高亮度LED製程技術?

高亮度LED製程技術

工具/原料

LED光源具備多項環保優勢,但早期產品在散熱處理與高亮度設計方面,仍存在某些技術瓶頸無法突破,但在LED晶片製程持續改善下,現有照明用led的亮度輸出流明更趨近於日常照明需求,加上IC固態形式的元件設計,讓LED的光源設計增加更多應用彈性與優勢。

尤其是LED光源不易損壞、壽命長的優點,若不計單組成本問題,相較於傳統高耗能的鎢絲燈(白熾燈)/鹵素燈/高壓鈉燈、有汞汙染疑慮的CCFL螢光燈具,LED是表現相當優異的替代性光源新選擇。

但為了因應不同日常照明應用,還須針對發光效率、光形、散熱設計與整體使用成本等多項應用問題,持續改善LED的產品設計,讓LED照明更具實用價值,而不再只是展現環保訴求的裝飾品。

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,加上發光原理異於傳統照明裝置,若未加處理光形與改善照明質量,欲直接以LED取代一般日常應用的光源,仍有多項限制,尤其是演色性、照明光形、照明顏色、電源轉換效率…等關鍵問題,都需要透過晶片的製程改善或是燈具的光學物理設計強化,進一步滿足一般照明的需求。

步驟/方法

LED固態照明仍存在成本偏高問題

在實際的照明應用市場,LED固態照明本身仍存在高單價、高成本限制,想要在短時間內加速LED照明應用普及,相關業者仍須在元件成本、製作技術、驗證標準…等關鍵專案,逐一改善成本效率。

而在生產技術方面,還得讓最終產品於色溫表現、演色性和光電轉換效率進行規格強化與效能提升,同時還要改善AC-DC電源轉換、高功率驅動控制、光源散熱和光形處理等相關技術,這些都是LED照明技術能否快速普及的重要關鍵。

高亮度LED較一般傳統高亮度鹵素燈、鈉燈具備更長使用壽命,可製成戶外用燈具,節省維護成本。

前面也有提到,LED照明光源的設計必須先改善照明模組的散熱設計,散熱機制的整合是LED照明產品能否維持長壽命、低光衰的關鍵。例如,採用COB LED多晶燈板,將LED晶片固定在印刷電路板之上,LED晶片可直接透過PCB接觸增加熱傳導效率,進而改善LED照明應用常見的散熱問題。

LED載板設計形式 可改善元件散熱效率

為了因應高功率、高亮度的照明應用設計,原有的PCB載版會改採金屬核心的PCB材料來增加LED元件的散熱效率,因為驅動過程所產生的熱,均可藉由PCB的金屬核心來降低熱阻抗,進而強化散熱表現。

金屬核心PCB多使用MCPCB(Metal 酷睿 Printed Circuit Board)來降低載板熱阻設計,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用的優勢,就必須深入發展晶片的核心技術,其中影響LED元件發光特性、效率的關鍵更在其基底材料與長晶的技術差異。LED基底材料除傳統藍寶石基底之外,矽、碳化矽、氧化鋅、氮化鎵…等都是目前LED的應用重點。而薄膜晶片技術則是開發高亮度LED晶片的重點技術。

Thin film重點在減少晶粒的側向光耗損,搭配底部反射面整合,可將晶片本身97%由電產生的光輸出直接自LED正面輸出,避免光耗損,如此自然可提高LED的單位發光效率。除提高LED晶片的光電效率外,亦可透過改變晶片結構,如晶片表面粗化設計,透過多重改善電光效率製程方法,進行產品改良。

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