diǎn)，正在被逐步淘汰。據(jù)報(bào)道，因LED背光源具有長(zhǎng)壽命、低功耗、廣色域的優(yōu)點(diǎn)，2009年7月份出貨的筆記本電腦液晶背光源中，LED背光占已有40%的份額。     盡管液晶LED背光源除了白色SMD的解決方案以外，還有RGB混色的解決方案，但因經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的原因，此方案已基本退出市場(chǎng)，白色SMD成為目前液晶LED背光的主流方案。     用于大尺寸液晶顯示屏背光源的白色SMD需要具備如下性能：高光效;低衰減;廣色域;高色溫穩(wěn)定性。     目前廣色域白色SMD的較領(lǐng)先的光

10、效水平平均在50lm至60lm每瓦，不同尺寸的LED芯片、不同的封裝形式、不同的熒光粉配比會(huì)有不同的光效。廣色域白色SMD光效與非廣色域白色SMD的光效還有較大差距，前者只有約60%左右，此方面還有待進(jìn)一步提高，以降低能耗。     廣色域白色SMD的衰減水平是一項(xiàng)重要指標(biāo)，除與常規(guī)白色SMD的衰減因素相關(guān)外，還主要與廣色域熒光粉的穩(wěn)定性相關(guān)，需選擇穩(wěn)定性好的廣色域熒光粉以及相匹配的高性能熒光膠。     白色SMD的色域決定了大尺寸液晶顯示屏色彩鮮艷度和逼真度。故需選擇具有產(chǎn)生RGB三種波峰的高效率熒光粉來(lái)實(shí)現(xiàn)。

11、目前常見(jiàn)的是RG熒光粉配藍(lán)色芯片方案。     廣色域白色SMD的色域穩(wěn)定性將影響整個(gè)液晶顯示屏的色彩一致性和穩(wěn)定性，因?yàn)橐壕П彻饽＝M通常由幾百顆SMD組成，這幾百顆SMD的色溫長(zhǎng)期穩(wěn)定和一致性將直接影響液晶顯示屏的穩(wěn)定色彩表現(xiàn)。     隨著大尺寸液晶顯示屏背光LED需求的強(qiáng)勁增長(zhǎng)，廣色域SMD封裝技術(shù)將更加完善和進(jìn)步。     小結(jié) 李總認(rèn)為，中國(guó)是LED封裝大國(guó)，也是LED的應(yīng)用大國(guó)。LED應(yīng)用的強(qiáng)勁需求將會(huì)促進(jìn)中國(guó)LED封裝技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，中國(guó)LED封裝企業(yè)有望逐步

12、占領(lǐng)高端封裝技術(shù)領(lǐng)域。照明LED封裝創(chuàng)新思路探討目前LED的封裝方法有：支架排封裝，貼片封裝，模組封裝幾種，這些封裝方法都是我們常見(jiàn)和常用的。一，常規(guī)現(xiàn)有的封裝方法及應(yīng)用領(lǐng)域支架排封裝是最早采用，用來(lái)生產(chǎn)單個(gè)LED器件，這就是我們常見(jiàn)的引線型發(fā)光二極管（包括食人魚封裝），它適合做儀器指示燈、城市亮化工程，廣告屏，護(hù)攔管，交通指示燈，及目前我國(guó)應(yīng)用比較普遍的一些產(chǎn)品和領(lǐng)域。貼片封裝（SMD）是一種無(wú)引線封裝，體積小、薄，很適合做手機(jī)的鍵盤顯示照明，電視機(jī)的背光照明，以及需要照明或指示的電子產(chǎn)品，近年來(lái)貼片封裝有向大尺寸和高功率的方向發(fā)展，一個(gè)貼片內(nèi)封裝三、四個(gè)led芯片，可用于組裝照明產(chǎn)品。模組

13、封裝也是一種多芯片封裝，在氧化鋁或氮化鋁基板上以較小的尺寸、高的封裝密度封裝幾十個(gè)或幾百個(gè)LED芯片，內(nèi)部的聯(lián)線是混聯(lián)型式，即有多個(gè)芯片的串聯(lián)、又有好幾路的并聯(lián)。這種封裝主要是擴(kuò)大功率，用做照明產(chǎn)品。模組封裝由于封裝的密度較高，應(yīng)用時(shí)產(chǎn)生的熱量大，散熱是解決應(yīng)用的首要問(wèn)題。采用以上的封裝方法生產(chǎn)的器件，用于生產(chǎn)照明燈具都有一個(gè)共同特點(diǎn)：熱阻的道數(shù)較多，難以生產(chǎn)出高質(zhì)量的照明燈具，且模組本身與散熱器的連接處理要求比較高。目前所有的封裝方法都是將黃色熒光粉（YAG）和環(huán)氧樹脂按不同比列混合均勻，直接點(diǎn)到發(fā)藍(lán)光的LED芯片上，再加熱固化。這種常見(jiàn)的做法優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約材料，缺點(diǎn)是不利于散熱、熒光粉也會(huì)老化

14、。因?yàn)榄h(huán)氧樹脂和熒光粉都不是導(dǎo)熱好的材料，且包裹整個(gè)芯片就會(huì)影響散熱。對(duì)于制造LED照明燈具采用這種方法顯然不是最好的方案。目前國(guó)外生產(chǎn)的大功率芯片，0.5瓦以上的白光芯片都是在藍(lán)光芯片上涂敷一層均勻的YAG熒光粉漿，外表看去是一粒黃色的立方體，（除用于焊接的二個(gè)金墊沒(méi)有熒光粉，這種方法比前面常用的方法可提高光效，因此在國(guó)外普遍使用。）在封裝時(shí)只要將這種白光芯片焊接在設(shè)計(jì)好的電路板上就可以，省去了涂敷熒光粉的工序。給燈具生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)了方便，但目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)芯片的供應(yīng)商還不能大批量生產(chǎn)此類LED白光芯片。我國(guó)是較早開發(fā)LED路燈的國(guó)家，目前在國(guó)內(nèi)使用也不錯(cuò)，原因是國(guó)家重視“低碳經(jīng)濟(jì)，2009年我國(guó)

15、推行十城萬(wàn)盞LED路燈，很多城市都有實(shí)驗(yàn)路段，以檢驗(yàn)LED路燈的可行性，我國(guó)是以路燈應(yīng)用為突破，而國(guó)外（歐司朗、日亞、三星等公司）則是以室內(nèi)照明為突破口，這二種路線究竟誰(shuí)更具有優(yōu)勢(shì)，目前還未見(jiàn)分曉。就我國(guó)而言先從LED路燈照明為應(yīng)用方向，是國(guó)情所致，原因是我國(guó)國(guó)民收入較低，而LED室內(nèi)照明燈的成本較高，老百姓接受不了。而LED路燈的使用是政府出銀子，LED路燈生產(chǎn)企業(yè)正是看中了這一點(diǎn)。其實(shí)LED路燈的工作條件比室內(nèi)LED照明燈具更苛刻，要求更高，如能做到質(zhì)量過(guò)關(guān)（散熱、使用壽命、顯色性、可靠性等），那么再來(lái)做室內(nèi)的LED照明燈就比較容易了。目前國(guó)外的LED巨頭都在大量推出幾百款甚至上千款的LE

16、D室內(nèi)照明燈具，價(jià)格在2075美元之間，功率從幾瓦到二十瓦。但它們采用的封裝方法都是前面提及的，唯一飛利浦公司，使熒光粉涂敷在LED燈罩上，被評(píng)為2009年最有創(chuàng)意的LED照明產(chǎn)品之一。筆者認(rèn)為：凡是LED照明燈具其制造都應(yīng)采用多芯片封裝和模組封裝（模組封裝是一種高密度的多芯片封裝），而且最好是LED芯片直接封裝在燈具主體上，這樣熱阻的道數(shù)最少，可以取得較好的散熱效果。或者在燈具主體上制成敷有銅箔的線路體，其熱阻也較低，LED照明的功率至少也要幾瓦以上，所以都是多芯片使用，以往的封裝工藝就不適用，必須采用新的方法和工藝。采用多個(gè)封裝好的LED器件來(lái)組裝LED燈具，很難造出高質(zhì)量和高可靠的LED

17、燈具的，希望從事LED燈具制造的技術(shù)人員能明白這一點(diǎn)。二，熒光粉涂敷工藝的創(chuàng)新模組封裝的熒光粉涂敷，目前所見(jiàn)到的還是將熒光粉漿直接涂敷在芯片上面，同一塊模組的熒光粉還是較一致，但對(duì)大批量生產(chǎn)就可能會(huì)出現(xiàn)不同的模組用眼睛看出色差來(lái)，較好的辦法是使用LED熒光粉薄膜或膜片，薄膜和膜片可以規(guī)?；a(chǎn)，一致性好，LED燈都是多芯片封裝，發(fā)出的光互相混合，經(jīng)過(guò)熒光粉膜或膜片轉(zhuǎn)換為白光，其色差可以消除。對(duì)薄膜和膜片的要求是：1，能透過(guò)光線，厚度在0.1-0.5mm之間，熒光粉均勻，外觀平整。2，光轉(zhuǎn)化效率要高，穩(wěn)定性要好，壽命長(zhǎng)，抗老化性好。3，可做成有片基的和無(wú)片基的，做成薄片也可，看實(shí)施條件和成本。對(duì)

18、片基要求是無(wú)色透明抗老化好。4，加工成型方便，尺寸任意裁剪，成本低。還有一種方法是將熒光粉和透明塑料按比例混合，通過(guò)注塑機(jī)和模具，直接生產(chǎn)出帶熒光粉的燈罩來(lái)，由燈罩將藍(lán)光轉(zhuǎn)換成白光。這樣就更省事和更方便，由于燈罩轉(zhuǎn)換的是混合的藍(lán)光，故輸出的白光是沒(méi)有色差，而且光線比較柔和不會(huì)產(chǎn)生眩光。三，為了較好解決LED散熱的難題，應(yīng)該將燈具設(shè)計(jì)和封裝一并考慮，將封裝和LED散熱的散熱片做成一個(gè)整體，有效減少熱阻的道數(shù)，這是一種很有效和提高燈具散熱的辦法。目前市面上的LED日光燈都不帶散熱片，這樣的燈具是無(wú)法做到高功率和高質(zhì)量以及長(zhǎng)壽命。正確的產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)該將散熱片一并考慮，工業(yè)化生產(chǎn)是將LED日光燈的散熱器

19、，用模具擠壓出半圓帶翅片的鋁型材，再根據(jù)功率的大小裁切出需要的長(zhǎng)度，然后制出鋁基銅箔線路，將芯片固定在銅箔上，打金線連接或用幫定機(jī)幫定。這樣的燈具散熱效果好，只有二道熱阻，比常用的封裝方法少一到二道熱阻，有效降低芯片的溫度，對(duì)提高LED日光燈質(zhì)量和壽命都能起到作用。另外一種方法是在鋁型材上設(shè)計(jì)出突條，根據(jù)需要銑出許多長(zhǎng)方形，在用普通（0.81.0mm厚）pcb線路板按照鋁型材的長(zhǎng)方形開長(zhǎng)方孔，將pcb線路板粘貼或鉚合在鋁型材上，LED芯片則固定在鋁型材上的長(zhǎng)方形突臺(tái)上，再用金線將PCB板上的線路和芯片相連。這種生產(chǎn)工藝最好，熱阻只有一道，散熱效果最好，生產(chǎn)LED燈具的廠家應(yīng)優(yōu)先采用這種方案，其

20、次是再鋁型材上做銅箔線路的方法。只有這樣的創(chuàng)新，才能有效的解決LED長(zhǎng)條形燈具的散熱問(wèn)題，也才能提高LED日光燈的質(zhì)量和壽命。不斷的探索提升技術(shù)，LED照明的未來(lái)發(fā)展呈現(xiàn)出艷陽(yáng)高照之勢(shì).高功率LED室內(nèi)照明發(fā)展中的燈具技術(shù)要求解析· LED照明市場(chǎng)商機(jī)為業(yè)界帶來(lái)無(wú)窮想象空間，LED照明應(yīng)用已經(jīng)從過(guò)去室外LED跳向室內(nèi)照明應(yīng)用。根據(jù)Strategies Unlimited統(tǒng)計(jì)，未來(lái)五年內(nèi)LED室內(nèi)照明的發(fā)展將有指數(shù)型增長(zhǎng)趨勢(shì)。按照估計(jì)，至2011年，其產(chǎn)值將高達(dá)數(shù)百億美元。尤其是2009年歐盟率先實(shí)施禁用白熾燈計(jì)劃，以及節(jié)能議題備受關(guān)注，造就了LED室內(nèi)照明巨大的市場(chǎng)機(jī)遇和樂(lè)觀的前景。

21、下文從散熱技術(shù)、光學(xué)設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)等燈具技術(shù)的需求，分析高功率LED 在室內(nèi)照明領(lǐng)域中的發(fā)展。高功率LED照明的發(fā)展高功率LED照明的發(fā)展取決于兩大元素：一是芯片本身；二是燈具技術(shù)，包含散熱、光學(xué)、驅(qū)動(dòng)。而外在環(huán)境還需要量看國(guó)家以及國(guó)際對(duì)LED產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)制定。一、芯片的發(fā)展     目前，LED 芯片技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵在于基底材料和外延生長(zhǎng)技術(shù)。基底材料由傳統(tǒng)的藍(lán)寶石材料、硅和碳化硅，發(fā)展到氧化鋅、氮化鎵等新材料。無(wú)論是面向重點(diǎn)照明和整體照明的高功率芯片，還是用于裝飾照明和一些簡(jiǎn)單的輔助照明的低功率芯片，技術(shù)升級(jí)的關(guān)鍵都關(guān)乎如何開發(fā)出更高效、更穩(wěn)定

22、的芯片。在短短數(shù)年內(nèi)，借助于包括芯片結(jié)構(gòu)、表面粗化處理和多量子阱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在內(nèi)的一系列技術(shù)改進(jìn)，LED 在光效方面實(shí)現(xiàn)了巨大突破。圖1是LED 芯片結(jié)構(gòu)的發(fā)展示意圖。隨著生產(chǎn)技術(shù)的逐漸成熟，LED 量子效率將進(jìn)一步提高，LED 芯片的光效也將隨之增強(qiáng)。圖1：LED 芯片結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程        薄膜芯片技術(shù)是超亮 LED 芯片生產(chǎn)中的核心技術(shù)，能夠減少各側(cè)面的光輸出損耗，并能借助底部的反射面使 97% 以上的光線從正面輸出（見(jiàn)圖 2）。這不僅顯著提高LED 的光效，還為透鏡設(shè)計(jì)創(chuàng)造了優(yōu)越的便利條件。圖2：正面光輸

23、出 普通LED與薄膜技術(shù)LED 的對(duì)比· 二、燈具技術(shù)的需求 1散熱技術(shù)大眾一直關(guān)注燈具的使用壽命。若僅僅依靠使用低熱阻的 LED 元件是未能為燈具裝置構(gòu)建良好的散熱系統(tǒng)，而必須有效地減小從 PN 節(jié)點(diǎn)到周圍環(huán)境的熱阻，才能大大降低 LED 的 PN 節(jié)點(diǎn)溫度，而成功實(shí)踐延長(zhǎng) LED 燈具的使用壽命并提高實(shí)際光通量的目標(biāo)。有別于一般傳統(tǒng)燈具，印刷電路板既是 LED 的供電載體，也是 LED 的散熱載體，所以散熱片和印刷電路板的散熱設(shè)計(jì)十分重要。除此之外，燈具制造商還須考慮散熱材料的質(zhì)量、厚度和尺寸以及散熱界面的處理和連接等因素。 2光學(xué)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)燈具比較，定向性和

24、點(diǎn)光源是 LED 最典型的兩大特點(diǎn)，而如何善用 LED 的這兩大特點(diǎn)便是燈具光學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之處。透過(guò) LED 的二元光學(xué)設(shè)計(jì)，LED 燈具能夠達(dá)到更好的配光曲線。例如，在室內(nèi)照明應(yīng)用中燈具的光線需要十分明亮，則可使用高透光率燈罩提高光提取效率?；蚴菍?dǎo)光板技術(shù)應(yīng)用到燈具中，從而將 LED 點(diǎn)光源更改為面光源，不但能提高燈具的配光均勻度，還可以防止眩光。另外，在一些輔助照明和重點(diǎn)照明應(yīng)用中，為了突出要照亮的物體而需要特定的聚光效果，在這種情況下，可配合一些聚光透鏡或反射器使用，以達(dá)到理想的光學(xué)效果。 3驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)必須確保 LED 驅(qū)動(dòng)電流為恒流輸出。當(dāng) LED 在正向電流下工作時(shí)，節(jié)點(diǎn)電

25、壓的相對(duì)變化非常小。因此，確保恒定的 LED 驅(qū)動(dòng)電流，基本上等于確保恒定的 LED 輸出電流。此外，燈光控制設(shè)計(jì)是現(xiàn)今主流驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)之一，多用于氛圍照明應(yīng)用中，可根據(jù)不同的環(huán)境實(shí)現(xiàn)不同的亮度級(jí)別，還能完全實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。目前，驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的主要趨勢(shì)側(cè)重于提高功率因數(shù)、降低驅(qū)動(dòng)功耗、優(yōu)化控制精度和加快響應(yīng)速度。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，電源的設(shè)計(jì)、印刷電路板的布局和串并聯(lián)方式都是必須考慮的因素。三、設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)LED 照明是一個(gè)嶄新的領(lǐng)域，不但需要設(shè)定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)、控制和接口標(biāo)準(zhǔn)等，而且需要實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的標(biāo)準(zhǔn)化和協(xié)調(diào)化。目前市場(chǎng)上質(zhì)量參差不齊的各種 LED 燈五花八門，大多產(chǎn)品信息并不完善，很容易令消費(fèi)者誤會(huì)。同

26、時(shí)，LED 還經(jīng)常面對(duì)OLED等其他高功率光源以及傳統(tǒng)廉價(jià)光源的競(jìng)爭(zhēng)威脅。為了維護(hù)和促進(jìn)行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展，LED 照明行業(yè)急需設(shè)定一套完整的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。目前，美國(guó)能源部正在積極推廣半導(dǎo)體照明的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)大陸、中國(guó)臺(tái)灣、韓國(guó)、日本等國(guó)家和地區(qū)也正積極推行措施設(shè)定 LED 標(biāo)準(zhǔn)。 高功率LED照明的技術(shù)挑戰(zhàn)即使 LED 在室內(nèi)重點(diǎn)照明和裝飾照明應(yīng)用中已有令人滿意的表現(xiàn)，但是在普通照明和氛圍照明應(yīng)用中仍然面臨許多挑戰(zhàn)，包括初置成本、色溫較低時(shí)的光效、顯色指數(shù)和系統(tǒng)可靠性等。a進(jìn)一步降低初置成本成本是室內(nèi)照明中相對(duì)比較敏感的因素，特別是在家居照明應(yīng)用中。盡管 LED 燈型號(hào)越來(lái)越多，

27、光效也在不斷提高，但是價(jià)格高這個(gè)問(wèn)題仍然存在。但是當(dāng)LED光源價(jià)格降低，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體優(yōu)化，總成本就必然下降。回想緊湊型節(jié)能日光燈首次投放市場(chǎng)時(shí)，成本約為 15 美元，如今已降至 1.50 美元以下。因此，可以推斷，隨著市場(chǎng)的不斷發(fā)展，LED 燈的價(jià)格很快便能到大眾可以接受的程度。b提高低色溫時(shí)的光效4,000K 以下的低色溫通常是室內(nèi)家居照明的首選。暖白光令整個(gè)環(huán)境更加溫暖和放松；而冷白光則給人潔凈、高效、明亮的感覺(jué)，較適用于辦公室和室外照明。因?yàn)闊晒夥鄣脑?，低色溫時(shí) LED 的光效通常會(huì)比高色溫時(shí)低大約 30% 。· c管理光效和顯色指數(shù)在一般情況下，LED 的光效越高，顯色指

28、數(shù)越低。室內(nèi)照明通常要求 LED 具有更高的顯色指數(shù)，才能客觀顯示物體的亮度和顏色及達(dá)到肉眼直接觀察外部景觀時(shí)的真實(shí)效果。為此，提高 LED 光效的同時(shí)，還需要進(jìn)一步提高顯色指數(shù)。另一種方法則是在燈具表面添加一些紅光，從而達(dá)到顯色指數(shù)超過(guò) 90 的效果。d提升高電流驅(qū)動(dòng)期間的效率現(xiàn)時(shí)，通?？梢詫?1W LED 的電流從 350mA 加大到 1,000mA。然而，在高電流驅(qū)動(dòng)下，即使光通量增加，整體效能通常也會(huì)相對(duì)顯著下降。因此，必須平衡系統(tǒng)總成本和光效。如果可以在高電流驅(qū)動(dòng)下提高 LED 的光效，則只要確保提供更高的系統(tǒng)光效，就可以大大減少所需的 LED 數(shù)量，從而大幅減低成本。e進(jìn)一步縮小

29、LED 的封裝尺寸除了環(huán)保、節(jié)能、無(wú)公害外，室內(nèi)LED還具藝術(shù)性、尺寸小和能彰顯個(gè)性這些特點(diǎn)。而通過(guò)進(jìn)一步縮小 LED 封裝尺寸，可以令燈具設(shè)計(jì)更具靈活性和創(chuàng)新空間。對(duì)于需要用混合照明以提高顯色性的應(yīng)用場(chǎng)合，較小的封裝尺寸非常有助于實(shí)現(xiàn)混合光透鏡和混合光效設(shè)計(jì)。f延長(zhǎng)使用壽命、提高系統(tǒng)可靠性在一般照明應(yīng)用中，LED 的整體效率、使用壽命和可靠性必須通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化才能得以提升。傳統(tǒng)燈具的系統(tǒng)組裝比較簡(jiǎn)單，而 LED 照明系統(tǒng)則涉及多個(gè)元件，如圖 3 所示。 LED 光源：緊湊、高效，有多種顏色和輸出功率可供選擇。 電源轉(zhuǎn)換：將交流電、電池和其他電源高效轉(zhuǎn)換為安全的低電壓、恒流電

30、源。 控制和驅(qū)動(dòng)：使用電子電路實(shí)現(xiàn) LED 的恒流驅(qū)動(dòng)和控制。 熱管理：若要達(dá)到更長(zhǎng)的使用壽命，控制 LED 節(jié)點(diǎn)溫度顯得十分重要，散熱分析也不可或缺。 光學(xué)元件：透鏡、反射器或?qū)Ч獍宀牧鲜菍⒐饩€聚焦在目標(biāo)區(qū)域必需的光學(xué)元件。圖3：LED 照明系統(tǒng)的元件 （LED 燈具 = LED + 電源 + 驅(qū)動(dòng) + 散熱 + 光學(xué)元件）· 應(yīng)用于室內(nèi)照明的LED光源介紹如前文所言，小巧、高效都是選擇LED作光源的重要考慮因素。OSLON SSL LED 是歐司朗光電半導(dǎo)體的最新產(chǎn)品，其功率約為 1W。如圖 4 所示，該款 LED 主要設(shè)計(jì)用于普通室內(nèi)照明，外形小巧

31、，封裝尺寸僅為 3mm x 3mm，而且性能穩(wěn)定、可靠，發(fā)光效率卓越，最大光效超過(guò) 100lm/w。即使在高電流下，它也能維持卓越的發(fā)光效率，進(jìn)而有效降低燈具的整體成本。且具有極高的可靠性和 80°的光束角，所以能夠順利地將光線投射到外部透鏡上。該款 LED 還是室內(nèi)照明的聚光燈、臺(tái)燈和天花板泛光燈的理想光源。圖4：小型、高效的 OSLON LED由于這款 LED 能夠有效處理高電流，因此可以助消費(fèi)者創(chuàng)建極其節(jié)能和節(jié)約成本的照明解決方案。就這點(diǎn)而言，OSLON SSL LED 具備成為未來(lái)“綠色”光源的所有特性。該款 LED 的熱阻低至 7K/W，散熱管理更加簡(jiǎn)單，其小巧的外形更是使

32、設(shè)計(jì)師可以更靈活地創(chuàng)建復(fù)雜精致的照明解決方案。如果需要等別強(qiáng)的光線，則可以與一些燈具搭配使用。除了超白光（色溫為 5,700 6,500K）版本，還有中白光和暖白光（色溫為 2,700 4,500K）版本。表1：OSLON SSL LED 的主要參數(shù)OSLON SSL LED 采用最新的芯片技術(shù)制造而成，確保了極高的光效。OSLON SSL  LED 的主要參數(shù)如表1 所示。目前，當(dāng)工作電流為 350mA 時(shí)，光源的超白光（色溫為 5,700K 和 6,500K）典型亮度高達(dá) 110lm，光通量最大達(dá)到 130lm。當(dāng)工作電流為 350mA且色溫為 3,000K 時(shí)，其典型光效可達(dá)

33、75lm/W，亮度則達(dá) 85lm。當(dāng)工作電流為 700mA（暖白光）時(shí)，亮度高達(dá) 155lm，即可降低單位流明成本的，亦能維持極高的光效，即使少量 LED 亦可實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)的照明。例如，只需要七顆 OSLON SSL LED，即可設(shè)計(jì)出一盞約 15W 的 LED 聚光燈（見(jiàn)圖 5）。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流為 700mA 時(shí)，LED 燈的亮度可達(dá)近 1,400lm，而且尺寸非常小巧。有賴它的 80° 光束角，搭載反射器或透鏡時(shí)，光效仍非常高。即使將散熱和光損耗考慮在內(nèi)，燈具的最終光通量也可超過(guò) 1,000lm。此外，當(dāng)需要不同的色溫或顯色指數(shù)時(shí)，這七顆 LED 中只有少數(shù)須更換為暖白光或其他單色 O

34、SLON SSL LED。這樣，既可獲得任何色溫或更高的顯色性，也大大增加 LED 燈的設(shè)計(jì)靈活度。圖5：采用七顆 OSLON LED 制成的 LED 聚光燈小結(jié)：LED目前雖已廣泛應(yīng)用于室外照明工程特別是景觀照明中，但在室內(nèi)照明工程中，LED 的應(yīng)用仍在起步階段，主要是因?yàn)槌踔贸杀具^(guò)高，另一個(gè)原因則是室內(nèi)LED照明對(duì)光線的顏色質(zhì)量要求更高。隨著LED 技術(shù)的快速發(fā)展以及LED光效的逐步提高，LED 的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。特別是隨著全球性能源短缺問(wèn)題的日益嚴(yán)重，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注 LED 在照明市場(chǎng)的發(fā)展前景，LED 將是取代白熾燈、鎢絲燈和熒光燈的潛力光源。此外，在室內(nèi)燈具設(shè)計(jì)方面，LED 將趨向

35、節(jié)能化、人性化和藝術(shù)化。而OSLON SSL LED 符合室內(nèi)照明應(yīng)用的各種要求：它不僅封裝尺寸小至3mm x 3mm，而且性能穩(wěn)定可靠；它的最大光效超過(guò)100lm/w，即使在高電流下也能保持卓越的光效，進(jìn)而有效降低燈具的整體成本；此外，因?yàn)槠?0°光束角，所以能夠順利地將光線投射到外部透鏡或反射器上?？傊?，OSLON SSL LED 是室內(nèi)燈具的理想光源。白光LED應(yīng)用于室內(nèi)照明的分析與探討摘要：白光LED具有發(fā)光效率高、功耗低、壽命長(zhǎng)、環(huán)保等很多其它傳統(tǒng)照明光源無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。因此被認(rèn)為是取代白熾燈跟熒光燈最具潛力的照明光源。本文根據(jù)目前半導(dǎo)體照明的最新研究進(jìn)展，介紹了GaN基白

36、光LED應(yīng)用在室內(nèi)照明領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，從視覺(jué)指標(biāo)、光學(xué)參數(shù)、封裝技術(shù)、價(jià)格等方面出發(fā)，指出了白光LED在日常照明普及過(guò)程中的一些主要問(wèn)題，并對(duì)這些問(wèn)題做了詳細(xì)的分析與探討。針對(duì)現(xiàn)有可行的解決方法，對(duì)發(fā)展前景做了進(jìn)一步展望。關(guān)鍵詞：白光LED;室內(nèi)照明；大功率引言世界各國(guó)紛紛倡導(dǎo)使用節(jié)能環(huán)保型光源，白熾燈由于發(fā)光效率低、耗電量大、壽命短，將逐步被淘汰。熒光燈因其具有節(jié)能、高效等優(yōu)勢(shì)，已成為照明界的佼佼者，在照明設(shè)計(jì)方面，業(yè)已形成了一套豐富的經(jīng)驗(yàn)。LED的出現(xiàn)將給白熾燈和熒光燈帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，被認(rèn)為是下一代高效的綠色照明光源。專業(yè)人士強(qiáng)調(diào)：照明市場(chǎng)在 2010年將成為白光 LED最具潛力的應(yīng)用領(lǐng)域。

37、1、白光LED的產(chǎn)生機(jī)理目前制備白光LED有三種方法：第一種方法是把紅、綠、藍(lán)（RGB）三種芯片封裝在一起混合發(fā)出白光，簡(jiǎn)稱MCLED（multi-chipLED）；另一種方法就是通過(guò)熒光粉轉(zhuǎn)換得到白光LED,稱為PCLED（phosphorconvertedLED），包括藍(lán)光LED芯片加YAG黃色熒光粉、紫外LED芯片加RGB熒光粉；此外還有MOCVA直接生長(zhǎng)多有源區(qū)的白光技術(shù)。相比之下MCLED的綜合性能好，但是綠光轉(zhuǎn)換效率低、成本高；藍(lán)光LED生成白光技術(shù)比較成熟，已經(jīng)開始應(yīng)用于照明行業(yè)。這種LED的發(fā)光原理就是GaN基藍(lán)光 LED芯片發(fā)出的藍(lán)光（p=465nm;Wd=30nm），其中有

38、一部分被熒光粉吸收，另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光相混合產(chǎn)生白光，如圖1所示。2、LED燈具現(xiàn)狀及其不足白光LED燈在要進(jìn)入普通家庭，必須達(dá)到室內(nèi)照明標(biāo)準(zhǔn)，保證正常的工作、學(xué)習(xí)和生活?，F(xiàn)在市面上已經(jīng)出現(xiàn)各種LED室內(nèi)照明燈具，但是照明效果還不太理想，與普通照明要求還相差太遠(yuǎn)，表1是目前LED燈具與傳統(tǒng)光源性能參數(shù)的比較：從表1來(lái)看，白光LED應(yīng)用于室內(nèi)照明的憂勢(shì)還未能充分體現(xiàn)，LED燈具還存在著很多方面的不足。2.1 顯色指數(shù)、色溫LED室內(nèi)照明燈具與普通的LED指示燈不同，要接近自然光的效果，使被照物在光源的照射下無(wú)失真。因此，顯色指數(shù)跟色溫就顯得尤為重要。顯色指數(shù)Ra是指物體在被照光源下的

39、顏色與在日光照射下的顏色的相符程度，顯色指數(shù)越低就說(shuō)明物體在被照光源下失真度越高，它是衡量人眼對(duì)光源視覺(jué)質(zhì)量的指標(biāo)。色溫是衡量光源色的指標(biāo)，色溫偏低表示光色偏暖（紅色），偏高則表示光色偏冷（藍(lán)色）。利用PCLED中藍(lán)光LED+YAG黃色熒光粉制成的白光LED,由于其光譜中缺失紅色部分，顯色性較差，難以滿足低色溫的照明要求，而MCLED則可以通過(guò)選擇合適的波長(zhǎng)跟強(qiáng)度來(lái)獲得更好的顯色指數(shù)，但是芯片性能的差異使得驅(qū)動(dòng)電路過(guò)于復(fù)雜，圖2是 NICHIA兩種白光光譜的對(duì)比。目前白光LED大多采用藍(lán)光LED加熒光粉合成，其電光轉(zhuǎn)換效率的改善是因?yàn)槿搜蹖?duì)藍(lán)綠光比對(duì)紅光更為敏感；導(dǎo)致目前高亮度白光LED色溫偏

40、高，為了達(dá)到更好的視覺(jué)效果，要通過(guò)增加紅色成分來(lái)改善，國(guó)內(nèi)外很多機(jī)構(gòu)已經(jīng)采用不同的方法研制出能夠被藍(lán)光芯片有效激發(fā)的紅色熒光粉，如何保證熒光粉發(fā)光效率更高、化學(xué)性能更穩(wěn)定是目前重要的研究課題。其次，在一定的色溫范圍內(nèi)，還要注重?zé)晒夥鄣呐浔雀糠蠊に?，這對(duì)制造出高顯色性、低色溫的白光LED也是至關(guān)重要的。2.2 發(fā)光效率、光通量與價(jià)格我國(guó)目前白光LED燈的發(fā)光效率已經(jīng)達(dá)到6080Imlm/W,跟熒光燈水平相當(dāng)，但是在價(jià)格上與之相比還有一段距離。以40W熒光燈為例，按其發(fā)光效率60lm/W來(lái)算，其光通量為2,400lm,而一支15W的LED日光燈管，要達(dá)到熒光燈的光通量標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)光效率要在150lm

41、/W以上，目前為止還相差甚遠(yuǎn)，況且價(jià)格高出熒光燈數(shù)十倍。顯然，LED燈要替代熒光燈，光效和價(jià)格是兩大瓶頸。隨著LED芯片技術(shù)的發(fā)展，外量子效率的不斷提高，光效也在飛速上升。2008年7月德國(guó)歐司朗公司宣布，新研發(fā)的白光LED在350mA的電流下光效達(dá)到136lm/W,2008年10月美國(guó)科銳公司在瑞士召開的一家研討會(huì)上宣布白光LED實(shí)驗(yàn)室水平達(dá)157lm/W;日本日亞早在 2006年底就生產(chǎn)出150lm/W的白光LED,進(jìn)過(guò)多次的改良后于目前開始量產(chǎn)。國(guó)內(nèi)也在提高光效和降低價(jià)格方面取得了突破性的進(jìn)展，按1W白光LED來(lái)算，光效從2003年的30lm/W上升到2007年的7080lm/W,價(jià)格從

42、56美元下降到23美元，如今已經(jīng)提升到8090lm/W.實(shí)驗(yàn)室水平已經(jīng)超過(guò)100lm/W,例如佛山國(guó)星通過(guò)改進(jìn)封裝工藝，研發(fā)出115lm/W的1W級(jí)大功率芯片，這標(biāo)志著我國(guó)離半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)目標(biāo)（如圖3）之路越來(lái)越近。2.3 封裝技術(shù)與散熱白光LED燈具內(nèi)部構(gòu)造通常是由LED模塊和控制系統(tǒng)組成，目前廠家大多利用5高亮度白光LED直接封裝在PCB板上，采用盡可能多的LED來(lái)增加光通量跟亮度。這樣，LED支架與PCB板之間的熱效應(yīng)加劇，光衰嚴(yán)重，壽命上還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到理論上 LED光源的幾萬(wàn)小時(shí)，而且 LED過(guò)多導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜、二次光學(xué)設(shè)計(jì)成本增加。因此，LED燈具需要采用大功率封裝技術(shù)。首先是單個(gè)大功率LED芯片封裝。大功率芯片在發(fā)光效率跟光通量方面都要優(yōu)于小功率LED,用一個(gè)替代十幾甚至幾十個(gè)小功率LED;降低燈具成本，簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路，是目前值得推廣的一種封裝形式