改善散热结构以提高白光LED的使用寿命的探索

时间:2021-05-23作者:佚名

过去LED业者为了获利充分的白光LED光束,曾经开发大尺寸LED芯片试图藉此方式达成预期目标,不过实际上白光LED的施加电力持续超过1W以上时光束反而会下降,发光效率则相对降低20~30%,换句话说白光LED的亮度如果要比传统LED大数倍,消费电力特性希望超越荧光灯的话,就必需先克服下列的四大课题,包括,抑制温升、确保使用寿命、改善发光效率,以及发光特性均等化。

有关温升问题具体方法是降低封装的热阻抗;维持LED的使用寿命具体方法,是改善芯片外形、采用小型芯片;改善LED的发光效率具体方法是改善芯片结构、采用小型芯片;至于发光特性均匀化具体方法是LED的改善封装方法,而这些方法已经陆续被开发中。

解决封装的散热问题才是根本方法

由于增加电力反而会造成封装的热阻抗急遽降至10K/W以下,因此国外业者曾经开发耐高温白光LED试图藉此改善上述问题,然而实际上大功率LED的发热量却比小功率LED高数十倍以上,而且温升还会使发光效率大幅下跌,即使封装技术允许高热量,不过LED芯片的接合温度却有可能超过容许值,最后业者终于领悟到解决封装的散热问题才是根本方法。

有关LED的使用寿命,例如改用硅质封装材料与陶瓷封装材料,能使LED的使用寿命提高一位数,尤其是白光LED的发光频谱含有波长低于450nm短波长光线,传统环氧树脂封装材料极易被短波长光线破坏,高功率白光LED的大光量更加速封装材料的劣化,根据业者测试结果显示连续点灯不到一万小时,高功率白光LED的亮度已经降低一半以上,根本无法满足照明光源长寿命的基本要求。

有关LED的发光效率,改善芯片结构与封装结构,都可以达到与低功率白光LED相同水平,主要原因是电流密度提高2倍以上时,不但不容易从大型芯片取出光线,结果反而会造成发光效率不如低功率白光LED的窘境,如果改善芯片的电极构造,理论上就可以解决上述取光问题。

设法减少热阻抗、改善散热问题

有关发光特性均匀性,一般认为只要改善白光LED的荧光体材料浓度均匀性与荧光体的制作技术,应该可以克服上述困扰。如上所述提高施加电力的同时,必需设法减少热阻抗、改善散热问题,具体内容分别是:降低芯片到封装的热阻抗、抑制封装至印刷电路基板的热阻抗、提高芯片的散热顺畅性。

为了要降低热阻抗,许多国外LED厂商将LED芯片设在铜与陶瓷材料制成的散热鳍片(heat sink)表面,接着再用焊接方式将印刷电路板上散热用导线,连接到利用冷却风扇强制空冷的散热鳍片上,根据德国OSRAM Opto Semiconductors Gmb实验结果证实,上述结构的LED芯片到焊接点的热阻抗可以降低9K/W,大约是传统LED的1/6左右,封装后的LED施加2W的电力时,LED芯片的接合温度比焊接点高18K,即使印刷电路板温度上升到500C,接合温度顶多只有700C左右;相较之下以往热阻抗一旦降低的话,LED芯片的接合温度就会受到印刷电路板温度的影响,如此一来必需设法降低LED芯片的温度,换句话说降低LED芯片到焊接点的热阻抗,可以有效减轻LED芯片降温作业的负担。反过来说即使白光LED具备抑制热阻抗的结构,如果热量无法从封装传导到印刷电路板的话,LED温度上升的结果发光效率会急遽下跌,因此松下电工开发印刷电路板与封装一体化技术,该公司将1mm正方的蓝光LED以flip chip方式封装在陶瓷基板上,接着再将陶瓷基板粘贴在铜质印刷电路板表面,根据松下表示包含印刷电路板在内模块整体的热阻抗大约是15K/W左右。

相关阅读

亚利桑纳大学研究团队融合光学和光遗传学技术,开发微型LED设备有望逆转失明

(Source:University of Arizona) 近十年来,融合光学和遗传学的光遗传学技术,可精准控制细胞在时间及空间中的活动,被《自然-方法》及《科学》两大权威期刊列为医学十年来最大突破...
2021-08-02
亚利桑纳大学研究团队融合光学和光遗传学技术,开发微型LED设备有望逆转失明

佛州大学马必鹉教授课题组:具有增强电荷平衡和器件性能的蓝光PeLED钙钛矿发

钙钛矿发光二极管(PeLED)因其作为下一代显示技术的潜力而备受关注。虽然外量子效率(EQE)超过20%的绿光、红光和近红外PeLED取得了显着进展,但获得高性能蓝光PeLED仍然是一个挑战。由于...
2021-09-07
佛州大学马必鹉教授课题组:具有增强电荷平衡和器件性能的蓝光PeLED钙钛矿发

中科院化学所制备出防晒钙钛矿光电转换器件

太阳光照射至地球表面的紫外光辐照强度平均达4.61mW·cm-2,尽管臭氧层的保护可以去除太阳光中部分波段的紫外光(UVc和UVd),但是仍有较强的紫外线,包括UVa(320-400nm)和UVb(280-32...
2021-05-23
中科院化学所制备出防晒钙钛矿光电转换器件

家庭用灯3建议 小编教你正确挑选灯具

灯具不仅仅只是照明,它更是不可缺少的家居装饰品,漂亮的灯具能突显出整个房子的美,也能给人一种愉悦的心情。那么要如何才能选到让人温馨舒适的灯具呢?下面就让小编来教你如...
2021-05-23

前沿|2D High-K材料为晶体管提供新的方向

名词解析 什么是High-K? “K”代表介电常数,一般指的是材料集中电场的能力。在高介电常数的绝缘体中,相同的材料厚度下,该材料能够储存更多的电流容量。因此,High-K材料一般指高...
2021-05-23
前沿|2D High-K材料为晶体管提供新的方向

热销商品

12V星空顶筒灯嵌入式阳台卧室客厅氛围迷你呼吸小射灯满天星天花

12V星空顶筒灯是一款专为营造浪漫氛围而设计的迷你嵌入式射灯,适用于阳台、卧室、客厅等空间。采用低功耗LED光源,安全节能,光线柔和均匀,支持呼吸模式与满天星效果,可...
¥ 7.65

公牛官方旗舰店开关插座空调16A插座五孔10A面板暗装多孔G12白灰

公牛官方旗舰店提供一系列高质量的开关插座和空调配件。这款16A插座五孔面板采用暗装设计,适用于多种安装环境,如墙面、天花板等。它具有10A的电流容量,可以满足家庭...
¥ 5.55

喜美诺排插插座面板多孔排插家用宿舍接线板插排国标线板延长线

喜美诺排插,一款精心设计的多孔插座面板,专为家庭和宿舍环境而造。它不仅提供便捷的接线体验,更符合国标安全标准,确保使用过程中的安全与稳定。这款排插采用高质量材...
¥ 11.9

O型圈氟橡胶圆条丁腈胶硅胶垫片防水O三元乙丙EPDM密封件骨架油封

O型圈、氟橡胶圆条、丁腈胶、硅胶垫片、三元乙丙(EPDM)密封件及骨架油封是广泛应用于机械、汽车、航空航天及建筑等领域的关键密封元件。氟橡胶耐高温、耐腐蚀,适用...
¥ 1

3M自粘橡胶条高硬度耐压实心幕墙玻璃舞台搭建货架专用减震密封条

3M自粘橡胶条是一款专为高要求工业及建筑场景设计的高性能密封减震材料,采用高硬度实心橡胶材质,具备优异的耐压性、抗老化性和持久弹性。其独特的自粘背胶设计,安装...
¥ 1.6

网站栏目