为了取得充实的白光LED光束，曾开辟年夜尺寸LED芯片，试图以此体例告竣预期方针。现实上在白光LED上施加的电功率延续跨越1W以上光阴束反而会降落，发光效力则相对下降20%~30%,提高白光LED的输入功率和发光效力必需降服的问题有：按捺温升；确保利用寿命；改良发光效力；发光特征均等化。　　增添功率会利用白光LED封装的热阻抗降落至10K/W以下，是以国外曾开辟耐高温白光LED,试图以此改良温升问题。因年夜功率白光LED的发烧量比小功率白光LED高数十倍以上，即便白光LED的封装答应高热量，但白光LED芯片的答应温度是必然的。按捺温升的具体方式是下降封装的热阻抗。　　提高白光LED利用寿命的具体方式是改良芯片外形，采取小型芯片。因白光LED的发光频谱中含有波长低在450nm的短波长光线，保守环氧树脂密封材料极易被短波长光线粉碎，高功率白光LED的年夜光量加倍速了密封材料的劣化。改用硅质密封材料与陶瓷封装材料，能使白光LED的利用寿命提高一名数。　　改良白光LED的发光效力的具体方式是改良芯片布局与封装布局，到达与低功率白光LED不异的水准，首要缘由是电流密度提高2倍以上时，不单不轻易从年夜型芯片掏出光线，成果反而会形成发光效力不如低功率白光LED,假如改良芯片的电极组织，理论上便可以处理上述取光问题。　　实现发光特征平均化的具体方式是改良白光LED的封装方式，一般认为只需改良白光LED的荧光体材料浓度平均性与荧光体的建造手艺便可以降服上述搅扰。　　削减热阻抗、改良散热问题的具体内容别离是：　　①下降芯片到封装的热阻抗。　　②按捺封装至印制电路基板的热阻抗。　　③提高芯片的散热顺畅性。　　为了下降热阻抗，国外很多LED厂商将LED芯片设在铜与陶瓷材料制成的散热鳍片概况，如图1所示，用焊接体例将印制电路板上散热用导线毗连到操纵冷却电扇强迫空冷的散热鳍片上。德国OSRAM Opto Semiconductors Gmb尝试成果证明，上述布局的LED芯片到焊接点的热阻抗能够下降9K/W,年夜约是保守LED的1/6摆布。　　封装后的LED施加2W的电功率时，LED芯片的温度比焊接点高18℃，即便印制电路板的温度上升到500℃，LED芯片的温度也只要700℃摆布。热阻抗一旦下降，LED芯片的温度就会遭到印制电路板温度的影响，为此必需下降LED芯片到焊接点的热阻抗。　　反过来讲，即便白光LED具有按捺热阻抗的布局，假如热量没法从LED封装传导到印制电路板的话，LED温度的上升将使其发光效力降落，是以松下公司开辟出了印制电路板与封装一体化手艺，该公司将边长为1mm的正方形蓝光LED以覆芯片化体例封装在陶瓷基板上，接着再将陶瓷基板粘贴在铜质印制电路板概况，包括印制电路板在内模块全体的热阻抗年夜约是15K/W.　　针对白光LED的长命化问题，今朝LED厂商采纳的对策是变动密封材料，同时将荧光材料分离在密封材料内，能够更有用地按捺材质劣化与光线穿透率下降的速度。　　因为环氧树脂接收波长为400~450nm的光线的百分比高达45%,硅质密封材料则低在1%,环氧树脂亮度减半的时候不到1万小时，硅质密封材料能够耽误到4万小时摆布（如图2所示），几近与照明装备的设想寿命不异，这意味着照明装备在利用时代不需改换白光LED.不外硅质密封材料属在高弹性柔嫩材料，加工上必需利用不会刮伤硅质密封材料概况的建造手艺，另外制程上硅质密封材料极易附着粉屑，是以将来必需开辟能够改良概况特征的手艺。图2硅质密封材料与环氧树脂对LED光学特征的影响　　固然硅质密封材料能够确保白光LED有4万小时的利用寿命，但是照明装备业界有分歧的观点，首要争辩是保守白炽灯与荧光灯的利用寿命被界说成"亮度降至30%以下",亮度减半时候为4万小时的白光LED,若换算成亮度降至30%以下的话，年夜约只剩2万小时。今朝有两种耽误组件利用寿命的对策，别离是：　　①按捺白光LED全体的温升。　　②住手利用树脂封装体例。　　以上两项对策能够告竣亮度降至30%时利用寿命达4万小时的要求。按捺白光LED温升能够采取冷却白光LED封装印制电路板的方式，首要缘由是封装树脂在高温状况下，加上强光照耀会快速劣化，遵照阿雷纽斯法例，温度下降100℃时寿命会耽误2倍。　　住手利用树脂封装能够完全覆灭劣化身分，由于白光LED发生的光线在封装树脂内反射，假如利用能够改变芯片侧面光线行进标的目的的树脂材质反射板，因为反射板会接收光线，所以光线的掏出量会锐减，这也是采取陶瓷系与金属系封装材料的首要缘由。LED封装基板无树脂化布局如图3所示。图3LED封装基板无树脂化布局　　有两种方式能够改良白光LED芯片的发光效力：一种是利用面积比小型芯片（1mm2摆布）年夜10倍的年夜型LED芯片；别的一种是操纵多个小型多发光效力LED芯片组合成一个单体模块。固然年夜型LED芯片能够取得年夜光束，不外加年夜芯单方面积会有负面影响，例如芯片内发光层不平均、发光部位遭到局限、芯片内部发生的光线放射到外部时会严峻衰减等。针对以上问题，经由过程对白光LED的电极布局的改进，采取覆芯片化封装体例，同时整合芯片概况加上手艺，今朝已告竣50lm/W的发光效力。年夜型白光LED的封装体例如图4所示。相关芯片全体的发光层均等性，自从呈现梳子状与网格状P型电极这后，使电极也朝最好化标的目的成长。图4年夜型LED的封装体例　　相关覆芯片化封装体例，因为发光层切近封装端极易排放热量，加上发光层的光线发射到外部时无电极掩蔽的搅扰，所以美国Lumileds公司与日本丰田合作已正式采取覆芯片化封装体例，芯片概况加工能够避免光线从芯片内部朝芯片外部发射时在界面处产生反射，若在光线掏出部位的蓝宝石基板上设置凹凸状布局，芯片外部的取光率能够提高30%摆布。颠末改进的年夜型LED芯片封装实体可使芯片侧面射出的光线朝封装上方的反射板行进，高效力掏出芯片内部光线的封装巨细是7mm×7mm摆布。年夜型LED的最初封装体例如图5所示。图5年夜型LED的最初封装体例　　小型LED芯片的发光效力的晋升仿佛比年夜型LED芯片模块更有用。例如日本CITIZEN公司组合8个小型LED芯片，到达60lm/W的多发光效力。若利用日亚公司建造的0.3mm×0.3mm小型LED芯片，一个封装模块最多利用12个如许的芯片，各LED芯片采取保守金线粘合封装体例，施加功率是2W摆布。　　对白光LED辉度与色温不平均问题，在利用上必需挑选光学特征近似的白光LED.现实上削减白光LED发光特征的不平均性、使LED芯片发光特征分歧化和实行荧光体材料浓度散布平均化治理长短常主要的。　　相关LED芯片的发光特征，各厂商都在很是积极地进行芯片挑选、发光特征的均等化处置等以削减LED发光特征不平均问题，如松下电器公司已经由过程芯片的挑选告竣特征分歧化的方针。该公司操纵覆芯片化体例，将64个LED芯片封装在一片基板上，最初再别离笼盖荧光体。在加工时LED芯片先封装在次基板测试发光特征，接着将发光特征分歧的芯片移植封装在主基板上。8个LED芯片封装在一片基板上，即便LED芯片的发光特征不平均，8个LED芯片合计的发光特征在封装之间的不平均性会变得很是小。操纵多个小型LED芯片的组合提多发光波长平均性的结果如图6所示。图6操纵多个小型LED芯片的组合提多发光波长平均性　　白光LED凡是是用内含荧光体材料的密封树脂间接包覆LED芯片，此时密封树脂中荧光体材料的浓度可能呈现误差，最初形成白光LED的色温散布不平均。是以，可将含荧光体材料的树脂薄片与LED芯片连系，因为薄片厚度与荧光体材料的浓度颠末严酷的治理，所以白光LED的色温散布不均水平比保守体例削减了4/5.业界认为利用荧光体薄片体例，共同LED芯片的发光特征，改变荧光体的浓度与薄片的厚度，便可以使白光LED的色温转变节制在预期规模内。　　固然说跟着白光LED发光效力的慢慢提高，将白光LED利用在照明范畴的可能性也愈来愈年夜，可是很较着地，单只白光LED的光通量均偏低，是以以今朝的封装情势是不太可能以单只白光LED来到达照明所需要的流明数。　　针对此人问题，今朝首要的处理方式年夜致上可分为两类：一类是较保守地将多只LED构成光源模块来利用，而此中每只白光LED所需要的驱动电源与一般利用的不异（为20~30mA）；另外一类方式是利用较年夜面积的芯片，此时不再利用保守的0.3mm2巨细的芯片，而采取0.6~1mm2巨细的芯片，并利用高驱动电流来驱动如许的发光组件（通常是150~350mA,今朝最高到达500mA以上）。　　但不管是利用何种方式，城市由于必需在极小的LED封装中处置极高的热量，若组件没法散去这些热量，除各类封装材料会因为相互间膨胀系数的分歧而有产物靠得住性的问题，芯片的发光效力更会跟着温度的上升而有较着地降落，并形成利用寿命较着地缩短。是以，若何散去组件中的热量，成为今朝白光LED封装手艺的主要课题。　　对白光LED而言，最主要的是输出的光通量和光色，所以白光LED的一端一定不克不及遮光，而需利用高通明结果的环氧树脂材料包覆。但是今朝的环氧树脂几近都是不导热材料，是以对今朝的白光LED封装手艺而言，首要是操纵其白光LED芯片下方的金属脚座散去组件所发出的热量。　　就今朝的趋向看来，金属脚座材料首要是以高热传导系数的材料为主而构成的，如铝、铜乃至陶瓷材料等，但这些材料与芯片间的热膨胀系数差别甚年夜，若将其间接接触，极可能由于在温度升高时材料间发生应力而形成靠得住性问题，所以一般城市在材料间加上具有恰当传导系数和膨胀系数的中心材料作为距离。　　松下电器将公司多只白光LED制成在金属材料与金属系复合材料所制成的多层基板模块上以构成光源模块，操纵光源基板的高导热结果，使光源的输出在长时候利用时仍能保持不变。Lumileds出产的白光LED基板所利用的材料为具有高传导系数的铜材，再将其毗连至特制的金属电路板，便可以统筹电路导通和增添热传导结果。　　年夜功率白光LED产物的芯片制造手艺、封装手艺仿佛已成为高亮度白光LED的支流手艺，但是与年夜芯片相干的制造手艺和封装手艺不只是将芯单方面积做年夜，若但愿将白光LED利用在高亮度照明范畴，相干手艺仍有待进一步研究。　　白光LED利用在一般照明范畴还诸多问题需要处理，起首是白光LED的效力晋升，例如GaInN系的绿光、蓝光和近紫外光LED的效力仍有很年夜的开辟裕度。另外，分析能源效力的内部量子效力的晋升是最主要的项目，内部量子效力由活性层的非发光再连系百分比与发光再连系百分比所决议，是以能够把核心锁定在非发光再连系这部门，并想法下降结晶缺点。而削减紫外光LED的转位密度确切能够较着提高内部量子效力，将来必需针对紫外光LED进一步下降它的转位密度。不外这项对策对绿光、蓝光LED并没有较着的影响。　　绿光与蓝光LED在低电流密度（约1A/cm2）时具有最年夜的量子效力，在高电流密度时量子效力反而会降落，如图7所示。从本钱不雅点斟酌时则但愿LED可以或许以高电流密度来驱动，同时尽量增添组件的输出功率，是以早日解开绿光与蓝光LED高电流密度时量子效力降落的机理与缘由，不单是材料物理特征摸索上的需要，这项研究对将来利用也是具相关键性的脚色。今朝的研究显示紫光LED（波长为382nm）即便施加高电流密度（50A/cm2），量子效力也不会降落。图7GaInN系LED的量子效力与电流密度的关系　　保守的白光LED都是将边长为200~350μm的正方形芯片封装成圆头柱外形，以后为了取得照明所需要的光束，再将已封装的多个白光LED组件摆列成矩阵状。纯真以高输出功率为目标而特殊开辟出的面积比以往芯片年夜6~10倍，外形尺寸高达500μm~1mm的白光LED,固然封装后可取得数百毫瓦（数十流明）的输出功率，可是加年夜芯片的外形尺寸，反而使白光LED内部的光接收比率增添、外部取光率下降。就以AlGaInPLED为例，芯片的外形尺寸从0.22mm×0.22mm加年夜为0.50mm×0.50mm后，外部取光率反而下降20%摆布。　　假如改用TIP布局，内部多重反射的成果使得内部光接收率下降，外部取光率则较着提高。GaInNLED也有不异的结果。若何提高LED芯片的外部取光率是LED利用在一般照明范畴的要害。另外，高的热阻抗（150~200K/W）对高亮度输出相当晦气。LED内部量子效力对活性层温度的依存度极年夜，是以除低热阻抗封装手艺以外，操纵散热片解除活性层的热流成为此后研发的热门。