解析高功率白光LED应用及LED芯片的散热问题

文章摘要：封装材料和萤光材料的重要性增加但如果期望用来作为LCD TV背光应用的话，那麽需要克服的问题就会更多了，因为LCD TV的连续使用时间都是长达数个小时，甚至10几个小时，所以，由于这样长时间的使用情况下，拿来作为背光的白光LED就必须拥有不会因为连续使用而产生亮度衰减的情况。目前已发表的高功率的白光LED，它的发光功率是一个低功率白光LED亮度的数十倍，所以期望利用高功率白光LED来代替萤光灯作为照明设备的话，有一个必须克服的困难就是亮度递减的情况。例如，白光LED长时间连续使用1W的电力情况下，会造成连续使用后半段时间的亮度逐渐降低的现象，当然，不是只有高功率白光LED才会出现这样的情况，低

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　　封装材料和萤光材料的重要性增加

　　但如果期望用来作为LCD TV背光应用的话，那麽需要克服的问题就会更多了，因为LCD TV的连续使用时间都是长达数个小时，甚至10几个小时，所以，由于这样长时间的使用情况下，拿来作为背光的白光LED就必须拥有不会因为连续使用而产生亮度衰减的情况。

　　目前已发表的高功率的白光LED，它的发光功率是一个低功率白光LED亮度的数十倍，所以期望利用高功率白光LED来代替萤光灯作为照明设备的话，有一个必须克服的困难就是亮度递减的情况。

　　例如，白光LED长时间连续使用1W的电力情况下，会造成连续使用后半段时间的亮度逐渐降低的现象，当然，不是只有高功率白光LED才会出现这样的情况，低功率白光LED也会存在这样的问题，只不过是因为，低功率白光因为应用的产品不同，所以，并不会因此特别突显出这样的困扰。

　　使用的电流愈大，当然所获得的亮度就愈高，这是一般对于LED能够达到高亮度的观念，不过，因为所使用的电流增加，因此所带来的缺点是，封装材料是否能够承受这样的长时间的因为电流所产生的热，也因为这样的连续使用，往往封装材料的热抵抗会降到10k/w以下。

　　高功率LED的发热量是低功率LED的数十倍，因此，会出现随着温度上升，而出现发光功率降低的问题，所以在能够抗热性高封装材料的开发上，就相对显的非常重要。

　　或许在20～30lm/W以下的LED，这些问题都不存在，但是，一旦面临60lm/w以上的高发光功率LED的时候，就不得不需要想办法解决的，因为，热效应所带来的影响，绝对不会仅仅只有LED本身，而是会对整体应用产品带来困扰，所以，LED如果能够在这一方面获得解决的话，那麽，也可以减轻应用产品本身的散热负担。

　　因此，在面对不断提高电流情况的同时，如何增加抗热能力，也是现阶段的急待被克服的问题，从各方面来看，除了材料本身的问题外，还包括从晶片到封装材料间的抗热性、导热结构、封装材料到PCB板间的抗热性、导热结构，及PCB板的散热结构等，这些都需要作整体性的考量。

　　例如，即使能够解决从晶片到封装材料间的抗热性，但因从封装到PCB板的散热效果不好的话，同样也是造成LED晶片温度的上升，出现发光效率下降的现象。所以，就像是松下就为了解决这样的问题，从2005年开始，便把包括圆形，线形，面型的白光LED，与PCB基板设计成一体，来克服可能因为出现在从封装到PCB板间散热中断的问题。

　　不过，并非所有的业者都像松下一样，把封装材料到PCB板间的抗热性都做了考量，因为各业者的策略关係，有的业者以基板设计的简便为目标，只针对PCB板的散热结构进行改良。

　　有相当多的业者，因为本身不生产LED的关係，所以只能在PCB板做一些研发，但仅此于止还是不够的，所以需要选择散热性良好的白光LED。能让PCB板上的用金属材料，能与白光LED封装中的散热槽紧密连接，完成让具有散热槽设计的高功率白光LED与PCB板连接，达到散热的能力。

　　不过，这样看起来好像只是因为期望达到散热，而把简单的一件事情予以複杂化，到底这样是不是符合成本和进步的概念，以今天的应用层面来说，很难做一个判断，不过，实际上是有一些业者正朝向这方面做考量，例如Citizen在2004年所发表的产品，就是能够从封装上厚度为2～3mm的散热槽向外散热，提供应用业者能够因为使用了具有散热槽的高功率白光LED，能让PCB板的散热设计得以发挥。

　　封装材料的改变　提高白光LED寿命达原先的4倍

　　当然发热的问题不是只会对亮度表现带来影响，同时也会对LED本身的寿命出现挑战，所以在这一部份，LED不断的开发出封装材料来因应，持续提高中的LED亮度所产生的影响。

　　过去用来作为封装材料的环氧树脂，耐热性比较差，可能会出现的情况是，在LED晶片本身的寿命到达前，环氧树脂就已经出现变色的情况，因此，为了提高散热性，而必须让更多的电流获得释放，这一个架构这是相当的重要。

　　除此之外，不仅因为热现象会对环氧树脂产生影样，甚至短波长也会对环氧树脂造成一些问题，这是因为白光LED发光光谱中，也包含了短波长的光线，而环氧树脂却相当容易被白光LED中的短波长光线破坏，即使低功率的白光LED就已经会让造成环氧树脂的破坏，更何况高功率的白光LED所含的短波长的光线更多，那麽恶化自然也加速，甚至有些产品在连续点亮后的使用寿命不到5,000小时。

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