如何降低LED單位流明成本

LED照明前景

　　美國(guó)能源部（DOE）對(duì)LED做出了如此的評(píng)價(jià)：沒(méi)有其它照明技術(shù)可以具有像LED這樣大的節(jié)能潛力和提升我們建筑環(huán)境品質(zhì)。

　　針對(duì)LED封裝而言，2010年增長(zhǎng)率超過(guò)了50%，超過(guò)了80億美金，到2014年，LED市場(chǎng)的復(fù)合年增長(zhǎng)率將超過(guò)30%，金額超過(guò)200億美金。據(jù)DisplaySearch的最新報(bào)告顯示，由于 LED芯片功率提升和成本縮減，每臺(tái)液晶電視背光所使用LED器件將相應(yīng)減少，預(yù)計(jì)到2014年 LED照明應(yīng)用將取代液晶電視背光應(yīng)用成為L(zhǎng)ED應(yīng)用主流。

　　LED品質(zhì)四要素

　　當(dāng)前對(duì)LED的品質(zhì)評(píng)價(jià)有很多參數(shù)，主要是下面4個(gè)方面，即LED使用壽命、發(fā)光效率、顯色指數(shù)、相對(duì)色溫等。要提升LED品質(zhì)，必須從上述四方面著手，本文從LED器件封裝角度出發(fā)，重點(diǎn)討論通過(guò)封裝方面的熱管理，來(lái)達(dá)到提升LED品質(zhì)和降低單位流明成本的方法。

　　LED是一個(gè)電光轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體器件，其工作過(guò)程中只有10~40%的電能轉(zhuǎn)換成光能，其它的電能幾乎全部轉(zhuǎn)變成熱能，導(dǎo)致LED溫度升高，LED溫升是導(dǎo)致LED失效和性能下降的主要原因。LED過(guò)熱會(huì)影響LED短期和長(zhǎng)期的性能，短期的會(huì)影響LED的發(fā)光效率和顏色的偏移；長(zhǎng)期的會(huì)引發(fā)芯片的瑕疵和封裝材料的劣化，嚴(yán)重影響LED的使用壽命和可靠性。隨著單個(gè)器件的工作電流增大，器件發(fā)熱會(huì)增加，導(dǎo)致LED結(jié)溫上升，發(fā)光效率下降。因此LED器件的熱管理是降低單位流明成本的重點(diǎn)。

　　從封裝角度降低單位流明成本的方法

　　目前主流廠家的1W大功率LED芯片的價(jià)格仍然偏高，按目前價(jià)格，即使價(jià)格再降低50%也仍然偏高，短期看，大功率芯片出現(xiàn)跳水性降價(jià)的可能性很小。從封裝角度看，單顆器件的售價(jià)持續(xù)下降空間有限，因此通過(guò)芯片降價(jià)或單顆器件降價(jià)的方式來(lái)降低單位流明成本的道路很難走下去。下面兩方面可能是降低單位流明成本的可行之法：

　　1、從芯片方面看，必須提高單顆芯片的電流密度，使1W芯片能夠在700mA或1000mA下工作，并且光效只有微小的降低。

　　2、從封裝角度看，盡可能減小器件尺寸，同時(shí)降低整個(gè)器件的熱阻，使單顆器件支持更大的電流，單個(gè)器件功率達(dá)到3-5W，從而降低整個(gè)封裝成本。

　　最終的目的是：在提升和保持發(fā)光效率的情況下，再增強(qiáng)整個(gè)LED器件散熱能力，在小、輕、薄的封裝器件上，實(shí)現(xiàn)高光效、高電流、高功率。目前一些廠商的基于陶瓷散熱結(jié)構(gòu)的3535（T1901PW）尺寸SMD型大功率器件，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)700mA工作，光通量達(dá)到220lm以上。2012年初會(huì)提升到1050mA，光通量300lm以上。

　　另外還可以采用不同的封裝工藝，根據(jù)3535器件的實(shí)測(cè)熱阻表現(xiàn)可以看出，采用倒裝共晶方式的器件，熱阻低至2.5℃/W，這樣器件即使在1050mA條件下工作，在燈具散熱良好的情況下，器件結(jié)溫和器件底部溫差仍然不超過(guò)10℃。

　　在中功率器件方面，提高器件電流密度，也是降低單位流明成本的有效途徑，以天電光電的采用新型高導(dǎo)熱材料的3020（T3400SW）尺寸的SMD中功率LED產(chǎn)品為例，由于T3400SW具有超低熱阻，卓越的耐溫耐熱性能，在大電流條件下仍然保持高光效。目前典型光通量20lm@60mA，2012年初將提高到50lm@150mA，以目前的水平看，單位光通量成本約相當(dāng)于20mA器件的一半左右。具有明顯的性價(jià)比優(yōu)勢(shì) 。

　　結(jié)論：

　　根據(jù)目前掌握的技術(shù)和已經(jīng)取得的產(chǎn)品成果，SMD型LED將是未來(lái)LED封裝主要型式，中高功率LED封裝產(chǎn)品主要向小型化、薄型化、高功率、高亮度方面發(fā)展。同時(shí)為了盡快降低制造成本，規(guī)模化也是必須的，規(guī)?；辽偈敲吭?0KK的1W以上的大功率LED生產(chǎn)能力。芯片和封裝技術(shù)的進(jìn)步，使得單顆3535器件的功率達(dá)到3-5W成為可能。

　　上述指標(biāo)實(shí)現(xiàn)后， LED行業(yè)100lm/1RMB的時(shí)代將來(lái)臨，這將對(duì)LED在照明領(lǐng)域的普及產(chǎn)生極大的推動(dòng)作用，為L(zhǎng)ED整個(gè)行業(yè)發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。