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摘 要 大功率LED技术是目前替代光源的重要形式，本文针对传统LED中存在的技术散热差、易老化、光源不均匀等弱点进行了改进和创新，从而形成了一种新型的大功率LED照明用光源，获得了较好的效果。
关键词 LED光源；复合封装；多晶一体；热电分离；光谱配色
中图分类号 TN 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)112-0181-01
1 多晶一体化大功率LED光源技术原理
LED是高亮度发光二极管简称，其耗电量小、使用寿命长、反应速度快、基本没有频闪、无污染且容易集成，是一种替代传统照明技术的新光源。在节能减排的需求下，LED的发展成为了光源研究的重点，我国大功率LED照明技术也在此发展趋势推动下有了长足的进步。在发展的过程中芯片技术已经基本成熟，LED的芯片已经完全可以为照明提供支持。本文从大功率LED的高取光率封装技术、光学杯面镜处理技术、色度学模拟法、多基色白光合成技术以及基于MCOB的多径一体化集成封装结构等创新点为出发点，并解决了其中的关键问题，从而克服了大功率LED照明光源所引发的高热量、低效率、亮度低等问题，从而为大功率高亮度LED光源的研发解决了一些列问题，并使其可以应用在更加广泛的领域。
2 大功率LED照明光源的技术的技术要点分析
2.1 高取光率封装
封装技术是生产LED的首要环节，其主要的研发目标就是最大化的降低封装材料对光能的消耗，从而提高光源的发光效率。研究中采用纳米改性白色封装材料获得了较好的使用效果，即可以与芯片向融合也提高了照明效率。传统LED封装多为半导体和环氧树脂、硅胶等材料的其折射率相差明显，内部的全反射临界角很小，大部分光都在封装材料中因为多次反射而消耗了近30%。虽然环氧树脂是较好的绝缘材料，且具有密着性和介电性能，但是同时也具有吸湿性、容易老化、不耐热等，而且在高温和短波的影响下回出现变色，对LED的寿命不利。
研究中为了改善此种封装材料的不足，本研究项目对原材料进行了改进，研究中利用无机氧化物纳米溶胶技术，对纳米溶胶粒子的表面进行修饰和工艺改进，利用高折射率有机硅预聚体制备技术，将二者结合起来将有机硅预聚体和无机氧化物溶胶结合起来，然后利用纳米柔性硅胶和硬质硅胶体的结合制备技术，研发了一种纳米改性的白光LED封装材料，此种材料的透光率在1 mm下达到了96%以上，在150 ℃下经过3 000 h的试验其透光率衰减小于5%，固化折射率大于1.54，封装后的LED工作3 000 h候光衰为零，满足了大功率LED的封装材料需求。
2.2 散热效果的保证与提高
在LED封装的过程中，对封装的结构进行了优化设计，即多晶一体化的封装结构主要技术突破是减少了焊线层环节，简化了热通道提升了散热的效果；电路与金属基板采用分离设计，实现了散热与电流路径的分离，从而解决了散热问题。
综合来看，散热是LED的关键难点，散热效果的好坏直接影响了电源器件的稳定性，对于目前大功率LED光源而言，只有少部分电能转化为光能，而大部分电能则转化为热能，这样芯片的内部温度将随着功率和使用时间而升高，这样就增加了器件老化的速度，严重的会导致芯片烧毁，使得LED波长发生改变，进而对白光色温等发生负面影响。如果波长偏移的过多则偏离了荧光粉的吸收峰值，从降低其荧光粉量子效果的降低，影响出光效率。温度对荧光粉的辐射特性也将受到影响，且温度上升量子效率降低出光自然减少，辐射波长也会发生改变，导致大功率色温发生变化。
针对于此，本文对MCOB封装技术进行了研究，在电流密度增加的情况下，MCOB的结温控制和后续光衰弱车市中都具有较高的优势是普通封装技术不可比拟的，也该善了热性能和热交换的面积支架基座可以提升光引擎系统的内外热环境。可见，大功率照明技术中引入MCOB基板直接封装技术是可以获得较好的效果的，不仅可以降低热量聚集程度，且可以通过多种串联芯片连接而降低芯片电流密度，降低热能产生。通过全新的设计和大面积金属基板的接入，利用热应力缓冲设计，将芯片通过晶胶直接与金属基板绑定在一起，不仅减少了附加层，简化了散热的过程，在加上前面提及的电路与金属基板的隔离设计，为LED提供了专门的散热结构为大功率LED散热开创了新思路。
2.3 光学杯镜面处理技术
本文提出一种光学杯镜面处理的技术措施，采用一次光学设计，很好的解決了出光边缘区域亮度不均匀的状况，避免二次光学造成的光学损失，提高了发光的强度，改善了亮度的均匀性。因为传统的封装技术是将多个LED按照矩阵形式排列在背光腔体底部形成发光源，此时LED矩阵发光源发出的白光向出口会产生两种亮度分布不均匀的情况，首先亮度呈现网状，其次光源的亮度中间高而周边低。而本文提出的光学杯镜面技术是在光学杯底进行镜面处理，将扩散膜发射回光学杯底的光重新反射回到光口位置，提高了光的均匀性。同时增加了LED出光边缘区域的亮度，改善了亮度不均匀的情况。
2.4 基色配比技术
传统的白光LED采用的是蓝光的LED+YAG荧光粉的二基色工艺，其显色的指数通常在60-80之间，尤其是在色温低于5 500 k的时候，显色指数就会降低，通常在70以下。为了改善此种技术缺陷，本文研究了高显色指数的LED的色度学模拟方法研究，开发了一种多基色荧光粉的配比方案，主要是在激发波长与蓝光互补的555 nm的黄光荧光粉中添加了一定比例的绿色光荧光分和红色荧光粉，以此拓展获得了白光光谱，使得光谱覆盖了整个可见光区域，并显示白色。另外对荧光体的浓度和喷涂厚度进行了改进，大大改善了大功率LED的色温分别性能，使之更加的均匀。
3 结束语
大功率的LED光源开发已经进入到了新的阶段，在芯片技术日趋成熟的今天大功率的LED研制技术已经转移到解决封装材料、散热技术、矩阵排列、荧光粉配置等层面，通过前面的分析和介绍，应用多种创新技术向结合而解决了多晶一体化大功率LED需要解决的关键技术，并将这些技术融合起来开发出了一种新型的大功率LED光源。此种光源从封装材料和散热技术到矩阵合理布局以及荧光粉配置等都有不同程度的创新，并获得了较好的应用效果。
参考文献
[1]李晋闽,范玉钵,吴玲.加快发展我国半导体照明新兴战略性产业[J].新材料产业,2009,10.
[2]陈弘,江洋,王文新.以创新技术推动LED照明产业的发展[J].新材料产业,2011,1.
[3]陈燕生.对中国照明电器产业未来发展的思考[J].中国照明电器,2010,4.
关键词 LED光源；复合封装；多晶一体；热电分离；光谱配色
中图分类号 TN 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)112-0181-01
1 多晶一体化大功率LED光源技术原理
LED是高亮度发光二极管简称，其耗电量小、使用寿命长、反应速度快、基本没有频闪、无污染且容易集成，是一种替代传统照明技术的新光源。在节能减排的需求下，LED的发展成为了光源研究的重点，我国大功率LED照明技术也在此发展趋势推动下有了长足的进步。在发展的过程中芯片技术已经基本成熟，LED的芯片已经完全可以为照明提供支持。本文从大功率LED的高取光率封装技术、光学杯面镜处理技术、色度学模拟法、多基色白光合成技术以及基于MCOB的多径一体化集成封装结构等创新点为出发点，并解决了其中的关键问题，从而克服了大功率LED照明光源所引发的高热量、低效率、亮度低等问题，从而为大功率高亮度LED光源的研发解决了一些列问题，并使其可以应用在更加广泛的领域。
2 大功率LED照明光源的技术的技术要点分析
2.1 高取光率封装
封装技术是生产LED的首要环节，其主要的研发目标就是最大化的降低封装材料对光能的消耗，从而提高光源的发光效率。研究中采用纳米改性白色封装材料获得了较好的使用效果，即可以与芯片向融合也提高了照明效率。传统LED封装多为半导体和环氧树脂、硅胶等材料的其折射率相差明显，内部的全反射临界角很小，大部分光都在封装材料中因为多次反射而消耗了近30%。虽然环氧树脂是较好的绝缘材料，且具有密着性和介电性能，但是同时也具有吸湿性、容易老化、不耐热等，而且在高温和短波的影响下回出现变色，对LED的寿命不利。
研究中为了改善此种封装材料的不足，本研究项目对原材料进行了改进，研究中利用无机氧化物纳米溶胶技术，对纳米溶胶粒子的表面进行修饰和工艺改进，利用高折射率有机硅预聚体制备技术，将二者结合起来将有机硅预聚体和无机氧化物溶胶结合起来，然后利用纳米柔性硅胶和硬质硅胶体的结合制备技术，研发了一种纳米改性的白光LED封装材料，此种材料的透光率在1 mm下达到了96%以上，在150 ℃下经过3 000 h的试验其透光率衰减小于5%，固化折射率大于1.54，封装后的LED工作3 000 h候光衰为零，满足了大功率LED的封装材料需求。
2.2 散热效果的保证与提高
在LED封装的过程中，对封装的结构进行了优化设计，即多晶一体化的封装结构主要技术突破是减少了焊线层环节，简化了热通道提升了散热的效果；电路与金属基板采用分离设计，实现了散热与电流路径的分离，从而解决了散热问题。
综合来看，散热是LED的关键难点，散热效果的好坏直接影响了电源器件的稳定性，对于目前大功率LED光源而言，只有少部分电能转化为光能，而大部分电能则转化为热能，这样芯片的内部温度将随着功率和使用时间而升高，这样就增加了器件老化的速度，严重的会导致芯片烧毁，使得LED波长发生改变，进而对白光色温等发生负面影响。如果波长偏移的过多则偏离了荧光粉的吸收峰值，从降低其荧光粉量子效果的降低，影响出光效率。温度对荧光粉的辐射特性也将受到影响，且温度上升量子效率降低出光自然减少，辐射波长也会发生改变，导致大功率色温发生变化。
针对于此，本文对MCOB封装技术进行了研究，在电流密度增加的情况下，MCOB的结温控制和后续光衰弱车市中都具有较高的优势是普通封装技术不可比拟的，也该善了热性能和热交换的面积支架基座可以提升光引擎系统的内外热环境。可见，大功率照明技术中引入MCOB基板直接封装技术是可以获得较好的效果的，不仅可以降低热量聚集程度，且可以通过多种串联芯片连接而降低芯片电流密度，降低热能产生。通过全新的设计和大面积金属基板的接入，利用热应力缓冲设计，将芯片通过晶胶直接与金属基板绑定在一起，不仅减少了附加层，简化了散热的过程，在加上前面提及的电路与金属基板的隔离设计，为LED提供了专门的散热结构为大功率LED散热开创了新思路。
2.3 光学杯镜面处理技术
本文提出一种光学杯镜面处理的技术措施，采用一次光学设计，很好的解決了出光边缘区域亮度不均匀的状况，避免二次光学造成的光学损失，提高了发光的强度，改善了亮度的均匀性。因为传统的封装技术是将多个LED按照矩阵形式排列在背光腔体底部形成发光源，此时LED矩阵发光源发出的白光向出口会产生两种亮度分布不均匀的情况，首先亮度呈现网状，其次光源的亮度中间高而周边低。而本文提出的光学杯镜面技术是在光学杯底进行镜面处理，将扩散膜发射回光学杯底的光重新反射回到光口位置，提高了光的均匀性。同时增加了LED出光边缘区域的亮度，改善了亮度不均匀的情况。
2.4 基色配比技术
传统的白光LED采用的是蓝光的LED+YAG荧光粉的二基色工艺，其显色的指数通常在60-80之间，尤其是在色温低于5 500 k的时候，显色指数就会降低，通常在70以下。为了改善此种技术缺陷，本文研究了高显色指数的LED的色度学模拟方法研究，开发了一种多基色荧光粉的配比方案，主要是在激发波长与蓝光互补的555 nm的黄光荧光粉中添加了一定比例的绿色光荧光分和红色荧光粉，以此拓展获得了白光光谱，使得光谱覆盖了整个可见光区域，并显示白色。另外对荧光体的浓度和喷涂厚度进行了改进，大大改善了大功率LED的色温分别性能，使之更加的均匀。
3 结束语
大功率的LED光源开发已经进入到了新的阶段，在芯片技术日趋成熟的今天大功率的LED研制技术已经转移到解决封装材料、散热技术、矩阵排列、荧光粉配置等层面，通过前面的分析和介绍，应用多种创新技术向结合而解决了多晶一体化大功率LED需要解决的关键技术，并将这些技术融合起来开发出了一种新型的大功率LED光源。此种光源从封装材料和散热技术到矩阵合理布局以及荧光粉配置等都有不同程度的创新，并获得了较好的应用效果。
参考文献
[1]李晋闽,范玉钵,吴玲.加快发展我国半导体照明新兴战略性产业[J].新材料产业,2009,10.
[2]陈弘,江洋,王文新.以创新技术推动LED照明产业的发展[J].新材料产业,2011,1.
[3]陈燕生.对中国照明电器产业未来发展的思考[J].中国照明电器,2010,4.