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LED散热问题的解决方案

2012-08-17 16:42
林契于宸
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  白光LED仍旧存在着发光均匀性不佳、封闭材料的寿命不长等问题,无法发挥白光LED被期待的应用优点。但就需求层面来看,不仅一般的照明用途,随着手机、LCD TV、汽车、医疗等的广泛应用,使得最合适开发稳定白光LED的技术研究成果就广泛的被关注。改善白光LED的发光效率,目前有两大方向,一是提高LED芯片的面积,藉此增加发光量。二是把几个小型芯片一起封装在同一个模块下。

  藉由提高芯片面积来增加发光量

  虽然,将LED芯片的面积予以大型化,藉此能够获得高得多的亮度,但因过大的面积,在应用过程和结果上也会出现适得其反的现象。所以,针对这样的问题,部分LED业者就根据电极构造的改进和覆晶的构造,在芯片表面进行改良。例如在白光LED覆晶封装的部分,由于发光层很接近封装的附近,发光层的光向外部散出时,电极不会被遮蔽,但缺点就是所产生的热不容易消散。

  并非进行芯片表面改善后,再加上增加芯片面积就绝对可以迅速提升亮度,因为当光从芯片内部向外扩散射时,芯片中这些改善的部分无法进行反射,所以在取光上会受到一点限制,根据计算,最佳发挥光效率的LED芯片尺寸是在7mm2左右。利用封装数个小面积LED芯片快速提高发光效率和大面积LED芯片相比,利用小功率LED芯片封装成同一个模块,这样是能够较快达到高亮度的要求,例如,Citizen就将8个小型LED封装在一起。但这样的做法也引发的一些疑虑,因为是将多颗LED封装在同一个模块上,必须置入一些绝缘材料,以免造成LED芯片间的短路情况发生,如此一来就会增加了不少的成本。

  对此Citizen的解释是:"对于成本的影响幅度是相当小的,因为相较于整体的成本比例,这些绝缘材料仅不到百分之一,并可以利用现有的材料来做绝缘应用,这些绝缘材料不需要重新开发,也不需要增加新的设备来因应。"虽然Citizen的解释理论上是合理的,但是,对于无经验的业者来说,这就是一项挑战,因为无论在良率、研发、生产工程上都是需要予以克服的。还有其它方式可达到提高发光效率的目标,许多业者发现,在LED蓝宝石基板上制作出凹凸不平坦的结构,这样或许可以提高光输出量,所以,有逐渐朝向在芯片表面建立 Texture或Photonics结晶的架构。例如德国的OSRAM就是以这样的架构开发出"Thin GaN"高亮度LED。原理是在InGaN层上形成金属膜,之后再剥离蓝宝石,这样,金属膜就会产生映像的效果而获得更多的光线取出,根据OSRAM的资料显示,这样的结构可以获得75%的光取出效率。除了芯片的光取出方面需要做努力外,因为期望能够获得更高的光效率,在封装的部分也是必须做一些改善。事实上,每多增加一道的工程都会对光取出效率带来一些影响,不过,这并不代表着,因为封装的制程就一定会增加更高的光损失,就像日本OMROM所开发的平面光源技术,就能够大幅度的提升光取出效率,这样的结构是将LED所射出的光线,利用LENS光学系统以及反射光学系统来做控制的,所以OMROM称之为 "Double reflection "。利用这样的结构,可将传统炮弹型封装等的LED所造成的光损失,针对封装的广角度反射来获得更高的光效率,更进一步的是,在表面所形成的Mesh上进行加工,而形成双层的反射效果,这样的方式可以得到不错的光取出效率控制的。因为这样特殊的设计,利用反射效果达到高光取出效率的LED,主要的用途是针对LCD TV背光所应用的。

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