大功率led

由于大功率白光LED的轉(zhuǎn)換效率還較低，光通量較小，成本較高，白光使用時間長易變色，散熱等方面因素的制約，因此大功率白光LED短期內(nèi)的應(yīng)用主要是一些特殊領(lǐng)域的特種工作燈具，中長期目標(biāo)才能是通用照明領(lǐng)域。

大功率和標(biāo)準(zhǔn)功率LED產(chǎn)品的對比

1、簡化設(shè)計過程

由于需要考慮極大簡化熱管理，因此相對于大功率技術(shù)所需的設(shè)計過程，標(biāo)準(zhǔn)LED陣列所需的設(shè)計過程要簡單得多。在我們的理論例子中，驅(qū)動1W LED需要350mA電流，而六個標(biāo)準(zhǔn)LED陣列僅需120mA電流。大功率技術(shù)需要使用散熱片和金屬芯PCB板，以確保避免結(jié)點(diǎn)溫度過高而造成的效率損失、使用壽命降低或者褪色。

因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的LED不需要使用散熱片、金屬芯印刷電路板(MCPCB)、電容器或電阻器，所以這些LED更易于設(shè)計、測試和制造。這種簡化的過程不僅為生產(chǎn)過程節(jié)約了時間和金錢，而且還可以加快產(chǎn)品的上市時間。

2、節(jié)省成本

大功率LED需要進(jìn)行熱管理，這極大地增加了LED的成本。在設(shè)計過程中，最昂貴的附加物就是散熱片。散熱片可以由各種金屬材料制作，這些材料既包括相對便宜的鋁，也包括導(dǎo)電性能更好但卻更昂貴的材料(如銅和銀)。這些昂貴的材料可能導(dǎo)致大功率產(chǎn)品的成本增加1~10美元，而標(biāo)準(zhǔn)LED器件就可以避免這種成本的增加。

同樣，大功率LED也需要使用MCPCB作為另一種被動冷卻技術(shù)來控制結(jié)點(diǎn)溫度。因?yàn)镸CPCB的材料具有更好的導(dǎo)熱性，所以相比于標(biāo)準(zhǔn)LED使用的更便宜的FR4 PCB，這些電路板的散熱效率更高。然而，其成本卻可能高達(dá)FR4 PCB成本的5倍。使用更便宜的FR4 PCB，根除對昂貴散熱片的需求，以及簡化設(shè)計的考慮事項，可以節(jié)約高達(dá)60%的成本。

3、節(jié)省空間

當(dāng)設(shè)備的內(nèi)部空間限制非常大時，標(biāo)準(zhǔn)LED通常是最佳的選擇。如上所述，大功率LED需要額外使用散熱片以及總體來說較占空間的冷卻技術(shù)。其首要任務(wù)是創(chuàng)造更多的表面積，以通過對流和輻射冷卻。表面積較大可以更有效地幫助減少熱量，但是同時也增加了大功率LED的體積。這對于較小空間和較小產(chǎn)品而言，增加了設(shè)計障礙。

標(biāo)準(zhǔn)LED陣列通常不需要占用空間的驅(qū)動器、電容器和電阻器(這些均為大功率LED所需)，從而節(jié)省了高達(dá)50%的空間。針對有限空間的應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)LED陣列可以提供與大功率LED相等的亮度，而同時又能極大地節(jié)省空間。

市場有普通型和集 成型大功率LED兩種。而普通型大功率LED分為單色光與RGB全彩兩種，集成型大功率LED一般均為單色，RGB全彩的極少。

大功率LED有很多種，如大功率LED路燈、大功率LED射燈、大功率LED投光燈、大功率LED水底燈、大功率LED天花燈、大功率LED洗墻燈、大功率LED隧道燈……

其中，大功率LED路燈和大功率LED洗墻燈應(yīng)用的是最為多的，也是最流行的。

大功率LED封裝主要涉及光、熱、電、結(jié)構(gòu)與工藝等方面，如圖1所示。這些因素彼此既相互獨(dú)立，又相互影響。其中，光是LED封裝的目的，熱是關(guān)鍵，電、結(jié)構(gòu)與工藝是手段，而性能是封裝水平的具體體現(xiàn)。從工藝相容性及降低生產(chǎn)成本而言，LED封裝設(shè)計應(yīng)與晶片設(shè)計同時進(jìn)行，即晶片設(shè)計時就應(yīng)該考慮到封裝結(jié)構(gòu)和工藝。否則，等晶片制造完成后，可能由于封裝的需要對晶片結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從而延長了產(chǎn)品研發(fā)周期和工藝成本，有時甚至不可能。

具體而言，大功率LED封裝的關(guān)鍵技術(shù)包括:

(一)低熱阻封裝工藝

(二)高取光率封裝結(jié)構(gòu)與工藝

(三)陣列封裝與系統(tǒng)集成技術(shù)

(四)封裝大生產(chǎn)技術(shù)

(五)封裝可靠性測試與評估

發(fā)光二極管(LED)是一種能把電能轉(zhuǎn)化為光能的固體器件，它的結(jié)構(gòu)主要由PN結(jié)芯片、電極和光學(xué)等系統(tǒng)組成。LED的基本工作原理是一個電光轉(zhuǎn)換的過程，當(dāng)一個正向偏壓施加于PN結(jié)兩端，由于PN結(jié)勢壘的降低，P區(qū)的

正電荷將向N區(qū)擴(kuò)散，N區(qū)的電子也向P區(qū)擴(kuò)散，同時在兩個區(qū)域形成非平衡電荷的積累。由于電流注入產(chǎn)生的少數(shù)載流子相對不穩(wěn)定，對于PN結(jié)系統(tǒng)，注入到價帶中的非平衡空穴要與導(dǎo)帶中的電子復(fù)合，其中多余的能量將以光的形式向外輻射，電子和空穴的能量差越大，產(chǎn)生的光子能量就越高。能量級差大小不同，產(chǎn)生光的頻率和波長就不同，相應(yīng)的光的顏色就會不同。

大功率LED作為第四代電光源，賦有"綠色照明光源"之稱，具有體積小、安全低電壓、壽命長、電光轉(zhuǎn)換效率高、響應(yīng)速度快、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)良特性，必將取代傳統(tǒng)的白熾燈、鹵鎢燈和熒光燈而成為21世紀(jì)的新一代光源。

大功率LED作為照明光源具有體積小、耗電小、發(fā)熱小、壽命長、響應(yīng)速度快、安全低電壓、耐候性好、方向性好等優(yōu)點(diǎn)。 外罩可用PC管制作，耐高溫達(dá)135度.，低溫-45度

1.使用壽命:大功率LED路燈使用壽命高達(dá)50,000小時以上

2.節(jié)能:比高壓鈉燈節(jié)電80%以上

3.綠色環(huán)保。大功率LED路燈不含鉛、汞等污染元素，對環(huán)境沒有任何污染

4.安全:耐沖擊，抗震力強(qiáng)，led發(fā)的光在可見光范圍內(nèi)，無紫外線(UV)和紅外(IR)輻射。無燈絲和玻璃外殼，沒有傳統(tǒng)燈管碎裂的問題，對人體無傷害、 無輻射;

5.無高壓，不吸灰塵。消除了普通路燈因高壓吸收灰塵導(dǎo)致燈罩發(fā)黑引起的亮度降低;

6.無高溫，燈罩不會老化發(fā)黃。消除了普通路燈因高溫烘烤燈罩使其老化發(fā)黃引起的亮度降低和壽命的縮短;

7.啟動無延時。led在納秒級，通電即達(dá)正常亮度，無須等待，消除了傳統(tǒng)路燈長時間的啟動過程;

8.無頻閃。純直流工作，消除了傳統(tǒng)路燈頻閃引起的視覺疲勞;

9.無不良眩光。消除普通大功率LED路燈的不良眩光所引起的刺眼、視覺疲勞與視線干擾，提高駕駛的安全性，減少交通事故的發(fā)生。

10.柔性化好--LED光源的精巧，使LED燈能適應(yīng)各種幾何尺寸和不同空間大小的裝飾照明要求，諸如:點(diǎn)、線、面、球、異形式，乃至任意藝術(shù)造型的燈光雕塑;

11. 色彩純厚--由半導(dǎo)體PN結(jié)自身產(chǎn)生色彩，純正，濃厚;色彩豐富--三基色加數(shù)碼技術(shù)，可演變?nèi)我馍?

可用范圍:

大功率LED在油田、石化、鐵路、礦山、部隊等特殊行業(yè)、舞臺裝飾、城市景觀照明、顯示屏以及體育場館等，特種工作燈具中的具有廣泛的應(yīng)用前景。

大功率LED一般是指lW以上的LED光源。與前三代光源比較，具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)環(huán)保、無污染--在現(xiàn)代社會，這是最重要的一條。LED為固態(tài)照明，不含汞等重金屬，不污染環(huán)境，對人

體沒有不良影響。

(2)高光效- 鹵鎢燈色溫為3200 K時，光效在24 lm/W左右;高顯色

的氣體放電燈及三基色熒光燈的光效不超過100 lm/W;高顯色~I.ED光源，品牌產(chǎn)品白光LED的光效已超過100 lm/W。400 nm~700 I1I蛐等能量白光，理論光效值為241 lm/W。在不久的將來，滿足影視、舞臺需要(主要指顯色指數(shù)及色溫)的LED光源光效完全可能超i 00 lm/W。

(3)壽命長--影視、舞臺常用的鹵鎢燈壽命只有200 h~300 h;電腦燈中的金屬鹵化物燈一般為幾百/J\13,J;三基色熒光燈的壽命可達(dá)8 000~10 000 h;而品牌的大功率LED光源在燈具中的壽命，已超過10 000 h。隨著燈具及驅(qū)動電源散熱條件的改進(jìn)，不久的將來，其壽命有可能達(dá)到30 000h~50 000h。

(4)發(fā)光響應(yīng)時間快--前三代光源中，白熾燈的點(diǎn)亮?xí)r間最短，大約為100 ms(毫秒，1 ms=10- s)。而LED

的點(diǎn)亮?xí)r間僅為納秒(1 ns=10 s)級，因此，高頻特性好。

(5)適宜在低溫條件下工作--在景觀照明中，特別是像冰燈這樣的景觀，由于溫度很低，熒光燈往往難以啟

動，而LED光源在低溫下壽命會更長。

(6)在影視、舞臺照明中需要多姿多彩的顏色時，LED光源具有突出的優(yōu)點(diǎn):在一臺燈具中可放置多種顏色的

LED，用加色法得到各種各樣的顏色，光通利用率高，顏色飽和度也高。

我國雖有多家企業(yè)開發(fā)生產(chǎn)LED城市照明路燈，但很多是用小功率LED陣列作發(fā)光體，散熱問題解決了，所用LED數(shù)量要很多，小功率LED光衰強(qiáng)，安裝成本高。

城市照明LED路燈采用大功率LED是發(fā)展的趨勢，少數(shù)用大功率LED作發(fā)光體的路燈產(chǎn)品由于沒有很好地解決功率達(dá)到一定量時，LED的散熱問題;LED的散光和聚光控制問題;路燈在路面照射面的照度范圍、型態(tài)和照度的均衡問題;光電轉(zhuǎn)換效率太低，每瓦只有幾個流明等問題。因此產(chǎn)品性能還不盡如人意;高性能的產(chǎn)品價位又居高不下，難以推廣普及。

散熱和可靠性是影響大功率LED應(yīng)用主要因素 。LED封裝光源的散熱問題，一直是LED產(chǎn)品開發(fā)中遇到非常重要的問題，其中產(chǎn)品材料的導(dǎo)熱性能就非常之關(guān)鍵。陶瓷材料是導(dǎo)熱性能非常好的材料，它有導(dǎo)熱率高，良好的物量性能(不收縮，不變形)，良好的絕緣性能與導(dǎo)熱性能。因此，采用陶瓷材料將是未來LED產(chǎn)品開發(fā)的主流趨勢。

1. 大功率LED射燈的結(jié)構(gòu)，大功率LED射燈包含外殼、LED、PCB板、驅(qū)動和底座五個部分。

外殼主要承擔(dān)散熱和保護(hù)LED以及成形的作用。大功率LED射燈的外殼的材料一般來說都是鋁，第一散熱好，其次質(zhì)量較其他金屬要輕。有些外殼為了美觀，還會鍍上鉻和鎳等金屬。功率較高的大功率射燈，人們通常用銅質(zhì)的外殼。外殼的設(shè)計上一般采用的是扇形圍邊設(shè)計，也就是在外殼的周圍是一些扇葉裝外延體，主要目的是增加散熱面積，提高散熱效率。

大功率射燈用LED市場上只有兩種，即1W和3W兩種，有較少廠家用5W和100W的來做，但由于散熱不能很好解決，基本沒有太大的市場。

PCB板是用來置放并排布大功率LED的，同時又起著將LED與外殼之間絕緣并且將熱量傳導(dǎo)至外殼的作用。市場上有兩種PCB板，一種是適用于普通大功率LED的PCB，另一種是適用于CREE大功率LED的PCB板。

驅(qū)動:又稱電源，承擔(dān)給LED供電的作用。常用的電源有兩種:AC12V/DC12V，AC85-260V。簡稱低壓和高壓驅(qū)動。高壓驅(qū)動是將AC85-260V的輸入電壓轉(zhuǎn)化為適用于LED的5V左右電壓，同時滿足其輸入電流。高壓電源分為隔離電源和非隔離電源兩種，隔離電源帶有變壓器，但成本較高;非隔離電源沒有變壓器，成本較低，但使用時不夠安全，采用的是隔離電源。

底座:大功率射燈的底座有Gz4，GU5.3，GU10，E27，E26，E14，B22等。Gz4即為常規(guī)MR11所用的底座，Gu5.3為MR16所用底座，這兩種底座公用一種燈座。E26，E27，E14都是螺旋底座，其中E26為美洲及日本110-130V電壓適用的底座，E27為亞洲歐洲220-240V電壓適用底座。B22主要在中國及東南亞使用較多。

大功率led屬于敏感型元器件，散熱和可靠性是影響大功率LED應(yīng)用主要因素 ，那么在使用大功率led光源時要注意哪些問題呢?

由于半導(dǎo)體發(fā)光二極管晶片技術(shù)的限制，LED的光電轉(zhuǎn)換效率還有待提高，尤其是大功率LED燈珠，因其功率較高，大約有60%以上的電能將變成熱能釋放(隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，光電轉(zhuǎn)換效率會逐漸提高)，這就要求終端客戶在應(yīng)用大功率LED產(chǎn)品的時候，要做好散熱工作，以確保大功率LED燈珠產(chǎn)品正常工作。

1.散熱片要求。

外型與材質(zhì):如果成品密封要求不高，可與外界空氣環(huán)境直接發(fā)生對流，建議采用帶鰭片的鋁材或銅材散熱片。

2.有效散熱表面積:

對于1W大功率LED白光(其他顏色基本相同)一些使用單位使用散熱片，有效散熱表面積總和≥50-60平方厘米。對于3W產(chǎn)品推薦散熱片有效散熱表面積總和≥150平方厘米，更高功率視情況和試驗(yàn)結(jié)果增加，盡量保證散熱片溫度不超過60℃。

3.連接方法:

大功率LED燈珠基板與散熱片連接時請保證兩接觸面平整，接觸良好，為加強(qiáng)兩接觸面的結(jié)合程度，建議在LED基板底部或散熱片表面涂敷一層導(dǎo)熱硅脂(導(dǎo)熱硅脂導(dǎo)熱系數(shù)≥3.0W/m.k)，導(dǎo)熱硅脂要求涂敷均勻、適量再用螺絲壓合固定。

因?yàn)長ED屬半導(dǎo)體器件，對靜電較為敏感，尤其對于白、綠、藍(lán)、紫色LED燈珠，所以要做好預(yù)防靜電產(chǎn)生和消除靜電工作

1.靜電的產(chǎn)生:

摩擦:在日常生活中，任何兩個不同材質(zhì)的物體接觸后再分離，即可產(chǎn)生靜電，而產(chǎn)生靜電的最常見的方法，就是摩擦生電。材料的絕緣性越好，越容易摩擦生電。另外，任何兩種不同物質(zhì)的物體接觸后再分離，也能產(chǎn)生靜電.

感應(yīng):針對導(dǎo)電材料而言，因電子能在它的表面自由流動，如將其置于一電場中，由于同性相斥，異性相吸，正負(fù)離子就會轉(zhuǎn)移，在其表面就會產(chǎn)生電荷。

傳導(dǎo):針對導(dǎo)電材料而言，因電子能在它的表面自由流動，如與帶電物體接]觸，將發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。

2， 靜電對LED燈珠的危害:

因瞬間的電場或電流產(chǎn)生的熱，使LED燈珠局部受傷，表現(xiàn)為漏電流迅速增加，仍能工作，但亮度降低(白光將會變色)，壽命受損。

因電場或電流破壞LED燈珠的絕緣層，使器件無[法工作(完全破壞)，表現(xiàn)為死燈。

3.靜電防護(hù)及消除措施:

對于整個工序(生產(chǎn)，測試、包裝等)所有與LED燈珠直接接觸的員工都要做好防止和消除靜電措施，主要有:

車間鋪設(shè)防靜電地板并做好接地。

工作臺為防靜電工作臺，生產(chǎn)機(jī)臺接地良好[。

操作員穿防靜電服、帶防靜電手環(huán)、手套或腳環(huán)。

應(yīng)用離子風(fēng)機(jī)，焊接電烙鐵做好接地措施。

包裝采用防靜電材料。

焊接時請注意選擇恒溫烙鐵，焊接溫度為260℃，烙鐵與LED焊盤一次接觸的時間不要超過3S(焊接時注意電烙鐵一定要接地，操作人員要佩帶靜電手環(huán)或吹離子風(fēng)機(jī))

四驅(qū)動電路因大功率LED遵循二極管的伏安特性曲線，如果驅(qū)動電壓浮動則相應(yīng)的驅(qū)動電流漂移很大，容易損害燈珠，因此建議使用較穩(wěn)定的恒流驅(qū)動電源或IC，而不要采用恒壓驅(qū)動電源或IC.

1.大功率led光效提高空間還很大。led光效已超過前三代光源，但距理論最高值還相差很遠(yuǎn)，也就是說它還有很大的發(fā)展?jié)摿?。led的內(nèi)量子效率可以做的很高一般都可以到90%以上，但外量子效率普遍很低。如果能大幅度提高外量子效率，就可以大大提高led產(chǎn)品的發(fā)光效率。這是led的重點(diǎn)研究課題之一。另外，在談及l(fā)ed光源光效的時候，要區(qū)分幾個概念。首先，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)led光源達(dá)到的光效，不表示現(xiàn)有產(chǎn)品的光效，它還要解決生產(chǎn)工藝等一系列問題才能變成批量產(chǎn)品。因此它代表的是未來產(chǎn)品的光效。其次，低顯色指數(shù)產(chǎn)品的光效，不代表高顯色指數(shù)產(chǎn)品的光效。有些廠家在宣傳其產(chǎn)品的時候，說產(chǎn)品的光效達(dá)到多少流明瓦，是顯色指數(shù)比較低的led光源的數(shù)值，高顯色指數(shù)的led光源達(dá)不到所宣傳的數(shù)值。還有，的led光源，高色溫光源比低色玩光源的光效高，5600K的led比3200k的led光效高。了解led的這些特點(diǎn)，便于正確選購所需要的產(chǎn)品。

2.提高顯色指數(shù)是led光源的重要課題之一。一般情況下，顯色指數(shù)高，光效往往低一些;光效高，顯色指數(shù)就差一些。有些應(yīng)用領(lǐng)域，例如影視、舞臺照明，對光源的顯色指數(shù)就要求很高。

大功率LED封裝膠:指用于大額定工作電流的發(fā)光二極管的加成型液體硅橡膠。

大功率LED節(jié)能燈是LED節(jié)能燈的一種，相對于小功率LED節(jié)能燈來說，大功率LED 節(jié)能燈單顆功率更高，亮度更亮，價格更高。小功率LED節(jié)能燈額定電流都是20mA，額定電流高過20mA的基本上都可以算作大功率。一般功率數(shù)有:0.25w、0.5w、1w、3w、5w、8w、10w等等。主要亮度單位為lm(流明)，小功率的亮度單位一般為mcd。此兩單位無法換算。目前做為一個新興的綠色、環(huán)保、節(jié)能光源被廣泛應(yīng)用于汽車燈、手電筒、燈具等場所。

大功率LED節(jié)能燈之所以這樣稱呼,主要是針對小功率LED節(jié)能燈而言,目前分類的標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)有三種:

其中第一種是根據(jù)功率大小可分為0.5W,1W,3W,5W,10W....100W不等,根據(jù)封裝后成型產(chǎn)品的總的功率而言不同而不同.

第二種可以根據(jù)其封裝工藝不同分為:大尺寸環(huán)氧樹脂封裝、仿食人魚式環(huán)氧樹脂封裝、鋁基板(MCPCB)式封裝、TO封裝、功率型SMD封裝、MCPCB集成化封裝等等

第三種可以根據(jù)其光衰程度不同可分為低光衰大功率產(chǎn)品和非低光衰大功率產(chǎn)品。

當(dāng)然，由于大功率LED節(jié)能燈本身的參數(shù)比較多，根據(jù)不同的參數(shù)會有不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此不再類述。

大功率LED節(jié)能燈仍然屬于LED封裝產(chǎn)品里的一種，是讓半導(dǎo)體照明走向普通照明領(lǐng)域里最重 要的一環(huán)。

在使用大功率LED節(jié)能燈時，必須了解光強(qiáng)分布、色溫分布、熱阻及顯色性等問題

掌握W級大功率LED節(jié)能燈的光強(qiáng)分布圖，是正確使用大功率LED節(jié)能燈所必需的。廠家一定要向客戶提供LED器件的各種參數(shù)指標(biāo)

大功率LED節(jié)能燈的色溫分布是否均勻，將直接影響照明效果;而且色溫與顯色指數(shù)是互相關(guān)聯(lián)的，色溫的改變會引起顯色指數(shù)的變化。

大功率LED節(jié)能燈的熱阻直接影響LED器件的散熱。熱阻低，散熱越好;熱阻高則散熱差，這樣器件溫升高，就會影響光的波長漂移。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，溫度升高一度，光波長要漂移0.2~0.3nm，這樣會直接影響器件的發(fā)光質(zhì)量。溫升過高也直接影響W級大功率LED節(jié)能燈的使用壽命。

顯色指數(shù)是LED的重要光指標(biāo)，一般應(yīng)用普通照明用途的LED的顯色性必須在80Ra以上。