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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。

一、产品简介:
1.本产品是一种无溶剂的加成型有机硅纸张隔离剂,主要适用于各类纸张的防粘离型。

2.双组份无溶剂热固化离型剂是一种通用的离型体系,应用于标签行业。

3.双组份无溶剂热固化离型剂是在潜性催化剂的作用下,通过在加热条件下加成反应完成固化,对基材有良好的粘结力,提供优良的离型性及较低的剥离力

4.产品的优势在于不含有机溶剂,安全,对人体不产生危害,对环境。此外相对于其他热固化产品而言,无需蒸发溶剂,可以节约能源。

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。

QK-7901是单组份红色膏状室温固化的有机硅粘接密封胶,本品是一种多用途,单组份的密封胶,与多种材料粘结时无需底涂,与空气中的水分固化成为,有弹性的硅橡胶.对绝大多数金属无腐蚀.具有的抗冷热交变性能、耐老化性能和电绝缘性能,的防潮、抗震、耐电晕、抗漏电性能。
本品大的特点是能将塑料制品与金属,玻璃,塑料,木板,铝板,电路板,纸板等牢固地粘接起来,且硅胶片表面不需处理.具有优良的耐高低温性能,可在-60℃—250℃的条件下长期工作一个小时固定,与空气中水分固化时,24小时内可达到使用要求;完全符合欧盟Reach ROHS指令要求。
典型用途
  1、蒸气熨斗、高温空气过滤器、高温烘箱等工业产品的生产蒸气熨斗、高温管道的密封。  
  2、电子配件的绝缘及固定用胶。

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