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芯片技術和封裝技術的發(fā)展，順應照明領域對高光通量 LED產品的需求，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，上面裝配光學透鏡以達到一定光學空間分布，透鏡內部填充低應力柔性硅膠。
功率型LED要真正進入照明領域，實現家庭日常照明，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 裝技術也需進一步提高，從結構設計、材料技術及工藝技術等多方面入手，提高產品的封裝取光效率。
一、影響取光效率的封裝要素
1.散熱技術
對于由PN結組成的發(fā)光二極管，當正向電流從PN結流過時，PN結有發(fā)熱損耗，這些熱量經由粘結膠、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、結構及材料所決定的固定值。設發(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結溫度上升為：
T(℃)=Rth×PD。
PN結結溫為：
TJ=TA+ Rth×PD
其中TA為環(huán)境溫度。由于結溫的上升會使PN結發(fā)光復合的幾率下降，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，即顯示出熱飽和現象。另外，隨著結溫的上升，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，并導致白光色 溫的改變。
對于功率發(fā)光二極管來說，驅動電流一般都為幾百毫安以上，PN結的電流密度非常大，所以PN結的溫升非常明顯。對于封裝和應用來說，如何降低產 品的熱阻，使PN結產生的熱量能盡快的散發(fā)出去，不僅可提高產品的飽和電流，提高產品的發(fā)光效率，同時也提高了產品的可靠性和壽命。為了降低產品的熱阻， 封裝材料的選擇顯得尤為重要，包括熱沉、粘結膠等，各材料的熱阻要低，即要求導熱性能良好。其次結構設計要合理，各材料間的導熱性能連續(xù)匹配，材料之 間的導熱連接良好，避免在導熱通道中產生散熱瓶頸，確保熱量從內到外層層散發(fā)。同時，要從工藝上確保，熱量按照預先設計的散熱通道及時的散發(fā)出去。
2.填充膠的選擇
根據折射定律，光線從光密介質入射到光疏介質時，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，當光線從晶體內部射向空氣時，根據折射定律，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的光，據報導，目前GaN芯片的外量子效率在30%-40%左右，因此，由于芯片晶體的內部吸收，能射出到晶體外 面光線的比例很少。據報導，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，以提高產品的臨界角，從而提高產品的封裝發(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 生全反射。
3.反射處理
反射處理主要有兩方面，一是芯片內部的反射處理，二是封裝材料對光的反射，通過內、外兩方面的反射處理，來提高從芯片內部射出的光通比例，減少 芯片內部吸收，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，這樣導致很多光線在射到反射區(qū)后被吸收，無法按 預期的目標反射至出光面，從而導致終封裝后的取光效率偏低。
我們經過多方面的研究和試驗，研制成一種具有自主知識產權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。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量。
二、結論
良好的散熱設計對提高功率型LED產品發(fā)光效率有著顯著的作用，同時也是確保產品壽命和可靠性的前提。而設計良好的出光通道，這里 著重指反射腔、填充膠等的結構設計、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計，對光斑 的改善和發(fā)光效率的提高也至關重要。
有機硅灌封膠優(yōu)勢：
1、絕緣性：灌封膠不僅能夠絕緣阻燃，還可以抗震防塵，也很適合在戶外使用。
2、導熱性：由于有機硅灌封膠使用了導熱性很好的材質制作而成，導熱系數達到了0.8W以上，非常適用于很多高溫領域。比如在200℃以上的高溫環(huán)境中依然能夠正常工作，不會受到高溫影響而縮短產品使用壽命。
3、粘接性：有機硅灌封膠可以廣泛應用在很多材質上，附著力很強。
4、膠層彈性：當有機硅灌封膠全固化之后，不會輕易產生收縮，并形成一層安全保護膜。如果被保護的電子元器件需要維修，也可以直接拆卸，方便又簡單。
5、耐老化耐候性：對于工作環(huán)境沒有太多太高的要求，適應能力好。被長年累月的風吹日曬雨淋后，還可以起到較好的保護密封作用。
1.清潔：被粘物一定要保持三無（無油、無塵、無水）。粘接前，應使用溶劑（異丙醇、丙酮、無水乙醇）等將材質表面清除干凈，（注意鋁餅表面若有油污或雜質可用金屬清洗劑浸泡，不可使用上述溶劑直接清洗否則會破壞表面膜層）使被粘接表面不留任何油脂，并待其干燥，方可粘合處理。
2.施膠：將適量的膠水滴于被粘物的中間，把氣泡排出，稍用力擠壓后膠液應以剛好覆蓋為宜。
3.光照：使用波峰值為365nm的UVA紫。外線燈光強為透過玻璃不低于4mw/cm2的紫外線強度，光照時應保持發(fā)光源從中間向周邊照射，并確認紫外線確實能照射到粘合部位，光照時間應控制在1～3分鐘內，不宜過度照射，否則會使膠層變脆。
1.?產品特點
1. 流動性好。
2. 強度大、抗撕拉。
4. 產品顏色
可根據客戶需求定制
5. 注意事項
1．產品在使用過程中不能接觸到N、P、S、重金屬等及其化合物，否則會影響膠的固化性能。
2．A、B組份分開儲存，現配現用，配制好的膠在試用期內用完，避免浪費。
6.?產品包裝
1．本產品采用200L鐵桶包裝，分為A、B兩個組份。
2．特殊要求可協商后包裝。
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7. 產品貯存及運輸
1．本產品應貯存在室溫陰涼干燥處，自生產日期起計貯存期為12個月，請注意產品包裝上的生產日期。
2.按非危險品儲存和運輸。
1. 產品特點?
1、加成型雙組分硅橡膠
2.、操作性和自脫模性
3、尺寸穩(wěn)定性和抗返原
4、室溫固化,加熱快速固化
2. 產品典型用途
1、樹脂基復合材料的軟模成型
2、用于精密鑄造成型用模具
3、其它工藝制品的仿真復制
4.?產品顏色
1、A、B組份混合后為透明流動體。
2、可根據客戶需求定制顏色。
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5. 產品使用方法
1. 預混：使用前先將AB組分分別混勻待用。
2. 稱量: 按照10:1的重量比稱取A、B組分。
3. 混合：將兩組份膠料充分混勻，使用的混膠設備（如小型行星攪拌器）。當手工混合時注意刮擦混配容器的底部和邊壁。
4. 脫泡：在混膠設備中抽真空脫泡。也可將混配好的膠料連同混配容器置于真空排泡設備中，抽真空進行脫泡處理。真空排泡過程中，混合物液面可能升高至原體積的3～4倍液面位置，然后自動破泡坍塌。破泡后維持真空4～6分鐘，然后釋放真空。
5. 制模：建議采用液體注射成型（LIM）進行模具制備。膠料注入模腔內，室溫放置24h后，開模取出得到硅橡膠模型。室溫硫化后的硅橡膠模型在80-100℃下處理2h后再使用，可以延長模型使用壽命。為提高制模效率，也可采用將膠料注入模腔內后，采取加溫（60℃-90℃）固化。
6. 注意事項
1、特定材料、化合物、硫化劑和增塑劑會阻礙JY-131M的硫化。
主要包括：
? ? 1. 有機錫和其它有機金屬化合物。
? ? 2.? 含有機錫催化劑的硅橡膠。
? ? 3.硫、聚硫化物、聚砜類物或其它含硫物品。
? ? ?4.胺、氨基甲酸乙酯或含胺物品。
? ? 5.? 不飽和的碳氫增塑劑。
一、產品使用方法
★警告：液體為可燃液體，在儲存和使用過程中需采取嚴格的預防措施。
★使用產品清潔基材表面時，可采用浸漬法，噴灑或擦拭的方式。
★本清洗劑與大多數基材具有相容性，其清潔性能溫和，適用于多種材料部件與器材。但是仍然建議客戶在大規(guī)模使用前，做相應的相容性測試。
三、產品包裝
★產品包裝為 15kg、150kg 鐵桶包裝。
★特殊要求可協商后包裝。
二、操作注意事項
本材料不包含產品使用所需的安全信息。在使用前，請閱讀產品安全數據表和容器標簽以獲得安全使用、身體健康危害信息，可向常州聚優(yōu)新材料有限公司的銷售、技術代表咨詢索取產品安全數據資
G9灌封膠G9玉米膠微型電子LEDG9灌封膠
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產品名：G4G9燈透明封裝硅膠,G8透明LED膠,LED燈具封裝膠,G8電子封裝膠,G9灌封膠,電子材料
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產品名：電子阻燃膠水晶封裝膠,水晶AB材料,千京水晶工藝,手工焗瓷膠,AB樹脂膠,環(huán)氧樹脂膠,磨輪AB膠,砂輪制作膠,工藝焗瓷,脫模劑膠,離型劑膠,模型膠,焗瓷膠
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PU聚氨酯膠環(huán)保千京保護IC膠聚氨酯膠
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產品名：電子軟膠,電子透明保護軟膠,透明樹脂材料,透明軟膠膠膜,聚氨酯膠,透明軟膠,PU膠,樹脂膠
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