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高功率白光LED应用及其芯片的散热问题解析“亚博网页版登录界面”

时间:2021-02-05 00:14
本文摘要:虽然从特点上看似乎很好,但本质上还是有一些不足的。比如从使用寿命来说,也就3000小时左右。即使价格太贵也不容易解决问题。或许价格太贵的问题,需要一点时间才能涨起来。 但以目前30万日元的水平,要10年以上才能降到3000甚至300日元。白光LED仍然不存在闪烁均匀性差、阻隔材料寿命短的缺陷,不能充分发挥白光LED的预期优势。但就市场需求而言,不仅是一般的照明用途,手机、液晶电视、汽车、医疗等的广泛应用也时常出现,这使得开发稳定白光LED的技术研究成果备受关注。

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虽然从特点上看似乎很好,但本质上还是有一些不足的。比如从使用寿命来说,也就3000小时左右。即使价格太贵也不容易解决问题。或许价格太贵的问题,需要一点时间才能涨起来。

但以目前30万日元的水平,要10年以上才能降到3000甚至300日元。白光LED仍然不存在闪烁均匀性差、阻隔材料寿命短的缺陷,不能充分发挥白光LED的预期优势。但就市场需求而言,不仅是一般的照明用途,手机、液晶电视、汽车、医疗等的广泛应用也时常出现,这使得开发稳定白光LED的技术研究成果备受关注。

为了提高白光LED的闪烁效率,主要有两个方向,即增加LED芯片的面积,即把当前面积为1m的小芯片的闪烁面积增加到10m以上,从而减少闪烁,或者在同一个模块下一起PCB几个小芯片。虽然LED芯片的面积没有扩大,所以需要获得低很多的亮度,但是因为面积大,所以在过程和结果上不会适得其反。

因此,为了解决这个问题,一些LED厂商根据电极结构和倒装芯片结构的改进,对晶圆表面进行了改进,以超过50LM/W的闪烁效率.比如白光LED倒装PCB的部分,由于闪烁层与PCB附近非常相似,闪烁层的光会立刻出来,所以电极会被屏蔽,但缺点是产生的冷不易减弱。相反,在展开的晶片的表面得到改善之后,晶片面积的进一步减小意味着亮度可以一口气提高,因为当光从晶片内部向外衍射时,晶片的这些凸起部分不能传播光,所以在光提取中不允许。

据计算,光效最好的LED芯片尺寸约为7m。与大面积LED芯片相比,小功率LED芯片用于PCB形成同一个模块,这是一种需要比高亮度慢的排斥。比如Citizen把8个小LEDPCB放在一起,使得模块的闪烁效率超过60lm/W,这在行业内是首例。

然而,这种方法也引起了一些关注。由于多个LEDPCB放置在同一个模块上,所以需要在模块中重复使用一些绝缘材料,以免导致LED芯片之间再次发生短路。但是,这并不会降低很多成本。回应Citizen的解释,其实对成本的影响是很小的,因为这些绝缘材料相对于整体成本比来说,只有近1%,而且因为现有的材料可以用于绝缘应用,所以这些绝缘材料不需要新的研发,也不需要减少新的设备来应对。

尽管Citizen的解释在理论上是合理的,但对于经验较少的运营商来说,这是一个挑战,因为它绝不能从产量、R&D和生产工程方面来解决。当然,还有其他方法可以超越提高闪烁效率的目标。

很多厂家发现LED蓝宝石衬底上制作凹凸不平的结构,可能会增加光输出。因此,有一种结构在晶片表面逐渐产生纹理或光子晶体。

虽然从特点上看似乎很好,但本质上还是有一些不足的。比如从使用寿命来说,也就3000小时左右。即使价格太贵也不容易解决问题。或许价格太贵的问题,需要一点时间才能涨起来。

但以目前30万日元的水平,要10年以上才能降到3000甚至300日元。白光LED仍然不存在闪烁均匀性差、阻隔材料寿命短的缺陷,不能充分发挥白光LED的预期优势。但就市场需求而言,不仅是一般的照明用途,手机、液晶电视、汽车、医疗等的广泛应用也时常出现,这使得开发稳定白光LED的技术研究成果备受关注。

为了提高白光LED的闪烁效率,主要有两个方向,即增加LED芯片的面积,即把当前面积为1m的小芯片的闪烁面积增加到10m以上,从而减少闪烁,或者在同一个模块下一起PCB几个小芯片。虽然LED芯片的面积没有扩大,所以需要获得低得多的亮度,但是因为面积大,在过程和结果上不会适得其反。

因此,为了解决这个问题,一些LED厂商根据电极结构和倒装芯片结构的改进,对晶圆表面进行了改进,以超过50LM/W的闪烁效率.比如白光LED倒装PCB的部分,由于闪烁层与PCB附近非常相似,闪烁层的光会立刻出来,所以电极会被屏蔽,但缺点是产生的冷不易减弱。相反,在展开的晶片的表面得到改善之后,晶片面积的进一步减小意味着亮度可以一口气提高,因为当光从晶片内部向外衍射时,晶片的这些凸起部分不能传播光,所以在光提取中不允许。据计算,光效最好的LED芯片尺寸约为7m。

与大面积LED芯片相比,小功率LED芯片用于PCB形成同一个模块,这是一种需要比高亮度慢的排斥。比如Citizen把8个小LEDPCB放在一起,使得模块的闪烁效率超过60lm/W,这在行业内是首例。然而,这种方法也引起了一些关注。由于多个LEDPCB放置在同一个模块上,所以需要在模块中重复使用一些绝缘材料,以免导致LED芯片之间再次发生短路。

但是,这并不会降低很多成本。回应Citizen的解释,其实对成本的影响是很小的,因为这些绝缘材料相对于整体成本比来说,只有近1%,而且因为现有的材料可以用于绝缘应用,所以这些绝缘材料不需要新的研发,也不需要减少新的设备来应对。尽管Citizen的解释在理论上是合理的,但对于经验较少的运营商来说,这是一个挑战,因为它绝不能从产量、R&D和生产工程方面来解决。

当然,还有其他方法可以超越提高闪烁效率的目标。很多厂家发现LED蓝宝石衬底上制作凹凸不平的结构,可能会增加光输出。

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因此,有一种结构在晶片表面逐渐产生纹理或光子晶体。比如德国的欧司朗就开发了这样结构的“ThinGaN”高亮度LED。欧司朗在InGaN层上形成金属薄膜,然后挤压蓝宝石。

这样金属膜就不会产生同构效应,得到更好的光输入。根据OSRAM数据,这种结构可以获得75%的光输入效率。

逐渐有操作者用倒装结构希望闪烁效率超过50lm/W,由于闪烁层和PCB附近很像,所以闪烁层的光会发射到外面,所以电极会被遮挡。(来源:LEDIKO)当然,除了希望把光放入芯片之外,因为希望需要更高的光效,所以必须在PCB上做一些改进。

事实上,一个项目的每一次缩减都会对放光效率带来一定的影响。但这并不意味着PCB制造工艺一定会降低更高的光损耗。就像日本OMROM开发的平面光源技术一样,需要大大提高放光效率。

这种结构的OMROM通过使用透镜光学系统和光线光学系统来控制发光二极管发射的光,因此OMROM被称为“双反射光学系统”。通过这样的结构,传统炮弹式印刷电路板的发光二极管等造成的光损失可以针对印刷电路板的广角光,以获得更高的光效率,进而对表面形成的网格进行加工,形成双层光效果,这样实际上可以获得良好的放光效率控制。因为有这样类似的设计,这些利用光效超过高光投放效率的led,主要用于LCDTV背光灯。


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