如何降低LED單位流明成本

LED照明前景

　　美國能源部（DOE）對LED做出了如此的評價：沒有其它照明技術可以具有像LED這樣大的節能潛力和提升我們建築環境品質。

　　針對LED封裝而言，2010年增長率超過了50%，超過了80億美金，到2014年，LED市場的複合年增長率將超過30%，金額超過200億美金。據DisplaySearch的最新報告顯示，由於 LED晶片功率提升和成本縮減，每臺液晶電視背光所使用LED器件將相應減少，預計到2014年 LED照明應用將取代液晶電視背光應用成為LED應用主流。

　　LED品質四要素

　　當前對LED的品質評價有很多參數，主要是下面4個方面，即LED使用壽命、發光效率、顯色指數、相對色溫等。要提升LED品質，必須從上述四方面著手，本文從LED器件封裝角度出發，重點討論通過封裝方面的熱管理，來達到提升LED品質和降低單位流明成本的方法。

　　LED是一個電光轉換半導體器件，其工作過程中只有10~40%的電能轉換成光能，其它的電能幾乎全部轉變成熱能，導致LED溫度升高，LED溫升是導致LED失效和性能下降的主要原因。LED過熱會影響LED短期和長期的性能，短期的會影響LED的發光效率和顏色的偏移；長期的會引發晶片的瑕疵和封裝材料的劣化，嚴重影響LED的使用壽命和可靠性。隨著單個器件的工作電流增大，器件發熱會增加，導致LED結溫上升，發光效率下降。因此LED器件的熱管理是降低單位流明成本的重點。

　　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晶片的價格仍然偏高，按目前價格，即使價格再降低50%也仍然偏高，短期看，大功率晶片出現跳水性降價的可能性很小。從封裝角度看，單顆器件的售價持續下降空間有限，因此通過晶片降價或單顆器件降價的方式來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、從晶片方面看，必須提高單顆晶片的電流密度，使1W晶片能夠在700mA或1000mA下工作，並且光效只有微小的降低。

　　2、從封裝角度看，儘可能減小器件尺寸，同時降低整個器件的熱阻，使單顆器件支持更大的電流，單個器件功率達到3-5W，從而降低整個封裝成本。

　　最終的目的是：在提升和保持發光效率的情況下，再增強整個LED器件散熱能力，在小、輕、薄的封裝器件上，實現高光效、高電流、高功率。目前一些廠商的基於陶瓷散熱結構的3535（T1901PW）尺寸SMD型大功率器件，已經可以實現700mA工作，光通量達到220lm以上。2012年初會提升到1050mA，光通量300lm以上。

　　另外還可以採用不同的封裝工藝，根據3535器件的實測熱阻表現可以看出，採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，器件結溫和器件底部溫差仍然不超過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，以天電光電的採用新型高導熱材料的3020（T3400SW）尺寸的SMD中功率LED產品為例，由於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於20mA器件的一半左右。具有明顯的性價比優勢 。

　　結論：

　　根據目前掌握的技術和已經取得的產品成果，SMD型LED將是未來LED封裝主要型式，中高功率LED封裝產品主要向小型化、薄型化、高功率、高亮度方面發展。同時為了儘快降低製造成本，規模化也是必須的，規模化至少是每月50KK的1W以上的大功率LED生產能力。晶片和封裝技術的進步，使得單顆3535器件的功率達到3-5W成為可能。

　　上述指標實現後， LED行業100lm/1RMB的時代將來臨，這將對LED在照明領域的普及產生極大的推動作用，為LED整個行業發展做出巨大貢獻。