大功率LED技术核心分析

     LED一般上来说是由外延片-芯片-光源-灯具的四个环节组成，在LED产业中下游应用上关键点是怎么解决热阻和结温等关键问题的前提条件下，保持芯片稳定的有效光输出。

     一直以来，LED光源的一般照明应用中存在着光源的高导热金属材质问题、应用的热平衡问题、长效荧光粉问题和配光问题等四个核心技术瓶颈：

     核心技术1：高导热金属材质

     目前上游龙企业，比如CREE已经可以做到的芯片光效可以达到130-150lm/W。但是LED结温高低直接影响到LED出光效率、器件寿命、可靠性、发射波长等。保持LED结温在允许的范围内，是大功率LED芯片制备、器件封装和器件应用等每个环节都必须重点研究的关键因素，尤其是LED器件封装和器件应用设计必须着重解决的核心问题。

     现在主流的应用技术材质是用铝基板来封装，但是铝基板封装的芯片散热和光转换效率都存在技术核心瓶颈，不能有效地控制结温和稳定地维持高功率的光输出，并且应用会因为芯片光效越高，所需的铝基板面积就越大，会加大成本和应用体积，极为不便。所以如何走出此误区另辟新路是新的技术核心特点。

     核心技术2：热平衡技术

     LED器件采用专利热平衡散热结构关键技术，在保持低成本和被动散热方式的前提下，利用高导热介质，通过崭新的器件/灯具整体结构，成功降低热阻，有效降低PN结结温，使PN结工作在允许工作温度内，保持最大量光子输出。其特点如下：

     (1)超低热阻材料，快速散热整体结构技术；

     (2)高导热、抗UV封装技术；

     (3)应用低环境应力结构技术；

     (4)整体热阻＜20K/W，结温＜80度；

     (5)LED光源照明模组工作温度控制在65℃以下。

     核心技术3：高效荧光粉的应用

     目前市场上所常用的白光LED发光荧光粉应用技术是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成，该技术是日本日亚化工在上世纪90年代末发明，并形成专利技术垄断。GaN芯片发蓝光（λp=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉，受此蓝光激发后发出*****光发射，峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。理论上对于In-GaN/YAG白色LED，通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500-10000K的各色白光。但是这种传统的白光LED工艺基础上采用的还是蓝光LED，所以当色温偏高时，色彩会向蓝色偏移，而产生色飘，形成一定的光污染。必须采用在降低光效、降低整体热阻的情况下，方可实现相对的稳定，但是衰减情况还是不容乐观。

     目前已商品化的第一种产品为蓝光单晶片加上YAG*****荧光粉，其最好的发光效率约为35流明/瓦，YAG多为日本日亚公司的进口，价格在2000元/公斤；第二种是日本住友电工亦开发出以ZnSe为材料的白光LED，不过发光效率较差。

     核心技术4：LED一次配光学的应用

     目前全球LED行业内的主流做法是在封装LED芯片形成光源或光源模组以后，在做成灯具的时候再进行配光，这样采用的是原有传统光源的做法，因为传统光源是360°发光。如果要把光导到应用端，目前飞利浦的传统灯具做到最好的一款，光损失也达到40%。而我们国内众多的LED下游厂家应用的灯具光学参数其实都是芯片或者光源的光学参数，而不是整体灯具的的光学指标参数。

     现在最先进的科学方法是在芯片封装上就做配光，一次把芯片的光导出来，维持最大的光输出，这样光损率只有5%－10%。随着技术的不断改进，光损率将会越来越低，光源的光效会越来越高。同样配有这样的光源灯具无需再做配光，相对的灯具效率将会大大提高，使之更为广泛地使用到功能性照明之中，形成相当规模的市场渠道。