LED封裝的取光效率分析
常規LED一般是支架式，采用環氧樹脂封裝，功率較小，整體發光光通量不大，亮度高的也只能作為一些特殊照明使用。隨著LED芯片技術和封裝技術的發展，順應照明領域對高光通量 LED產品的需求，功率型LED逐步走入市場。這種功率型的LED一般是將發光芯片放在散熱熱沉上，上面裝配光學透鏡以達到一定光學空間分布，透鏡內部填充低應力柔性硅膠。



功率型LED要真正進入照明領域，實現家庭日常照明，其要解決的問題還有很多，其中重要的便是發光效率。目前市場上功率型LED報道的高流 明效率在50lm/W左右，還遠達不到家庭日常照明的要求。為了提高功率型LED發光效率，一方面其發光芯片的效率有待提高;另一方面，功率型LED的封 裝技術也需進一步提高，從結構設計、材料技術及工藝技術等多方面入手，提高產品的封裝取光效率。

　　一、影響取光效率的封裝要素

　　1.散熱技術

　　對于由PN結組成的發光二極管，當正向電流從PN結流過時，PN結有發熱損耗，這些熱量經由粘結膠、灌封材料、熱沉等，輻射到空氣中，在這個過 程中每一部分材料都有阻止熱流的熱阻抗，也就是熱阻，熱阻是由器件的尺寸、結構及材料所決定的固定值。設發光二極管的熱阻為Rth(℃/W)，熱耗散功率 為PD(W)，此時由于電流的熱損耗而引起的PN結溫度上升為：

　　T(℃)=Rth×PD。

　　PN結結溫為：

　　TJ=TA+ Rth×PD

　　其中TA為環境溫度。由于結溫的上升會使PN結發光復合的幾率下降，發光二極管的亮度就會下降。同時，由于熱損耗引起的溫升增高，發光二極管亮 度將不再繼續隨著電流成比例提高，即顯示出熱飽和現象。另外，隨著結溫的上升，發光的峰值波長也將向長波方向漂移，約0.2-0.3nm/℃，這對于通過 由藍光芯片涂覆YAG熒光粉混合得到的白色LED來說，藍光波長的漂移，會引起與熒光粉激發波長的失配，從而降低白光LED的整體發光效率，并導致白光色 溫的改變。

　　對于功率發光二極管來說，驅動電流一般都為幾百毫安以上，PN結的電流密度非常大，所以PN結的溫升非常明顯。對于封裝和應用來說，如何降低產 品的熱阻，使PN結產生的熱量能盡快的散發出去，不僅可提高產品的飽和電流，提高產品的發光效率，同時也提高了產品的可靠性和壽命。為了降低產品的熱阻， 封裝材料的選擇顯得尤為重要，包括熱沉、粘結膠等，各材料的熱阻要低，即要求導熱性能良好。其次結構設計要合理，各材料間的導熱性能連續匹配，材料之 間的導熱連接良好，避免在導熱通道中產生散熱瓶頸，確保熱量從內到外層層散發。同時，要從工藝上確保，熱量按照預先設計的散熱通道及時的散發出去。

　　2.填充膠的選擇

　　根據折射定律，光線從光密介質入射到光疏介質時，當入射角達到一定值，即大于等于臨界角時，會發生全發射。以GaN藍色芯片來說，GaN材料的折射率是2.3，當光線從晶體內部射向空氣時，根據折射定律，臨界角θ0=sin-1(n2/n1)。

　　其中n2等于1，即空氣的折射率，n1是GaN的折射率，由此計算得到臨界角θ0約為25.8度。在這種情況下，能射出的光只有入 射角≤25.8度這個空間立體角內的光，據報導，目前GaN芯片的外量子效率在30%-40%左右，因此，由于芯片晶體的內部吸收，能射出到晶體外 面光線的比例很少。據報導，目前GaN芯片的外量子效率在30%-40%左右。同樣，芯片發出的光要透過封裝材料，傳送到空間，也要考慮材料對取光效率的 影響。


　　所以，為了提高LED產品封裝的取光效率，提高n2的值，即提高封裝材料的折射率，以提高產品的臨界角，從而提高產品的封裝發光效率。同 時，封裝材料對光線的吸收要小。為了提高出射光的比例，封裝的外形好是拱形或半球形，這樣，光線從封裝材料射向空氣時，幾乎是垂直射到界面，因而不再產 生全反射。

　　3.反射處理

　　反射處理主要有兩方面，一是芯片內部的反射處理，二是封裝材料對光的反射，通過內、外兩方面的反射處理，來提高從芯片內部射出的光通比例，減少 芯片內部吸收，提高功率LED成品的發光效率。從封裝來說，功率型LED通常是將功率型芯片裝配在帶反射腔的金屬支架或基板上，支架式的反射腔一般是采取 電鍍方式提高反射效果，而基板式的反射腔一般是采用拋光方式，有條件的還會進行電鍍處理，但以上兩種處理方式受模具精度及工藝影響，處理后的反射腔有一定 的反射效果，但并不理想。目前國內制作基板式的反射腔，由于拋光精度不足或金屬鍍層的氧化，反射效果較差，這樣導致很多光線在射到反射區后被吸收，無法按 預期的目標反射至出光面，從而導致終封裝后的取光效率偏低。


　　我們經過多方面的研究和試驗，研制成一種具有自主知識產權的使用有機材料涂層的反射處理工藝，通過這種工藝處理，使得反射到載片腔內的光線吸收 很少，能將大部分射到其上面的光線反射至出光面。這樣處理后的產品取光效率與處理之前相比可提高30%-50%。我們目前1W白光功率LED的光效可達 40-50lm/W(在遠方PMS-50光譜分析測試儀器上測試結果)，獲得了很好的封裝效果。

　　4.熒光粉選擇與涂覆

　　對于白色功率型LED來說，發光效率的提高還與熒光粉的選擇和工藝處理有關。為了提高熒光粉激發藍色芯片的效率，熒光粉的選擇要合適，包括 激發波長、顆粒度大小、激發效率等，需全面考核，兼顧各個性能。其次，熒光粉的涂覆要均勻，好是相對發光芯片各個發光面的膠層厚度均勻，以免因厚度不均 造成局部光線無法射出，同時也可改善光斑的質量。

　　二、結論

　　良好的散熱設計對提高功率型LED產品發光效率有著顯著的作用，同時也是確保產品壽命和可靠性的前提。而設計良好的出光通道，這里 著重指反射腔、填充膠等的結構設計、材料選擇和工藝處理，可以有效提高功率型LED的取光效率。對功率型白光LED來說，熒光粉的選擇和工藝設計，對光斑 的改善和發光效率的提高也至關重要。

了解各種LED照明特點
LED照明在歐美、日本等國得以廣泛應用，相對于白熾燈而言，其特點鮮明于節能與環保。近日更是有美國的博客推薦由加拿大D-Rev公司主要用LED燈制造的D-Rev'sBrilliance用來治療嬰兒黃疸病的設備，在禁售白熾燈之前，我們來重新了解下LED照明的各大特點。


1、高節能 節能能源即為環保。直流驅動，低功耗（單管0.03-0.06瓦）電光功率轉換接近，相同照明效果比傳統光源節能80%以上。


2、高新尖 與傳統光源單調的發光效果相比，LED光源是低壓微電子產品，成功融合了計算機技術、網絡通信技術、圖像處理技術、嵌入式控制技術等，所以亦是數字信息化產品，是半導體光電器件“高新尖”技術，具有在線編程，無限升級，靈活多變的特點。

3、利環保 環保效益更佳，光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，而且廢棄物可回收，沒有污染不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。


4、壽命長 LED光源有人稱它為燈，意為熄滅的燈。固體冷光源，環氧樹脂封裝，燈體內也沒有松動的部分，不存在燈絲發光易燒、熱沉積、光衰等缺點，使用壽命可達6萬到10萬小時，比傳統光源壽命長10倍以上。


5、多變幻 LED光源可利用紅、綠、藍三基色原理，在計算機技術控制下使三種顏色具有256級灰度并任意混合，即可產生256×256×256＝16777216種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實現豐富多彩的動態變化效果及各種圖像。


6、不易損壞 LED照明燈具是被完全的封裝在環氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內也沒有松動的部分，使得LED照明燈具可以說是不易損壞的。

隨著禁售白熾燈的臨近、人們對LED燈的嘗試認識，同時大規模集成電路和計算機技術的不斷進步，LED照明燈具將逐漸擴展到通用照明領域，LED照明已成為現代城市一道靚麗的風景線。

一、產品使用方法

★警告：液體為可燃液體，在儲存和使用過程中需采取嚴格的預防措施。

★使用產品清潔基材表面時，可采用浸漬法，噴灑或擦拭的方式。

★本清洗劑與大多數基材具有相容性，其清潔性能溫和，適用于多種材料部件與器材。但是仍然建議客戶在大規模使用前，做相應的相容性測試。

三、產品包裝

★產品包裝為 15kg、150kg 鐵桶包裝。

★特殊要求可協商后包裝。

二、操作注意事項

本材料不包含產品使用所需的安全信息。在使用前，請閱讀產品安全數據表和容器標簽以獲得安全使用、身體健康危害信息，可向常州聚優新材料有限公司的銷售、技術代表咨詢索取產品安全數據資