漲知識 | 是什(shén)麽在影(yǐng)響LED封裝中的(de)取光(guāng)效率？
來(lái)源：   作者：   時(shí)間：2018-09-07    浏覽次數：

LED 被稱爲第四代照(zhào)明(míng)光(guāng)源或綠色光(guāng)源，具有節能、環保、壽命長(cháng)、體積小等特點，廣泛應用(yòng)于各種指示、顯示、裝飾、背光(guāng)源、普通(tōng)照(zhào)明(míng)和(hé)城(chéng)市夜景等領域。根據使用(yòng)功能的(de)不同，可(kě)以将其劃分(fēn)爲信息顯示、信号燈、車用(yòng)燈具、液晶屏背光(guāng)源、通(tōng)用(yòng)照(zhào)明(míng)五大(dà)類。

　　常規LED燈存在著(zhe)亮度不足等缺憾，而導緻普及率不夠。功率型LED燈卻有著(zhe)亮度足使用(yòng)壽命長(cháng)等優勢，但是功率型LED卻有著(zhe)封裝等技術困難，下(xià)面就簡單分(fēn)析一下(xià)影(yǐng)響功率型LED封裝取光(guāng)效率的(de)因素。

　　影(yǐng)響取光(guāng)效率的(de)封裝要素

　　1、散熱(rè)技術

　　對(duì)于由PN結組成的(de)發光(guāng)二極管，當正向電流從PN結流過時(shí)，PN結有發熱(rè)損耗，這(zhè)些熱(rè)量經由粘結膠、灌封材料、熱(rè)沉等，輻射到空氣中，在這(zhè)個(gè)過程中每一部分(fēn)材料都有阻止熱(rè)流的(de)熱(rè)阻抗，也(yě)就是熱(rè)阻，熱(rè)阻是由器件的(de)尺寸、結構及材料所決定的(de)固定值。

　　設發光(guāng)二極管的(de)熱(rè)阻爲Rth(℃/W)，熱(rè)耗散功率爲PD(W)，此時(shí)由于電流的(de)熱(rè)損耗而引起的(de)PN結溫度上升爲：

　　T(℃)=Rth&TImes;PD

　　PN結結溫爲：

　　TJ=TA+Rth&TImes;PD

　　其中TA爲環境溫度。由于結溫的(de)上升會使PN結發光(guāng)複合的(de)幾率下(xià)降，發光(guāng)二極管的(de)亮度就會下(xià)降。同時(shí)，由于熱(rè)損耗引起的(de)溫升增高(gāo)，發光(guāng)二極管亮度将不再繼續随著(zhe)電流成比例提高(gāo)，即顯示出熱(rè)飽和(hé)現象。另外，随著(zhe)結溫的(de)上升，發光(guāng)的(de)峰值波長(cháng)也(yě)将向長(cháng)波方向漂移，約0.2-0.3nm/℃，這(zhè)對(duì)于通(tōng)過由藍光(guāng)芯片塗覆YAG熒光(guāng)粉混合得(de)到的(de)白色LED來(lái)說，藍光(guāng)波長(cháng)的(de)漂移，會引起與熒光(guāng)粉激發波長(cháng)的(de)失配，從而降低白光(guāng)LED的(de)整體發光(guāng)效率，并導緻白光(guāng)色溫的(de)改變。

　　對(duì)于功率發光(guāng)二極管來(lái)說，驅動電流一般都爲幾百毫安以上，PN結的(de)電流密度非常大(dà)，所以PN結的(de)溫升非常明(míng)顯。對(duì)于封裝和(hé)應用(yòng)來(lái)說，如何降低産品的(de)熱(rè)阻，使PN結産生的(de)熱(rè)量能盡快(kuài)的(de)散發出去，不僅可(kě)提高(gāo)産品的(de)飽和(hé)電流，提高(gāo)産品的(de)發光(guāng)效率，同時(shí)也(yě)提高(gāo)了(le)産品的(de)可(kě)靠性和(hé)壽命。爲了(le)降低産品的(de)熱(rè)阻，首先封裝材料的(de)選擇顯得(de)尤爲重要，包括熱(rè)沉、粘結膠等，各材料的(de)熱(rè)阻要低，即要求導熱(rè)性能良好。其次結構設計要合理(lǐ)，各材料間的(de)導熱(rè)性能連續匹配，材料之間的(de)導熱(rè)連接良好，避免在導熱(rè)通(tōng)道中産生散熱(rè)瓶頸，确保熱(rè)量從内到外層層散發。同時(shí)，要從工藝上确保，熱(rè)量按照(zhào)預先設計的(de)散熱(rè)通(tōng)道及時(shí)的(de)散發出去。

　　2、填充膠的(de)選擇

　　根據折射定律，光(guāng)線從光(guāng)密介質入射到光(guāng)疏介質時(shí)，當入射角達到一定值，即大(dà)于等于臨界角時(shí)，會發生全發射。以GaN藍色芯片來(lái)說，GaN材料的(de)折射率是2.3，當光(guāng)線從晶體内部射向空氣時(shí)，根據折射定律，臨界角θ0=sin-1(n2/n1)。

　　其中n2等于1，即空氣的(de)折射率，n1是GaN的(de)折射率，由此計算(suàn)得(de)到臨界角θ0約爲25.8度。在這(zhè)種情況下(xià)，能射出的(de)光(guāng)隻有入射角≤25.8度這(zhè)個(gè)空間立體角内的(de)光(guāng)。據報導，目前GaN芯片的(de)外量子效率在30%-40%左右，因此，由于芯片晶體的(de)内部吸收，能射出到晶體外面光(guāng)線的(de)比例很少。據報導，目前GaN芯片的(de)外量子效率在30%-40%左右。同樣，芯片發出的(de)光(guāng)要透過封裝材料，傳送到空間，也(yě)要考慮材料對(duì)取光(guāng)效率的(de)影(yǐng)響。

　　所以，爲了(le)提高(gāo)LED産品封裝的(de)取光(guāng)效率，必須提高(gāo)n2的(de)值，即提高(gāo)封裝材料的(de)折射率，以提高(gāo)産品的(de)臨界角，從而提高(gāo)産品的(de)封裝發光(guāng)效率。同時(shí)，封裝材料對(duì)光(guāng)線的(de)吸收要小。爲了(le)提高(gāo)出射光(guāng)的(de)比例，封裝的(de)外形最好是拱形或半球形，這(zhè)樣，光(guāng)線從封裝材料射向空氣時(shí)，幾乎是垂直射到界面，因而不再産生全反射。

　　3、反射處理(lǐ)

　　反射處理(lǐ)主要有兩方面，一是芯片内部的(de)反射處理(lǐ)，二是封裝材料對(duì)光(guāng)的(de)反射，通(tōng)過内、外兩方面的(de)反射處理(lǐ)，來(lái)提高(gāo)從芯片内部射出的(de)光(guāng)通(tōng)比例，減少芯片内部吸收，提高(gāo)功率LED成品的(de)發光(guāng)效率。從封裝來(lái)說，功率型LED通(tōng)常是将功率型芯片裝配在帶反射腔的(de)金屬支架或基闆上，支架式的(de)反射腔一般是采取電鍍方式提高(gāo)反射效果，而基闆式的(de)反射腔一般是采用(yòng)抛光(guāng)方式，有條件的(de)還(hái)會進行電鍍處理(lǐ)，但以上兩種處理(lǐ)方式受模具精度及工藝影(yǐng)響，處理(lǐ)後的(de)反射腔有一定的(de)反射效果，但并不理(lǐ)想。目前國内制作基闆式的(de)反射腔，由于抛光(guāng)精度不足或金屬鍍層的(de)氧化(huà)，反射效果較差，這(zhè)樣導緻很多(duō)光(guāng)線在射到反射區(qū)後被吸收，無法按預期的(de)目标反射至出光(guāng)面，從而導緻最終封裝後的(de)取光(guāng)效率偏低。

　　4、熒光(guāng)粉選擇與塗覆

　　對(duì)于白色功率型LED來(lái)說，發光(guāng)效率的(de)提高(gāo)還(hái)與熒光(guāng)粉的(de)選擇和(hé)工藝處理(lǐ)有關。爲了(le)提高(gāo)熒光(guāng)粉激發藍色芯片的(de)效率，首先熒光(guāng)粉的(de)選擇要合适，包括激發波長(cháng)、顆粒度大(dà)小、激發效率等，需全面考核，兼顧各個(gè)性能。其次，熒光(guāng)粉的(de)塗覆要均勻，最好是相對(duì)發光(guāng)芯片各個(gè)發光(guāng)面的(de)膠層厚度均勻，以免因厚度不均造成局部光(guāng)線無法射出，同時(shí)也(yě)可(kě)改善光(guāng)斑的(de)質量。

　　綜述：

　　良好的(de)散熱(rè)設計對(duì)提高(gāo)功率型LED産品發光(guāng)效率有著(zhe)顯著(zhe)的(de)作用(yòng)，同時(shí)也(yě)是确保産品壽命和(hé)可(kě)靠性的(de)前提。而設計良好的(de)出光(guāng)通(tōng)道，這(zhè)裏著(zhe)重指反射腔、填充膠等的(de)結構設計、材料選擇和(hé)工藝處理(lǐ)，可(kě)以有效提高(gāo)功率型LED的(de)取光(guāng)效率。對(duì)功率型白光(guāng)LED來(lái)說，熒光(guāng)粉的(de)選擇和(hé)工藝設計，對(duì)光(guāng)斑的(de)改善和(hé)發光(guāng)效率的(de)提高(gāo)也(yě)至關重要。

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