大功率LED技術核心分析

     LED一般上來說是由外延片-芯片-光源-燈具的四個環節組成，在LED產業中下游應用上關鍵點是怎么解決熱阻和結溫等關鍵問題的前提條件下，保持芯片穩定的有效光輸出。

     一直以來，LED光源的一般照明應用中存在著光源的高導熱金屬材質問題、應用的熱平衡問題、長效熒光粉問題和配光問題等四個核心技術瓶頸：

     核心技術1：高導熱金屬材質

     目前上游龍企業，比如CREE已經可以做到的芯片光效可以達到130-150lm/W。但是LED結溫高低直接影響到LED出光效率、器件壽命、可靠性、發射波長等。保持LED結溫在允許的范圍內，是大功率LED芯片制備、器件封裝和器件應用等每個環節都必須重點研究的關鍵因素，尤其是LED器件封裝和器件應用設計必須著重解決的核心問題。

     現在主流的應用技術材質是用鋁基板來封裝，但是鋁基板封裝的芯片散熱和光轉換效率都存在技術核心瓶頸，不能有效地控制結溫和穩定地維持高功率的光輸出，并且應用會因為芯片光效越高，所需的鋁基板面積就越大，會加大成本和應用體積，極為不便。所以如何走出此誤區另辟新路是新的技術核心特點。

     核心技術2：熱平衡技術

     LED器件采用專利熱平衡散熱結構關鍵技術，在保持低成本和被動散熱方式的前提下，利用高導熱介質，通過嶄新的器件/燈具整體結構，成功降低熱阻，有效降低PN結結溫，使PN結工作在允許工作溫度內，保持最大量光子輸出。其特點如下：

     (1)超低熱阻材料，快速散熱整體結構技術；

     (2)高導熱、抗UV封裝技術；

     (3)應用低環境應力結構技術；

     (4)整體熱阻＜20K/W，結溫＜80度；

     (5)LED光源照明模組工作溫度控制在65℃以下。

     核心技術3：高效熒光粉的應用

     目前市場上所常用的白光LED發光熒光粉應用技術是將GaN芯片和釔鋁石榴石（YAG）封裝在一起做成，該技術是日本日亞化工在上世紀90年代末發明，并形成專利技術壟斷。GaN芯片發藍光（λp=465nm，Wd=30nm），高溫燒結制成的含Ce3+的YAG熒光粉，受此藍光激發后發出*****光發射，峰值550nm。藍光LED基片安裝在碗形反射腔中，覆蓋以混有YAG的樹脂薄層，約200-500nm。LED基片發出的藍光部分被熒光粉吸收，另一部分藍光與熒光粉發出的黃光混合，可以得到得白光。理論上對于In-GaN/YAG白色LED，通過改變YAG熒光粉的化學組成和調節熒光粉層的厚度，可以獲得色溫3500-10000K的各色白光。但是這種傳統的白光LED工藝基礎上采用的還是藍光LED，所以當色溫偏高時，色彩會向藍色偏移，而產生色飄，形成一定的光污染。必須采用在降低光效、降低整體熱阻的情況下，方可實現相對的穩定，但是衰減情況還是不容樂觀。

     目前已商品化的第一種產品為藍光單晶片加上YAG*****熒光粉，其最好的發光效率約為35流明/瓦，YAG多為日本日亞公司的進口，價格在2000元/公斤；第二種是日本住友電工亦開發出以ZnSe為材料的白光LED，不過發光效率較差。

     核心技術4：LED一次配光學的應用

     目前全球LED行業內的主流做法是在封裝LED芯片形成光源或光源模組以后，在做成燈具的時候再進行配光，這樣采用的是原有傳統光源的做法，因為傳統光源是360°發光。如果要把光導到應用端，目前飛利浦的傳統燈具做到最好的一款，光損失也達到40%。而我們國內眾多的LED下游廠家應用的燈具光學參數其實都是芯片或者光源的光學參數，而不是整體燈具的的光學指標參數。

     現在最先進的科學方法是在芯片封裝上就做配光，一次把芯片的光導出來，維持最大的光輸出，這樣光損率只有5%－10%。隨著技術的不斷改進，光損率將會越來越低，光源的光效會越來越高。同樣配有這樣的光源燈具無需再做配光，相對的燈具效率將會大大提高，使之更為廣泛地使用到功能性照明之中，形成相當規模的市場渠道。