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LED芯片的技术和应用设计知识

2013-09-26 15:43
科技那回事
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  较于白炽灯、紧凑型荧光灯等传统光源,发光二极管(LED)具有发光效率高、寿命长、指向性高等诸多优势,日益受到业界青睐而被用于通用照明(General Lighting)市场。LED照明应用要加速普及,短期内仍有来自成本、技术、标准等层面的问题必须克服,技术方面,包括色温、显色性和效率提升等问题,仍有待进一步改善。而LED在通用照明市场的应用涉及多方面的要求,须从系统的角度去考虑,如LED光源、电源转换、驱动控制、散热和光学等。

  薄膜芯片技术崭露锋芒

  目前,LED芯片技术的发展关键在于基底材料和晶圆生长技术。基底材料除了传统的蓝宝石材料、硅(Si)、碳化硅(SiC)以外,氧化锌(ZnO)和氮化镓(GaN)等也是当前研究的焦点。无论是重点照明和整体照明的大功率芯片,还是用于装饰照明和一些简单辅助照明的小功率芯片,技术提升的关键均围绕如何研发出更高效率、更稳定的芯片。因此,提高LED芯片的效率成为提升LED照明整体技术指标的关键。在短短数年内,借助芯片结构、表面粗化、多量子阱结构设计等一系列技术的改进,LED在发光效率出现重大突破,LED芯片结构的发展如图1所示。相信随着该技术的不断成熟,LED量子效率将会得到进一步的提高,LED芯片的发光效率也会随之攀升。

  LED芯片结构的发展历程

  薄膜芯片技术(Thinfilm)是生产超亮LED芯片的关键技术,可以减少侧向的出光损失,通过底部反射面可以使得超过97%的光从正面输出,不仅大大提高LED发光效率,也简易透镜的设计。

  普通LED和薄技技术LED的正面出光率比较

  高功率LED封装技术可区分为单颗芯片、多芯片整合及芯片板上封装三大类,以下将进行说明。

  发光效率、散热、可靠性为单颗芯片封装优势

  单颗芯片封装是封装技术中应用最多的,其主要的技术瓶颈在于芯片的良率、色温的控制及荧光粉的涂敷技术,而欧司朗光电半导体的GoldenDRAGONPlusLED,采用硅胶封装,其封装外型及内部简要结构。该LED具有170度的光束角,能理想地配合二次光学透镜或反光杯,其硅胶透镜有着耐高温及低衰减的特性。独特的封装设计进一步提升LED的散热性能,使产品的热阻控制在每瓦6.5℃左右,有助于降低热阻。另外,荧光粉的特定配制使LED的色温覆盖冷白、中性白和暖白范围。单芯片封装的优势在于光效高、易于散热、易配光及可靠性。

  LED芯片的技术和应用设计知识

  多芯片整合封装于小体积内可达高光通量

  多芯片整合组件是目前大功率LED组件最常见的另一种封装形式,可区分为小功率和大功率芯片整合组件两类,前者以六颗低功率芯片整合的1瓦大功率LED组件最典型,此类组件的优势在于成本较低,是目前不少大功率组件的主要制作途径。大功率芯片结合以OSTARSMT系列为代表,通过优化设计,可使最终产品的热阻控制在每瓦3.1℃,同时可以驱动高达15瓦的高功率。该封装的优势在于在很小的空间内达到很高的光通量。

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