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白光LED需要解决的技术问题
理論上LED的發光效能可以高達每瓦200流明以上,而現有的白光LED則只有每瓦70流明左右,與節能型螢光燈相比還有一定差距;而且其價格與傳統光源相比也有很大的劣勢。因此如何儘快把LED的優勢真正發揮出來也就成為現在相關從業人員所必須要面對的技術難題。而要真正開拓出一個全新的半導體照明時代,還要從以下幾個方面努力攻克技術難題:
1.提高LED發光效率難題。 提高LED的發光效率主要的方法是改進半導體發光材料與LED晶片的結構和製造工藝。由於這部分工作需要強大的理論研究基礎和先進的半導體工藝設備,因此要實現200流明/瓦的目標路途依然比較艱難。目前傳統CCFL冷陰極螢光燈雖然耗電量大、發光品質一般,但是其發光效率可達到50-100流明/瓦,而白光LED器件在剛起步時發光效率僅為20lm/W甚至更低,這就註定LED在開始時並不適合作為LCD顯示器的背光源。不過,白光LED的發光效率以每年提高60%的幅度提升,到目前為止,白光LED器件的發光效率突破50lm/W,開始達到實用化水準。
2.解決高功率光衰壽命難題。 由於照明用光源對亮度的要求要比顯示用光源高,白光LED功率要盡可能大,在大電流工作時,隨著點燃時間增長,LED自身光衰加上螢光粉及封裝材料的劣化等造成光通下降,照明領域通常將光通下降到初始值的某一百分值定義為燈的有效壽命結束了,實際功率型白光LED壽命也就大大縮短。作為照明,單個LED輸出的光通量必須足夠大,欲加大LED的光通量,首先必須注入足夠的電功率。但LED晶片的溫升不能過高,否則各項性能特別是使用壽命會受到很大的影響。顯然,設計較大輸入功率的LED器件和燈具,除需用面積較大的晶片外,還必須有良好的散熱結構。
3.燈具結構的合理性設計難題 由於LED照明需由多個LED管組成,其參數離散性也是一個技術問題。除了通過預選、分類,儘量保證一致性以外,還必須設計合理的燈具結構(包括LED的排列和位置佈局)和研究合適的驅動電路,防止偶爾產生的能量集中而燒毀部分LED。
4.研究簡單有效的驅動電路 由於多個LED組成一隻照明燈具時,免不了對LED進行並聯、串聯。而在使用過程中只要有一個LED短路或開路,都將會導致整小片或整條LED熄滅,影響照明效果。為此,必須研究簡單而廉價的保護電路,使這種不良影響降至最低限度。
5. LED取代CCFL面臨成本難題 LED背光源系統的成本要高於冷陰極螢光管。目前LED背光模組零元件的價格為CCFL背光源的5倍左右,螢幕尺寸越大,採用LED背光技術的成本就越高。但隨著產能的增加,LED背光源的成本將快速下滑。
6. 晶片散熱問題。 由於LED晶片的表面面積均為小於1mm2,工作時電流密度大,二極體內發熱嚴重,如果不加以疏導,將使晶片損壞,由於照明要求多個LED組合而成,LED密集度大,長時間發光溫升在所難免,所以必須加強散熱,使得LED光源的體積變大,給燈的外形結構設計增加難度。
LED以其巨大的節能潛力以及良好的照明性能為我們打開了一個全新的技術領域。但是它也面臨著上文所提出的諸多技術和制度上的障礙。在我們的照明設計過程中,我們應該以一種理性的態度去看待LED的應用,應該在真正瞭解LED性能前提下,根據環境的條件,合理地選擇使用LED,才能真正創造出一個節能而優質的照明光環境。
白光LED自從20世紀90年代面世至今,人們已掌握了基本製程,只要有一定基礎的工廠都可以做出白光了,可說進入門檻其實不高,但真要做到很好的產品,獲得較高的毛利,則是個別廠商技術實力的差異。而光斑和亮度的均衡,始終困擾著工程師們,也充份表現在LED廠商規模、技術水準與實力的差距。
常常會碰到有亮度但是有光斑,或者是光斑問題解決了,亮度卻又達不到要求。換言之,LED產業有時候有點像很多人都可以做,但做得真正好的沒幾個。總結起來也感覺不足為怪,畢竟影響白光的因素太多。大家都知道,目前的白光LED有三種主流的製作方法: 1.紅綠藍三原色發光產生(用紅色,綠色,藍色晶粒組合) 2.紫光+三原色螢光粉=白光 3.藍色+黃色YAG螢光粉(紅色,綠色氮化物螢光粉)=白光 前2種方法因效率較低,或者是成本較高而不被廣泛採用,第三種方法因成本及發光效率均符合市場需求而被採用。但因用這種方法是利用藍色光激發黃色螢光粉發黃綠光然後和部分藍光混合而形成白色混合光。這就造成對螢光粉和藍色晶粒搭配要求苛刻。 1. 螢光粉顆粒大或螢光粉太少會造成透光太多而造成光斑偏藍。 2. ,螢光粉顆粒小會造成透光太少而使光斑偏黃或亮度偏低。 3. 螢光粉比重大造成沉降, 螢光粉在膠體內無法均勻分佈。 做一個好的白光就是選合適的螢光粉和搭配合適的藍色晶粒。要做一批好的白光LED,必須保障晶粒的一致性和螢光粉量的均勻性。要保障螢光粉的量的均勻就必須保障支架碗杯,晶粒固晶後的高低,螢光粉在膠體內均勻性。還需注意的是藍色晶粒的載體是透明的,所以藍色晶粒是通體發光的。建議製作白光時在晶粒底部加螢光粉遮蓋藍光,否則會出現光斑中心偏蘭或過多黃圈。
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随风
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victor-k
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要造好一颗小小的LED确非易事
楼主见解,专业!学习了!
解决LED光衰确也使你们LED从业者头痛不已。
不少封装者吹打着零光衰,忽悠着市场LED的革命节能。的确,实验室或理论可达到现代光源的最高光/能比,然而商业化LED最好的也只在70Lm左右,寿命的确很长,只要你眼睛能看到萤火虫荧光的能力。“零光衰”我本人就不会相信,概因1000小时对一般照明是意义不大!(这大体可理解为商业利益之举也罢)。 余之所见亦3000-5000小时的光衰才切合实际。
解决光衰(余非专业,却欲和应一下),如楼主之见,除材料(荧光粉....)则首关注散热,如何把晶片产生的热及时导出,对荧光粉活性的保持、环氧胶的防老化起确定性作用,环氧树脂的温度敏感性极高,高温及紫外线下极易老化变黄、脆化、混浊而透光率下降。LED工作时晶片表面瞬间温度(我没测过、也没准确的数据)估计可达150度以上,高温不能及时导出而形成累积,势必影响重大,导热不良的环氧树脂更加重了热积聚(我可以把之称作“热罩效应”)。选一种有良好导热性能且耐高温的透明材料作封装材料或中间体(可隔离晶片的热与水晶胶接触,保护其不易老化),对解决光衰会有一定的贡献的。有机硅材料会比环氧树脂优越,听说现已有部分封装厂使用,此也欲了解详细!
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victor-k
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要造好一颗小小的LED确非易事
有机硅材料种类很多,高透明的耐高温的也不少,一般长期耐温可在200-300度,短期的可450度。
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