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高亮度LED制程技術(shù)仍需不斷改善創(chuàng)新

瀏覽：4622次發(fā)表時(shí)間：2019-05-11
        LED光源具備多項(xiàng)環(huán)保優(yōu)勢(shì)，但早期產(chǎn)品在散熱處理與高亮度設(shè)計(jì)方面，仍存在某些技術(shù)瓶頸無(wú)法突破，但在LED芯片制程持續(xù)改善下，現(xiàn)有照明用LED的亮度輸出流明更趨近于日常照明需求，加上IC固態(tài)形式的元件設(shè)計(jì)，讓LED的光源設(shè)計(jì)增加更多應(yīng)用彈性與優(yōu)勢(shì)。
        尤其是LED光源不易損壞、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，若不計(jì)單組成本問(wèn)題，相較于傳統(tǒng)高耗能的鎢絲燈(白熾燈)/鹵素?zé)?高壓鈉燈、有汞污染疑慮的CCFL螢光燈具，LED是表現(xiàn)相當(dāng)優(yōu)異的替代性光源新選擇。
        但為了因應(yīng)不同日常照明應(yīng)用，還須針對(duì)發(fā)光效率、光形、散熱設(shè)計(jì)與整體使用成本等多項(xiàng)應(yīng)用問(wèn)題，持續(xù)改善LED的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，讓LED照明更具實(shí)用價(jià)值，而不再只是展現(xiàn)環(huán)保訴求的裝飾品。
        80W高亮度LED可具備6,400~8,000流明亮度，燈具可達(dá)100lm-W,元件壽命超過(guò)50,000小時(shí)。
LED照明光源，因本身元件的材料特性差異，加上發(fā)光原理異于傳統(tǒng)照明設(shè)備，若未加處理光形與改善照明質(zhì)量，欲直接以LED取代一般日常應(yīng)用的光源，仍有多項(xiàng)限制，尤其是演色性、照明光形、照明顏色、電源轉(zhuǎn)換效率…等關(guān)鍵問(wèn)題，都需要透過(guò)芯片的制程改善或是燈具的光學(xué)物理設(shè)計(jì)強(qiáng)化，進(jìn)一步滿(mǎn)足一般照明的需求。
        LED固態(tài)照明仍存在成本偏高問(wèn)題
在實(shí)際的照明應(yīng)用市場(chǎng)，LED固態(tài)照明本身仍存在高單價(jià)、高成本限制，想要在短時(shí)間內(nèi)加速LED照明應(yīng)用普及，相關(guān)業(yè)者仍須在元件成本、制作技術(shù)、驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)…等關(guān)鍵項(xiàng)目，逐一改善成本效率。
        而在生產(chǎn)技術(shù)方面，還得讓最終產(chǎn)品于色溫表現(xiàn)、演色性和光電轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行規(guī)格強(qiáng)化與性能提升，同時(shí)還要改善AC-DC電源轉(zhuǎn)換、高功率驅(qū)動(dòng)控制、光源散熱和光形處理等相關(guān)技術(shù)，這些都是LED照明技術(shù)能否快速普及的重要關(guān)鍵。
        高亮度LED較一般傳統(tǒng)高亮度鹵素?zé)?、鈉燈具備更長(zhǎng)使用壽命，可制成戶(hù)外用燈具，節(jié)省維護(hù)成本
前面也有提到，LED照明光源的設(shè)計(jì)必須先改善照明模塊的散熱設(shè)計(jì)，散熱機(jī)制的集成是LED照明產(chǎn)品能否維持長(zhǎng)壽命、低光衰的關(guān)鍵。例如，采用COB LED多晶燈板，將LED芯片固定在印刷電路板之上，LED芯片可直接透過(guò)PCB接觸增加熱傳導(dǎo)效率，進(jìn)而改善LED照明應(yīng)用常見(jiàn)的散熱問(wèn)題。
        LED載板設(shè)計(jì)形式 可改善元件散熱效率
為了因應(yīng)高功率、高亮度的照明應(yīng)用設(shè)計(jì)，原有的PCB載版會(huì)改采金屬核心的PCB材料來(lái)增加LED元件的散熱效率，因?yàn)轵?qū)動(dòng)過(guò)程所產(chǎn)生的熱，均可藉由PCB的金屬核心來(lái)降低熱阻抗，進(jìn)而強(qiáng)化散熱表現(xiàn)。
        金屬核心PCB多使用MCPCB(Metal 酷睿 Printed Circuit Board)來(lái)降低載板熱阻設(shè)計(jì)，而MCPCB為求降低成本，多選用鋁為載板核心，具成本低廉、散熱能力佳及更好的抗腐蝕特性。
        LED要獲得日常光源大量應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，就必須深入發(fā)展芯片的核心技術(shù)，其中影響LED元件發(fā)光特性、效率的關(guān)鍵更在其基底材料與長(zhǎng)晶的技術(shù)差異。LED基底材料除傳統(tǒng)藍(lán)寶石基底之外，矽、碳化硅、氧化鋅、氮化鎵…等都是目前LED的應(yīng)用重點(diǎn)。而薄膜芯片技術(shù)則是開(kāi)發(fā)高亮度LED芯片的重點(diǎn)技術(shù)。
        Thin film重點(diǎn)在減少晶粒的側(cè)向光耗損，搭配底部反射面集成，可將芯片本身97%由電產(chǎn)生的光輸出直接自LED正面輸出，避免光耗損，如此自然可提高LED的單位發(fā)光效率。除提高LED芯片的光電效率外，亦可透過(guò)改變芯片結(jié)構(gòu)，如芯片表面粗化設(shè)計(jì)，透過(guò)多重改善電光效率制程方法，進(jìn)行產(chǎn)品改良。
        利用封裝技術(shù) 全面強(qiáng)化LED元件照明性能
在高功率LED封裝技術(shù)方面，可分單顆芯片封裝、多芯片集成封裝、芯片板封裝…等項(xiàng)目，透過(guò)改善封裝技術(shù)，則可讓LED發(fā)光效率、散熱、產(chǎn)品可靠度獲得全面性的改善。
        單顆芯片封裝應(yīng)用方面，可利用封裝來(lái)改善發(fā)光效率、散熱熱阻，或開(kāi)發(fā)SMT形式量產(chǎn)元件，另在封裝階段還能利用螢光粉體混入封裝體的處理手段，改善LED的輸出色溫，或是控制LED的照明光色與提升照明質(zhì)量。
        除晶粒本身的制程或是利用封裝設(shè)計(jì)來(lái)改善之外，LED燈具的設(shè)計(jì)形式或搭配光學(xué)透鏡，皆可利用光學(xué)物理特性來(lái)改善產(chǎn)品質(zhì)量。例如，LED搭配光學(xué)矽膠封填即可使元件具備較大的照明光束角度，而經(jīng)過(guò)封裝處理的元件也能搭配二次光學(xué)透鏡強(qiáng)化底部反光杯的設(shè)計(jì)形式，大幅強(qiáng)化LED元件的光學(xué)特性。
        在眾多高亮度照明用的LED設(shè)計(jì)方案中，也有采用大量LED元件利用平面排布的形式，以數(shù)量來(lái)達(dá)到增加燈具光輸出的效果，而在LED元件封裝上也是同樣道理，將多個(gè)LED芯片1次封裝在載板平面，也是LED照明應(yīng)用的常見(jiàn)設(shè)計(jì)方案。
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