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大功率LED的结构与特性

2015-08-11 08:57 | 来源:河南宝鸿光电股份有限公司
    从消耗功率来讲,通常把毫瓦级的LED称为小功率LED。把瓦级LED称为大功率LED。目前常见的大功率LED分为单芯片大尺寸和多芯片小尺寸模组两种,大功率LED相对于传统的白炽灯泡,因具备了节电、使用寿命长及反应速度快等主要优点,因此很快地抢占了LED背光板、交通信号灯、汽车照明、景观照明等市场。大功率LED采用次黏着基台的进阶封装方式,可有效提高LED的照明效果。大功率LED的主流生产技术是ingan,但此技术仍有一些瓶颈需要克服,目前对这些瓶颈、(静电释放敏感性和热膨胀系数)已提出新的解决方案。

        大功率led应用中的4个技术指标是:光强分布、色温分布、热阻及显色性。

        ①掌握瓦级大功率led的光强分布图,是正确使用大功率led所必需的。
         2大功率led的色温分布是否均匀,将直热门影响到照明效果;而且色温与显色指数是互相关联的,色温的改变会引起显色指数的变化。
         3大功率led的热阻直接影响到led器件的散热。热阻越低,散热越好。热阻越高。散热越。led器件温度升高会影响光的波长漂移 。根据经验,温度每升高1度,光波长要漂移0.2-0.3,这样会直接影响器件的发光质量。温升过高也直接影响瓦级大功率led的使用寿命。

         4显色性是白光led的重要指标,用于指标,用于照明的大功率白光led的显我性必须在80以上。


 
         要想得到大功率led器件,就必须制备合适的大功率led芯片。国际上通常的制造大功率led芯片的方法有如下几种。
         1 加大尺寸。通过增大单体led的有效发不面积和增大尺寸后,为使得流经tcl层的电流均匀分布而采用特殊设计的电极结构(一般为梳状电极),以达到预期的光通量。便是,简单地增大发光面积无法解决散热问题和出光问题,并不能达到预期的光通量和实际应用效果。

         2 硅底板倒装法。首先制备出具有适合共晶焊接的大尺寸led芯片,同时制备出相应尺寸的硅底板,并在硅底上制作出供共晶焊热门的金导电层(超声金丝球焊点)。再利用共晶焊接设备将大尺寸led芯片与硅底板焊接在一起。这样的结构较为合理,即考虑了出炮问题又考虑到了散热问题,这是目前主流的高功率led的生产方式。

         3 陶瓷板倒装法。先利用le晶征通用设备制作出具有适合共晶焊接电有望结构的大出光面积的led芯片和相应的陶瓷底板,并在陶瓷底板上制作出共晶焊接导电层及引出导电层。之后利用共晶焊接制备将大尺寸led芯片与陶瓷底板焊接在一起。这样的结构即考虑了出光问题也考虑到散热问题,并且采用的陶瓷底板为高导热陶瓷板,散热的效果非常理想,价格又相对较低,所以是目前较为适宜的底板材料,并为将来的集成电路一体化封装预留了安装空间。

         4 蓝宝石衬底过渡法。按照传统的ingan芯片制造方法,在蓝宝石衬底上生长出PN结后,将蓝宝石衬底切除再边接上传统的四元材料,制造出上下电极结构的大尺寸蓝光led芯片。

         5 AIGAINN碳化硅(sig)背面出光法。美国Gree公司采用SiG衬底制造AIGAINN-HB-LED,几年来,AIGaInN/SiG芯片结构不断改进,亮度不断提高。由于p型和N型电极分别位于芯片的底部和顶部,单引线键合,兼容性较好,使用方便,因此成为AIGAINN LED发展的另一主流产品。

    由于大功率白光led制造工艺、器件设计、组装技术三方面的进展,led发光性能一直在提高,其成本一直在降低。PN结设计、再辐射磷光体和透镜结构都有提高效率,因此也用提高可获得的光 输出。

      led的外量子效率取决于外延的内量子效率和芯片的取光效率,由于大功率led采用了MOCVD外延生长技术和多量子阱结构。在精确控制生长和掺杂以及减少缺陷等方面取得了突破进展,其外延片的内量子阱结构,但获得高发光通量的最大障碍仍是芯片的取光效率低。现在的大功率led的设计采用了倒装焊新结构来提高芯片的取光效率,改善芯片的热特性,并通过增大芯片面积,加大工作电流来提高器件的光电转换效率,从面获得较高的发光通量。

      大功率led器件的顶部透镜的光学设计也是十分重要的,通常的做法是:在进行光学透镜设计应充分考虑最终照明器具的光学设计要求,尽量配合应用照明器具的光学要求进行设计。常用的透镜形状有:凹透镜、凸透镜、球镜、菲涅耳透镜,组成式透镜等。透镜与大功率led器件的装配,其理想的方法是采取气密性封装,如果爱透镜形状所限,也可采取半气密性封闭透镜材料应选择高透光玻璃或亚克力等全成材料。也可以采用传统的环氧树脂模组式封装,加上二次散热设计也基本可以达到提高出光率的效果。





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