散熱：困擾白光LED應用

　散熱問題，持續(xù)困擾高軸功率白光LED的應用。中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會專家表示，這樣看起來好像只是因為期望達到散熱，而把簡單的一件事情予以復雜化，到底這樣是不是符合成本和進步的概念，以今天的應用層面說很難做判斷，不過實際上是有一些業(yè)者正朝向這方面做考量，例如Citizen在2004年所發(fā)表的產(chǎn)品，就是能夠從封裝上厚度為2～3mm的散熱槽向外散熱，提供應用業(yè)者能夠因為使用了具有散熱槽的高功率白光LED，能讓PCB板的散熱設計得以發(fā)揮。

　　封裝材料的改變，提高白光LED壽命達原先的4倍。當然發(fā)熱的問題不是只會對亮度表現(xiàn)帶來影響，同時也會對LED本身的壽命出現(xiàn)挑戰(zhàn)，所以在這一部份，LED不斷的開發(fā)出封裝材料來因應，持續(xù)提高中的LED亮度所產(chǎn)生的影響。過去用來作為封裝材料的環(huán)氧樹脂，耐熱性比較差、可能會出現(xiàn)的情況是，在LED芯片本身的壽命到達前，環(huán)氧樹脂就已經(jīng)出現(xiàn)變色的情況，因此為了提高散熱性，而必須讓更多的電流獲得釋放，這一個架構(gòu)這是相當?shù)闹匾?/P>

　 除此之外不僅因為熱現(xiàn)象會對環(huán)氧樹脂產(chǎn)生影樣，甚至短波長也會對環(huán)氧樹脂造成一些問題，這是因為白光LED發(fā)光光譜中，也包含了短波長的光線，而環(huán)氧樹脂卻相當容易被白光LED中的短波長光線破壞，即使低功率的白光LED就已經(jīng)會讓造成環(huán)氧樹脂的破壞，更何況高功率的白光LED所含的短波長的光線更多，那么惡化自然也加速，甚至有些產(chǎn)品在連續(xù)點亮后的使用壽命不到5000小時。據(jù)中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會專家介紹，所以與其不斷的克服因為舊有封裝材料－—環(huán)氧樹脂所帶來的變色困擾，不如朝向開發(fā)新一代的封裝材料，或許是不錯的選擇。

　　目前在解決壽命這一方面的問題，許多LED封裝業(yè)者都朝向放棄環(huán)氧樹脂，而改采了硅樹脂和陶瓷等作為封裝的材料，根據(jù)統(tǒng)計因為改變了封裝材料，事實上可以提高LED的壽命。就數(shù)據(jù)上來看，代替環(huán)氧樹脂的封裝材料－硅樹脂，就具有較高的耐熱性，根據(jù)試驗即使是在攝氏150～180度的高溫，也不會變色的現(xiàn)象，看起來似乎是一個不錯的封裝材料。

　 因為硅樹脂能夠分散藍色和近紫外光，所以與環(huán)氧樹脂相比，硅樹脂可以抑制材料因為電流和短波長光線所帶來的劣化現(xiàn)象，而緩和的光穿透率下降的速度。據(jù)專家介紹，以目前的應用來看，幾乎所有的高功率白光LED產(chǎn)品，都已經(jīng)改采硅樹脂作為封裝的材料，例如因為短波長的光線所帶來的影響部分，相對于波長400～450nm的光，環(huán)氧樹脂約在個位的數(shù)百分比左右，但硅樹脂對400～450nm的光線吸收卻不到百分之一，這樣的落差使得在抗短波長方面，硅樹脂有著較出色的表現(xiàn)。OSRAM(Thin GaN)是在InGaN層上形成金屬膜，之后再剝離藍寶石。

　　這樣金屬膜就會產(chǎn)生映射的效果而可以獲得75％的光取出效率。所以就壽命表現(xiàn)度而言，硅樹脂可以達到延長白光LED使用壽命的目標，甚至可以達到4萬小時以上的使用壽命，但是是不是真的適合用來做照明的應用就還有待研究，因為硅樹脂是具有彈性的柔軟材料，所以在封裝的過程中，需要特別注意應用的方式，而來設計出最適當?shù)膽眉夹g。

　 對于未來應用的方面，提高白光LED的光輸出效率將會是決勝的關鍵點。白光LED的生產(chǎn)技術，從過去的藍色LED和黃色的YAG熒光體的組合，開發(fā)出仿真白光的目標，到利用三色混合或者使用GaN材料，開發(fā)出白光LED對于應用來說，已經(jīng)可以看的出將會朝向更廣泛的方向擴展。

　　專家介紹說，另外白光LED的發(fā)光效率，這些年已經(jīng)有了不錯的的發(fā)展，日本LED照明推進協(xié)會目標是，期望能夠預計在2009年達到100lm/w的發(fā)光效率，而事實上有相當多的業(yè)者都在朝向這方面開發(fā)，所以預計在數(shù)年內(nèi)，100lm/w發(fā)光效率就能夠?qū)嶋H上商業(yè)化應用。許多LED封裝業(yè)者都朝向放棄環(huán)氧樹脂，而改采了硅樹脂和陶瓷等作為封裝的材料，藉以提高LED的使用壽命。多元化應用市場潛力下，日亞化學積極開發(fā)白光半導體雷射。由于期望LED達到色純度較高的白光，及高亮度的要求下，各業(yè)者不斷的從每一領域加以改善，而達到此一目標，但在成果的進步速度上，看起來仍舊相當?shù)木徛?/P>

　 部分業(yè)者開始考慮采用其它的技術，來實現(xiàn)目前業(yè)界對于類似白光LED的光亮度要求。在高亮度的藍、白光LED領域的日亞化學，便是將一部份的研發(fā)方向，朝向開發(fā)白光雷射做努力。據(jù)專家介紹，日亞化學是利用與白光LED相同的GaN系材料，來制作半導體雷射開發(fā)出了白光光源，以目前的表現(xiàn)來說，輝度已經(jīng)能夠達到10cd/mm左右，今天的白光LED如果期望達到這個輝度值是相當困難的，即使增加電流期望讓亮度增加，但這樣將會使得接合點的溫度上升，所帶來的結(jié)果不僅會使整個發(fā)光效率降低外，還會浪費相當多不必要的電量。日亞化學所開發(fā)的白光半導體雷射，在芯片端不再使熒光體材料，而是將發(fā)光部分和白光產(chǎn)生的部分分開處理，日亞化學的雷射半導體所是利用200mw的藍紫色半導體雷射，發(fā)出405nm的波長光線，把藍色或藍紫色半導體雷射與光纖的面進行連接，讓白光從涂了熒光體材料的光纖另一面發(fā)射出來，而在這模塊中所產(chǎn)生出來的白光直徑僅有1.25mm，這各面積只有相同光量白光LED的1/20，并因所需的耗功不到0.1W，所以，在散熱部分也不需要太過于煩惱。