以光源為主體可將LED照明燈具展開4項(xiàng)技術(shù)的整合，分別為光學(xué)、電控、散熱與機(jī)構(gòu)，光學(xué)技術(shù)的目的是為照明燈具設(shè)計(jì)符合需求的燈具光型，透過光學(xué)分析及仿真并且利用光學(xué)組件將光源的光型轉(zhuǎn)換為燈具需求的光型；電控則可大致分為電源驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)，電源驅(qū)動(dòng)目的是為將外部電源轉(zhuǎn)換為LED所需求的電壓或電流，控制系統(tǒng)就是讓燈具結(jié)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(shí)也產(chǎn)生大量的廢熱，散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使LED燈具與光源保持適當(dāng)?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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shù)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(dá)40%，約近40億顆的銷售量；并預(yù)計(jì)在2018年前達(dá)到75%的滲透率?！脯F(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(fèi)者進(jìn)行選擇?！鼓壳坝捎谝粋€(gè)光通量等同40W、470lm白熾燈泡的LED燈泡市場價(jià)格約20美元，60W、800lm白熾燈泡的LED燈泡其市場價(jià)格更是高達(dá)每個(gè)40美元，由于價(jià)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(xiàng)與散熱及驅(qū)動(dòng)裝置相關(guān)的零組件，就占去一個(gè)LED燈泡高達(dá)80%的成本；而其余的Luminaire Optics、Luminaire Assembly、Phospor…等項(xiàng)目，其總和則不到成本的20%。至于實(shí)際與LED相關(guān)的零組件，更是占不到5%的比例。

 

 

以往LED照明業(yè)者老是強(qiáng)力要求LED產(chǎn)品供貨商降低供貨售價(jià)，根本就是搞錯(cuò)方向，對于LED燈泡價(jià)格的改善是于事無補(bǔ)。如何思索新的設(shè)計(jì)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(dāng)中又以LED產(chǎn)生熱量的處理方式最為重要。若未能有效解決散熱問題，就會(huì)提高接面甚至是整體芯片之溫度，芯片的高溫會(huì)導(dǎo)致LED造成下列的影響:

 

1. 降低發(fā)光效率：不同的溫度下，發(fā)光效率對溫度的關(guān)系圖如下圖，發(fā)光的效率會(huì)隨著溫度的提升而減少。

 

 

2. LED芯片的損壞：一般設(shè)計(jì)發(fā)光二極管的工作溫度不超過120℃，若在超過芯片可承受之高溫下運(yùn)作，則會(huì)造成芯片的失效及損壞。 

 

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

 

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

 

5. 封裝材材料化：用于LED的封裝材料多為高分子材料，若持續(xù)在高溫下作用，會(huì)使封裝的材料脆化及劣化。

 

 

隨著發(fā)光二極管的制程技術(shù)以及效率的不斷提升，為了配合市場的發(fā)展需求，朝著更大功率及更高亮度來發(fā)展，也就是說高功率的LED已經(jīng)成為趨勢。HV LED不僅能將家用交流電源透過外接全波整流器來驅(qū)動(dòng)，也可以利用直流電來驅(qū)動(dòng)，應(yīng)用的范圍相當(dāng)?shù)膹椥?。而高壓發(fā)光二極管的芯片的發(fā)光效率比一般在正負(fù)半周轉(zhuǎn)換的AC LED要高。

 

 

也因?yàn)镠V LED高電壓的特性，使得在相同電功率輸入時(shí)，相對于傳統(tǒng)的DC LED芯片結(jié)構(gòu)而言，可降低流過HV LED每塊微晶粒之電流，也因?yàn)镠V LED小電流、多微晶粒的設(shè)計(jì)，因此可提高電流分布的均勻性。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(shè)計(jì)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(dòng)電流大大低于低壓LED。

 

第二，高壓LED可以大幅降低AC-DC轉(zhuǎn)換效率損失。

 

 

 

隨著LED朝著高功率方向的發(fā)展，導(dǎo)熱、散熱相關(guān)問題的解決也勢在必行，而解決此類問題的途徑也相當(dāng)多元化。針對大功率LED照明的散熱技術(shù)，采用陶瓷基板。由于具有與半導(dǎo)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?yàn)榫哂羞@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(dāng)關(guān)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(shí)，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。

 

 

長久以來，LED的散熱問題是影響其發(fā)光效率的關(guān)鍵，因此成為照明業(yè)者努力改善的重點(diǎn)課題。其中，封裝技術(shù)對于LED的散熱效能扮演著相當(dāng)重要的角色，尤其是因應(yīng)照明應(yīng)用的需要，高功率LED的封裝技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向亦引發(fā)關(guān)注，現(xiàn)在COB型LED陶瓷基板具有比支架低的熱阻系數(shù)，是最適合高瓦數(shù)LED的封裝結(jié)構(gòu)。

 

隨著LED芯片發(fā)光效率的提升，未來照明勢必以成本及可靠度為第一考慮因素。因此Stately綜元光源采用的HV 芯片+Ceramic基板+COB封裝是目前室內(nèi)照明系統(tǒng)光、機(jī)、電、熱提最佳的解決方案。