大功率LED的产品定位及发展建议 JIAYI Optoelectronic Co., Ltd. 封装工程部 2008-11-26大功率LED基础知识简介 一、 何谓大功率LED1. 大功率LED：High Power LED顾名思义，大功率LED就是功率大的LED（Light Emitting Diode），这是为了与传统的小功率LED区别而提出的概念。一般而言，电输入功率PD（PDIf*Vf）为0.5W或0.5W以上的LED都归入大功率LED的范畴。2. 大功率LED的一些特征1） 没有固定的一类外观由于专利、散热设计 、产品应用要求不同等原因，大功率LED并不像LED Lamp或SMD LED 相对有标准化的产品，如以下几图所示，不同的厂家（特别是研发能力强的大公司）生产的大功率LED产品是专有的： 2） 晶片大且可多晶片集成 一般而言，在相同的电流密度情况下，晶片越大发光效率越低。目前一般比较认同的尺寸是40mil45mil见方（约1mm2），而在可靠性保证的前提下最大的输入电功率达5W就不错了。为了取得更高的光通量，很多封装厂采用多晶片集成的方法。比如常见的10W大功率LED，要么就是3W3要么就是1W8（或10）集成封装。3） 高输入电功率 与普通LED的0.06W功率相比，大功率LED的输入功率要高很多，尽管发光效率逊于小功率但发出的光通量明显要多，这也是顺应固态照明的必然要求。4） 追求高导热性能 以目前的发光效率，电能并不能全部转化成光能，而是大部分转化成热能，故高输入电功率必然引起大量的热。为保证LED的性能稳定，各类型的大功率LED的支架、固晶胶、散热胶及附加散热装置都尽量采用导热性能好的设计。5） 采用硅胶或硅树脂 主要原因是硅胶性能比较稳定，利于保护晶片、金线。 二、 光、电、热参数1. 工作电流单晶片的大功率LED产品，工作电流大致如下：瓦数（W）晶片大小（mil）工作电流（mA）0.5241500.730200140（45）350340（45/60）700545（60）1000/12002. Tj&热阻Tj即晶片P-N结点温度，其温度高低影响到发光波长和效率，并且过高的温度会加速封装胶水老化。目前见到最高的Tj是K2 的165。热阻表明了LED产品散热能力的高低，越短的热传导距离、越大的截面积和越高的热传导系数对热阻的降低越有利，这要求设计合理的封装结构和选择合适的材料。3. 色温（Tc、CCT，Corelative Color Temperature（参考“1-2 CIE chromaticity graph”） 某光源与黑体的颜色相同时，我们将黑体当时的绝对温度称为该光源的色温。因相关色温度事实上是以黑体辐射接近光源光色时，对该光源光色表现的评价值，并非一种精确的颜色对比，故具相同色温值的两个光源，可能在光色外观上仍有些许差异。仅凭色温无法了解光源对物体的显色能力，或在该光源下物体颜色的再现如何。 (见 CIE 1931 色度图) 不同光源环境的相关色温度：光源色温北方晴空8000-8500k 阴天6500-7500k 夏日正午阳光5500k金属卤化物灯4000-4600k 下午日光4000k 冷色营光灯4000-5000k高压汞灯3450-3750k暖色营光灯2500-3000k卤素灯3000k钨丝灯2700k 高压钠灯1950-2250k蜡烛光2000k色温又是人眼对发光体或白色反光体的感觉，这是物理学、生理学与心理学的综合复杂因素的一种感觉，也是因人而异的。我国一般喜欢9000K左右的白光，而欧美地区因为平时的色温和我们有差异，以一年四季的平均色温约6000K为参考（即他们喜欢的白光的色温大概是6000K）。4. 显色指数（Ra，Color Rendering Index）光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度；光源的显色性是由显色指数来表明，它表示物体在光下颜色比基准光（太阳光）照明时颜色的偏离，能较全面反映光源的颜色特性。显色性高的光源对颜色表现较好，我们所见到的颜色也就接近自然色，显色性低的光源对颜色表现较差，我们所见到的颜色偏差也较大。国际照明委员会 CIE 把太阳的显色指数定为 100 ，各类光源的显色指数各不相同，如：高压钠灯显色指数 Ra=23 ，荧光灯管显色指数 Ra=6090。我们现在的大功率LED，其CRI一般都能达到75以上。5. 光通量（v）&发光效率光通量就是单位时间内光源发出的所有可见光能量总和，以流明（lm）为单位。发光效率：光源发出的光通量除以光源所消耗的功率，单位为流明/瓦（lm/w），这是衡量光源节能的重要指标。由于LED技术上的快速进步，特别在国外，不断有新的技术突破，近期美国和日本分别报导实验室水平：小功率LED的发光效率分别达到133lm/W和138lm/W，而1w功率LED分别达到92lm/W和96lm/W，并已可提供产业化1W功率LED的发光效率7080lm/W产品。我国的LED水平也可达5060lm/w，采用进口的1W功率芯片封装的器件，其发光效率可达6070lm/W，这些技术指标的进步，大大地推进了半导体照明应用产品的升级和发展。三、 大功率LED的应用（一） 为何推出实现固态照明作为最终目标。1. 美国：2001年7月在美国半导体照明技术蓝图的基础上，美国能源部启动一项名为“Next-Generation Lighting Initiative (NGLI)”计划，即“下一代照明计划”。2. 日本：已经完成了“二十一世纪照明”发展计划的第一期目标，正在组织实施第二期计划，他们计划到2010年，LED的发光效率达到120 lmW（实际上现在实验室都能达到这个发光效率）。3. 欧洲、台湾地区、韩国也都推出了类似的半导体照明计划。4. 我国于2003年6月启动“国家半导体照明工程”。 http:/www.china-led.net（二） 大功率LED作为光源的特点（1） 耗电量少：光效为75Lm/W的大功率LED较相等亮度的白炽灯耗电量减少80%，与荧光灯发光效率相当，但与HID（氙气灯，高压气体放电灯，效率高达100lm/W）相比还有一段距离。（2） 寿命长：理论寿命达到100,000Hrs，产品寿命可达50,000Hrs，每天24小时连续点亮可用7年。从产品设计的角度比较，由于大功率LED的散热设计更好、采用的胶水性能更为优越，大功率LED的寿命会比Lamp、SMD LED更长。（3）颜色特性好：不同波长产生不同的单色光，鲜艳饱和；无需滤光镜（故不再次损耗光能）；可用红、绿、蓝三原色控制后形成不同的颜色，并能实现全彩、渐变等各种颜色效果。（4） 应用设计灵活：全固体结构，能与建筑有机地融合，达到只见光不见灯的效果；而且较传统的光源更耐震动、撞击。（5） 环保：不含有害金属汞；无红外线和紫外线辐射。（6）响应速度快：纳秒级，使亮度和色彩的动态控制更加容易，可实现色彩的动态变化和数字化控制。 照明用大功率LED的发展及与其它光源的对比表：技术指标照明用LED 2002照明用LED 2007照明用LED 2012照明用LED 2020白炽灯荧光灯HID发光效率(lm/W)25751502001685100寿命(khr)20201001001103光通量(lm/lamp)252001,0001,5001,2003,4003,200输入功率 (W/lamp)12.76.77.5754035每千流明成本 ($/klm)20020520.41.517单灯成本 ($/lamp)5458080957570应用特征反应快，低电压、恒流驱动高温含紫外光反应慢可渗透的照明市场特殊要求领域白炽灯市场荧光灯市场所有照明领域（传统照明）(汽车前灯)（三） 应用范围1. 景观照明灯：如建筑物的背景灯、勾边灯、洗墙灯，广场、庭院的埋地灯，在这些领域大功率LED比目前常用的DIP LED有更大的优势。独立实施或依附于桥梁、公园的景观照明和一般建筑物外部景观装饰照明、室内装饰照明，这些市场的应用技术已较成熟，大功率LED应用的优势更明显，其市场空间不见得就比通用照明小。这些应用一般采用非白光LED，而非白光LED在量产效率及其产品良率上是目前的白光LED无法比拟的，最适合量产、推广。2. 指示灯/信号灯：交通灯、汽车指示灯等，大功率LED由于其信赖性方面更具有优势，完全可以代替目前的DIP LED。3. 室内装饰、特色照明：如壁灯、商户的窗柜照明。4. 台灯、汽车内部照明灯：通用照明的先锋，其无有害光线、无闪频等使之与现有的台灯光源相比有较大的优势。5. 闪光灯：用于相机、手机等。6. 可携带照明的光源：已有相当的发展，如矿灯、手电灯、自行车灯。7. 招牌、广告字/幕的背光照明：如亚克力发光标识/招牌，其应用将会大规模展开。8. 娱乐场所特色照明：如舞厅、演播厅，可实现动态、数字化、明亮变化、色彩变化。9. LCD显示屏的背/侧光源：SMD类大功率做大尺寸的显示屏背光源较为合适。10. 路灯：将广泛应用于城市街道、高速路照明。11. 汽车前照灯：取代HID尚需时日，但理论上比HID有节能、长寿等优势。12. 通用白光照明：普及大功率LED通用照明是可以预见的。四、 现状1. 主要生产厂家1） LumiledsRebel，Luxeon （K2）2） OsramDragon3） Nichia？（日亚，在大功率LED方面似乎没有什么优势）4） CreeXlamp5） 台湾Edison、研晶光电 Edixeon6） 韩国Seoul SemiconductorP47） 鸿利 / 量子 （力丰/汉德森）2. 我司产品应用市场产品类型产品说明应用市场市场情况仿流明Luxeon产品单色光单色光（装饰）照明LED Lamp先行占据市场；大功率LED单色灯供应较少仿流明Luxeon产品（molding成型）白光可携带照明的白光光源（如手电灯、矿灯等），台灯、汽车内部照明灯竞争较激烈，Luxeon、X-Lamp主导，国内有同类产品（但不一定是molding成型的）TOP型大功率LED白光 / 单色光台灯、汽车内部照明灯，广告字/幕的背光照明，路灯，单色光（装饰）照明此类产品尚不多见，与Osram公司的Dragon产品类似TOP型功率SMD LED