中国LED应关注高端封装技术
李漫铁：中国LED应关注高端封装技术
深圳雷曼光电科技有限公司总经理李漫铁于2009年9月6日在深圳会展中心五楼会议厅举行的2009LED照明技术及发展论坛上发表题为《几种前沿领域的LED 封装器件》的精彩演讲，引起业界广泛关注。
深圳雷曼光电科技有限公司总经理李漫铁
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李总指出，LED器件的封装已经有四十年的历史，近几年，随着LED产业的迅速发展，LED的应用领域不断扩大，对LED器件的封装形式及性能提出了更高、更特别的要求。为适应各种LED应用领域的不同要求，各LED封装企业推出了各种性能先进可靠的LED器件，满足了应用端的要求，同时也推动了LED封装技术的进步。
值得关注的前沿领域的LED封装器件
1、高亮度、低衰减和完美配光的红、绿、蓝直插式椭圆形LED在户外大尺寸、高亮度、动态性、耐候性显示领域，无疑LED显示屏是唯一的选择。近几年，随着性价比的提高，全彩LED显示屏已取代单双色显示屏成为户外显示屏的主流产品，在户外广告、信息显示、舞台背景、楼宇装饰、户外招牌等领域大放异彩。2008年北京奥运会上高科技的LED显示产品更是让世人更深刻地认识了LED显示的优势所在。
目前户外大型彩色LED显示屏的显示器件90%为红、绿、蓝直插式椭圆形LED。由于每平米户外LED显示屏包含上万颗LED器件，每块上百平米的彩色显示屏包含有上百万只LED，故此类显示屏用途的椭圆形LED属于高端LED领域，需具备如下主要优异特性：①高亮度;②高抗静电;③一致性(波长、高亮、角度);④低衰减;⑤低失效率;⑥红绿蓝配光一致性。
众所周知，此领域的LED器件在一段时间内被国外品牌所垄断。可喜的是，这两年，国内封装技术已有很大的进步，在上述五个方面已有赶超的可能。
高亮度方面，随着芯片制造工艺的进步，目前国产最高亮度的芯片已能接近或达到国外水平，从而达到高效节能的目的。
高抗静电方面，目前的椭圆形LED抗静电能力已达4000伏(人体模式)，能满足应用端苛刻的生产和应用环境。
高一致性方面，波长、亮度通过分光分色机能有效筛分。角度的一致性方面通过精密的固晶、封胶设备和良好的工艺管控，再加上优异的椭圆透镜设计，能够很好的达到同一机种不同批次角度的一致性，角度的离散性能控制在有效规格范围之内。
低衰减方面，通过选用高抗UV性能的外封胶水、性能优异的固晶低胶及低热阻的散热结构设计，现已能有效控制LED的衰减，尤其是蓝色和绿色LED的衰减控制在3000小时20mA常温点亮后10%以内，从而使红、绿、蓝的衰减保持一致性并很小，使彩色LED显示屏长时间使用不至于出现亮度下降、色彩失真的现象。
低失效率方面，通过选用高匹配性的封装物料、先进的封装工艺和严格的品质管控，使得LED器件的失效率在正常工作3000小时内小于30PPM，达到国际同类水平。
红绿蓝配光一致性方面，通过优异的电脑光学设计软件及对封装特性的透彻了解，设计出高度配光一致性的红绿蓝椭圆透镜模具，使得LED全彩显示屏在任意角度的白平衡具有相对一致性，从而保证LED彩色显示屏的色彩还原性和逼真性。
以上五项性能的完美结合，才能符合高端全彩LED显示屏的需求。
目前此类椭圆形红绿蓝LED在户外全彩LED显示屏应用中，国产LED已占居半壁江山，其中的高端产品已能与国外产品抗衡。
2、高防护等级的户外型SMD
贴片型LED简称SMD，是一种新型的LED器件，尤其是顶部发光TOP型SMD 具有小尺寸、超薄型、高亮度、大角度等特点。但此类器件往往用于户内，不具备户外防护性能。随着近几年SMD器件户外使用需求的增多，尤其是户外全彩显示屏及户外楼宇亮化的需求，高防护等级的户外型SMD应运而生。
SMD用于户外全彩SMD显示屏，具有超小像素点间距、生产效率高、水平垂直角度大、混色效果好、对比度高等优点，随着SMD亮度的提高，现已能满足20mm点间距户外显示屏5000尼特亮度的要求。
户外高防护等级SMD需满足耐高温、耐高湿、耐紫外线的苛刻条件，故在金属支架与PPA材料的粘合性能、外封胶水的抗UV性能、PPA材料抗UV性能、外封胶水与PPA的粘合性能、外封胶水的渗透性能等关键要素上需全面通过选材、试验工艺和管控来解决。
目前具备高防护等级户外型SMD技术的公司不多。预计此种类型SMD的推出将极大地推动SMD在户外显示照明的应用，减少以前因加装防水设计而额外支出的成本，并能简化设计。
3、广色域、低衰减、高色温稳定性白色SMD
在未来五年内，LED器件的一个重要应用领域将是大尺寸液晶显示屏背光源，尤其是大尺寸液晶电视。传统的液晶CCFL背光由于不环保、能耗高、色域窄、寿命短的缺点，正在被逐步淘汰。据报道，因LED背光源具有长寿命、低功耗、广色域的优点，2009年7月份出货的笔记本电脑液晶背光源中，LED背光占已有40%的份额。
尽管液晶LED背光源除了白色SMD的解决方案以外，还有RGB混色的解决方案，但因经济和技术的原因，此方案已基本退出市场，白色SMD成为目前液晶LED背光的主流方案。
用于大尺寸液晶显示屏背光源的白色SMD需要具备如下性能：①高光效;②低衰减;③广色域;④高色温稳定性。
目前广色域白色SMD的较领先的光效水平平均在50lm至60lm每瓦，不同尺寸的LED芯片、不同的封装形式、不同的荧光粉配比会有不同的光效。广色域白色SMD光效与非广色域白色SMD的光效还有较大差距，前者只有约60%左右，此方面还有待进一步提高，以降低能耗。
广色域白色SMD的衰减水平是一项重要指标，除与常规白色SMD的衰减因素相关外，还主要与广色域荧光粉的稳定性相关，需选择稳定性好的广色域荧光粉以及相匹配的高性能荧光胶。
白色SMD的色域决定了大尺寸液晶显示屏色彩鲜艳度和逼真度。故需选择具有产生RGB三种波峰的高效率荧光粉来实现。目前常见的是RG荧光粉配蓝色芯片方案。
广色域白色SMD的色域稳定性将影响整个液晶显示屏的色彩一致性和稳定性，因为液晶背光模组通常由几百颗SMD组成，这几百颗SMD的色温长期稳定和一致性将直接影响液晶显示屏的稳定色彩表现。
随着大尺寸液晶显示屏背光LED需求的强劲增长，广色域SMD封装技术将更加完善和进步。
小结
李总认为，中国是LED封装大国，也是LED的应用大国。LED应用的强劲需求将会促进中国LED封装技术的发展和进步，中国LED封装企业有望逐步占领高端封装技术领域。
照明LED封装创新思路探讨
目前LED的封装方法有：支架排封装，贴片封装，模组封装几种，这些封装方法都是我们常见和常用的。
一，常规现有的封装方法及应用领域
支架排封装是最早采用，用来生产单个LED器件，这就是我们常见的引线型发光二极管（包括食人鱼封装），它适合做仪器指示灯、城市亮化工程，广告屏，护拦管，交通指示灯，及目前我国应用比较普遍的一些产品和领域。
贴片封装（SMD）是一种无引线封装，体积小、薄，很适合做手机的键盘显示照明，电视机的背光照明，以及需要照明或指示的电子产品，近年来贴片封装有向大尺寸和高功率的方向发展，一个贴片内封装三、四个led芯片，可用于组装照明产品。模组封装也是一种多芯片封装，在氧化铝或氮化铝基板上以较小的尺寸、高的封装密度封装几十个或几百个LED芯片，内部的联线是混联型式，即有多个芯片的串联、又有好几路的并联。这种封装主要是扩大功率，用做照明产品。模组封装由于封装的密度较高，应用时产生的热量大，散热是解决应用的首要问题。采用以上的封装方法生产的器件，用于生产照明灯具都有一个共同特点：热阻的道数较多，难以生产出高质量的照明灯具，且模组本身与散热器的连接处理要求比较高。目前所有的封装方法都是将黄色荧光粉（Y AG）和环氧树脂按不同比列混合均匀，直接点到发蓝光的LED芯片上，再加热固化。这种常见的做法优点是节约材料，缺点是不利于散热、荧光粉也会老化。因为环氧树脂和荧光粉都不是导热好的材料，且包裹整个芯片就会影响散热。对于制造LED照明灯具采用这种方法显然不是最好的方案。
目前国外生产的大功率芯片，0.5瓦以上的白光芯片都是在蓝光芯片上涂敷一层均匀的YAG荧光粉浆，外表看去是一粒黄色的立方体，（除用于焊接的二个金垫没有荧光粉，这种方法比前面常用的方法可提高光效，因此在国外普遍使用。）在封装时只要将这种白光芯片焊接在设计好的电路板上就可以，省去了涂敷荧光粉的工序。给灯具生产企业带来了方便，但目前国内生产芯片的供应商还不能大批量生产此类LED白光芯片。
我国是较早开发LED路灯的国家，目前在国内使用也不错，原因是国家重视“低碳经济，2009年我国推行十城万盏LED路灯，很多城市都有实验路段，以检验LED路灯的可行性，我国是以路灯应用为突破，而国外（欧司朗、日亚、三星等公司）则是以室内照明为突破口，这二种路线究竟谁更具有优势，目前还未见分晓。就我国而言先从LED路灯照明为应用方向，是国情所致，原因是我国国民收入较低，而LED室内照明灯的成本较高，老百姓接受不了。而LED路灯的使用是政府出银子，LED路灯生产企业正是看中了这一点。其实LED路灯的工作条件比室内LED照明灯具更苛刻，要求更高，如能做到质量过关（散热、使用寿命、显色性、可靠性等），那么再来做室内的LED照明灯就比较容易了。目前国外的LED巨头都在大量推出几百款甚至上千款的LED室内照明灯具，价格在20—75美元之间，功率从几瓦到二十瓦。但它们采用的封装方法都是前面提及的，唯一飞利浦公司，使荧光粉涂敷在LED灯罩上，被评为2009年最有创意的LED照明产品之一。
笔者认为：凡是LED照明灯具其制造都应采用多芯片封装和模组封装（模组封装是一种高密度的多芯片封装），而且最好是LED芯片直接封装在灯具主体上，这样热阻的道数最少，可以取得较好的散热效果。或者在灯具主体上制成敷有铜箔的线路体，其热阻也较低，LED照明的功率至少也要几瓦以上，所以都是多芯片使用，以往的封装工艺就不适用，必
须采用新的方法和工艺。采用多个封装好的LED器件来组装LED灯具，很难造出高质量和高可靠的LED灯具的，希望从事LED灯具制造的技术人员能明白这一点。
二，荧光粉涂敷工艺的创新
模组封装的荧光粉涂敷，目前所见到的还是将荧光粉浆直接涂敷在芯片上面，同一块模组的荧光粉还是较一致，但对大批量生产就可能会出现不同的模组用眼睛看出色差来，较好的办法是使用LED荧光粉薄膜或膜片，薄膜和膜片可以规模化生产，一致性好，LED灯都是多芯片封装，发出的光互相混合，经过荧光粉膜或膜片转换为白光，其色差可以消除。对薄膜和膜片的要求是：
1，能透过光线，厚度在0.1----0.5mm之间，荧光粉均匀，外观平整。
2，光转化效率要高，稳定性要好，寿命长，抗老化性好。
3，可做成有片基的和无片基的，做成薄片也可，看实施条件和成本。对片基要求是无色透明抗老化好。
4，加工成型方便，尺寸任意裁剪，成本低。
还有一种方法是将荧光粉和透明塑料按比例混合，通过注塑机和模具，直接生产出带荧光粉的灯罩来，由灯罩将蓝光转换成白光。这样就更省事和更方便，由于灯罩转换的是混合的蓝光，故输出的白光是没有色差，而且光线比较柔和不会产生眩光。
三，为了较好解决LED散热的难题，应该将灯具设计和封装一并考虑，将封装和LED 散热的散热片做成一个整体，有效减少热阻的道数，这是一种很有效和提高灯具散热的办法。
目前市面上的LED日光灯都不带散热片，这样的灯具是无法做到高功率和高质量以及长寿命。正确的产品设计应该将散热片一并考虑，工业化生产是将LED日光灯的散热器，用模具挤压出半圆带翅片的铝型材，再根据功率的大小裁切出需要的长度，然后制出铝基铜箔线路，将芯片固定在铜箔上，打金线连接或用帮定机帮定。这样的灯具散热效果好，只有二道热阻，比常用的封装方法少一到二道热阻，有效降低芯片的温度，对提高LED日光灯质量和寿命都能起到作用。
另外一种方法是在铝型材上设计出突条，根据需要铣出许多长方形，在用普通（0.8—
1.0mm厚）pcb线路板按照铝型材的长方形开长方孔，将pcb线路板粘贴或铆合在铝型材上，
LED芯片则固定在铝型材上的长方形突台上，再用金线将PCB板上的线路和芯片相连。这种生产工艺最好，热阻只有一道，散热效果最好，生产LED灯具的厂家应优先采用这种方案，其次是再铝型材上做铜箔线路的方法。只有这样的创新，才能有效的解决LED长条形灯具的散热问题，也才能提高LED日光灯的质量和寿命。
不断的探索提升技术，LED照明的未来发展呈现出艳阳高照之势.
高功率LED室内照明发展中的灯具技术要求解析
LED照明市场商机为业界带来无穷想象空间，LED照明应用已经从过去室外LED 跳向室内照明应用。根据Strategies Unlimited统计，未来五年内LED室内照明的发展将有指数型增长趋势。按照估计，至2011年，其产值将高达数百亿美元。尤其是2009年欧盟率先实施禁用白炽灯计划，以及节能议题备受关注，造就了LED室内照明巨大的市场机遇和乐观的前景。下文从散热技术、光学设计和驱动设计等灯具技术的需求，分析高功率LED 在室内照明领域中的发展。
高功率LED照明的发展
高功率LED照明的发展取决于两大元素：一是芯片本身；二是灯具技术，包含散热、光学、驱动。而外在环境还需要量看国家以及国际对LED产品的标准制定。
一、芯片的发展
目前，LED 芯片技术发展的关键在于基底材料和外延生长技术。基底材料由传统的蓝宝石材料、硅和碳化硅，发展到氧化锌、氮化镓等新材料。无论是面向重点照明和整体照明的高功率芯片，还是用于装饰照明和一些简单的辅助照明的低功率芯片，技术升级的关键都关乎如何开发出更高效、更稳定的芯片。在短短数年内，借助于包括芯片结构、表面粗化处理和多量子阱结构设计在内的一系列技术改进，LED 在光效方面实现了巨大突破。图1是LED 芯片结构的发展示意图。随着生产技术的逐渐成熟，LED 量子效率将进一步提高，LED 芯片的光效也将随之增强。
图1：LED 芯片结构的发展历程
薄膜芯片技术是超亮LED 芯片生产中的核心技术，能够减少各侧面的光输出损耗，并能借助底部的反射面使97% 以上的光线从正面输出（见图2）。这不仅显着提高LED 的光效，还为透镜设计创造了优越的便利条件。
图2：正面光输出——普通LED与薄膜技术LED 的对比
二、灯具技术的需求
1．散热技术
大众一直关注灯具的使用寿命。若仅仅依靠使用低热阻的LED 元件是未能为灯具装置构建良好的散热系统，而必须有效地减小从PN 节点到周围环境的热阻，才能大大降低LED 的PN 节点温度，而成功实践延长LED 灯具的使用寿命并提高实际光通量的目标。
有别于一般传统灯具，印刷电路板既是LED 的供电载体，也是LED 的散热载体，所以散热片和印刷电路板的散热设计十分重要。除此之外，灯具制造商还须考虑散热材料的质量、厚度和尺寸以及散热界面的处理和连接等因素。
2．光学设计
与传统灯具比较，定向性和点光源是LED 最典型的两大特点，而如何善用LED 的这两大特点便是灯具光学设计的关键之处。透过LED 的二元光学设计，LED 灯具能够达到更好的配光曲线。例如，在室内照明应用中灯具的光线需要十分明亮，则可使用高透光率灯罩提高光提取效率。或是将导光板技术应用到灯具中，从而将LED 点光源更改为面光源，不但能提高灯具的配光均匀度，还可以防止眩光。另外，在一些辅助照明和重点照明应用中，为了突出要照亮的物体而需要特定的聚光效果，在这种情况下，可配合一些聚光透镜或反射器使用，以达到理想的光学效果。
3．驱动设计
必须确保LED 驱动电流为恒流输出。当LED 在正向电流下工作时，节点电压的相对变化非常小。因此，确保恒定的LED 驱动电流，基本上等于确保恒定的LED 输出电流。
此外，灯光控制设计是现今主流驱动设计之一，多用于氛围照明应用中，可根据不同的环境实现不同的亮度级别，还能完全实现节能目标。目前，驱动设计的主要趋势侧重于提高功率因数、降低驱动功耗、优化控制精度和加快响应速度。在设计过程中，电源的设计、印刷电路板的布局和串并联方式都是必须考虑的因素。
三、设定标准
LED 照明是一个崭新的领域，不但需要设定产品标准、测量标准、控制和接口标准等，而且需要实现进一步的标准化和协调化。目前市场上质量参差不齐的各种LED 灯五花八门，大多产品信息并不完善，很容易令消费者误会。同时，LED 还经常面对OLED等其他高功率光源以及传统廉价光源的竞争威胁。为了维护和促进行业的健康、可持续发展，LED 照明行业急需设定一套完整的业界标准。目前，美国能源部正在积极推广半导体照明的相关标准，中国大陆、中国台湾、韩国、日本等国家和地区也正积极推行措施设定LED 标准。
高功率LED照明的技术挑战
即使LED 在室内重点照明和装饰照明应用中已有令人满意的表现，但是在普通照明和氛围照明应用中仍然面临许多挑战，包括初置成本、色温较低时的光效、显色指数和系统可靠性等。
a．进一步降低初置成本
成本是室内照明中相对比较敏感的因素，特别是在家居照明应用中。尽管LED 灯型号越来越多，光效也在不断提高，但是价格高这个问题仍然存在。但是当LED光源价格降低，系统设计的整体优化，总成本就必然下降。回想紧凑型节能日光灯首次投放市场时，成本约为15 美元，如今已降至1.50 美元以下。因此，可以推断，随着市场的不断发展，LED 灯的价格很快便能到大众可以接受的程度。
b．提高低色温时的光效
4,000K 以下的低色温通常是室内家居照明的首选。暖白光令整个环境更加温暖和放松；而冷白光则给人洁净、高效、明亮的感觉，较适用于办公室和室外照明。因为荧光粉的原故，低色温时LED 的光效通常会比高色温时低大约30% 。
c．管理光效和显色指数
在一般情况下，LED 的光效越高，显色指数越低。室内照明通常要求LED 具有更高的显色指数，才能客观显示物体的亮度和颜色及达到肉眼直接观察外部景观时的真实效果。
为此，提高LED 光效的同时，还需要进一步提高显色指数。另一种方法则是在灯具表面添加一些红光，从而达到显色指数超过90 的效果。
d．提升高电流驱动期间的效率
现时，通常可以将1W LED 的电流从350mA 加大到1,000mA。然而，在高电流驱动下，即使光通量增加，整体效能通常也会相对显着下降。因此，必须平衡系统总成本和光效。如果可以在高电流驱动下提高LED 的光效，则只要确保提供更高的系统光效，就可以大大减少所需的LED 数量，从而大幅减低成本。
e．进一步缩小LED 的封装尺寸
除了环保、节能、无公害外，室内LED还具艺术性、尺寸小和能彰显个性这些特点。
而通过进一步缩小LED 封装尺寸，可以令灯具设计更具灵活性和创新空间。对于需要用混合照明以提高显色性的应用场合，较小的封装尺寸非常有助于实现混合光透镜和混合光效设计。
f．延长使用寿命、提高系统可靠性
在一般照明应用中，LED 的整体效率、使用寿命和可靠性必须通过系统优化才能得以提升。传统灯具的系统组装比较简单，而LED 照明系统则涉及多个元件，如图3 所示。
LED 光源：紧凑、高效，有多种颜色和输出功率可供选择。
电源转换：将交流电、电池和其他电源高效转换为安全的低电压、恒流电源。
控制和驱动：使用电子电路实现LED 的恒流驱动和控制。
热管理：若要达到更长的使用寿命，控制LED 节点温度显得十分重要，散热分析也不可或缺。
光学元件：透镜、反射器或导光板材料是将光线聚焦在目标区域必需的光学元件。
图3：LED 照明系统的元件
（LED 灯具= LED + 电源+ 驱动+ 散热+ 光学元件）
应用于室内照明的LED光源介绍
如前文所言，小巧、高效都是选择LED作光源的重要考虑因素。OSLON SSL LED 是欧司朗光电半导体的最新产品，其功率约为1W。如图4 所示，该款LED 主要设计用于普通室内照明，外形小巧，封装尺寸仅为3mm x 3mm，而且性能稳定、可靠，发光效率卓越，最大光效超过100lm/w。即使在高电流下，它也能维持卓越的发光效率，进而有效降
低灯具的整体成本。且具有极高的可靠性和80°的光束角，所以能够顺利地将光线投射到外部透镜上。该款LED 还是室内照明的聚光灯、台灯和天花板泛光灯的理想光源。
图4：小型、高效的OSLON LED
由于这款LED 能够有效处理高电流，因此可以助消费者创建极其节能和节约成本的照明解决方案。就这点而言，OSLON SSL LED 具备成为未来“绿色”光源的所有特性。该款LED 的热阻低至7K/W，散热管理更加简单，其小巧的外形更是使设计师可以更灵活地创建复杂精致的照明解决方案。如果需要等别强的光线，则可以与一些灯具搭配使用。除了超白光（色温为5,700 ～6,500K）版本，还有中白光和暖白光（色温为2,700 ～4,500K）版本。
表1：OSLON SSL LED 的主要参数
OSLON SSL LED 采用最新的芯片技术制造而成，确保了极高的光效。OSLON
SSL LED 的主要参数如表1 所示。目前，当工作电流为350mA 时，光源的超白光（色温为5,700K 和6,500K）典型亮度高达110lm，光通量最大达到130lm。当工作电流为350mA且色温为3,000K 时，其典型光效可达75lm/W，亮度则达85lm。当工作电流为700mA（暖白光）时，亮度高达155lm，即可降低单位流明成本的，亦能维持极高的光效，即使少量LED 亦可实现高标准的照明。
例如，只需要七颗OSLON SSL LED，即可设计出一盏约15W 的LED 聚光灯（见图5）。当驱动电流为700mA 时，LED 灯的亮度可达近1,400lm，而且尺寸非常小巧。有赖它的80°光束角，搭载反射器或透镜时，光效仍非常高。即使将散热和光损耗考虑在内，灯具的最终光通量也可超过1,000lm。此外，当需要不同的色温或显色指数时，这七颗LED 中只有少数须更换为暖白光或其他单色OSLON SSL LED。这样，既可获得任何色温或更高的显色性，也大大增加LED 灯的设计灵活度。
图5：采用七颗OSLON LED 制成的LED 聚光灯
小结：
LED目前虽已广泛应用于室外照明工程特别是景观照明中，但在室内照明工程中，LED 的应用仍在起步阶段，主要是因为初置成本过高，另一个原因则是室内LED照明对光线的颜色质量要求更高。
随着LED 技术的快速发展以及LED光效的逐步提高，LED 的应用将越来越广泛。特别是随着全球性能源短缺问题的日益严重，人们越来越关注LED 在照明市场的发展前景，LED 将是取代白炽灯、钨丝灯和荧光灯的潜力光源。此外，在室内灯具设计方面，LED 将趋向节能化、人性化和艺术化。而OSLON SSL LED 符合室内照明应用的各种要求：它不仅封装尺寸小至3mm x 3mm，而且性能稳定可靠；它的最大光效超过100lm/w，即使在高电流下也能保持卓越的光效，进而有效降低灯具的整体成本；此外，因为其80°光束角，所
以能够顺利地将光线投射到外部透镜或反射器上。总之，OSLON SSL LED 是室内灯具的理想光源。
白光LED应用于室内照明的分析与探讨
摘要：白光LED具有发光效率高、功耗低、寿命长、环保等很多其它传统照明光源无法比拟的优势。因此被认为是取代白炽灯跟荧光灯最具潜力的照明光源。本文根据目前半导体照明的最新研究进展，介绍了GaN基白光LED应用在室内照明领域的发展趋势，从视觉指标、光学参数、封装技术、价格等方面出发，指出了白光LED在日常照明普及过程中的一些主要问题，并对这些问题做了详细的分析与探讨。针对现有可行的解决方法，对发展前景做了进一步展望。
关键词：白光LED;室内照明；大功率引言世界各国纷纷倡导使用节能环保型光源，白炽灯由于发光效率低、耗电量大、寿命短，将逐步被淘汰。荧光灯因其具有节能、高效等优势，已成为照明界的佼佼者，在照明设计方面，业已形成了一套丰富的经验。LED的出现将给白炽灯和荧光灯带来巨大挑战，被认为是下一代高效的绿色照明光源。专业人士强调：照明市场在 2010年将成为白光 LED 最具潜力的应用领域。
1、白光LED的产生机理目前制备白光LED有三种方法：第一种方法是把红、绿、蓝（RGB）三种芯片封装在一起混合发出白光，简称MCLED（multi-chipLED）；另一种方法就是通过荧光粉转换得到白光LED,称为PCLED （phosphorconvertedLED），包括蓝光LED芯片加YAG黄色荧光粉、紫外LED
芯片加RGB荧光粉；此外还有MOCVA直接生长多有源区的白光技术。相比之下MCLED的综合性能好，但是绿光转换效率低、成本高；蓝光LED生成白光技术比较成熟，已经开始应用于照明行业。这种LED的发光原理就是GaN基蓝光 LED 芯片发出的蓝光（λp=465nm;Wd=30nm），其中有一部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光相混合产生白光，如图1所示。
2、LED灯具现状及其不足白光LED灯在要进入普通家庭，必须达到室内照明标准，保证正常的工作、学习和生活。现在市面上已经出现各种LED室内照明灯具，但是照明效果还不太理想，与普通照明要求还相差太远，表1是目前LED 灯具与传统光源性能参数的比较：
从表1来看，白光LED应用于室内照明的忧势还未能充分体现，LED灯具还存在着很多方面的不足。
2.1 显色指数、色温LED室内照明灯具与普通的LED指示灯不同，要接近自然光的效果，使被照物在光源的照射下无失真。因此，显色指数跟色温就显得尤为重要。
显色指数Ra是指物体在被照光源下的颜色与在日光照射下的颜色的相符程度，显色指数越低就说明物体在被照光源下失真度越高，它是衡量人眼对光源视
觉质量的指标。色温是衡量光源色的指标，色温偏低表示光色偏暖（红色），偏高则表示光色偏冷（蓝色）。
利用PCLED中蓝光LED+YAG黄色荧光粉制成的白光LED,由于其光谱中缺失红色部分，显色性较差，难以满足低色温的照明要求，而MCLED则可以通过选择合适的波长跟强度来获得更好的显色指数，但是芯片性能的差异使得驱动电路过于复杂，图2是 NICHIA两种白光光谱的对比。
目前白光LED大多采用蓝光LED加荧光粉合成，其电光转换效率的改善是因为人眼对蓝绿光比对红光更为敏感；导致目前高亮度白光LED色温偏高，为了达到更好的视觉效果，要通过增加红色成分来改善，国内外很多机构已经采用不同的方法研制出能够被蓝光芯片有效激发的红色荧光粉，如何保证荧光粉发光效率更高、化学性能更稳定是目前重要的研究课题。其次，在一定的色温范围内，还要注重荧光粉的配比跟涂敷工艺，这对制造出高显色性、低色温的白光LED也是至关重要的。
2.2 发光效率、光通量与价格我国目前白光LED灯的发光效率已经达到
60~80Imlm/W,跟荧光灯水平相当，但是在价格上与之相比还有一段距离。以40W 荧光灯为例，按其发光效率60lm/W来算，其光通量为2,400lm,而一支15W的LED 日光灯管，要达到荧光灯的光通量标准，发光效率要在150lm/W以上，目前为止还相差甚远，况且价格高出荧光灯数十倍。显然，LED灯要替代荧光灯，光效和价格是两大瓶颈。
随着LED芯片技术的发展，外量子效率的不断提高，光效也在飞速上升。2008年7月德国欧司朗公司宣布，新研发的白光LED在350mA的电流下光效达到
136lm/W,2008年10月美国科锐公司在瑞士召开的一家研讨会上宣布白光LED实验室水平达157lm/W;日本日亚早在 2006年底就生产出150lm/W的白光LED,进过多次的改良后于目前开始量产。国内也在提高光效和降低价格方面取得了突破性的进展，按1W白光LED来算，光效从2003年的30lm/W上升到2007年的
70~80lm/W,价格从5~6美元下降到2~3美元，如今已经提升到80~90lm/W.实验室水平已经超过100lm/W,例如佛山国星通过改进封装工艺，研发出115lm/W的1W级大功率芯片，这标志着我国离半导体照明产业目标（如图3）之路越来越近。
2.3 封装技术与散热白光LED灯具内部构造通常是由LED模块和控制系统组成，目前厂家大多利用φ5高亮度白光LED直接封装在PCB板上，采用尽可能多的LED来增加光通量跟亮度。这样，LED支架与PCB板之间的热效应加剧，光衰严重，寿命上还远远达不到理论上 LED光源的几万小时，而且 LED过多导致驱动电路复杂、二次光学设计成本增加。因此，LED灯具需要采用大功率封装技术。
首先是单个大功率LED芯片封装。大功率芯片在发光效率跟光通量方面都要优于小功率LED,用一个替代十几甚至几十个小功率LED;降低灯具成本，简化驱动电路，是目前值得推广的一种封装形式。大功率LED的输入功率较大，但是电光转换效率非常低，只有不到20%转换成光，产生的大部分热量如果不能及时排出，就会造成接日温度升高，影响LED寿命。因此，大功率LED必须解决散热难题。
到目前为止主要措施包括封装技术和封装材料的选择，采用大功率芯片倒装技术，增大接触面的表面积（加大引线支架的直径和引脚尺寸），带铝芯夹层的PCB板的选用都能够取得很好散热效果；利用低热阻、散热性能好的封装材料（如陶瓷、铜等）代替热传导性差的环氧树脂，铝、铜制散热基板以及导电型锡浆等粘贴材料的选择也是目前研究的热点。
其次是多芯片组合封装模组。由于以Lumi l eds、科锐、欧司朗及日亚公司为主的大功率 LED芯片成为目前高端市场的主流，国内技术还不成熟，相对来说小功率白光LED货源充足，价格较低。国内许多厂商开始研究多片集成技术，即利用多个小功率芯片通过不同的串并组合高密度集成在一起组成大功率LED
模组，由于采用散热技术相对较好的铝基板，可以提高模组的寿命，而且芯片尺寸和封装形式可以随意选择，非常适合室内照明设计。
2.4 二次光学设计方案与灯具标准的制定LED不同于传统的照明光源，要想进入普通家庭，必须摒弃传统的灯具设计标准，选择合适的设计方案，减小二次设计的难度，降低灯具成本，将LED组合成适用于照明的环形光源或者面光源。例如，利用平面镜反射系统或者光导技术，不仅大大节省LED光源数目，而且还可以减小体积，制成超薄的灯具。日立Lighting受液晶面板背照灯导光板技术的启发，开发出现状白色LED照明灯具“LINESABER”,在导光板两端放置百光LED,光线就能均匀扩散，解决了普通LED灯难以均匀照射以及“颗粒物”太明显的问题。北高智科技有限公司设计的一款新型日光灯，采用日本Citizen公司的0.06W白光LED CL-822,利用42片CL-822组成一个串联模组，然后将六个模组并联成15W LED,加上独特设计的PILNK306PN驱动电源，相当于40W普通T型日光灯管，此种方案的LED灯光效能够达100lm/W,寿命也是普通日光灯管的好几倍（如图4）。南京汉德森公司提出一种直接在金属基PCB板上封装LED二维光源的创新方案，与数字化技术相结合，通过控制系统进行混光、变换R、G、B
三色光源的颜色跟亮度达到智能化照明的效果，这种方案是传统的光源无法实现的，从而有望在根本上取代传统的照明灯具。
在LED灯具方案多样化的同时，必须重视灯具设计标准的制定。随着LED
产业迅速壮大，国内外标准制定工作也在有条不紊的进行：日本早在2004年就开始企划半导体照明标准，试图垄断全球LED产业的发展；美国能源之星也在不久前引入固态照明替代灯的标准，并计划于2009年正式实施；随着半导体照明工程的大力推动下，我国联盟标准化协调推进工作也在顺利进行，2008年年初10余项普通照明用LED标准制定获得立项批准，目前送审稿已经出台，为下一步行标和国标推出奠定了雄厚的理论基础。
3、结束语近年来，我国半导体照明技术飞速发展，封装技术已经在国际上占据了很重要的地位，外延片和芯片技术也日益成熟。LED已经在背光源、景观照明、显示屏等特殊照明领域得到广泛应用，在节能减排的强大号召力作用下，白光LED在普通照明应用中的各方面问题将逐步趋向完善，LED灯具有希望取代传统的荧光灯，成为真正高效、高寿命、低成本的普通室内照明光源。