室內(nèi)照明燈具最佳解決方案

一、 前言

LED照明燈具技術為一種系統(tǒng)整合的概念(光、機、電、熱)，其系統(tǒng)中心為LED光源，LED光源的技術目標是為了提供更好的發(fā)光效率，更低的熱阻，更佳的光譜特性，如演色性及相關色溫等。

以光源為主體可將LED照明燈具展開4項技術的整合，分別為光學、電控、散熱與機構，光學技術的目的是為照明燈具設計符合需求的燈具光型，透過光學分析及仿真并且利用光學組件將光源的光型轉換為燈具需求的光型;電控則可大致分為電源驅(qū)動及控制系統(tǒng)，電源驅(qū)動目的是為將外部電源轉換為LED所需求的電壓或電流，控制系統(tǒng)就是讓燈具結合傳輸及數(shù)字化操作，賦予燈具生命;由于LED光源在發(fā)光的同時也產(chǎn)生大量的廢熱，散熱結構設計使LED燈具與光源保持適當?shù)臏厣?，以避免減低效能及壽命;由于LED燈源體積小，使用變化大，因此機構設計可以讓LED燈具有別于傳統(tǒng)熒光燈或HID燈具，展現(xiàn)更多樣化的連接方式，因此LED照明燈具不論是取代式燈泡或者是新一代的LED照明模塊，皆為上述技術的整合。

根據(jù)J.P. Morgan 2010的研究亦顯示，2015LED燈泡在全球照明市場的滲透率可達40%，約近40億顆的銷售量;并預計在2018年前達到75%的滲透率。「現(xiàn)在市場上已有不少供貨商開始生產(chǎn)制造各種不同類型的LED燈泡，以便供消費者進行選擇?！鼓壳坝捎谝粋€光通量等同40W、470 lm白熾燈泡的LED燈泡市場價格約20美元，60W、800 lm白熾燈泡的LED燈泡其市場價格更是高達每個40美元，由于價格因素使得一般民眾對LED燈泡的接受度仍不高。

依據(jù)SSL制造成本的分析數(shù)據(jù)顯示，只是Thermal and Metal Bending、Driver/Power Supply、LED Back-End Process這3項與散熱及驅(qū)動裝置相關的零組件，就占去一個LED燈泡高達80%的成本;而其余的Luminaire Optics、Luminaire Assembly、Phospor…等項目，其總和則不到成本的20%。至于實際與LED相關的零組件，更是占不到5%的比例。

以往LED照明業(yè)者老是強力要求LED產(chǎn)品供貨商降低供貨售價，根本就是搞錯方向，對于LED燈泡價格的改善是于事無補。如何思索新的設計模型，以便在兼顧效能與成本的需求下，發(fā)掘出最合理的LED燈泡新BOM表，才是值得業(yè)者投入的方向。

而這當中又以LED產(chǎn)生熱量的處理方式最為重要。未能有效解決散熱問題，就會提高接面甚至是整體芯片之溫，芯片的高溫會導致 LED 造成下的影響:

1. 低發(fā)光效 :同的溫下，發(fā)光效對溫的關系圖 如下圖，發(fā)光的效會隨著溫的提升而減少。

2. LED 芯片的損壞 : 一般設計發(fā)光二極管的工作溫超過 120 ℃，在超過芯片可承受之高溫下運作，則會造成芯片的失效及損壞。

3. LED 之壽命衰退 : 承接著第 2 點，在高溫之下點的 LED 其使用壽 命也隨之減少。

4. 中心波長偏移 : 隨著芯片溫的提升，中心波長會有所偏移，而此偏移現(xiàn)象會造成 LED 的色彩變化。

5. 封裝材化 : 用于 LED 的封裝材多為高分子材，持續(xù)在高 溫下作用，會使封裝的材脆化及化 。

二、 HV LED 簡介

隨著發(fā)光二極管的制程技術以及效的斷提升，為了配合市場的發(fā)展需求，朝著大功及高發(fā)展，也就是高功的LED 已經(jīng)成為趨勢。HV LED 僅能將家用交電源透過外接全波整器驅(qū)動，也可以用直電驅(qū)動，應用的范圍相當?shù)膹椥?。而高壓發(fā)光二極管的芯片的發(fā)光效比一般在正負半周轉換的AC LED 要高。

也因為HV LED 高電壓的特性，使得在相同電功輸入時，相對于傳統(tǒng)的DC LED 芯片結構而言，可低過HV LED 每塊微晶之電，也因為HV LED 小電、多微晶的設計，因此可提高電分布的均勻性。HV LED單元間的互聯(lián)是利用基板上的布線完成的，封裝制程簡單，封裝成本相對低廉，因此高壓低電流的設計產(chǎn)生更佳的發(fā)光效率。

相比低壓LED，高壓LED有兩大明顯競爭優(yōu)勢：

第一，在同樣輸出功率下，高壓LED所需的驅(qū)動電流大大低于低壓LED。

第二，高壓LED可以大幅降低AC-DC轉換效率損失。

三、 HV 芯片+ Ceramic 基板 + COB 封裝

隨著LED朝著高功率方向的發(fā)展，導熱、散熱相關問題的解決也勢在必行，而解決此類問題的途徑也相當多元化。針對大功率LED照明的散熱技術，采用陶瓷基板。由于具有與半導體有接近的熱膨脹系數(shù)與較高的耐熱能力，能有效地解決熱歪斜及高溫工藝問題。陶瓷基板特性如下：

1.可用于PKG數(shù)組封裝。

2.可用于高電壓、高溫度的制程并與LED有良好的熱膨脹匹配系數(shù)。

3.厚度薄、尺寸小散熱性佳。

4.工作溫度非常高，可適用高功率LED使用。

5.壽命長、可抗腐蝕、耐高溫、物理特性穩(wěn)定。

在COB封裝中，由于散熱路徑較短，LED芯片由工作中產(chǎn)生的熱能可以有效傳遞至散熱片，因為具有這樣的特性，COB封裝可以比傳統(tǒng)離散式組件封裝維持更低的LED芯片接面溫度。LED接面溫度在LED壽命與效能表現(xiàn)扮演相當關鍵的角色，較低的接面溫度由于劣化程度較低，因此壽命較長，此外，LED在溫度較低時，每單位功率輸入的光輸出也較高。簡單來說，COB封裝可讓終端使用者以更少的溫度管理需求或更低的系統(tǒng)成本，得到比傳統(tǒng)離散式組件封裝更好的效能產(chǎn)品。