由于led單位亮度不斷提高,因此led的應用領域也越來越寬廣,不過追求LED亮度的同時,對LED的色度要求逐漸成為普遍的共識,換言之追求色度近似太陽光的LED已經(jīng)成為下游應用業(yè)者共同的目標。LED應用于各種商品時所面臨的課題不外乎散熱、耗電性、演色性、色度不均等等,不過隨著產(chǎn)業(yè)的不同解決方法卻有獨特且明顯的差異(圖3),例如照明與汽車業(yè)者為了提高光束,使用LED顆數(shù)是行動電話背光板的數(shù)百倍,相對的由于驅(qū)動電流大幅增加,使得散熱對策成為刻不容緩的首要問題。常用的對策是將led芯片直接封裝于高導熱系數(shù)的基板上,利用基板與導熱端子強化散熱效果。相較之下附相機的行動電話用閃光燈,基于耗電量的考量就無利用高電流密度的方式增加亮度,因此如何有效應用LED的光線且能均勻的照射至被照體,遠比如何提高散熱效果更受到重視。常用方法是藉由鏡片與反射罩(mirror),將LED的光線收斂至相機的畫角內(nèi)。此外有關LED的演色性雖然仍有部分領域與LED廠商息息相關,不過事實上多數(shù)的下游應用廠商已經(jīng)開始獨自摸索白光LED的使用方法,也就是說LED演色性的主導權已轉(zhuǎn)移至下游應用業(yè)者。
LED的商品應用例96年白光LED問世之后,許多照明設備與汽車廠商嘗試利用白光LED制作各種相關產(chǎn)品,由于白光led芯片每瓦特的輸出輝度已經(jīng)由過去數(shù)流明(lm)提高至數(shù)十甚至近百流明,例如為了獲得與40W熒光燈相同光束時,LED模塊使用的芯片數(shù)量從以往近千個銳減至數(shù)十個左右,使得成本與外形尺寸更具實用性。然而實際上亮度大幅增加的結(jié)果,散熱問題卻成為商品化時的最大障礙,此外高亮度白光LED的發(fā)光頻譜中紅色成份偏低,造成色溫與演色性不如太陽光與熒光燈,使得白光LED的實用性再度受到質(zhì)疑。LED的散熱與封裝有關散熱問題,例如照明用途的LED電流密度高達100mA,若未作散熱處理時(熱阻抗為)10~20個LED所構(gòu)成的模塊溫度超過,周圍溫度為時模塊溫度更高達,若與熱阻抗為比較時,LED的光輸出大約降低20%。圖4是常用對策,基本上它是將LED芯片直接封裝于高導熱性基板,藉由基板迅速將LED的熱量排除。圖4 LED的散熱對策圖5是LED應用廠商松下電工將藍色發(fā)光的白光LED模塊直接封裝于機器內(nèi),利用機器本體作為散熱媒體,根據(jù)測試結(jié)果顯示即使電流量增加三倍,該模塊的熱阻抗祇有傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂封裝方式的一半左右;星和電機則是將紅、綠、藍(RGB)三種發(fā)光色LED芯片直接封裝于金屬基板構(gòu)成白光LED模塊,基本上它與松下電工的白光LED模塊結(jié)構(gòu)相同,都是利用金屬基板作為散熱介質(zhì)。松下電器為了提高LED芯片的散熱性,因此采用金屬材料與金屬系復合材料所制成的多層基板,64個20×20mm藍光LED芯片直接封裝于多層基板上,并與黃色熒光體構(gòu)成白光LED模塊,室溫環(huán)境下的光束為120lm是目前業(yè)界最高水平。此外藍光LED芯片亦可直接封裝于藍寶石基板上,由于熱源發(fā)光層貼近于基板上,因此可以獲得良好的散熱效果,它的熱阻抗為,是傳統(tǒng)封裝方式的1/200左右。
如圖6所示SHARP利用模擬分析,決定可提高散熱性的端子厚度與面積,再根據(jù)模擬分析結(jié)果改善設置LED芯片的模塊端子。OMRON則是在LED芯片上設置兩個散熱專用端子,同時增加LED芯片電流密度提高光輸出,并利用Reflector使LED芯片產(chǎn)生的光線能朝正前方射出(圖7),如此結(jié)構(gòu)使得外部量子效率由傳統(tǒng)的30~50%提升至80%,雖然OMRON的LED模塊是以藍光芯片為主,不過祇要搭配黃色熒光體就可變成白色發(fā)光LED。除此之外該公司正在開發(fā)RGB三種LED芯片設于單體模塊的技術,該白色發(fā)光LED模塊具有可將點發(fā)光轉(zhuǎn)換成面發(fā)光的優(yōu)點,使得光線能均分照射于被照體。





