LED封裝的取光效率分析
常規(guī)LED一般是支架式，采用環(huán)氧樹脂封裝，功率較小，整體發(fā)光光通量不大，亮度高的也只能作為一些特殊照明使用。隨著LED芯片技術(shù)和封裝技術(shù)的發(fā)展，順應(yīng)照明領(lǐng)域?qū)Ω吖馔?LED產(chǎn)品的需求，功率型LED逐步走入市場。這種功率型的LED一般是將發(fā)光芯片放在散熱熱沉上，上面裝配光學(xué)透鏡以達到一定光學(xué)空間分布，透鏡內(nèi)部填充低應(yīng)力柔性硅膠。



功率型LED要真正進入照明領(lǐng)域，實現(xiàn)家庭日常照明，其要解決的問題還有很多，其中重要的便是發(fā)光效率。目前市場上功率型LED報道的高流 明效率在50lm/W左右，還遠達不到家庭日常照明的要求。為了提高功率型LED發(fā)光效率，一方面其發(fā)光芯片的效率有待提高;另一方面，功率型LED的封 裝技術(shù)也需進一步提高，從結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料技術(shù)及工藝技術(shù)等多方面入手，提高產(chǎn)品的封裝取光效率。

　　一、影響取光效率的封裝要素

　　1.散熱技術(shù)

　　對于由PN結(jié)組成的發(fā)光二極管，當正向電流從PN結(jié)流過時，PN結(jié)有發(fā)熱損耗，這些熱量經(jīng)由粘結(jié)膠、灌封材料、熱沉等，輻射到空氣中，在這個過 程中每一部分材料都有阻止熱流的熱阻抗，也就是熱阻，熱阻是由器件的尺寸、結(jié)構(gòu)及材料所決定的固定值。設(shè)發(fā)光二極管的熱阻為Rth(℃/W)，熱耗散功率 為PD(W)，此時由于電流的熱損耗而引起的PN結(jié)溫度上升為：

　　T(℃)=Rth×PD。

　　PN結(jié)結(jié)溫為：

　　TJ=TA+ Rth×PD

　　其中TA為環(huán)境溫度。由于結(jié)溫的上升會使PN結(jié)發(fā)光復(fù)合的幾率下降，發(fā)光二極管的亮度就會下降。同時，由于熱損耗引起的溫升增高，發(fā)光二極管亮 度將不再繼續(xù)隨著電流成比例提高，即顯示出熱飽和現(xiàn)象。另外，隨著結(jié)溫的上升，發(fā)光的峰值波長也將向長波方向漂移，約0.2-0.3nm/℃，這對于通過 由藍光芯片涂覆YAG熒光粉混合得到的白色LED來說，藍光波長的漂移，會引起與熒光粉激發(fā)波長的失配，從而降低白光LED的整體發(fā)光效率，并導(dǎo)致白光色 溫的改變。

　　對于功率發(fā)光二極管來說，驅(qū)動電流一般都為幾百毫安以上，PN結(jié)的電流密度非常大，所以PN結(jié)的溫升非常明顯。對于封裝和應(yīng)用來說，如何降低產(chǎn) 品的熱阻，使PN結(jié)產(chǎn)生的熱量能盡快的散發(fā)出去，不僅可提高產(chǎn)品的飽和電流，提高產(chǎn)品的發(fā)光效率，同時也提高了產(chǎn)品的可靠性和壽命。為了降低產(chǎn)品的熱阻， 封裝材料的選擇顯得尤為重要，包括熱沉、粘結(jié)膠等，各材料的熱阻要低，即要求導(dǎo)熱性能良好。其次結(jié)構(gòu)設(shè)計要合理，各材料間的導(dǎo)熱性能連續(xù)匹配，材料之 間的導(dǎo)熱連接良好，避免在導(dǎo)熱通道中產(chǎn)生散熱瓶頸，確保熱量從內(nèi)到外層層散發(fā)。同時，要從工藝上確保，熱量按照預(yù)先設(shè)計的散熱通道及時的散發(fā)出去。

　　2.填充膠的選擇

　　根據(jù)折射定律，光線從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)時，當入射角達到一定值，即大于等于臨界角時，會發(fā)生全發(fā)射。以GaN藍色芯片來說，GaN材料的折射率是2.3，當光線從晶體內(nèi)部射向空氣時，根據(jù)折射定律，臨界角θ0=sin-1(n2/n1)。

　　其中n2等于1，即空氣的折射率，n1是GaN的折射率，由此計算得到臨界角θ0約為25.8度。在這種情況下，能射出的光只有入 射角≤25.8度這個空間立體角內(nèi)的光，據(jù)報導(dǎo)，目前GaN芯片的外量子效率在30%-40%左右，因此，由于芯片晶體的內(nèi)部吸收，能射出到晶體外 面光線的比例很少。據(jù)報導(dǎo)，目前GaN芯片的外量子效率在30%-40%左右。同樣，芯片發(fā)出的光要透過封裝材料，傳送到空間，也要考慮材料對取光效率的 影響。


　　所以，為了提高LED產(chǎn)品封裝的取光效率，提高n2的值，即提高封裝材料的折射率，以提高產(chǎn)品的臨界角，從而提高產(chǎn)品的封裝發(fā)光效率。同 時，封裝材料對光線的吸收要小。為了提高出射光的比例，封裝的外形好是拱形或半球形，這樣，光線從封裝材料射向空氣時，幾乎是垂直射到界面，因而不再產(chǎn) 生全反射。

　　3.反射處理

　　反射處理主要有兩方面，一是芯片內(nèi)部的反射處理，二是封裝材料對光的反射，通過內(nèi)、外兩方面的反射處理，來提高從芯片內(nèi)部射出的光通比例，減少 芯片內(nèi)部吸收，提高功率LED成品的發(fā)光效率。從封裝來說，功率型LED通常是將功率型芯片裝配在帶反射腔的金屬支架或基板上，支架式的反射腔一般是采取 電鍍方式提高反射效果，而基板式的反射腔一般是采用拋光方式，有條件的還會進行電鍍處理，但以上兩種處理方式受模具精度及工藝影響，處理后的反射腔有一定 的反射效果，但并不理想。目前國內(nèi)制作基板式的反射腔，由于拋光精度不足或金屬鍍層的氧化，反射效果較差，這樣導(dǎo)致很多光線在射到反射區(qū)后被吸收，無法按 預(yù)期的目標反射至出光面，從而導(dǎo)致終封裝后的取光效率偏低。


　　我們經(jīng)過多方面的研究和試驗，研制成一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的使用有機材料涂層的反射處理工藝，通過這種工藝處理，使得反射到載片腔內(nèi)的光線吸收 很少，能將大部分射到其上面的光線反射至出光面。這樣處理后的產(chǎn)品取光效率與處理之前相比可提高30%-50%。我們目前1W白光功率LED的光效可達 40-50lm/W(在遠方PMS-50光譜分析測試儀器上測試結(jié)果)，獲得了很好的封裝效果。

　　4.熒光粉選擇與涂覆

　　對于白色功率型LED來說，發(fā)光效率的提高還與熒光粉的選擇和工藝處理有關(guān)。為了提高熒光粉激發(fā)藍色芯片的效率，熒光粉的選擇要合適，包括 激發(fā)波長、顆粒度大小、激發(fā)效率等，需全面考核，兼顧各個性能。其次，熒光粉的涂覆要均勻，好是相對發(fā)光芯片各個發(fā)光面的膠層厚度均勻，以免因厚度不均 造成局部光線無法射出，同時也可改善光斑的質(zhì)量。

　　二、結(jié)論

　　良好的散熱設(shè)計對提高功率型LED產(chǎn)品發(fā)光效率有著顯著的作用，同時也是確保產(chǎn)品壽命和可靠性的前提。而設(shè)計良好的出光通道，這里 著重指反射腔、填充膠等的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇和工藝處理，可以有效提高功率型LED的取光效率。對功率型白光LED來說，熒光粉的選擇和工藝設(shè)計，對光斑 的改善和發(fā)光效率的提高也至關(guān)重要。

■ 產(chǎn)品特性及應(yīng)用
QK-5883是一種低粘度、低硬度、加熱固化型液體硅橡膠。具有的防潮、密封防水、耐臭氧、耐輻射、耐氣候老化等特性，可在-60～+200℃長期使用，電器性能優(yōu)良，化學(xué)穩(wěn)定性好。本品固化前為淺藍色液體，在一定溫度下即可固化成低收縮率的彈性體，固化后具有高強度、高韌性、高透明度等特性，耐候性佳，能整體深層次固化。
■ 使用方法

1）清潔：注膠前將模具清理干凈。。

2）固化：將A組份和B組份按1：1（重量比/或體積比）的配比充分混合均勻。（建議用靜態(tài)混合器混合用液體機注射不用脫泡）。A/B組份要進行充分混合，如果混合不足可能會造成固化不完全或物理性能減弱。本品使用時允許操作時間與環(huán)境溫度有關(guān)，環(huán)境溫度越高，允許操作時間越短。膠料混合密封后允許操作時間≥0.5小時/25℃。

3）如果在固化過程中發(fā)現(xiàn)有氣泡，可將前段固化溫度降低同時延長時間，待基本凝固后再提高溫度，可有效解決氣泡問題。

4）本品易被分子中含P（磷）、S（硫）、N（氮）元素的有機化合物毒化而影響固化，用時須注意清潔，防止雜質(zhì)混入。以下化學(xué)物質(zhì)可能影響該產(chǎn)品的固化，請在使用前作兼容性試驗。硫及含硫化合物，胺及有機錫等。

一、產(chǎn)品信息

本品是專為紡織涂層設(shè)計的一種雙組份加成型液體硅橡膠。尤其適合窄帶、蕾絲花邊的涂覆，也可用于其它紡織基材的涂層。具有透明度高、手感柔軟舒適、防滑效果等特點。該材料具有耐高低溫、耐化學(xué)腐蝕、耐紫外線等性能。產(chǎn)品加熱固化過程中無副產(chǎn)物放出，環(huán)保，易于操作。



二、產(chǎn)品典型用途

★窄帶、蕾絲涂層

★防滑布、襪子涂層

★其它紡織涂層

一、產(chǎn)品特性和用途：?

QK-3500產(chǎn)品是經(jīng)聚醚改性的有機聚硅氧烷，通過降低涂料表面張力以提高底材的潤濕性，增加表面滑爽性、耐劃性和防粘連性，改善涂料流平性、改善涂料的光澤度、防止貝納德漩渦。該產(chǎn)品可作為溶劑型、無溶劑型及水性體系的涂料流平添加劑使用。


二、產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù)

1、外觀：無色至淺黃色液體? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

2、粘度25℃（cs）:2500～3500 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

3、表面張力25℃（MN/m）：28-30

4、有效成分（%）：100

5、水溶性：呈透明狀，微藍的


三、使用方法及用量：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

1、該產(chǎn)品能起到潤濕、分散、潤滑涂料作用。該產(chǎn)品能降低涂料表面張力、改善底材潤濕、防油縮、抗劃、抗粘連、改善流平 ? ?性和光澤。??

2、該產(chǎn)品在水性、油性、無溶劑體系中均可適用。

1)、該產(chǎn)品在水性體系（水性顏料、涂料、乳膠漆、水性油墨、中性墨水）中的用量：推薦用量為總配方的0.3～1%。

2)、該產(chǎn)品在油性體系中的用量：推薦用量為總配方的0.05～0.5%。?

3)、該產(chǎn)品在無溶劑體系中的用量：推薦用量為總配方的0.3～1%。


四、產(chǎn)品用途：?

在水性、油性、無溶劑體系中均可適用，作用類似BK333，可以替代使用。


五、包裝與貯運

1、本產(chǎn)品采用25kg塑料方桶、25kg鐵桶、200kg塑料桶、200kg鐵桶包裝。

2、本產(chǎn)品為非危險品，應(yīng)在0～40℃密封貯存，并放在陰涼的地方。貯存中應(yīng)避免高溫和冰凍，保質(zhì)期12個月。

一種是以特種硅油作基礎(chǔ)油，以新型高導(dǎo)熱陶瓷粉體為填充物，配以多種功能添加劑，經(jīng)特殊的工藝加工而成的白色或灰色的膏狀物。
本產(chǎn)品具備的導(dǎo)熱性、電絕緣性、使用穩(wěn)定性和耐高低溫性能。對接觸的金屬材料（銅、鋁、鋼等）無腐蝕，易清理；特的原料和配方了產(chǎn)品中硅油低數(shù)量的溢出和揮發(fā)，無味，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，是耐熱配件理想的介質(zhì)材料。
典型用途
1. 標準的DC/DC整流器和DC/AC逆變器
2. 的CPU
3. 任何發(fā)熱半導(dǎo)體和散熱器之間

QK-7901是單組份紅色膏狀室溫固化的有機硅粘接密封膠，本品是一種多用途,單組份的密封膠,與多種材料粘結(jié)時無需底涂,與空氣中的水分固化成為耐用,有彈性的硅橡膠.對絕大多數(shù)金屬無腐蝕.具有的抗冷熱交變性能、耐老化性能和電絕緣性能，的防潮、抗震、耐電暈、抗漏電性能。
本品大的特點是能將塑料制品與金屬,玻璃,塑料,木板,鋁板,電路板,紙板等牢固地粘接起來,且硅膠片表面不需處理.具有優(yōu)良的耐高低溫性能,可在-60℃—250℃的條件下長期工作一個小時固定,與空氣中水分固化時,24小時內(nèi)可達到使用要求；完全符合歐盟Reach ROHS指令要求。
典型用途
? 1、蒸氣熨斗、高溫空氣過濾器、高溫烘箱等工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)蒸氣熨斗、高溫管道的密封。 ?
? 2、電子配件的絕緣及固定用膠。