<OFweek半導(dǎo)體照明網(wǎng)訊> 常規(guī)GLD210-LED三防燈珠一般是支架式,，采用環(huán)氧樹脂封裝，功率較小,，整體發(fā)光光通量不大,，亮度高的也只能作為一些特殊照明使用。隨著GLD210-LED三防燈珠芯片技術(shù)和封裝技術(shù)的發(fā)展,，順應(yīng)照明領(lǐng)域?qū)Ω吖馔縇ED產(chǎn)品的需求,，功率型LED逐步走入市場(chǎng)。這種功率型的LED一般是將發(fā)光芯片放在散熱熱沉上,，上面裝配光學(xué)透鏡以達(dá)到一定光學(xué)空間分布,，透鏡內(nèi)部填充低應(yīng)力柔性硅膠。
功率型LED要真正進(jìn)入照明領(lǐng)域,，實(shí)現(xiàn)家庭日常照明,，其要解決的問題還有很多，其中重要的便是發(fā)光效率,。目前市場(chǎng)上功率型LED報(bào)道的高流明效率在 50lm/W左右,，還遠(yuǎn)達(dá)不到家庭日常照明的要求。為了提高功率型LED發(fā)光效率,，一方面其發(fā)光芯片的效率有待提高;另一方面,，功率型LED的封裝技術(shù)也需進(jìn)一步提高，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),、材料技術(shù)及工藝技術(shù)等多方面入手,，提高產(chǎn)品的封裝取光效率。
 
影響取光效率的封裝要素

1. 散熱技術(shù)
 
對(duì)于由PN結(jié)組成的發(fā)光二極管,，當(dāng)正向電流從PN結(jié)流過時(shí),，PN結(jié)有發(fā)熱損耗，這些熱量經(jīng)由粘結(jié)膠,、灌封材料,、熱沉等,，輻射到空氣中，在這個(gè)過程中每一部分材料都有阻止熱流的熱阻抗,，也就是熱阻,，熱阻是由器件的尺寸、結(jié)構(gòu)及材料所決定的固定值,。設(shè)發(fā)光二極管的熱阻為Rth(℃/W),，熱耗散功率為 PD(W)，此時(shí)由于電流的熱損耗而引起的PN結(jié)溫度上升為：
 
T(℃)=Rth×PD,。
 
PN結(jié)結(jié)溫為：
 
TJ=TA+Rth×PD
 
其中TA為環(huán)境溫度,。由于結(jié)溫的上升會(huì)使PN結(jié)發(fā)光復(fù)合的幾率下降，發(fā)光二極管的亮度就會(huì)下降,。同時(shí),，由于熱損耗引起的溫升增高，發(fā)光二極管亮度將不再繼續(xù)隨著電流成比例提高,，即顯示出熱飽和現(xiàn)象,。另外，隨著結(jié)溫的上升,，發(fā)光的峰值波長(zhǎng)也將向長(zhǎng)波方向漂移,，約0.2-0.3nm/℃，這對(duì)于通過由藍(lán)光芯片涂覆YAG熒光粉混合得到的白色LED來說,，藍(lán)光波長(zhǎng)的漂移,，會(huì)引起與熒光粉激發(fā)波長(zhǎng)的失配，從而降低白光GLD210-LED三防燈珠的整體發(fā)光效率,，并導(dǎo)致白光色溫的改變,。
 
對(duì)于功率發(fā)光二極管來說，驅(qū)動(dòng)電流一般都為幾百毫安以上,，PN結(jié)的電流密度非常大,，所以PN結(jié)的溫升非常明顯。對(duì)于封裝和應(yīng)用來說,，如何降低產(chǎn)品的熱阻,，使PN結(jié)產(chǎn)生的熱量能盡快的散發(fā)出去，不僅可提高產(chǎn)品的飽和電流,，提高產(chǎn)品的發(fā)光效率,，同時(shí)也提高了產(chǎn)品的可靠性和壽命。為了降低產(chǎn)品的熱阻,，先封裝材料的選擇顯得尤為重要,，包括熱沉、粘結(jié)膠等，各材料的熱阻要低,，即要求導(dǎo)熱性能良好,。其次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理，各材料間的導(dǎo)熱性能連續(xù)匹配,，材料之間的導(dǎo)熱連接良好,，避免在導(dǎo)熱通道中產(chǎn)生散熱瓶頸，確保熱量從內(nèi)到外層層散發(fā),。同時(shí),，要從工藝上確保，熱量按照預(yù)先設(shè)計(jì)的散熱通道及時(shí)的散發(fā)出去,。
2. 填充膠的選擇
 
根據(jù)折射定律,，光線從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)時(shí)，當(dāng)入射角達(dá)到一定值,，即大于等于臨界角時(shí)，會(huì)發(fā)生全發(fā)射,。以GaN藍(lán)色芯片來說,，GaN材料的折射率是2.3，當(dāng)光線從晶體內(nèi)部射向空氣時(shí),，根據(jù)折射定律,，臨界角θ0=sin-1(n2/n1)
 
其中n2等于1，即空氣的折射率,，n1是GaN的折射率,，由此計(jì)算得到臨界角θ0約為25.8度。在這種情況下,，能射出的光只有入射角≤25.8度這個(gè)空間立體角內(nèi)的光,，據(jù)報(bào)導(dǎo)，目前GaN芯片的外量子效率在30%-40%左右,，因此,，由于芯片晶體的內(nèi)部吸收，能射出到晶體外面光線的比例很少,。據(jù)報(bào)導(dǎo),，目前GaN芯片的外量子效率在30%-40%左右。同樣,，芯片發(fā)出的光要透過封裝材料,，傳送到空間，也要考慮材料對(duì)取光效率的影響,。
 
所以,，為了提高LED產(chǎn)品封裝的取光效率，必須提高n2的值，即提高封裝材料的折射率,，以提高產(chǎn)品的臨界角,，從而提高產(chǎn)品的封裝發(fā)光效率。同時(shí),，封裝材料對(duì)光線的吸收要小,。為了提高出射光的比例，封裝的外形是拱形或半球形,，這樣,，光線從封裝材料射向空氣時(shí)，幾乎是垂直射到界面,，因而不再產(chǎn)生全反射,。
 
3. 反射處理
 
反射處理主要有兩方面，一是芯片內(nèi)部的反射處理,，二是封裝材料對(duì)光的反射,，通過內(nèi)、外兩方面的反射處理,，來提高從芯片內(nèi)部射出的光通比例,，減少芯片內(nèi)部吸收，提高功率LED成品的發(fā)光效率,。從封裝來說,，功率型GLD210-LED三防燈珠通常是將功率型芯片裝配在帶反射腔的金屬支架或基板上，支架式的反射腔一般是采取電鍍方式提高反射效果,，而基板式的反射腔一般是采用拋光方式,，有條件的還會(huì)進(jìn)行電鍍處理，但以上兩種處理方式受模具精度及工藝影響,，處理后的反射腔有一定的反射效果,，但并不理想。目前國內(nèi)制作基板式的反射腔,，由于拋光精度不足或金屬鍍層的氧化,，反射效果較差，這樣導(dǎo)致很多光線在射到反射區(qū)后被吸收,，無法按預(yù)期的目標(biāo)反射出光面,，從而導(dǎo)致終封裝后的取光效率偏低。
 
我們經(jīng)過多方面的研究和試驗(yàn),，研制成一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的使用有機(jī)材料涂層的反射處理工藝,，通過這種工藝處理，使得反射到載片腔內(nèi)的光線吸收很少,，能將大部分射到其上面的光線反射出光面,。這樣處理后的產(chǎn)品取光效率與處理之前相比可提高30%-50%。我們目前1W白光功率LED的光效可達(dá) 40-50lm/W(在遠(yuǎn)方PMS-50光譜分析測(cè)試儀器上測(cè)試結(jié)果)，獲得了很好的封裝效果,。
 
4. 熒光粉選擇與涂覆
 
對(duì)于白色功率型LED來說,，發(fā)光效率的提高還與熒光粉的選擇和工藝處理有關(guān)。為了提高熒光粉激發(fā)藍(lán)色芯片的效率,，先熒光粉的選擇要合適,，包括激發(fā)波長(zhǎng)、顆粒度大小,、激發(fā)效率等,，需全面考核，兼顧各個(gè)性能,。其次,，熒光粉的涂覆要均勻，是相對(duì)發(fā)光芯片各個(gè)發(fā)光面的膠層厚度均勻,，以免因厚度不均造成局部光線無法射出,，同時(shí)也可改善光斑的質(zhì)量。
 
良好的散熱設(shè)計(jì)對(duì)提高功率型LED產(chǎn)品發(fā)光效率有著顯著的作用,，同時(shí)也是確保產(chǎn)品壽命和可靠性的前提,。而設(shè)計(jì)良好的出光通道，這里著重指反射腔,、填充膠等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇和工藝處理,，可以有效提高功率型LED的取光效率,。對(duì)功率型白光LED來說，熒光粉的選擇和工藝設(shè)計(jì),，對(duì)光斑的改善和發(fā)光效率的提高也關(guān)重要,。