多晶一體化大功率LED照明光源關(guān)鍵技術(shù)研究與產(chǎn)

1、多晶一體化大功率LED照明光源關(guān)鍵技術(shù)研究與產(chǎn)    摘要 大功率LED技術(shù)是目前替代光源的重要形式，本文針對傳統(tǒng)LED中存在的技術(shù)散熱差、易老化、光源不均勻等弱點進行了改進和創(chuàng)新，從而形成了一種新型的大功率LED照明用光源，獲得了較好的效果。 關(guān)鍵詞 LED光源；復合封裝；多晶一體；熱電分離；光譜配色 中圖分類號 TN    文獻標識碼 A    文章編號 1673-9671-(2011)112-0181-01 1 多晶一體化大功率LED光源技術(shù)原理 LED是高亮度發(fā)光二極

2、管簡稱，其耗電量小、使用壽命長、反應(yīng)速度快、基本沒有頻閃、無污染且容易集成，是一種替代傳統(tǒng)照明技術(shù)的新光源。在節(jié)能減排的需求下，LED的發(fā)展成為了光源研究的重點，我國大功率LED照明技術(shù)也在此發(fā)展趨勢推動下有了長足的進步。在發(fā)展的過程中芯片技術(shù)已經(jīng)基本成熟，LED的芯片已經(jīng)完全可以為照明提供支持。本文從大功率LED的高取光率封裝技術(shù)、光學杯面鏡處理技術(shù)、色度學模擬法、多基色白光合成技術(shù)以及基于MCOB的多徑一體化集成封裝結(jié)構(gòu)等創(chuàng)新點為出發(fā)點，并解決了其中的關(guān)鍵問題，從而克服了大功率LED照明光源所引發(fā)的高熱量、低效率、亮度低等問題，從而為大功率高亮度LED光源的研發(fā)解決了一些列問題，并使其可以

3、應(yīng)用在更加廣泛的領(lǐng)域。 2 大功率LED照明光源的技術(shù)的技術(shù)要點分析 2.1 高取光率封裝 封裝技術(shù)是生產(chǎn)LED的首要環(huán)節(jié)，其主要的研發(fā)目標就是最大化的降低封裝材料對光能的消耗，從而提高光源的發(fā)光效率。研究中采用納米改性白色封裝材料獲得了較好的使用效果，即可以與芯片向融合也提高了照明效率。傳統(tǒng)LED封裝多為半導體和環(huán)氧樹脂、硅膠等材料的其折射率相差明顯，內(nèi)部的全反射臨界角很小，大部分光都在封裝材料中因為多次反射而消耗了近30%。雖然環(huán)氧樹脂是較好的絕緣材料，且具有密著性和介電性能，但是同時也具有吸濕性、容易老化、不耐熱等，而且在高溫和短波的影響下回出現(xiàn)變色，對LED的壽命不利。 研究中為了改善

4、此種封裝材料的不足，本研究項目對原材料進行了改進，研究中利用無機氧化物納米溶膠技術(shù)，對納米溶膠粒子的表面進行修飾和工藝改進，利用高折射率有機硅預聚體制備技術(shù)，將二者結(jié)合起來將有機硅預聚體和無機氧化物溶膠結(jié)合起來，然后利用納米柔性硅膠和硬質(zhì)硅膠體的結(jié)合制備技術(shù)，研發(fā)了一種納米改性的白光LED封裝材料，此種材料的透光率在1 mm下達到了96%以上，在150 下經(jīng)過3000 h的試驗其透光率衰減小于5%，固化折射率大于1.54，封裝后的LED工作3000 h候光衰為零，滿足了大功率LED的封裝材料需求。 2.2 散熱效果的保證與提高 在LED封裝的過程中，對封裝的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計，即多晶一體化的封

5、裝結(jié)構(gòu)主要技術(shù)突破是減少了焊線層環(huán)節(jié)，簡化了熱通道提升了散熱的效果；電路與金屬基板采用分離設(shè)計，實現(xiàn)了散熱與電流路徑的分離，從而解決了散熱問題。 綜合來看，散熱是LED的關(guān)鍵難點，散熱效果的好壞直接影響了電源器件的穩(wěn)定性，對于目前大功率LED光源而言，只有少部分電能轉(zhuǎn)化為光能，而大部分電能則轉(zhuǎn)化為熱能，這樣芯片的內(nèi)部溫度將隨著功率和使用時間而升高，這樣就增加了器件老化的速度，嚴重的會導致芯片燒毀，使得LED波長發(fā)生改變，進而對白光色溫等發(fā)生負面影響。如果波長偏移的過多則偏離了熒光粉的吸收峰值，從降低其熒光粉量子效果的降低，影響出光效率。溫度對熒光粉的輻射特性也將受到影響，且溫度上升量子效率降低

6、出光自然減少，輻射波長也會發(fā)生改變，導致大功率色溫發(fā)生變化。 針對于此，本文對MCOB封裝技術(shù)進行了研究，在電流密度增加的情況下，MCOB的結(jié)溫控制和后續(xù)光衰弱車市中都具有較高的優(yōu)勢是普通封裝技術(shù)不可比擬的，也該善了熱性能和熱交換的面積支架基座可以提升光引擎系統(tǒng)的內(nèi)外熱環(huán)境?？梢姡蠊β收彰骷夹g(shù)中引入MCOB基板直接封裝技術(shù)是可以獲得較好的效果的，不僅可以降低熱量聚集程度，且可以通過多種串聯(lián)芯片連接而降低芯片電流密度，降低熱能產(chǎn)生。通過全新的設(shè)計和大面積金屬基板的接入，利用熱應(yīng)力緩沖設(shè)計，將芯片通過晶膠直接與金屬基板綁定在一起，不僅減少了附加層，簡化了散熱的過程，在加上前面提及的電路與金屬基板

7、的隔離設(shè)計，為LED提供了專門的散熱結(jié)構(gòu)為大功率LED散熱開創(chuàng)了新思路。 2.3 光學杯鏡面處理技術(shù) 本文提出一種光學杯鏡面處理的技術(shù)措施，采用一次光學設(shè)計，很好的解決了出光邊緣區(qū)域亮度不均勻的狀況，避免二次光學造成的光學損失，提高了發(fā)光的強度，改善了亮度的均勻性。因為傳統(tǒng)的封裝技術(shù)是將多個LED按照矩陣形式排列在背光腔體底部形成發(fā)光源，此時LED矩陣發(fā)光源發(fā)出的白光向出口會產(chǎn)生兩種亮度分布不均勻的情況，首先亮度呈現(xiàn)網(wǎng)狀，其次光源的亮度中間高而周邊低。而本文提出的光學杯鏡面技術(shù)是在光學杯底進行鏡面處理，將擴散膜發(fā)射回光學杯底的光重新反射回到光口位置，提高了光的均勻性。同時增加了LED出光邊緣區(qū)

8、域的亮度，改善了亮度不均勻的情況。 2.4 基色配比技術(shù) 傳統(tǒng)的白光LED采用的是藍光的LED+YAG熒光粉的二基色工藝，其顯色的指數(shù)通常在60-80之間，尤其是在色溫低于5500 k的時候，顯色指數(shù)就會降低，通常在70以下。為了改善此種技術(shù)缺陷，本文研究了高顯色指數(shù)的LED的色度學模擬方法研究，開發(fā)了一種多基色熒光粉的配比方案，主要是在激發(fā)波長與藍光互補的555 nm的黃光熒光粉中添加了一定比例的綠色光熒光分和紅色熒光粉，以此拓展獲得了白光光譜，使得光譜覆蓋了整個可見光區(qū)域，并顯示白色。另外對熒光體的濃度和噴涂厚度進行了改進，大大改善了大功率LED的色溫分別性能，使之更加的均勻。 3 結(jié)束語

9、 大功率的LED光源開發(fā)已經(jīng)進入到了新的階段，在芯片技術(shù)日趨成熟的今天大功率的LED研制技術(shù)已經(jīng)轉(zhuǎn)移到解決封裝材料、散熱技術(shù)、矩陣排列、熒光粉配置等層面，通過前面的分析和介紹，應(yīng)用多種創(chuàng)新技術(shù)向結(jié)合而解決了多晶一體化大功率LED需要解決的關(guān)鍵技術(shù)，并將這些技術(shù)融合起來開發(fā)出了一種新型的大功率LED光源。此種光源從封裝材料和散熱技術(shù)到矩陣合理布局以及熒光粉配置等都有不同程度的創(chuàng)新，并獲得了較好的應(yīng)用效果。 參考文獻 1李晉閩,范玉缽,吳玲.加快發(fā)展我國半導體照明新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)J.新材料產(chǎn)業(yè),2009,10. 2陳弘,江洋,王文新.以創(chuàng)新技術(shù)推動LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展J.新材料產(chǎn)業(yè),2011,1.

10、3陳燕生.對中國照明電器產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的思考J.中國照明電器,2010,4.