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高亮度LED制程技術(shù)仍需不斷改善創(chuàng)新
瀏覽：4639次發(fā)表時間：2019-05-11
LED光源具備多項環(huán)保優(yōu)勢，但早期產(chǎn)品在散熱處理與高亮度設(shè)計方面，仍存在某些技術(shù)瓶頸無法突破，但在LED芯片制程持續(xù)改善下，現(xiàn)有照明用LED的亮度輸出流明更趨近于日常照明需求，加上IC固態(tài)形式的元件設(shè)計，讓LED的光源設(shè)計增加更多應(yīng)用彈性與優(yōu)勢。
尤其是LED光源不易損壞、壽命長的優(yōu)點，若不計單組成本問題，相較于傳統(tǒng)高耗能的鎢絲燈(白熾燈)/鹵素?zé)?高壓鈉燈、有汞污染疑慮的CCFL螢光燈具，LED是表現(xiàn)相當(dāng)優(yōu)異的替代性光源新選擇。
但為了因應(yīng)不同日常照明應(yīng)用，還須針對發(fā)光效率、光形、散熱設(shè)計與整體使用成本等多項應(yīng)用問題，持續(xù)改善LED的產(chǎn)品設(shè)計，讓LED照明更具實用價值，而不再只是展現(xiàn)環(huán)保訴求的裝飾品。
80W高亮度LED可具備6,400~8,000流明亮度，燈具可達(dá)100lm-W,元件壽命超過50,000小時。
LED照明光源，因本身元件的材料特性差異，加上發(fā)光原理異于傳統(tǒng)照明設(shè)備，若未加處理光形與改善照明質(zhì)量，欲直接以LED取代一般日常應(yīng)用的光源，仍有多項限制，尤其是演色性、照明光形、照明顏色、電源轉(zhuǎn)換效率…等關(guān)鍵問題，都需要透過芯片的制程改善或是燈具的光學(xué)物理設(shè)計強化，進(jìn)一步滿足一般照明的需求。
LED固態(tài)照明仍存在成本偏高問題
在實際的照明應(yīng)用市場，LED固態(tài)照明本身仍存在高單價、高成本限制，想要在短時間內(nèi)加速LED照明應(yīng)用普及，相關(guān)業(yè)者仍須在元件成本、制作技術(shù)、驗證標(biāo)準(zhǔn)…等關(guān)鍵項目，逐一改善成本效率。
而在生產(chǎn)技術(shù)方面，還得讓最終產(chǎn)品于色溫表現(xiàn)、演色性和光電轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行規(guī)格強化與性能提升，同時還要改善AC-DC電源轉(zhuǎn)換、高功率驅(qū)動控制、光源散熱和光形處理等相關(guān)技術(shù)，這些都是LED照明技術(shù)能否快速普及的重要關(guān)鍵。
高亮度LED較一般傳統(tǒng)高亮度鹵素?zé)簟⑩c燈具備更長使用壽命，可制成戶外用燈具，節(jié)省維護成本
前面也有提到，LED照明光源的設(shè)計必須先改善照明模塊的散熱設(shè)計，散熱機制的集成是LED照明產(chǎn)品能否維持長壽命、低光衰的關(guān)鍵。例如，采用COB LED多晶燈板，將LED芯片固定在印刷電路板之上，LED芯片可直接透過PCB接觸增加熱傳導(dǎo)效率，進(jìn)而改善LED照明應(yīng)用常見的散熱問題。
LED載板設(shè)計形式 可改善元件散熱效率
為了因應(yīng)高功率、高亮度的照明應(yīng)用設(shè)計，原有的PCB載版會改采金屬核心的PCB材料來增加LED元件的散熱效率，因為驅(qū)動過程所產(chǎn)生的熱，均可藉由PCB的金屬核心來降低熱阻抗，進(jìn)而強化散熱表現(xiàn)。
金屬核心PCB多使用MCPCB(Metal 酷睿 Printed Circuit Board)來降低載板熱阻設(shè)計，而MCPCB為求降低成本，多選用鋁為載板核心，具成本低廉、散熱能力佳及更好的抗腐蝕特性。
LED要獲得日常光源大量應(yīng)用的優(yōu)勢，就必須深入發(fā)展芯片的核心技術(shù)，其中影響LED元件發(fā)光特性、效率的關(guān)鍵更在其基底材料與長晶的技術(shù)差異。LED基底材料除傳統(tǒng)藍(lán)寶石基底之外，矽、碳化硅、氧化鋅、氮化鎵…等都是目前LED的應(yīng)用重點。而薄膜芯片技術(shù)則是開發(fā)高亮度LED芯片的重點技術(shù)。
Thin film重點在減少晶粒的側(cè)向光耗損，搭配底部反射面集成，可將芯片本身97%由電產(chǎn)生的光輸出直接自LED正面輸出，避免光耗損，如此自然可提高LED的單位發(fā)光效率。除提高LED芯片的光電效率外，亦可透過改變芯片結(jié)構(gòu)，如芯片表面粗化設(shè)計，透過多重改善電光效率制程方法，進(jìn)行產(chǎn)品改良。
利用封裝技術(shù) 全面強化LED元件照明性能
在高功率LED封裝技術(shù)方面，可分單顆芯片封裝、多芯片集成封裝、芯片板封裝…等項目，透過改善封裝技術(shù)，則可讓LED發(fā)光效率、散熱、產(chǎn)品可靠度獲得全面性的改善。
單顆芯片封裝應(yīng)用方面，可利用封裝來改善發(fā)光效率、散熱熱阻，或開發(fā)SMT形式量產(chǎn)元件，另在封裝階段還能利用螢光粉體混入封裝體的處理手段，改善LED的輸出色溫，或是控制LED的照明光色與提升照明質(zhì)量。
除晶粒本身的制程或是利用封裝設(shè)計來改善之外，LED燈具的設(shè)計形式或搭配光學(xué)透鏡，皆可利用光學(xué)物理特性來改善產(chǎn)品質(zhì)量。例如，LED搭配光學(xué)矽膠封填即可使元件具備較大的照明光束角度，而經(jīng)過封裝處理的元件也能搭配二次光學(xué)透鏡強化底部反光杯的設(shè)計形式，大幅強化LED元件的光學(xué)特性。
在眾多高亮度照明用的LED設(shè)計方案中，也有采用大量LED元件利用平面排布的形式，以數(shù)量來達(dá)到增加燈具光輸出的效果，而在LED元件封裝上也是同樣道理，將多個LED芯片1次封裝在載板平面，也是LED照明應(yīng)用的常見設(shè)計方案。
尤其是LED光源不易損壞、壽命長的優(yōu)點，若不計單組成本問題，相較于傳統(tǒng)高耗能的鎢絲燈(白熾燈)/鹵素?zé)?高壓鈉燈、有汞污染疑慮的CCFL螢光燈具，LED是表現(xiàn)相當(dāng)優(yōu)異的替代性光源新選擇。
但為了因應(yīng)不同日常照明應(yīng)用，還須針對發(fā)光效率、光形、散熱設(shè)計與整體使用成本等多項應(yīng)用問題，持續(xù)改善LED的產(chǎn)品設(shè)計，讓LED照明更具實用價值，而不再只是展現(xiàn)環(huán)保訴求的裝飾品。
80W高亮度LED可具備6,400~8,000流明亮度，燈具可達(dá)100lm-W,元件壽命超過50,000小時。
LED照明光源，因本身元件的材料特性差異，加上發(fā)光原理異于傳統(tǒng)照明設(shè)備，若未加處理光形與改善照明質(zhì)量，欲直接以LED取代一般日常應(yīng)用的光源，仍有多項限制，尤其是演色性、照明光形、照明顏色、電源轉(zhuǎn)換效率…等關(guān)鍵問題，都需要透過芯片的制程改善或是燈具的光學(xué)物理設(shè)計強化，進(jìn)一步滿足一般照明的需求。
LED固態(tài)照明仍存在成本偏高問題
在實際的照明應(yīng)用市場，LED固態(tài)照明本身仍存在高單價、高成本限制，想要在短時間內(nèi)加速LED照明應(yīng)用普及，相關(guān)業(yè)者仍須在元件成本、制作技術(shù)、驗證標(biāo)準(zhǔn)…等關(guān)鍵項目，逐一改善成本效率。
而在生產(chǎn)技術(shù)方面，還得讓最終產(chǎn)品于色溫表現(xiàn)、演色性和光電轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行規(guī)格強化與性能提升，同時還要改善AC-DC電源轉(zhuǎn)換、高功率驅(qū)動控制、光源散熱和光形處理等相關(guān)技術(shù)，這些都是LED照明技術(shù)能否快速普及的重要關(guān)鍵。
高亮度LED較一般傳統(tǒng)高亮度鹵素?zé)簟⑩c燈具備更長使用壽命，可制成戶外用燈具，節(jié)省維護成本
前面也有提到，LED照明光源的設(shè)計必須先改善照明模塊的散熱設(shè)計，散熱機制的集成是LED照明產(chǎn)品能否維持長壽命、低光衰的關(guān)鍵。例如，采用COB LED多晶燈板，將LED芯片固定在印刷電路板之上，LED芯片可直接透過PCB接觸增加熱傳導(dǎo)效率，進(jìn)而改善LED照明應(yīng)用常見的散熱問題。
LED載板設(shè)計形式 可改善元件散熱效率
為了因應(yīng)高功率、高亮度的照明應(yīng)用設(shè)計，原有的PCB載版會改采金屬核心的PCB材料來增加LED元件的散熱效率，因為驅(qū)動過程所產(chǎn)生的熱，均可藉由PCB的金屬核心來降低熱阻抗，進(jìn)而強化散熱表現(xiàn)。
金屬核心PCB多使用MCPCB(Metal 酷睿 Printed Circuit Board)來降低載板熱阻設(shè)計，而MCPCB為求降低成本，多選用鋁為載板核心，具成本低廉、散熱能力佳及更好的抗腐蝕特性。
LED要獲得日常光源大量應(yīng)用的優(yōu)勢，就必須深入發(fā)展芯片的核心技術(shù)，其中影響LED元件發(fā)光特性、效率的關(guān)鍵更在其基底材料與長晶的技術(shù)差異。LED基底材料除傳統(tǒng)藍(lán)寶石基底之外，矽、碳化硅、氧化鋅、氮化鎵…等都是目前LED的應(yīng)用重點。而薄膜芯片技術(shù)則是開發(fā)高亮度LED芯片的重點技術(shù)。
Thin film重點在減少晶粒的側(cè)向光耗損，搭配底部反射面集成，可將芯片本身97%由電產(chǎn)生的光輸出直接自LED正面輸出，避免光耗損，如此自然可提高LED的單位發(fā)光效率。除提高LED芯片的光電效率外，亦可透過改變芯片結(jié)構(gòu)，如芯片表面粗化設(shè)計，透過多重改善電光效率制程方法，進(jìn)行產(chǎn)品改良。
利用封裝技術(shù) 全面強化LED元件照明性能
在高功率LED封裝技術(shù)方面，可分單顆芯片封裝、多芯片集成封裝、芯片板封裝…等項目，透過改善封裝技術(shù)，則可讓LED發(fā)光效率、散熱、產(chǎn)品可靠度獲得全面性的改善。
單顆芯片封裝應(yīng)用方面，可利用封裝來改善發(fā)光效率、散熱熱阻，或開發(fā)SMT形式量產(chǎn)元件，另在封裝階段還能利用螢光粉體混入封裝體的處理手段，改善LED的輸出色溫，或是控制LED的照明光色與提升照明質(zhì)量。
除晶粒本身的制程或是利用封裝設(shè)計來改善之外，LED燈具的設(shè)計形式或搭配光學(xué)透鏡，皆可利用光學(xué)物理特性來改善產(chǎn)品質(zhì)量。例如，LED搭配光學(xué)矽膠封填即可使元件具備較大的照明光束角度，而經(jīng)過封裝處理的元件也能搭配二次光學(xué)透鏡強化底部反光杯的設(shè)計形式，大幅強化LED元件的光學(xué)特性。
在眾多高亮度照明用的LED設(shè)計方案中，也有采用大量LED元件利用平面排布的形式，以數(shù)量來達(dá)到增加燈具光輸出的效果，而在LED元件封裝上也是同樣道理，將多個LED芯片1次封裝在載板平面，也是LED照明應(yīng)用的常見設(shè)計方案。
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