LED散热问题的解决方案

今日，白光LED依旧存在着发光均匀性欠安、关闭资料的寿数不长等问题，无法发挥白光LED被等待的运用长处。但就需求层面来看，不只一般的照明用处，跟着手机、LCD TV、轿车、医疗等的广泛运用，使得最合适开发安稳白光LED的技能研讨成果就广泛的被重视。
改进白光LED的发光功率，现在有两大方向，一是前进LED芯片的面积，藉此添加发光量。二是把几个小型芯片一起封装在同一个模块下。

藉由前进芯片面积来添加发光量

尽管，将LED芯片的面积予以大型化，藉此可以取得高得多的亮度，但因过大的面积，在运用进程和成果上也会呈现拔苗助长的现象。所以，针对这样的问题，部分LED业者就依据电极结构的改进和覆晶的结构，在芯片外表进行改进，来抵达50lm/W的发光功率。例如在白光LED覆晶封装的部分，由于发光层很挨近封装的邻近，发光层的光向外部散出时，电极不会被遮盖，但缺陷便是所发作的热不简单散失。
并非进行芯片外表改进后，再加上添加芯片面积就肯定可以敏捷前进亮度，由于当光从芯片内部向外扩散射时，芯片中这些改进的部分无法进行反射，所以在取光上会遭到一点约束，依据核算，最佳发挥光功率的LED芯片尺寸是在7mm2左右。

运用封装数个小面积LED芯片快速前进发光功率

和大面积LED芯片比较，运用小功率LED芯片封装成同一个模块，这样是可以较快抵达高亮度的要求，例如，CiTIzen就将8个小型LED封装在一起，让模块的发光功率抵达了60lm/W，堪称是业界的首例。
但这样的做法也引发的一些疑虑，由于是将多颗LED封装在同一个模块上，有必要置入一些绝缘资料，避免构成LED芯片间的短路状况发作，如此一来就会添加了不少的本钱。

对此CiTIzen的解说是：“关于本钱的影响起伏是恰当小的，由于相较于全体的本钱份额，这些绝缘资料仅不到百分之一，并可以运用现有的资料来做绝缘运用，这些绝缘资料不需求从头开发，也不需求添加新的设备来因应。”
尽管CiTIzen的解说理论上是合理的，可是，关于无经历的业者来说，这便是一项应战，由于不管在良率、研制、出产工程上都是需求予以战胜的。还有其它方法可抵达前进发光功率的方针，许多业者发现，在LED蓝宝石基板上制造出凹凸不平坦的结构，这样或许可以前进光输出量，所以，有逐步朝向在芯片外表树立 Texture或Photonics结晶的架构。例如德国的OSRAM便是以这样的架构开宣布“Thin GaN”高亮度LED。原理是在InGaN层上构成金属膜，之后再剥离蓝宝石，这样，金属膜就会发作映像的作用而取得更多的光线取出，依据OSRAM的资料显现，这样的结构可以取得75％的光取出功率。

除了芯片的光取出方面需求做尽力外，由于希望可以取得更高的光功率，在封装的部分也是有必要做一些改进。事实上，每多添加一道的工程都会对光取出功率带来一些影响，不过，这并不代表着，由于封装的制程就一定会添加更高的光丢失，就像日本OMROM所开发的平面光源技能，就可以大起伏的前进光取出功率，这样的结构是将LED所射出的光线，运用LENS光学系统以及反射光学系统来做操控的，所以OMROM称之为 “Double reflecTIon ”。运用这样的结构，可将传统炮弹型封装等的LED所构成的光丢失，针对封装的广视点反射来取得更高的光功率，更进一步的是，在外表所构成的Mesh上进行加工，而构成双层的反射作用，这样的方法可以得到不错的光取出功率操控的。由于这样特别的规划，运用反射作用抵达高光取出功率的LED，首要的用处是针对LCD TV背光所运用的。

封装资料和荧光资料的重要性添加

假如希望用来作为LCD TV背光运用的话，那幺需求战胜的问题就会更多了。由于LCD TV的接连运用时刻都是长达数个小时，乃至10几个小时，所以，由于这样长期的运用状况下，拿来作为背光的白光LED就有必要具有不会由于接连运用而发作亮度衰减的状况。

现在已宣布的高功率的白光LED，它的发光功率是一个低功率白光LED亮度的数十倍，所以希望运用高功率白光LED来替代荧光灯作为照明设备的话，有一个有必要战胜的困难便是亮度递减的状况。例如，白光LED长期接连运用1W的状况下，会构成接连运用后半段时刻的亮度逐步下降的现象，不是只要高功率白光 LED才会呈现这样的状况，低功率白光LED也会存在这样的问题，只不过是由于低功率白光运用的产品不同，所以，并不会因而特别突显出这样的困扰。

运用的电流愈大，所取得的亮度就愈高，这是一般关于LED可以抵达高亮度的观念，不过，由于所运用的电流添加，因而封装资料是否可以接受这样长期的由于电流所发作的热，也由于这样的接连运用，往往封装资料的热反抗会降到10k/w以下。

高功率LED的发热量是低功率LED的数十倍，因而，会呈现跟着温度上升，而呈现发光功率下降的问题，所以在可以抗热性高封装资料的开发上，相对显的非常重要。

或许在20～30lm/W以下的LED，这些问题都不显着，可是，一旦面临60lm/w以上的高发光功率LED的时分，就需求想办法处理的。热效应所带来的影响，肯定不会仅仅只要LED自身，而是会对整个运用产品带来困扰，所以，LED假如可以在这一方面取得处理的话，那幺，也可以减轻运用产品自身的散热担负。因而，在面临不断前进电流状况的一起，怎么添加抗热才能，也是现阶段的急待被战胜的问题。从各方面来看，除了资料自身的问题外，还包含从芯片到封装资料间的抗热性、导热结构及封装资料到PCB板间的抗热性、导热结构和PCB板的散热结构等，这些都需求作全体性的考量。例如，即便可以处理从芯片到封装资料间的抗热性，但因从封装到PCB板的散热作用欠好的话，相同也是构成LED芯片温度的上升，呈现发光功率下降的现象。所以，就像是松下就为了处理这样的问题，从2005年开端，便把包含圆形、线形、面型的白光LED，与PCB基板规划成一体，来战胜或许由于呈现在从封装到PCB板间散热中止的问题。但并非一切的业者都像松下相同，由于各业者的战略联系，有的业者以基板规划的简洁为方针，只针对PCB板的散热结构进行改进。还有恰当多的业者，由于自身不出产LED，所以只能在PCB板做一些研制，但仅此仍是不行的，所以需求挑选散热性杰出的白光LED。能让PCB板上用的金属资料，能与白光LED封装中的散热槽紧密衔接，抵达散热的才能。这样看起来好象仅仅由于希望抵达散热，而把简略的一件工作予以复杂化，究竟这样是不是契合本钱和前进的概念？以今日的运用层面来说，很难做一个判别，不过，是有一些业者正朝向这方面作考量，例如Citizen在2004年所宣布的产品，便是可以从封装上厚度为2～3mm 的散热槽向外散热，供给运用业者可以由于运用了具有散热槽的高功率白光LED，能让PCB板的散热规划得以发挥。

封装资料的改动使白光LED寿数达原先的4倍

发热的问题不是只会对亮度体现带来影响，一起也会对LED自身的寿数呈现应战，所以在这一部份，LED不断的开宣布封装资料来因应继续前进中的LED亮度所发作的影响。

曩昔用来作为封装资料的环氧树脂，耐热性比较差，或许会呈现在LED芯片自身的寿数抵达前，环氧树脂就现已呈现变色的状况，因而，为了前进散热性，有必要让更多的电流取得开释。除此之外，不只由于热现象会对环氧树脂发作影响，乃至短波长也会对环氧树脂构成一些问题，这是由于环氧树脂恰当简单被白光LED中的短波长光线损坏，即便低功率的白光LED就现已会构成环氧树脂的损坏，更何况高功率的白光LED所含的短波长的光线更多，恶化天然也加快，乃至有些产品在接连点亮后的运用寿数不到5,000小时。所以，与其不断的战胜由于旧有封装资料－环氧树脂所带来的变色困扰，不如朝向开发新一代的封装资料的挑选。现在在处理寿数这一方面的问题，许多LED封装业者都朝向抛弃环氧树脂，而改用了硅树脂和陶瓷等作为封装的资料。依据计算，由于改动了封装资料，事实上可以前进LED的寿数。就资料上来看，替代环氧树脂的封装资料－硅树脂，就具有较高的耐热性，依据实验，即便是在摄氏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资料。
硅树脂可以涣散蓝色和近紫外光，与环氧树脂比较，硅树脂可以按捺资料由于电流和短波长光线所带来的劣化现象，平缓光穿透率下降的速度。以现在的运用来看，简直一切的高功率白光LED产品都现已改用硅树脂作为封装的资料，例如，相关于波长 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，硅树脂有着较超卓的体现。

就寿数体现度而言，硅树脂可以抵达延伸白光LED运用寿数的方针，乃至可以抵达4万小时以上的运用寿数。可是不是真的合适用来做照明的运用还有待研讨，由于硅树脂是具有弹性的柔软资料，所以在封装的进程中，需求特别注意运用的方法，然后规划出最恰当的运用技能。

关于未来运用方面，前进白光LED的光输出功率将会是决胜的要害点。白光LED的出产技能，从曩昔的蓝色LED和黄色YAG荧光体的组合，开宣布仿真白光，到运用三色混合或许运用GaN资料，开宣布白光LED，关于运用来说，现已可以看的出将会朝向更广泛的方向扩展。别的，白光LED的发光功率，现已有了不错的开展，日本LED照明推动协会的方针是，希望可以在2009年抵达100lm/w的发光功率，所以估计在数年内，100lm/w发光功率就可以实际上商业化运用。

日亚化学活跃开发白光半导体雷射

在希望LED抵达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范畴加以改进，而抵达这一方针，但在发展速度上，看起来依旧恰当的缓慢。因而部分业者开端考虑选用其它的技能，来完成现在业界关于相似白光LED的光亮度要求。在高亮度蓝、白光LED范畴的日亚化学，便将一部份的研制方向，朝向开发白光雷射做尽力。

日亚化学运用与白光LED相同的GaN系资料制造半导体雷射，开宣布了白光光源，以现在的体现来说，辉度现已可以抵达10cd/mm左右，现有的白光LED假如希望抵达这个辉度值是恰当困难的，即便添加电流希望亮度添加，但这样将会使得接合点的温度上升，所带来的成果不只会使整个发光功率下降外，还会糟蹋恰当多的电量。

日亚化学所开发的白光半导体雷射，在芯片端不再运用荧光资料，而是将发光部分和白光发作的部分分隔处理，运用200mw的蓝紫色半导体雷射，宣布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衔接，让白光从涂了荧光资料光纤的另一面发射出来，而所发作出来的白光直径仅有1.25mm，这个面积只要相同光量白光LED的1/20，所需的功耗不到0.1W，所以，在散热部分也不需求太多考虑。

尽管看起来在特性的方面是恰当的不错，不过仍是有一些缺陷的，在运用寿数上，只要3,000小时左右，价格太贵。尽管价格的问题花一点时刻就可以下降一些，可是以现在30万日圆的水准来看的，要降到3,000乃至300日元，或许需求10年以上的时刻。