上接：LED照明业界群雄并起，逐鹿全球市场（上篇）
通常，电源损耗、热效应及其它因素会使照明灯具的整体发光效率下降到LED封装本身的发光效率的30%～50%，即50lm/W～70lm/W。不过，最近许多厂商都推出了整体发光效率高于80lm/W的产品。尽管还比不上发光效率接近100lm/W的高频荧光灯管，但LED发光效率的提高还是非常迅速的。
比如，2008年上市的小型反射型LED灯泡的整体发光效率仅为68lm/W(白光)，而东芝照明技术公司2009年中推出的新型LED灯泡的整体发光效率达到了81.9lm/W(见4202亿日元表1)。也就是说，在短短一年时间内，LED照明灯具的发光效率就提高了20%。如果以这种速度继续向前发展，那么，2011～2012年，LED产品的整体发光效率就将能够超过100lm/W。
另一方面，LED的价格也正在大幅下降。在某些情况下，LED照明的整体成本(照明灯具加上电费)已经优于荧光灯解决方案。对于亮度相当于60W的LED灯泡而言，40000小时寿命周期的总成本约为10000日元；同样是40000小时照明，使用白炽灯时，由于每个灯泡的寿命只有1000小时，则其总成本将超过50000日元；使用荧光灯泡时，其成本约为16000日元(见图4)。当累计照明时间超过14000小时，LED灯泡的整体成本就将优于荧光灯泡。可见，LED照明具有长期成本优势。
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| 图4 三种照明器具的整体成本 |
据日本LED协会估计：到2012年左右，LED每单位亮度的成本将下降到每流明1日元——这是进入实用化的关键目标。实际上，这个日期将有可能大幅提前。日亚化学工业公司的田崎登解释说：“目前，LED照明价格每年的下降幅度都在20%以上，我认为今后的价格下降速度不会放缓。”
厂商将逐步停止生产和销售白炽灯，LED灯具的发光效率将超过荧光灯，每流明1日元的实用化目标将会实现……综合考虑这些因素可以得出一个结论：到2012年，LED照明将大量普及。新、老照明厂商正竭力研制全新的LED照明品，迎接未来3年大幅增长的市场机遇。
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开启实用之门
目前，LED照明的价格是传统照明的几倍到几十倍，对于公司和普通消费者来说，门槛较高。这些产品的价格之所以高，主要是因为其关键组件——LED芯片/封装的成本较高。此外，外围电路(如电源及外壳)的成本控制也非常重要。
在亮度方面，LED灯具的整体发光效率仍不如高频荧光灯管，LED芯片厂商正通过芯片与封装架构、材料等方面的创新来提高发光效率。较高的发光效率不仅能降低封装成本，而且还可以减少发热。此外，散热性能也是至关重要的因素。如果LED封装内产生的热量可以得到高效释放，那么就可以延长LED的寿命，并提高其发光效率。
简单而便宜
普及LED照明的最大障碍就是价格。普通消费者及LED灯泡批发商要求降价的愿望非常强烈。下面将以东芝照明技术公司的LED灯泡为例分析如何降低成本。
该公司的产品采用压铸铝外壳，在外壳上方的金属基板上安装LED封装，其上放置压克力半圆球罩来散射光线。铝壳内含有用于安装电源电路板的树脂壳(见图5)。铝壳外有16个散热片，用于耗散电源以及LED封装产生的热量。
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| 图5 LED灯泡的结构 |
新旧两款产品在外壳形状上没有太大差异，但新产品没有涂层，直接采用裸露的铝表面，而且省去了装饰环，从而控制了成本。
两者内部的电源电路则大不相同。在原来的产品中，树脂壳中电源电路板的内侧使用了填充剂；而在新产品中，由于电路板较大，就没有使用填充剂。工程人员将与金属基板接触的表面做薄，以扩大电源空间。此外，对于电源电路板来说，利用酚醛纸取代玻璃环氧树脂也可以降低成本。当然，较薄的外壳也有助于降低材料成本。
新旧产品的LED封装都是由日亚化学工业公司生产的。旧款LED封装包括6个并联芯片，新款则只包括3个串联芯片。这种设计上的变化减小了电源电流，从而减少了电源发热。
排列400个LED
罗姆半导体公司正致力于改进LED封装，以降低成本。该公司的小型聚光灯采用由400个LED封装组成的阵列，每个LED封装的尺寸为1.6mm×0.8mm，输出功率为0.1W。
最近，许多LED照明器件都采用1W以上的高亮度LED封装，其趋势是减少LED封装的数量。不过，罗姆公司分立模块生产总部照明分部部长四方秀明表示，该公司发现采用大量低亮度LED更便宜。
目前，通用的LED封装已批量生产，而且价格非常便宜。另外，由于每个封装内采用大量微型LED芯片，封装特性的平均变化也可保持最小。此外，该公司正在开发其它类型的LED照明，包括灯泡、基础照明和线性照明。这些产品中采用的都是输出功率0.5W、尺寸2mm×4mm的LED。LED灯泡中的LED数量超过70个，基础照明和线性照明中的LED数量则在400个以上。
散热技术促成更高的功率输出
罗姆公司之所以能够以较低的成本安装这么多低亮度芯片，是因为他们能够自己封装，并利用公司现有设备进行安装。为了降低采购、安装等成本，许多其它厂商往往倾向于使用高亮度芯片。
采用高亮度芯片时， 热源集中，因此散热非常重要。日本Multi-Task公司服部寿提醒说：“2～3年内，业界将会达到自然散热的极限。”对更亮照明的需求将会导致热量输出的不断增加。
当LED变热时，正向电压和发光效率会下降，使用寿命会缩短。高亮度封装往往会产生很多热量，需要昂贵的热阻材料，从而进一步提高成本。换言之，热辐射是影响LED发光效率、成本和寿命的关键因素。
随着高亮度封装的增加，越来越多的LED照明设计采用金属基板，与此同时，确保这些基板具有足够的散热能力也日益困难。因此，业界提出了许多新的能够高效散热的基板结构。
日本电气化学工业公司利用大和工业（Daiwa Kougyo）公司的有关技术开发出AGSP(Advanced Grade Solid-bump Process)基板技术，改进了散热性能。该结构在绝缘树脂中嵌入具有高导热率的铜柱，使得LED产生的热量能够通过铜柱传至封装外部（见图6）。只要散热器、外壳等彼此之间采用物理接触，就能够通过该方法实现高效散热。电气化学工业公司电子材料业务部长米村直己表示：“当LED灯具亮度相当于40W白炽灯时，金属基板足以解决散热问题；而当LED灯具亮度相当于100W白炽灯时，就需要采用AGSP基板技术。”铜柱的直径约为4mm，足够安装LED芯片。
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| 图6 AGSP技术提供出色的散热性能 |
为了实现高热导率，高亮度LED通常会在AlN(氮化铝)基板上涂覆陶瓷和银浆，但AlN的生产成本较高。虽然AGSP的散热性能不如陶瓷基板，但其性价比较好。目前，电气化学工业公司正在进行量产评估，其目标是在2010年实现全规模的商用化运作。
虽然AGSP基板相对便宜，但仍需进一步降低成本，因为目前其成本仍是金属基板的两倍。公司希望能够改进铜柱成型技术，并实现批量生产，从而将成本降低到与金属基板相当的水平。（未完待续 ）
TAG: LED照明 封装 灯泡
最新评论
删除 引用 zmj502 (2010-3-14 15:54:00, 评分: 0 )
删除 引用 monkeyyear (2010-2-01 14:33:59, 评分: 0 )
删除 引用 逆向 (2010-1-20 11:52:28, 评分: 0 )
但是，对于光效率的前景预期不能是无止尽的，每个种光源都有自身固有的光效率极限。如钠灯我们有个D线理论，它的理论光效率的极限就是有可能达到500LM/W。但是我们知道，能耗用在发热上是远远高于发光上的，这就是为何钠灯我们只能做到110LM/W左右的原因。
作者根据初始LED灯一年来光效率增长20％就理所当然预测一年多后会再增加30％。在没有假定LED灯理论极限光效率的情况下，就冒然下结论，显然这种缺乏科学依据支持的论断损害了技术文件的严谨性。因为读者就很容易联想LED照明是否到2020年就可以按这个增长比例达到200LM/W的光效率呢？
删除 引用 逆向 (2010-1-20 11:48:38, 评分: 0 )
作者根据初始LED灯一年来光效率增长20％就理所当然预测一年多后会在增加30％。在没有假定LED灯理论极限光效率的请客下，显然这种推理缺乏支持依据。读者就很容易联想LED照明是否到2020年就可以达到200LM/W的光效率呢？