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散热问题持续困扰高轴功率白光LED的应用

时间:2006/11/9 9:59:00  作者:  来源:ic72  浏览人数:1601
 
 

      不过,这样看起来好像只是因为期望达到散热,而把简单的一件事情予以复杂化,到底这样是不是符合成本和进步的概念,以今天的应用层面来说,很难做一个判断,不过,实际上是有一些业者正朝向这方面做考量,例如Citizen在2004年所发表的产品,就是能够从封装上厚度为2~3mm的散热槽向外散热,提供应用业者能够因为使用了具有散热槽的高功率白光LED,能让PCB板的散热设计得以发挥。

      封装材料的改变 提高白光LED寿命达原先的4倍

      当然发热的问题不是只会对亮度表现带来影响,同时也会对LED本身的寿命出现挑战,所以在这一部份,LED不断的开发出封装材料来因应,持续提高中的LED亮度所产生的影响。

      过去用来作为封装材料的环氧树脂,耐热性比较差,可能会出现的情况是,在LED芯片本身的寿命到达前,环氧树脂就已经出现变色的情况,因此,为了提高散热性,而必须让更多的电流获得释放,这一个架构这是相当的重要。

      除此之外,不仅因为热现象会对环氧树脂产生影样,甚至短波长也会对环氧树脂造成一些问题,这是因为白光LED发光光谱中,也包含了短波长的光线,而环氧树脂却相当容易被白光LED中的短波长光线破坏,即使低功率的白光LED就已经会让造成环氧树脂的破坏,更何况高功率的白光LED所含的短波长的光线更多,那么恶化自然也加速,甚至有些产品在连续点亮后的使用寿命不到5,000小时。

      所以,与其不断的克服因为旧有封装材料-环氧树脂所带来的变色困扰,不如朝向开发新一代的封装材料,或许是不错的选择。目前在解决寿命这一方面的问题,许多LED封装业者都朝向放弃环氧树脂,而改采了硅树脂和陶瓷等作为封装的材料,根据统计,因为改变了封装材料,事实上可以提高LED的寿命。

      就数据上来看,代替环氧树脂的封装材料-硅树脂,就具有较高的耐热性,根据试验,即使是在摄氏150~180度的高温,也不会变色的现象,看起来似乎是一个不错的封装材料。

      因为硅树脂能够分散蓝色和近紫外光,所以与环氧树脂相比,硅树脂可以抑制材料因为电流和短波长光线所带来的劣化现象,而缓和的光穿透率下降的速度。

      所以,以目前的应用来看,几乎所有的高功率白光LED产品都已经改采硅树脂作为封装的材料,例如,因为短波长的光线所带来的影响部分,相对于波长400~450nm的光,环氧树脂约在个位的数百分比左右,但硅树脂对400~450nm的光线吸收却不到百分之一,这样的落差,使得在抗短波长方面,硅树脂有着较出色的表现。

      OSRAM「Thin GaN」是在InGaN层上形成金属膜,之后再剥离蓝宝石。这样,金属膜就会产生映射的效果而可以获得75%的光取出效率。

      所以,就寿命表现度而言,硅树脂可以达到延长白光LED使用寿命的目标,甚至可以达到4万小时以上的使用寿命,但是,是不是真的适合用来做照明的应用就还有待研究,因为硅树脂是具有弹性的柔软材料,所以在封装的过程中,需要特别注意应用的方式,而来设计出最适当的应用技术。

      对于未来应用的方面,提高白光LED的光输出效率将会是决胜的关键点。白光LED的生产技术,从过去的蓝色LED和黄色的YAG荧光体的组合,开发出仿真白光的目标,到利用三色混合或者使用GaN材料,开发出白光LED,对于应用来说,已经可以看的出将会朝向更广泛的方向扩展。

      另外,白光LED的发光效率,这些年已经有了不错的的发展,日本LED照明推进协会目标是,期望能够预计在2009年达到100lm/w的发光效率,而事实上,有相当多的业者都在朝向这方面开发,所以预计在数年内,100lm/w发光效率就能够实际上商业化应用。

      许多LED封装业者都朝向放弃环氧树脂,而改采了硅树脂和陶瓷等作为封装的材料,藉以提高LED的使用寿命。

      多元化应用市场潜力下 日亚化学积极开发白光半导体雷射

   由于期望LED达到色纯度较高的白光,及高亮度的要求下,各业者不断的从每一领域加以改善,而达到此一目标,但在成果的进步速度上,看起来仍旧相当的缓慢。

   因此部分业者开始考虑采用其它的技术,来实现目前业界对于类似白光LED的光亮度要求。在高亮度的蓝、白光LED领域的日亚化学,便是将一部份的研发方向,朝向开发白光雷射做努力。

   日亚化学是利用与白光LED相同的GaN系材料,来制作半导体雷射,开发出了白光光源,以目前的表现来说,辉度已经能够达到10cd/mm左右,今天的白光LED如果期望达到这个辉度值是相当困难的,即使增加电流期望让亮度增加,但这样将会使得接合点的温度上升,所带来的结果不仅会使整个发光效率降低外,还会浪费相当多不必要的电量。

   日亚化学所开发的白光半导体雷射,在芯片端不再使荧光体材料,而是将发光部分和白光产生的部分分开处理,日亚化学的雷射半导体所是利用200mw的蓝紫色半导体雷射,发出405nm的波长光线,把蓝色或蓝紫色半导体雷射与光纤的面进行连接,让白光从涂了荧光体材料的光纤另一面发射出来,而在这模块中所产生出来的白光直径仅有1.25mm,这各面积只有相同光量白光LED的1/20,并因所需的耗功不到0.1W,所以,在散热部分也不需要太过于烦恼。

   虽然看起来在特性的方面是相当的不错,不过实际上还是有一些缺点的,就像在使用寿命上,只有3,000小时左右,再加上价格太贵也是不容易解决事情,或许价格太贵的问题可以花一点时间就可以下降一些,但是以现在30万日圆的水准来看的,要降到3,000甚至300日圆,那就需要10年以上的时间。

 
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