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LED封装的取光效率分析
常规LED一般是支架式，采用环氧树脂封装，功率较小，整体发光光通量不大，亮度高的也只能作为一些特殊照明使用。随着LED芯片技术和封装技术的发展，顺应照明领域对高光通量 LED产品的需求，功率型LED逐步走入市场。这种功率型的LED一般是将发光芯片放在散热热沉上，上面装配光学透镜以达到一定光学空间分布，透镜内部填充低应力柔性硅胶。



功率型LED要真正进入照明领域，实现家庭日常照明，其要解决的问题还有很多，其中重要的便是发光效率。目前市场上功率型LED报道的高流 明效率在50lm/W左右，还远达不到家庭日常照明的要求。为了提高功率型LED发光效率，一方面其发光芯片的效率有待提高;另一方面，功率型LED的封 装技术也需进一步提高，从结构设计、材料技术及工艺技术等多方面入手，提高产品的封装取光效率。

　　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，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，如何降低产 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， 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，据报导，目前GaN芯片的外量子效率在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芯片的外量子效率在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，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，封装的外形好是拱形或半球形，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有机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，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，需全面考核，兼顾各个性能。其次，荧光粉的涂覆要均匀，好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。

了解各种LED照明特点
LED照明在欧美、日本等国得以广泛应用，相对于白炽灯而言，其特点鲜明于节能与环保。近日更是有美国的博客推荐由加拿大D-Rev公司主要用LED灯制造的D-Rev'sBrilliance用来治疗婴儿黄疸病的设备，在禁售白炽灯之前，我们来重新了解下LED照明的各大特点。


1、高节能 节能能源即为环保。直流驱动，低功耗（单管0.03-0.06瓦）电光功率转换接近，相同照明效果比传统光源节能80%以上。


2、高新尖 与传统光源单调的发光效果相比，LED光源是低压微电子产品，成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程，无限升级，灵活多变的特点。

3、利环保 环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。


4、寿命长 LED光源有人称它为灯，意为熄灭的灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。


5、多变幻 LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256×256×256＝16777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。


6、不易损坏 LED照明灯具是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，使得LED照明灯具可以说是不易损坏的。

随着禁售白炽灯的临近、人们对LED灯的尝试认识，同时大规模集成电路和计算机技术的不断进步，LED照明灯具将逐渐扩展到通用照明领域，LED照明已成为现代城市一道靓丽的风景线。

1. 产品特点

1. 流动性好。

2. 强度大、抗撕拉。


4. 产品颜色

可根据客户需求定制


5. 注意事项

1．产品在使用过程中不能接触到N、P、S、重金属等及其化合物，否则会影响胶的固化性能。

2．A、B组份分开储存，现配现用，配制好的胶在试用期内用完，避免浪费。


6. 产品包装

1．本产品采用200L铁桶包装，分为A、B两个组份。

2．特殊要求可协商后包装。

 
7. 产品贮存及运输

1．本产品应贮存在室温阴凉干燥处，自生产日期起计贮存期为12个月，请注意产品包装上的生产日期。

2.按非危险品储存和运输。

1. 产品特点 

1、加成型双组分硅橡胶

2.、操作性和自脱模性

3、尺寸稳定性和抗返原

4、室温固化,加热快速固化



2. 产品典型用途

1、树脂基复合材料的软模成型

2、用于精密铸造成型用模具

3、其它工艺制品的仿真复制


4. 产品颜色

1、A、B组份混合后为透明流动体。

2、可根据客户需求定制颜色。

 

5. 产品使用方法

1. 预混：使用前先将AB组分分别混匀待用。

2. 称量: 按照10:1的重量比称取A、B组分。

3. 混合：将两组份胶料充分混匀，使用的混胶设备（如小型行星搅拌器）。当手工混合时注意刮擦混配容器的底部和边壁。

4. 脱泡：在混胶设备中抽真空脱泡。也可将混配好的胶料连同混配容器置于真空排泡设备中，抽真空进行脱泡处理。真空排泡过程中，混合物液面可能升高至原体积的3～4倍液面位置，然后自动破泡坍塌。破泡后维持真空4～6分钟，然后释放真空。

5. 制模：建议采用液体注射成型（LIM）进行模具制备。胶料注入模腔内，室温放置24h后，开模取出得到硅橡胶模型。室温硫化后的硅橡胶模型在80-100℃下处理2h后再使用，可以延长模型使用寿命。为提高制模效率，也可采用将胶料注入模腔内后，采取加温（60℃-90℃）固化。



6. 注意事项


1、特定材料、化合物、硫化剂和增塑剂会阻碍JY-131M的硫化。

主要包括：

    1. 有机锡和其它有机金属化合物。

    2.Ÿ 含有机锡催化剂的硅橡胶。

    3.硫、聚硫化物、聚砜类物或其它含硫物品。

    Ÿ4.胺、氨基甲酸乙酯或含胺物品。

    5.Ÿ 不饱和的碳氢增塑剂。

一、产品使用方法

★警告：液体为可燃液体，在储存和使用过程中需采取严格的预防措施。

★使用产品清洁基材表面时，可采用浸渍法，喷洒或擦拭的方式。

★本清洗剂与大多数基材具有相容性，其清洁性能温和，适用于多种材料部件与器材。但是仍然建议客户在大规模使用前，做相应的相容性测试。

三、产品包装

★产品包装为 15kg、150kg 铁桶包装。

★特殊要求可协商后包装。

二、操作注意事项

本材料不包含产品使用所需的安全信息。在使用前，请阅读产品安全数据表和容器标签以获得安全使用、身体健康危害信息，可向常州聚优新材料有限公司的销售、技术代表咨询索取产品安全数据资

QK-7901是单组份红色膏状室温固化的有机硅粘接密封胶，本品是一种多用途,单组份的密封胶,与多种材料粘结时无需底涂,与空气中的水分固化成为,有弹性的硅橡胶.对绝大多数金属无腐蚀.具有的抗冷热交变性能、耐老化性能和电绝缘性能，的防潮、抗震、耐电晕、抗漏电性能。
本品大的特点是能将塑料制品与金属,玻璃,塑料,木板,铝板,电路板,纸板等牢固地粘接起来,且硅胶片表面不需处理.具有优良的耐高低温性能,可在-60℃—250℃的条件下长期工作一个小时固定,与空气中水分固化时,24小时内可达到使用要求；完全符合欧盟Reach ROHS指令要求。
典型用途
  1、蒸气熨斗、高温空气过滤器、高温烘箱等工业产品的生产蒸气熨斗、高温管道的密封。  
  2、电子配件的绝缘及固定用胶。