LED封装的取光效率分析
常规LED一般是支架式，采用环氧树脂封装，功率较小，整体发光光通量不大，亮度高的也只能作为一些特殊照明使用。随着LED芯片技术和封装技术的发展，顺应照明领域对高光通量 LED产品的需求，功率型LED逐步走入市场。这种功率型的LED一般是将发光芯片放在散热热沉上，上面装配光学透镜以达到一定光学空间分布，透镜内部填充低应力柔性硅胶。
功率型LED要真正进入照明领域，实现家庭日常照明，其要解决的问题还有很多，其中重要的便是发光效率。目前市场上功率型LED报道的高流 明效率在50lm/W左右，还远达不到家庭日常照明的要求。为了提高功率型LED发光效率，一方面其发光芯片的效率有待提高;另一方面，功率型LED的封 装技术也需进一步提高，从结构设计、材料技术及工艺技术等多方面入手，提高产品的封装取光效率。
一、影响取光效率的封装要素
1.散热技术
对于由PN结组成的发光二极管，当正向电流从PN结流过时，PN结有发热损耗，这些热量经由粘结胶、灌封材料、热沉等，辐射到空气中，在这个过 程中每一部分材料都有阻止热流的热阻抗，也就是热阻，热阻是由器件的尺寸、结构及材料所决定的固定值。设发光二极管的热阻为Rth(℃/W)，热耗散功率 为PD(W)，此时由于电流的热损耗而引起的PN结温度上升为：
T(℃)=Rth×PD。
PN结结温为：
TJ=TA+ Rth×PD
其中TA为环境温度。由于结温的上升会使PN结发光复合的几率下降，发光二极管的亮度就会下降。同时，由于热损耗引起的温升增高，发光二极管亮 度将不再继续随着电流成比例提高，即显示出热饱和现象。另外，随着结温的上升，发光的峰值波长也将向长波方向漂移，约0.2-0.3nm/℃，这对于通过 由蓝光芯片涂覆YAG荧光粉混合得到的白色LED来说，蓝光波长的漂移，会引起与荧光粉激发波长的失配，从而降低白光LED的整体发光效率，并导致白光色 温的改变。
对于功率发光二极管来说，驱动电流一般都为几百毫安以上，PN结的电流密度非常大，所以PN结的温升非常明显。对于封装和应用来说，如何降低产 品的热阻，使PN结产生的热量能尽快的散发出去，不仅可提高产品的饱和电流，提高产品的发光效率，同时也提高了产品的可靠性和寿命。为了降低产品的热阻， 封装材料的选择显得尤为重要，包括热沉、粘结胶等，各材料的热阻要低，即要求导热性能良好。其次结构设计要合理，各材料间的导热性能连续匹配，材料之 间的导热连接良好，避免在导热通道中产生散热瓶颈，确保热量从内到外层层散发。同时，要从工艺上确保，热量按照预先设计的散热通道及时的散发出去。
2.填充胶的选择
根据折射定律，光线从光密介质入射到光疏介质时，当入射角达到一定值，即大于等于临界角时，会发生全发射。以GaN蓝色芯片来说，GaN材料的折射率是2.3，当光线从晶体内部射向空气时，根据折射定律，临界角θ0=sin-1(n2/n1)。
其中n2等于1，即空气的折射率，n1是GaN的折射率，由此计算得到临界角θ0约为25.8度。在这种情况下，能射出的光只有入 射角≤25.8度这个空间立体角内的光，据报导，目前GaN芯片的外量子效率在30%-40%左右，因此，由于芯片晶体的内部吸收，能射出到晶体外 面光线的比例很少。据报导，目前GaN芯片的外量子效率在30%-40%左右。同样，芯片发出的光要透过封装材料，传送到空间，也要考虑材料对取光效率的 影响。
所以，为了提高LED产品封装的取光效率，提高n2的值，即提高封装材料的折射率，以提高产品的临界角，从而提高产品的封装发光效率。同 时，封装材料对光线的吸收要小。为了提高出射光的比例，封装的外形好是拱形或半球形，这样，光线从封装材料射向空气时，几乎是垂直射到界面，因而不再产 生全反射。
3.反射处理
反射处理主要有两方面，一是芯片内部的反射处理，二是封装材料对光的反射，通过内、外两方面的反射处理，来提高从芯片内部射出的光通比例，减少 芯片内部吸收，提高功率LED成品的发光效率。从封装来说，功率型LED通常是将功率型芯片装配在带反射腔的金属支架或基板上，支架式的反射腔一般是采取 电镀方式提高反射效果，而基板式的反射腔一般是采用抛光方式，有条件的还会进行电镀处理，但以上两种处理方式受模具精度及工艺影响，处理后的反射腔有一定 的反射效果，但并不理想。目前国内制作基板式的反射腔，由于抛光精度不足或金属镀层的氧化，反射效果较差，这样导致很多光线在射到反射区后被吸收，无法按 预期的目标反射至出光面，从而导致终封装后的取光效率偏低。
我们经过多方面的研究和试验，研制成一种具有自主知识产权的使用有机材料涂层的反射处理工艺，通过这种工艺处理，使得反射到载片腔内的光线吸收 很少，能将大部分射到其上面的光线反射至出光面。这样处理后的产品取光效率与处理之前相比可提高30%-50%。我们目前1W白光功率LED的光效可达 40-50lm/W(在远方PMS-50光谱分析测试仪器上测试结果)，获得了很好的封装效果。
4.荧光粉选择与涂覆
对于白色功率型LED来说，发光效率的提高还与荧光粉的选择和工艺处理有关。为了提高荧光粉激发蓝色芯片的效率，荧光粉的选择要合适，包括 激发波长、颗粒度大小、激发效率等，需全面考核，兼顾各个性能。其次，荧光粉的涂覆要均匀，好是相对发光芯片各个发光面的胶层厚度均匀，以免因厚度不均 造成局部光线无法射出，同时也可改善光斑的质量。
二、结论
良好的散热设计对提高功率型LED产品发光效率有着显着的作用，同时也是确保产品寿命和可靠性的前提。而设计良好的出光通道，这里 着重指反射腔、填充胶等的结构设计、材料选择和工艺处理，可以有效提高功率型LED的取光效率。对功率型白光LED来说，荧光粉的选择和工艺设计，对光斑 的改善和发光效率的提高也至关重要。
了解各种LED照明特点
LED照明在欧美、日本等国得以广泛应用，相对于白炽灯而言，其特点鲜明于节能与环保。近日更是有美国的博客推荐由加拿大D-Rev公司主要用LED灯制造的D-Rev'sBrilliance用来治疗婴儿黄疸病的设备，在禁售白炽灯之前，我们来重新了解下LED照明的各大特点。
1、高节能 节能能源即为环保。直流驱动，低功耗（单管0.03-0.06瓦）电光功率转换接近，相同照明效果比传统光源节能80%以上。
2、高新尖 与传统光源单调的发光效果相比，LED光源是低压微电子产品，成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程，无限升级，灵活多变的特点。
3、利环保 环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。
4、寿命长 LED光源有人称它为灯，意为熄灭的灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。
5、多变幻 LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256×256×256＝16777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。
6、不易损坏 LED照明灯具是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，使得LED照明灯具可以说是不易损坏的。
随着禁售白炽灯的临近、人们对LED灯的尝试认识，同时大规模集成电路和计算机技术的不断进步，LED照明灯具将逐渐扩展到通用照明领域，LED照明已成为现代城市一道靓丽的风景线。
有机硅灌封胶优势：
1、绝缘性：灌封胶不仅能够绝缘阻燃，还可以抗震防尘，也很适合在户外使用。
2、导热性：由于有机硅灌封胶使用了导热性很好的材质制作而成，导热系数达到了0.8W以上，非常适用于很多高温领域。比如在200℃以上的高温环境中依然能够正常工作，不会受到高温影响而缩短产品使用寿命。
3、粘接性：有机硅灌封胶可以广泛应用在很多材质上，附着力很强。
4、胶层弹性：当有机硅灌封胶全固化之后，不会轻易产生收缩，并形成一层安全保护膜。如果被保护的电子元器件需要维修，也可以直接拆卸，方便又简单。
5、耐老化耐候性：对于工作环境没有太多太高的要求，适应能力好。被长年累月的风吹日晒雨淋后，还可以起到较好的保护密封作用。
1.清洁：被粘物一定要保持三无（无油、无尘、无水）。粘接前，应使用溶剂（异丙醇、丙酮、无水乙醇）等将材质表面清除干净，（注意铝饼表面若有油污或杂质可用金属清洗剂浸泡，不可使用上述溶剂直接清洗否则会破坏表面膜层）使被粘接表面不留任何油脂，并待其干燥，方可粘合处理。
2.施胶：将适量的胶水滴于被粘物的中间，把气泡排出，稍用力挤压后胶液应以刚好覆盖为宜。
3.光照：使用波峰值为365nm的UVA紫。外线灯光强为透过玻璃不低于4mw/cm²的紫外线强度，光照时应保持发光源从中间向周边照射，并确认紫外线确实能照射到粘合部位，光照时间应控制在1～3分钟内，不宜过度照射，否则会使胶层变脆。
一、产品使用方法
★警告：液体为可燃液体，在储存和使用过程中需采取严格的预防措施。
★使用产品清洁基材表面时，可采用浸渍法，喷洒或擦拭的方式。
★本清洗剂与大多数基材具有相容性，其清洁性能温和，适用于多种材料部件与器材。但是仍然建议客户在大规模使用前，做相应的相容性测试。
三、产品包装
★产品包装为 15kg、150kg 铁桶包装。
★特殊要求可协商后包装。
二、操作注意事项
本材料不包含产品使用所需的安全信息。在使用前，请阅读产品安全数据表和容器标签以获得安全使用、身体健康危害信息，可向常州聚优新材料有限公司的销售、技术代表咨询索取产品安全数据资
二．产品特点
1.双组分，半流动
2.高温快速固化
3.耐高低温性能好
4.导热且与基材有良好的自粘接性
三．产品典型用途
1.电子元器件的导热粘接
2.电源模块的导热粘接
3.PTC电子元器件的内层粘接
4.金属基材与非金属基材粘接
四．产品使用方法
将粘接基材的表面清洗干净，然后直接将产品按比例，混合后，真空脱泡处理10-20min。取出胶料灌注或涂敷于需粘接处，然后加热固化即可。
五．注意事项
1.实际的固化时间与固化温度、加热的类型和效率，以及器件的大小、形状和热传导率有较大的关系。因此，实际使用时，应根据具体情况进行试验，确定适合的固化温度和固化时间；
2.本产品硫化前，应避免接触不饱和的碳氢增塑剂、助焊剂残余物，以及含胺、磷、硫、砜、砷、有机锡等的有机化合物，否则会造成硅橡胶硫化不完全或甚至不硫化。因此，使用本产品前，建议首行硅橡胶与基材的相容性试验；
3.本产品未被测试或陈述适用于医用或药用；
4.本资料数据仅供参考．
六．清洗
未固化的硅橡胶，可以使用碳氢化合物，如甲苯或120＃汽油进行洗净，而极性溶剂如酮和醇的化合物是不合适的选择。
七．产品包装
本产品提供两种包装桶规格：1KG桶装和5KG桶装．
八．产品贮存及运输
单组分液体硅橡胶属于非危险品，可以按照非危险品运输。
密封保存在阴凉干燥环境中，有效期为6个月。
九．安全须知
液体硅橡胶的主要成份，经国内外多年的应用，证实属于基本无害的产品，毋须特别的安全措施，使用中仅要求采用一般的工业安全卫生保健条例．
本资料不包括所需的产品安全使用信息，使用前应先阅读产品说明。如需材料的相关安全数据表可以与我们联系并索取。