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LED封装的取光效率分析

　一、影响取光效率的封装要素

　　1.散热技术

　　对于由PN结组成的发光二极管，当正向电流从PN结流过时，PN结有发热损耗，这些热量经由粘结胶、灌封材料、热沉等，辐射到空气中，在这个过 程中每一部分材料都有阻止热流的热阻抗，也就是热阻，热阻是由器件的尺寸、结构及材料所决定的固定值。设发光二极管的热阻为Rth(℃/W)，热耗散功率 为PD(W)，此时由于电流的热损耗而引起的PN结温度上升为：

　　T(℃)=Rth×PD。

　　PN结结温为：

　　TJ=TA+ Rth×PD

　　其中TA为环境温度。由于结温的上升会使PN结发光复合的几率下降，发光二极管的亮度就会下降。同时，钢盔led灯珠，由于热损耗引起的温升增高，发光二极管亮度将不再继续随着电流成比例提高，即显示出热饱和现象。另外，随着结温的上升，发光的峰值波长也将向长波方向漂移，约0.2-0.3nm/℃，这对于通过由蓝光芯片涂覆YAG荧光粉混合得到的白色LED来说，蓝光波长的漂移，会引起与荧光粉激发波长的失配，从而降低白光LED的整体发光效率，并导致白光色温的改变。

　　对于功率发光二极管来说，驱动电流一般都为几百毫安以上，PN结的电流密度非常大，所以PN结的温升非常明显。对于封装和应用来说，如何降低 品的热阻，使PN结产生的热量能尽快的散发出去，不仅可提高产品的饱和电流，提高产品的发光效率，同时也提高了产品的可靠性和寿命。为了降低产品的热阻， 首先封装材料的选择显得尤为重要，包括热沉、粘结胶等，各材料的热阻要低，即要求导热性能良好。其次结构设计要合理，各材料间的导热性能连续匹配，材料之 间的导热连接良好，避免在导热通道中产生散热瓶颈，确保热量从内到外层层散发。同时，要从工艺上确保，热量按照预先设计的散热通道及时的散发出去。

　　2.填充胶的选择

　　根据折射定律，光线从光密介质入射到光疏介质时，当入射角达到一定值，即大于等于临界角时，会发生全发射。以GaN蓝色芯片来说，GaN材料的折射率是2.3，当光线从晶体内部射向空气时，根据折射定律，临界角θ0=sin-1(n2/n1)。

　　其中n2等于1，即空气的折射率，n1是GaN的折射率，由此计算得到临界角θ0约为25.8度。在这种情况下，能射出的光只有入射角≤25.8度这个空间立体角内的光，10mmled灯珠，据报导，目前GaN芯片的外**效率在30%-40%左右，因此，由于芯片晶体的内部吸收，能射出到晶体外面光线的比例很少。据报导，目前GaN芯片的外**效率在30%-40%左右。同样，芯片发出的光要透过封装材料，传送到空间，也要考虑材料对取光效率的影响。

　　所以，为了提高LED产品封装的取光效率，必须提高n2的值，即提高封装材料的折射率，以提高产品的临界角，从而提高产品的封装发光效率。同 时，封装材料对光线的吸收要小。为了提高出射光的比例，封装的外形较hao是拱形或半球形，这样，光线从封装材料射向空气时，几乎是垂直射到界面，因而不再产 生全反射。

　　3.反射处理

　　反射处理主要有两方面，一是芯片内部的反射处理，二是封装材料对光的反射，通过内、外两方面的反射处理，来提高从芯片内部射出的光通比例，减少芯片内部吸收，提高功率LED成品的发光效率。从封装来说，功率型LED通常是将功率型芯片装配在带反射腔的金属支架或基板上，支架式的反射腔一般是采取电镀方式提高反射效果，而基板式的反射腔一般是采用抛光方式，有条件的还会进行电镀处理，但以上两种处理方式受模具精度及工艺影响，处理后的反射腔有一定的反射效果，但并不理想。目前国内制作基板式的反射腔，由于抛光精度不足或金属镀层的氧化，反射效果较差，这样导致很多光线在射到反射区后被吸收，无法按预期的目标反射至出光面，从而导致较终封装后的取光效率偏低。

　　我们经过多方面的研究和试验，研制成一种具有自主知识产权的使用**材料涂层的反射处理工艺，通过这种工艺处理，使得反射到载片腔内的光线吸收很少，能将大部分射到其上面的光线反射至出光面。这样处理后的产品取光效率与处理之前相比可提高30%-50%。我们目前1W白光功率LED的光效可达 40-50lm/W(在远方PMS-50光谱分析测试仪器上测试结果)，获得了很好的封装效果。

　　4.荧光粉选择与涂覆

　　对于白色功率型LED来说，发光效率的提高还与荧光粉的选择和工艺处理有关。为了提高荧光粉激发蓝色芯片的效率，首先荧光粉的选择要合适，包括激发波长、颗粒度大小、激发效率等，需全mian考核，兼顾各个性能。其次，荧光粉的涂覆要均匀，较hao是相对发光芯片各个发光面的胶层厚度均匀，以免因厚度不均 造成局部光线无法射出，同时也可改善光斑的质量。

　　二、结论

　　良好的散热设计对提高功率型LED产品发光效率有着显着的作用，同时也是确保产品寿命和可靠性的前提。而设计良好的出光通道，这里着重指反射腔、填充胶等的结构设计、材料选择和工艺处理，可以有效提高功率型LED的取光效率。对功率型白光LED来说，荧光粉的选择和工艺设计，对光斑的改善和发光效率的提高也至关重要。

    奕博LED灯珠产品广泛应用于照明、汽车光源、LED广告模组、显示屏、景观灯、装饰照明和城市亮化等领域，公司拥有完整、科学的质量管理体系，公司坚持“诚实、诚信、博爱、**值”的经营宗旨，愿与各界同仁诚信合作，携手共创辉煌！

什么是LED：

LED是英文Light Emitting Diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，加上合适的电 压就能正常发光。

LED光源的特点：

1． 电压：LED使用低压电源，供电电压在1.8-3.6V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。      

2．  效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%      

3．  稳定性：理论上可以点亮10万小时。

4． 光衰：随着科技的进步，光衰越来越小。现在普通LED灯在一千小时以内的光衰已经可以真正控制在5%以内，即使**过一千小时以后，光衰也很小。

5．环保：*，无污染，真真正正的环保材料。  

LED芯片的尺寸常识：

按外形分类，芯片一般分为圆片和方片。其中圆片相对较低档，性能不够稳定，我司一般不采用圆片生产的LED；方片一般以尺寸大小来衡量，比如12mil  (1 mil=0.0254平方毫米)。一般来说，同一品牌的芯片，芯片尺寸越大，亮度越高。我司较常采用的LED灯珠，红光和黄光一般在9~12mil，白，蓝，绿光一般都在12~14mil，这也是市面上较常用的芯片，如果用更大的芯片，亮度虽然可以提高不少，但是芯片价格大幅度提高，这就是为什么大尺寸芯片很少有人采用的原因。

LED的颜色常识： 

LED的不同颜色是由其不同波长的芯片决定的，比如，红光芯片一般波长是620~630nm （纳米），绿光芯片一般波长是527nm，蓝光芯片的一般波长是470nm， 黄光芯片的一般波长是585nm，白光LED用的也是蓝光芯片，只是在蓝光芯片上加上适量的的荧光粉就发出白光了。    

LED的分类： 

按功率大小分：可分为小功率，大功率 （行业上一般把0.5W以上的灯叫做大功率灯）      

按外形分：可分为直插式 DIP和贴片式 SMD

草帽LED又可以按灯头的尺寸细分为F3（灯头的直径是3mm），F5（灯头的直径是5mm）；或按灯头的形状细分为无边，薄边，厚边，圆头，草帽，钢盔，子i弹头，平头，平头内凹...；按灯头透明与否可分为透明，雾状...更多细分方法不尽列举，以上所列仅以我司经常采用为依据。

食人鱼LED同样可以按灯头的尺寸分为F3，F5，按灯头的形状分为圆头，子i弹头，面包型（即较常见的食人鱼灯），面包型（这种形头很特殊，其发光角度接近180度，一般用在需要散光的场合）。  

小功率贴片式LED按外形尺寸可以分为0805，1206，0603，5730，攀枝花led灯珠，3020，3528，尖头led灯珠，5050或5060...（5050与5060相差较小，肉眼很难分辨，对不够专业的客户可以随他的习惯称呼），我司常采用的是3528，0603，0805，5050，1206。  

大功率LED一般按功率区分，常见的有0.5W， 1W，3W， 5W， 8W??.；我司常采用的是1W LED

奕博工厂是一家集开发、生产、销售、售后服务为一体的光电照明高科技企业，采用先进的生产设备以及专业的技术人才，不断地引进先进的技术及管理经验，致力向新老客户提供高品质的产品服务和设计解决方案。奕博专业生产SMD贴片LED灯珠、插件LED灯珠、食人鱼LED灯珠、红外线发射管等等。

节能特性

1.LED光源发光效率高

发光效率比较:白炽灯光效在10-15lm、卤钨灯光效为12-24流明/瓦、荧光灯50-90流明/瓦，钠灯90-140流明/瓦、大部分的耗电变成热量损耗。

LED光效:可发到50-200流明/瓦，而且发光的单色性好，光谱窄，*过滤，可直接发出有色可见光。

2.LED光源耗电量少

LED单管功率0.03-0.06瓦，采用直流驱动，单管驱动电压1.5-3.5伏。电流15-18毫安反映速度快，可在高频操作，用在同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯的万分之一，荧光管的二分之一，日本估计，如采用光效比荧光灯还要高2倍的LED替代日本一半的白炽灯和荧光灯、每年可节约相当于60亿升原i油，同样效果的一支日光灯40多瓦，而采用LED每支的功率只有18瓦。

3.LED光源使用寿命长

白炽灯、荧光灯、卤钨灯是采用电子光场辐射发光，灯丝发光易烧，热沉积、光衰减等特点，而采用LED灯体积小，重量轻，环氧树脂封装，可承受高强机械冲击和震动，不易破碎，平均寿命达3-5万小时，LED灯具使用寿命可达3-5年，可以大大降低灯具的维护费用避免经常换灯之苦。

4.安全可靠性强

发热量低、无热辐射性、冷光源、可以安全抵摸，能精i确控制光型及发光角度、光色和、无眩光、不含gong，钠元素等可能危害健康的物质。

5.LED光源有利环保

LED为全固体发光体、耐冲击不易破碎、废弃物可回收、没有污染减少大量二氧化硫及氮化物等有害气体以及二氧化碳等温室气体的产生改善人们生活居住环境，可称'绿色照明光源。'

生产白光LED技术目前有三种:一种，利用三基色原理和已能生产的红、绿、蓝三种**高亮度LED按光强3:1:6比例混合而成白色，二种，利用**高度InGan蓝色LED，其管总上加少许的钇钻石榴为主体的荧光粉、它能在蓝光激发下产生黄绿光、而此黄绿光又可与透出的蓝光合成白光，三种是不可制紫外光LED，采用紫外光激三基色荧光粉或其他荧光粉，产生多色混合而成的白光。

6.LED光源更节能

当然，节能是我们考虑使用LED的较主要原因，也许LED要比传统光源昂贵，但是用一年时间的节能收回光源的投资，从而获得4-9年中每年几倍的节能净收盖期。

奕博光电系一家集研发、设计、生产、销售为一体的综合型企业，经营项目主要包括直插led灯珠、led食人鱼、贴片led、大功率led等等，如有需要欢迎拨咨询电话与我们联系，我们将竭诚为您服务！