1. 電光源的分類
根據(jù)光的產(chǎn)生原理，電光源主要分為兩大類。
A.一類是以熱輻射作為光輻射原理的電光源，包括白熾燈和鹵鎢燈，它們都是以鎢絲為輻射體，通電后使之達(dá)到白熾溫度，產(chǎn)生熱輻射。這種光源統(tǒng)稱為熱輻射光源，目前仍是重要的照明光源，生產(chǎn)數(shù)量極大。
B.另一類是各種氣體放電光源，它們主要以原子輻射形式產(chǎn)生光輻射。根據(jù)這些光源中氣體的壓力，又可分為低氣壓氣體放電光源和高氣壓放電光源。
2 ．電光源的性能指標(biāo)
電光源根據(jù)其名稱就可知它主要有光與電兩方面的性能指標(biāo)，這兩方面的性能指標(biāo)當(dāng)然有著密切的聯(lián)系。但作為光源，主要還是光的性能指標(biāo)，而對(duì)電的指標(biāo)也往往注重于它對(duì)光性能的影響。
(1) 光通量
光源的光通量表征著光源的發(fā)光能力，是光源的重要性指標(biāo)。光源的額定光通量指光源在額定電壓、額定功率的條件下工作，并能無拘束地發(fā)出光的工作環(huán)境下的光通量輸出。
光源的光通量隨光源點(diǎn)燃時(shí)間會(huì)發(fā)生變化，即點(diǎn)燃時(shí)間越長(zhǎng)，光通量因衰減而變得越小。大部分光源在燃點(diǎn)初期光通量衰減較多，隨著燃點(diǎn)時(shí)間的增長(zhǎng)，衰減也逐漸減小。光源的額定光通量有兩種情況：一種指電光源的初始光通量，即新光源剛開始點(diǎn)燃時(shí)的光通量輸出，它一般用于在整個(gè)使用過程中光通量衰減不大的光源，例如鹵鎢燈；另一種情況是指光源使用了 100 小時(shí)后的光通量輸出，它一般用于光通量衰減較大的光源，例如熒光燈。
(2) 發(fā)光效率
光源的光通量輸出與它取用的電功率的比稱為光源的發(fā)光效率，簡(jiǎn)稱光效，單位是 lm/w 。在照明設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先選用光效高的光源。
(3) 顯色性
顯色性是光源的一個(gè)重要性能指標(biāo)。通常情況下光源一般用顯色指數(shù)衡量其顯色性，可概分為 4 組，在對(duì)某些顏色有特殊要求時(shí)則采用特殊顯色指數(shù)。
光源的顯色指數(shù)應(yīng)用示例
(4) 色表
光源的色表是指其表觀顏色，它和光源的顯色性是兩個(gè)不同的概念。例如熒光高壓汞燈的燈光從遠(yuǎn)處看又白又亮，色表較好，但該燈光下人的臉部呈現(xiàn)青色，說明它的顯色性并不是很好。色表同樣是電光源的重要性能指標(biāo)。
光源的色表雖然可以用紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等形容詞來表示，但為了定量表示，常用相關(guān)色溫來度量。光源的色表可以根據(jù)它們的相關(guān)色溫分成三類。

1、襯底技術(shù)：LED 襯底 材料；襯底 結(jié)構(gòu)；襯底 拋光；襯底 切割；襯底 摻雜；
襯底（substrate underlayment  substratum）材料（material）結(jié)構(gòu)（structure  formation） 拋光（polishing）切割（cut）摻雜（doping）
2、外延技術(shù)：外延 工藝，外延 退火；LED 緩沖層，LED 覆蓋層，LED 量子阱，LED 晶格，LED 接觸層
外延（epitaxial） 工藝（manufacturing process）退火（annealing）緩沖層（buffer layer）覆蓋層（covering layers ；overlay）量子阱（quantum well） 晶格（lattice） 超晶格（superlattice）接觸層（contact layer）
3、芯片技術(shù)：芯片 結(jié)構(gòu)；芯片 制造；表面粗糙；外形；光子 晶體；襯底 剝離；襯底 健合；導(dǎo)光結(jié)構(gòu)；劃片；刻蝕；鈍化；電極；
芯片（chip）結(jié)構(gòu)（structure  formation） 制造 （manufacturing，manufacture）表面（surface）粗糙（rough）外形（form；appearance）光子（photon，photonic） 晶體（crystal）剝離（stripping）健合（bond）導(dǎo)光（Light conducting；Guiding light）劃片（dicing）刻蝕（etching）鈍化（Passivation）電極（electrode）
4、封裝技術(shù)：封裝體、基座、透鏡、反射體、引線、引線框架、熱沉、白光、熒光粉、測(cè)量、導(dǎo)光板、粘結(jié)劑、材料、改進(jìn)、形狀、結(jié)構(gòu)；
封裝（encapsulation；packaging）透鏡（lens）反射體（reflector）引線框架（Leadframe）引線（Lead wire）熱沉（Heat sink）白光（white light）熒光粉（phosphor）測(cè)量（measure）導(dǎo)光板（light guide plate；Light conducting plate）粘結(jié)劑（adhesive）材料（material）改進(jìn)（Modified）結(jié)構(gòu)（structure  formation）形狀（shape，form）
5、應(yīng)用技術(shù)：汽車 照明、室內(nèi) 照明、手機(jī)背光源、液晶顯示 背光源
應(yīng)用（application）汽車（car，automobile，vehicle）室內(nèi)（Indoors，room）手機(jī)（Mobile，cellphone）照明（illumination，lighting）液晶顯示（LCD，liquid crystal display）背光源（Backlight source）
熒光材料：熒光 芯片；熒光 封裝體；熒光基板；熒光 材料 芯片；熒光 反射體；熒光 粘結(jié)劑；熒光 導(dǎo)光板；熒光 間隔膜；熒光 有源層；
熒光材料（Fluorescent material）芯片（chip）熒光粉（phosphor）封裝體（package）基板（substrate）材料（material）反射體（reflector）粘結(jié)劑（adhesive）導(dǎo)光板（light guide plate；Light conducting plate）間隔膜（diaphragm）有源層（active layer）

 由于LED萌生的光線在封裝天然樹脂內(nèi)反射，假如運(yùn)用可以變更芯片側(cè)面光線挺進(jìn)方向的天然樹脂材質(zhì)反射板，則反射板會(huì)借鑒光線，使光線的抽取量急速銳減。因?yàn)檫@個(gè)，不可少想辦法減低LED芯片的溫度，換言之，減低LED芯片到燒焊點(diǎn)的熱阻抗，可以管用減緩LED芯片降低溫度效用的負(fù)擔(dān)。
    相關(guān)LED的運(yùn)用生存的年限，例如改用硅質(zhì)封裝材料與瓷陶封裝材料，能使LED的運(yùn)用生存的年限增長(zhǎng)一位數(shù)，特別是白光LED的閃光頻譜包括波長(zhǎng)低于450nm短波長(zhǎng)光線，傳統(tǒng)環(huán)氧氣天然樹脂封裝材料極易被短波長(zhǎng)光線毀傷，高功率白光LED的大光量更加速封裝材料的劣化，依據(jù)業(yè)者測(cè)試 最后結(jié)果顯露 蟬聯(lián)點(diǎn)燈不到10,000小時(shí)，高功率白光LED的亮度已經(jīng)減低二分之一以上，根本沒有辦法滿意照明光源長(zhǎng)生存的年限的基本要求。到現(xiàn)在為止有兩種延長(zhǎng)組件運(yùn)用生存的年限的對(duì)策，作別是，制約白光LED群體的溫升，和休止運(yùn)用天然樹脂封裝形式。
　不過，其實(shí)大功率LED 的發(fā)卡路里比小功率LED高數(shù)十倍以上，并且溫升還會(huì)使閃光速率大幅下跌。具體內(nèi)部實(shí)質(zhì)意義作別是：減低芯片到封裝的熱阻抗、制約封裝至印刷電路基板的熱阻抗、增長(zhǎng)芯片的散熱順利通暢性。
　　想辦法減損熱阻抗、改善散熱問題
　　相關(guān)LED的閃光速率，改善芯片結(jié)構(gòu)與封裝結(jié)構(gòu)，都可以達(dá)到與低功率白光LED相同水準(zhǔn)。有鑒于此美國(guó)Lumileds與東洋CITIZEN等照明設(shè)施、LED封裝廠商，一個(gè)跟著一個(gè)研發(fā)高功率LED用簡(jiǎn)易散熱技術(shù)，CITIZEN在2004年著手著手制作白光LED樣品封裝，不必特別結(jié)合技術(shù)也能夠?qū)⒑窦s2~3mm散熱裝置的卡路里直接排放到外部，依據(jù)該CITIZEN報(bào)導(dǎo)固然LED芯片的結(jié)合點(diǎn)到散熱裝置的30K/W熱阻抗比OSRAM的9K/W大，并且在普通背景下室溫會(huì)使熱阻抗增加1W左右，縱然是傳統(tǒng)印刷電路板無冷卻風(fēng)扇強(qiáng)迫空冷狀況下，該白光LED板塊也可以蟬聯(lián)點(diǎn)燈運(yùn)用。
　　相關(guān)閃光特別的性質(zhì)平均性，普通覺得只要改善白光LED的熒光體材料液體濃度平均性與熒光體的制造技術(shù)，應(yīng)當(dāng)可以克服上面所說的圍困并攪擾。
　　因?yàn)樵黾与娏Ψ吹箷?huì)導(dǎo)致封裝的熱阻抗急速降至10K/W以下，因?yàn)檫@個(gè)海外業(yè)者以前研發(fā)耐高溫白光LED，打算借此改善上面所說的問題。
　　固然硅質(zhì)封裝材料可以保證LED的40,000小時(shí)的運(yùn)用生存的年限，不過照明設(shè)施業(yè)者卻顯露出來不一樣的看法，主要爭(zhēng)辯是傳統(tǒng)電燈泡與日光燈的運(yùn)用生存的年限，被定義成“亮度降至30百分之百以下”。亮度減半時(shí)間為四萬(wàn)鐘頭的LED，若換算成亮度降至30百分之百以下的話，大約只剩二萬(wàn)鐘頭左右。
　　普通覺得假如徹底執(zhí)行以上兩項(xiàng)延壽對(duì)策，可以達(dá)到亮度30百分之百時(shí)四萬(wàn)鐘頭的要求。因?yàn)檫@個(gè)，松下電工研發(fā)印刷電路板與封裝一體化技術(shù)，該企業(yè)將1mm正方形的藍(lán)光LED以flip chip形式封裝在瓷陶基板上，繼續(xù)再將瓷陶基板粘附在銅質(zhì)印刷電路板外表，依據(jù)松下報(bào)道里面含有印刷電路板順德led顯示屏在內(nèi)板塊群體的熱阻抗約是15K/W左右。所以Lumileds與CITIZEN是采取增長(zhǎng)結(jié)合點(diǎn)容許溫度，德國(guó)OSRAM企業(yè)則是將LED芯片設(shè)置在散熱裝置外表，達(dá)到9K/W超低熱阻抗記錄，該記錄比OSRAM以往研發(fā)同級(jí)產(chǎn)品的熱阻抗減損40百分之百。值當(dāng)一提的是該LED板塊 封裝時(shí)，認(rèn)為合適而使用與傳統(tǒng)辦法相同的flip chip形式，然而LED板塊與散熱裝置結(jié)合乎時(shí)常，則挑選最靠近LED芯片閃光層作為結(jié)合面，借此使閃光層的卡路里能夠以最短距離傳導(dǎo)排放。
　　以往LED 業(yè)者為了取得充分的白光LED 光柱，以前研發(fā)大尺寸LED芯片 打算藉此形式達(dá)到預(yù)先期待目的。如上增長(zhǎng)給予電力的同時(shí)，不可少想辦法減損熱阻抗、改善散熱問題。然而，其實(shí)白光LED的給予電努力堅(jiān)持續(xù)超過1W以上時(shí)光柱反倒會(huì)減退，閃光速率相對(duì)減低20~30百分之百。換言之，白光LED的亮度假如要比傳統(tǒng)LED大數(shù)倍，耗費(fèi)電力特別的性質(zhì)逾越日光燈的話，就不可少克服下面所開列四大課題：制約溫升、保證運(yùn)用生存的年限、改善閃光速率，以及閃光特別的性質(zhì)平均化。反過來說縱然白光LED具有制約熱阻抗的結(jié)構(gòu)，假如卡路里沒有辦法從封裝傳導(dǎo)到印刷電路板的話，LED溫度升漲的最后結(jié)果毅然會(huì)使閃光速率急速下跌。
解決封裝的散熱問題才是根本辦法。
　　溫升問題的解決辦法是減低封裝的熱阻抗；保持LED的運(yùn)用生存的年限的辦法是改善芯片外形、認(rèn)為合適而使用小規(guī)模芯片；改善LED的閃光速率的辦法是改善芯片結(jié)構(gòu)、認(rèn)為合適而使用小規(guī)模芯片；至于閃光特別的性質(zhì)平均化的辦法是改善LED的封裝辦法，這些個(gè)辦法已經(jīng)陸續(xù)被研發(fā)中。因?yàn)榄h(huán)氧氣天然樹脂借鑒波長(zhǎng)為400~450nm的光線的百分率高達(dá)45%，硅質(zhì)封裝材料則低于1百分之百，輝度減半的時(shí)間環(huán)氧氣天然樹脂不到一萬(wàn)鐘頭，硅質(zhì)封裝材料可以延長(zhǎng)到四萬(wàn)鐘頭左右，幾乎與照明設(shè)施的預(yù)設(shè)生存的年限相同，這意味著照明設(shè)施運(yùn)用時(shí)期不需改易白光LED。然而硅質(zhì)天然樹脂歸屬高彈性軟和材料，加工時(shí)不可少運(yùn)用不會(huì)刮傷硅質(zhì)天然樹脂外表的制造技術(shù)，這個(gè)之外加工時(shí)硅質(zhì)天然樹脂極易依附粉屑，因?yàn)檫@個(gè)未來不可少研發(fā)可以改善外表特別的性質(zhì)的技術(shù)。
　　相關(guān)LED的長(zhǎng)命化，到現(xiàn)在為止LED廠商采取的對(duì)策是改變封裝材料，同時(shí)將熒光材料散布在封裝材料內(nèi)，特別是硅質(zhì)封裝材料比傳統(tǒng)藍(lán)光、近紫外線LED芯片上方環(huán)氧氣天然樹脂封裝材料，可以更管用制約材質(zhì)劣化與光線洞穿率減低的速度。
　　改變封裝材料制約材質(zhì)劣化與光線洞穿率減低的速度
　　2003年?yáng)|芝Lighting以前在400mm正方形的鋁合金外表，鋪修閃光速率為60lm/W低熱阻抗白光LED，無冷卻風(fēng)扇等特別散熱組件前提下，試著制做光柱為300lm的LED板塊。主要端由是電流疏密程度增長(zhǎng)2倍以上時(shí)，不惟不由得易從大型芯片抽取光線，最后結(jié)果反倒會(huì)導(dǎo)致閃光速率還不如低功率白光LED的窘境。依據(jù)德國(guó)OSRAM Opto Semi conductors Gmb實(shí)驗(yàn)最后結(jié)果證明，上面所說的結(jié)構(gòu)的LED芯片到燒焊點(diǎn)的熱阻抗可以減低9K/W，約是傳統(tǒng)LED的1/6左右，封裝后的LED給予2W的電力時(shí)，LED芯片的結(jié)合溫度比燒焊點(diǎn)高18K，縱然印刷電路板溫度升漲到50℃，結(jié)合溫度頂多只有70℃左右；相形之下過去熱阻抗一朝減低的話，LED芯片的結(jié)合溫度便會(huì)遭受印刷電路板溫度的影響。制約白光LED溫升可以認(rèn)為合適而使用冷卻LED封裝印刷電路板的辦法，主要端由是封裝天然樹脂高溫狀況下，加上強(qiáng)光映射會(huì)迅速劣化，沿襲阿雷紐斯法則溫度減低10℃生存的年限會(huì)延長(zhǎng)2倍 中國(guó)照明電器協(xié)會(huì) LED照明門戶網(wǎng)站。
　　因?yàn)樯嵫b置與印刷電路板之間的細(xì)致精密性直接左右導(dǎo)熱效果，因?yàn)檫@個(gè)印刷電路板的預(yù)設(shè)變得十分復(fù)雜。
　　為了減低熱阻抗，很多海外LED廠商將LED芯片設(shè)置在銅與瓷陶材料制成的散熱裝置（heat sink）外表，繼續(xù)再用燒焊形式將印刷電路板的散熱用導(dǎo)線連署到利用冷卻風(fēng)扇強(qiáng)迫空冷的散熱裝置上。因?yàn)闁|芝Lighting領(lǐng)有浩博的試著制做經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)檫@個(gè)該企業(yè)表達(dá)因?yàn)槟M剖析技術(shù)的進(jìn)步提高，2006年在這以后超過60lm/W的白光LED，都可以輕松利用燈具、框體增長(zhǎng)導(dǎo)熱性，或是利用冷卻風(fēng)扇強(qiáng)迫空冷形式預(yù)設(shè)照明設(shè)施的散熱，不必特別散熱技術(shù)的板塊結(jié)構(gòu)也能夠運(yùn)用白光LED。
　　Lumileds于2005年著手制作的高功率LED芯片，結(jié)合容許溫度更高達(dá)+185℃，比其他企業(yè)同級(jí)產(chǎn)品高60℃，利用傳統(tǒng)RF 4印刷電路板封裝時(shí)，四周圍背景溫度40℃范圍內(nèi)可以輸入相當(dāng)于1.5W電力的電流（約是400mA）。這也是LED廠商完全一樣認(rèn)為合適而使用瓷陶系與金屬系封裝材料主要端由?？v然封裝技術(shù)準(zhǔn)許高卡路里，然而LED芯片的結(jié)合溫度卻可能超過容許值，最終業(yè)者終于了悟到解決封裝的散熱問題才是根本辦法。
      三種主流LED封裝散熱結(jié)構(gòu)
      LED封裝光源的散熱問題，一直是LED產(chǎn)品開發(fā)中遇到非常重要的問題，特別是散熱材料的選用，一直是工程師的難題。因?yàn)楫a(chǎn)品材料的導(dǎo)熱性能就非常之關(guān)鍵。
       就目前而言，陶瓷材料是導(dǎo)熱性能非常好的材料，它有導(dǎo)熱率高，良好的物量性能（不不收縮，不變形），良好的絕緣性能與導(dǎo)熱性能。因此，采用陶瓷材料將是未來LED產(chǎn)品開發(fā)的主流趨勢(shì)！
      下面對(duì)幾種LED封裝常用材料的相關(guān)參數(shù)、性質(zhì)及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比。并圖解了LED封裝常用陶瓷支架的生產(chǎn)原理。
       從提供的資料看，所用的陶瓷材料是三氧化二鋁，我認(rèn)為用它替代銅，簡(jiǎn)直是技術(shù)倒退！除非你打算讓LED的芯片工作到150度以上的溫度。大家實(shí)測(cè)一下圖中第一和第二種結(jié)構(gòu)芯片的溫度就知道那種陶瓷的不好了。
      大家要明白，電子工業(yè)中采用所謂“導(dǎo)熱陶瓷”（實(shí)際導(dǎo)熱遠(yuǎn)不如銅、鋁等金屬）的目的是什么。并非是它導(dǎo)熱比常用的導(dǎo)熱金屬的導(dǎo)熱能力強(qiáng)，而是在于陶瓷的絕緣性能和低的膨脹系數(shù)。當(dāng)這兩項(xiàng)參數(shù)不是問題時(shí)，使用陶瓷絕對(duì)無益。導(dǎo)熱好的陶瓷導(dǎo)熱性能不如銅，與鋁相當(dāng)，價(jià)格高，加工難，脆性大，不抗震動(dòng)。
LED熱隔離封裝技術(shù)及對(duì)光電性能的改善。
       在傳統(tǒng)的白光LED封裝結(jié)構(gòu)中，熒光粉直接涂覆于芯片上面，工作時(shí)，芯片釋放的熱量直接加載在熒光粉上面，導(dǎo)致了熒光粉的溫升，使得熒光粉在高溫下轉(zhuǎn)化效率降低。而在熒光粉與芯片之間引入一層低導(dǎo)熱的熱隔離層能夠有效的阻止芯片的熱量直接加載到熒光粉上，降低了熒光粉層溫度，使得白光LED在大電流注入下都能保持較高的流明效率。除了芯片釋放的熱量之外，涂覆的熒光粉受藍(lán)光激發(fā)時(shí)，因熒光粉的轉(zhuǎn)化效率尚未達(dá)到100%，另外由于散射等其它損耗的存在，熒光粉顆粒本身也會(huì)有少量的熱量釋放，容易形成局域熱量累積，為此當(dāng)熒光粉材料轉(zhuǎn)化效率較低時(shí)，還需為熒光粉提供散熱通道，防止熒光粉顆粒局域熱的生成。下面通過傳統(tǒng)熒光粉涂覆方式和熱隔離封裝方式兩組實(shí)驗(yàn)對(duì)比了解兩種結(jié)構(gòu)中芯片和熒光粉的熱相互作用。 
　　1.LED芯片對(duì)熒光粉的加熱
　　為了評(píng)價(jià)LED芯片對(duì)熒光粉熱性能方面的影響，我們制作了兩組白光LED封裝結(jié)構(gòu)，一組采用傳統(tǒng)的熒光粉涂覆方式，另一組采用熱隔離的熒光粉涂覆方式，圖1是該熱隔離封裝結(jié)構(gòu)的剖面制樣圖。
      圖1 傳統(tǒng)白光LED橫截面圖示(a)熒光粉熱隔離封裝結(jié)構(gòu)(b)，h=1mm[14-16].
　　熒光粉熱隔離封裝結(jié)構(gòu)是通過熒光粉覆膜的方式實(shí)現(xiàn)的。熒光粉覆膜技術(shù)是我們提出的一種新型熒光粉涂覆方法，即根據(jù)出光要求設(shè)計(jì)好熒光粉膜層的結(jié)構(gòu)，在專用模具內(nèi)完成熒光粉膜層的成型，剝離后，將熒光粉膜層轉(zhuǎn)移到LED芯片上方，同時(shí)LED芯片和熒光粉膜層中間還有一層低導(dǎo)熱系數(shù)的硅膠層。為了表明兩種封裝結(jié)構(gòu)熱性能上的差別，我們比較了兩種封裝結(jié)構(gòu)表面的溫度分布圖。圖2是兩種封裝結(jié)構(gòu)在200、350和500mA直流驅(qū)動(dòng)下表面IR Camera測(cè)得溫度徑向分布。在200 mA驅(qū)動(dòng)電流下時(shí)，熱隔離封裝結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)封裝方式中心溫度低1.6℃。在350mA和500mA注入電流下時(shí)，熒光粉層的溫差分別達(dá)到了8.5℃和16.8℃，并且在500mA注入電流下時(shí)，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)熒光粉的表層最高溫度已經(jīng)達(dá)到130.2℃。另外，熱隔離封裝結(jié)構(gòu)整個(gè)熒光粉表層的溫度都很均勻，而傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中熒光粉中心溫度較高，在大電流時(shí)尤為明顯。
　　我們通過有限元模擬來分析封裝結(jié)構(gòu)中的參數(shù)變化對(duì)白光LED性能的影響。結(jié)果表明，可以通過封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及封裝材料熱導(dǎo)率調(diào)整來調(diào)控?zé)晒夥蹖拥臏囟取D3是LED熱隔離封裝結(jié)構(gòu)中的溫度縱向分布，熒光粉層的溫度通過引入的熱隔離硅膠層大大降低了。 
      圖2 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和熱隔離結(jié)構(gòu)中熒光粉表面的溫度曲線，紅色為實(shí)驗(yàn)值，藍(lán)色為模擬值[14]
      圖3 熱隔離封裝結(jié)構(gòu)中，樣品沿h2方向的徑向溫度分布(h2=1mm)
　　綜上所述，降低熒光粉層溫度的有效辦法是在芯片與熒光粉層之間引入低導(dǎo)熱的熱隔離層，尤其對(duì)于更大功率的LED器件而言，對(duì)熒光粉的熱控制技術(shù)顯得尤為重要。
      2．熒光粉局域熱效應(yīng)
　　熒光粉層并不是具有均勻熱導(dǎo)率的單一介質(zhì)，而是由熒光粉顆粒與低導(dǎo)熱的硅膠混合而成，每顆熒光粉顆粒由硅膠包裹而成。我們的研究結(jié)果表明熒光粉顆粒在不同的轉(zhuǎn)化效率下(即不同的釋熱量)芯片和熒光粉的溫場(chǎng)分布。在熒光粉轉(zhuǎn)化效率高(>80%)的情況下，熒光粉的溫度主要受芯片加熱的影響。熒光粉距離芯片越近，溫度越高，熱隔離的措施能有效降低熒光粉的溫度。在熒光粉顆粒發(fā)熱明顯的情況下，由于包裹熒光粉顆粒是低導(dǎo)熱率的硅膠，熒光粉顆粒會(huì)形成局域熱量，使得熒光粉顆粒的溫度升高，甚至超過芯片的溫度。而出現(xiàn)熒光粉局域熱量的條件是熒光粉的低轉(zhuǎn)化效率，導(dǎo)致熒光粉釋熱大。
　　在實(shí)際的LED封裝結(jié)構(gòu)中，熒光粉的轉(zhuǎn)化效率高，熒光粉的溫度主要是由于芯片的加熱作用，熒光粉與芯片直接有效的熱隔離能明顯降低熒光粉的溫度。進(jìn)一步降低熒光粉層的溫度可以通過提高熒光粉層的導(dǎo)熱率來實(shí)現(xiàn)。
　　為了表明兩種封裝結(jié)構(gòu)對(duì)白光LED光色性能的影響，我們把LED白光光譜中藍(lán)光波段(Blue)和黃光波段(Yellow)提取出來，以藍(lán)光波段光譜和黃光波段光譜的積分量比例值(B/Y)作為光譜評(píng)價(jià)依據(jù)。圖4表明的是電流從50mA到800mA，兩種情況下B/Y值跟注入電流的關(guān)系，B/Y值的變化反映了白光LED光色的變化，在圖6中，我們展示了兩種結(jié)構(gòu)中光通量、色溫(CCT)跟注入電流的變化關(guān)系。兩種封裝結(jié)構(gòu)中，注入電流在達(dá)到300mA以前，兩者光通量的值幾乎沒發(fā)生變化，隨著注入電流的繼續(xù)升高，熱隔離封裝結(jié)構(gòu)顯示了更好的光飽和性能。色溫CCT反映了白光LED光色的表現(xiàn)性能，注入電流從50mA增加到800mA，熱隔離結(jié)構(gòu)的LED色溫僅變化253K，而傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)LED色溫變化達(dá)1773K。圖5中B/Y值的變化也反映了這種趨勢(shì)，熱隔離封裝結(jié)構(gòu)在較大的電流變化范圍內(nèi)B/Y值變化很小，而傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中B/Y值的變化很大。在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，電流越大時(shí)，B/Y值也隨著增大，這說明隨著電流增加，LED光譜中藍(lán)光成分增強(qiáng)，而將藍(lán)光轉(zhuǎn)化為黃光的熒光粉轉(zhuǎn)化效率下降。而造成熒光粉轉(zhuǎn)化效率下降的一個(gè)重要原因就是芯片對(duì)熒光粉的加熱，造成了熒光粉溫度上升。
      圖4 兩種封裝結(jié)構(gòu)中白光LED光譜中藍(lán)光段(Blue)與黃光段(Yellow)光強(qiáng)比(B/Y)(插圖是藍(lán)光和黃光比例)[14]
      圖5 兩種封裝結(jié)構(gòu)光通量(左軸)和色溫(右軸)與電流的依賴關(guān)系[14]
　　熒光粉熱隔離封裝結(jié)構(gòu)帶來光色性能的改善，一個(gè)重要原因是由于該結(jié)構(gòu)降低了熒光粉的溫度，使得熒光粉保持了較高的轉(zhuǎn)化效率。
 

從目前的LED產(chǎn)品的機(jī)理和結(jié)構(gòu)來看,以下幾個(gè)方面是用來衡量LED優(yōu)劣的特性參數(shù)。
(1)白光LED電流/電壓參數(shù)(正、反向)
LED的電性能具有典型的PN結(jié)伏安特性,不同的電流直接影響LED的發(fā)光亮度和PN結(jié)的結(jié)溫.在照明應(yīng)用中,為了獲得大功率的LED燈,往往將許多個(gè)發(fā)光二極管通過一定的串并聯(lián)方式組合在一起,相關(guān)的各個(gè)LED的特性必須匹配,在交流工作狀態(tài)還必須考慮其反向電特性,因此必須測(cè)試它們?cè)诠ぷ鼽c(diǎn)上的正向電流和正向壓降,以及反向漏電流和反向擊穿電壓等參數(shù)。
(2)白光LED光通量和輻射通量
發(fā)光二極管單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的總電磁能量稱為輻射通量,也就是光功率(W).對(duì)于照明用LED光源,我們更關(guān)心的是照明的視覺效果,即光源發(fā)射的輻射通量中能引起人眼感知的那部分當(dāng)量,稱作為光通量ΦV(1m).
輻射通量與器件的電功率之比表示LED的輻射效率;光通量與器件的電度指在給定方向上單位立體角內(nèi)所發(fā)射的光通量:
            I= dΦ/dΩ(cd)               (2-1)
光強(qiáng)分布曲線如圖1所示,是表示LED發(fā)光在空間各方向的分布狀態(tài).在照明應(yīng)用中計(jì)算工作面的照度均勻性和LED燈的空間布置,光強(qiáng)分布是最基本的數(shù)據(jù).對(duì)于空間光束為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱型分布的LED,用一個(gè)過光束軸平面上的曲線表示即可.對(duì)光束為橢圓形分布的LED,則用過光束軸及橢圓形長(zhǎng)短軸的兩個(gè)垂直平面上的曲線來表示.對(duì)于非對(duì)稱的復(fù)雜圖形,一般用過光束軸的六個(gè)以上截面的平面曲線來表示.
發(fā)光角(或光束角)通常用半強(qiáng)度角θ1/2表示,即在光強(qiáng)分布圖中光強(qiáng)大于等于峰值光強(qiáng)1/2時(shí)所包含的光束角度.
(4)白光LED光譜功率分布
LED的光譜功率分布表示輻射功率隨波長(zhǎng)的變化函數(shù),它既確定了發(fā)光的顏色,也確定了它的光通量以及它的顯色指數(shù).通常用相對(duì)光譜功率分布S(λ)表示,光譜功率沿峰值兩邊下降到其值的50%時(shí),所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)波長(zhǎng)之差Δλ＝λ2-λ1,即為光譜帶.
(5)白光LED色品坐標(biāo)
選三原色紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B).
X=R/(R+G+B),Y=G/(R+G+B),Z=B/(R+G+B)         (2-2)
由于X+Y+Z=1,所以只用給出X和Y的值,就能唯一地確定一種顏色.這就是通常所說的色度圖,為了使坐標(biāo)值能直接表示亮度大小,國(guó)際照明協(xié)會(huì)規(guī)定采用另一種色度坐標(biāo)X、Y、Z,與R、G、B間存在線性換算關(guān)系.若以x、y作為平面坐標(biāo)系,將自然界中的各種彩色按比色實(shí)驗(yàn)法測(cè)出其x、y數(shù)值,并繪在該坐標(biāo)平面內(nèi),便可得到圖2-1所示的色度圖.該色度圖邊沿舌形曲線上的任一點(diǎn)都代表某一波長(zhǎng)光的色調(diào),而曲線內(nèi)的任一點(diǎn)均表示人眼能看到的某一種混合光的顏色.其中白光區(qū)域的特征點(diǎn)A、B、C、D65、E的坐標(biāo)值和色溫見表2-1.
表2-1 特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的色坐標(biāo)值和色溫
光源點(diǎn)    X坐標(biāo)    Y坐標(biāo)    色溫(K)
A    0.4476    0.4074    2854
B    0.3484    0.3516    4800
C    0.3101    0.3162    6800
D65    0.313    0.329    6500
E    0.3333    0.3333    5500
(6)白光LED色溫和顯色指數(shù)
對(duì)于白光LED等發(fā)光顏色基本為“白光”的光源用色品坐標(biāo)可以準(zhǔn)確地表達(dá)該光源的表觀顏色.但具體的數(shù)值很難與習(xí)慣的光色感覺聯(lián)系在一起.人們經(jīng)常將光色偏橙紅的稱為“暖色”,比較熾白或稍偏蘭的稱為“冷色”,因此用色溫來表示光源的光色會(huì)更加直觀.
光源的發(fā)光顏色與在某一溫度下黑體輻射的顏色相同時(shí),則稱黑體的溫度為該光源的色溫(color temperature) T,單位為開(K).對(duì)于白光LED,其發(fā)光顏色往往與各種溫度下的黑體(完全輻射體)的色品坐標(biāo)都不可能完全相同,這時(shí)就不能用色溫表示.為了便于比較,而采用相關(guān)色溫(CCT)的概念.也就是當(dāng)光源的色品與完全輻射體在某一溫度下的色品最接近,即在1960CIE-UCS色品圖上的色品差最小時(shí),則該完全輻射體的溫度稱為該光源的相關(guān)色溫R1.
用于照明工程的LED,尤其是白光LED,除表現(xiàn)顏色外,更重要的特性往往是周圍的物體在LED光照明下所呈現(xiàn)出來的顏色與該物件在完全輻射(如日光)下的顏色是否一致,即所謂的顯色特性.
1974年CIE推薦了用“試驗(yàn)色”法來定量評(píng)價(jià)光源顯色性的方法,它是測(cè)量參照光源照明下和待測(cè)光源照明下標(biāo)準(zhǔn)樣品的總色位移量為基礎(chǔ)來規(guī)定待測(cè)光源的顯色性,用一個(gè)顯色指數(shù)值來表示.CIE規(guī)定用完全輻射體或標(biāo)準(zhǔn)照明體D作為參照光源,并將其顯色指數(shù)定為100,還規(guī)定了若干測(cè)試用的標(biāo)準(zhǔn)色樣.
根據(jù)在參照光源下和待測(cè)光源下,上述標(biāo)準(zhǔn)色樣形成的色差來評(píng)定待測(cè)光源顯色性的好壞.光源對(duì)某一種標(biāo)準(zhǔn)色樣品的顯色指數(shù)稱為特殊顯色指數(shù)R1.
          R1=100-4.6△Ei                 (2-3)
式中△Ei為第i號(hào)標(biāo)準(zhǔn)色樣在參照光源下和待測(cè)光源下的色差.
CIE推薦的標(biāo)準(zhǔn)色樣共有14種.其1-8號(hào)為中等飽和度、中等明度的常用代表性色調(diào)樣品,第9至14號(hào)樣品包括紅、黃、綠、藍(lán)等幾種飽和色、歐美的皮膚色和樹葉綠色.在一些特殊場(chǎng)合使用的LED光源,必須考核其特殊的顯色指數(shù).1985年國(guó)家制定了“光源顯色性評(píng)價(jià)方法”標(biāo)準(zhǔn),并增加了中國(guó)人女性膚色的色樣,作為第十五種標(biāo)準(zhǔn)色樣.這對(duì)于評(píng)價(jià)在電視演播室、商場(chǎng)、美容場(chǎng)所等照明用LED光源的顯色性尤為重要.
光源對(duì)前8個(gè)顏色樣品的平均顯色指數(shù)稱為一般顯色指數(shù)Ra.
(7)白光LED熱性能
照明用LED發(fā)光效率和功率的提高是當(dāng)前LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一,與此同時(shí),LED的PN結(jié)溫度及殼體散熱問題顯得尤為重要,一般用熱阻、殼體溫度、結(jié)溫等參數(shù)表示.
(8)白光LED輻射安全
目前,國(guó)際電工委員會(huì)IEC將LED產(chǎn)品等同于半導(dǎo)體激光器的要求進(jìn)行輻射的安全測(cè)試和論證.因LED是窄光束、高亮度的發(fā)光器件,考慮到其輻射可能對(duì)人眼視網(wǎng)膜的危害,因此,對(duì)于不同場(chǎng)合應(yīng)用的LED,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其有效輻射的限值要求和測(cè)試方法.目前在歐盟和美國(guó),照明LED產(chǎn)品的輻射安全作為一項(xiàng)強(qiáng)制性的安全要求執(zhí)行.
(9)白光LED可靠性和壽命
可靠性指標(biāo)是衡量LED在各種環(huán)境中正常工作的能力.在液晶背光源和大屏幕顯示中特別重要.壽命是評(píng)價(jià)LED產(chǎn)品可用周期的質(zhì)量指標(biāo),通常用有效壽命或終了壽命表示.在照明應(yīng)用中,有效壽命是指LED在額定功率條件下,光通量衰減到初始值的規(guī)定百分比時(shí)所持續(xù)的時(shí)間.
1)平均壽命
一批LED同時(shí)點(diǎn)亮,當(dāng)經(jīng)過一段時(shí)間后,LED不亮達(dá)到50%時(shí)所用的時(shí)間.
2)經(jīng)濟(jì)壽命
在同時(shí)考慮LED損壞以及光輸出衰減的狀況下,其綜合輸出減至一特定比例時(shí)的小時(shí)數(shù).此比例用于室外光源為70%,用于室內(nèi)光源為80%.
 

光強(qiáng)度（Luminous Intensity; IV）
光強(qiáng)度定義為單位立體角所發(fā)射出的光通量，單位為燭光（CandELa, cd）。一般而言，光源會(huì)向不同方向以不同強(qiáng)度放射出其光通量，在特定方向單位立體角所放出之可見光輻射強(qiáng)度即稱之為光強(qiáng)度。
色度（Chromaticity）
人眼對(duì)色彩的感知是一種錯(cuò)綜復(fù)雜的過程，為了將色彩的描述加以量化，國(guó)際照明協(xié)會(huì)（CIE）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)者的視覺實(shí)驗(yàn)，將人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的輻射能所引起的視覺感加以紀(jì)錄，計(jì)算出紅、綠、藍(lán)三原色的配色函數(shù)，經(jīng)過數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換后即得所謂的CIE1931Color Matching Function（x（（），y（（），z（（）），而根據(jù)此一配色函數(shù)，后續(xù)發(fā)展出數(shù)種色彩度量定義，使人們得以對(duì)色彩加以描述運(yùn)用。
根據(jù)CIE1931配色函數(shù)，將人眼對(duì)可見光的刺激值以XYZ表示，經(jīng)下列公式換算得到x,y值，即CIE1931（x,y）色度坐標(biāo)，透過此統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)色彩的描述便得以量化并加以控制。
x,y:CIE1931色度坐標(biāo)值（Chromaticity Coordinates）
然而，由于以（x,y）色度坐標(biāo)所建構(gòu)之色域?yàn)榉蔷鶆蛐?，使色差難以量化表示，所以CIE于1976年將CIE1931色度坐標(biāo)加以轉(zhuǎn)換，使其所形成之色域?yàn)榻咏鶆蛑瓤臻g，讓色彩差異得以量化表示，即CIE1976UCS（Uniform Chromaticity Scale）色度坐標(biāo)，以（u',v‘）表示，計(jì)算公式如下所示：
主波長(zhǎng)（λD）
其亦為表達(dá)顏色的方法之一，在得到待測(cè)件的色度坐標(biāo)（x,y）后，將其標(biāo)示于CIE色度坐標(biāo)圖（如下圖）上，連結(jié)E光源色度點(diǎn)（色度坐標(biāo)（x,y）=（0.333,0.333））與該點(diǎn)并延伸該連結(jié)線，此延長(zhǎng)線與光譜軌跡（馬蹄形）相交的波長(zhǎng)值即稱之為該待測(cè)件的主波長(zhǎng)。惟應(yīng)注意的是，此種標(biāo)示方法下相同主波長(zhǎng)將代表多個(gè)不同色度點(diǎn)，是以用于待測(cè)件色度點(diǎn)鄰近光譜軌跡時(shí)較具意義，而白光LED則無法以此種方式描述其顏色特性。
純度（Purity）
其為以主波長(zhǎng)描述顏色時(shí)之輔助表示，以百分比計(jì)，定義為待測(cè)件色度坐標(biāo)與E光源之色度坐標(biāo)直線距離與E光源至該待測(cè)件主波長(zhǎng)之光譜軌跡（Spectral Locus）色度坐標(biāo)距離的百分比，純度愈高，代表待測(cè)件的色度坐標(biāo)愈接近其該主波長(zhǎng)的光譜色，是以純度愈高的待測(cè)件，愈適合以主波長(zhǎng)描述其顏色特性，LED即是一例。
色溫（Color Temperature）
一光源之輻射能量分布與某一絕對(duì)溫度下之標(biāo)準(zhǔn)黑體（Black Body Radiator）輻射能量分布相同時(shí)，其光源色度與此黑體輻射之色度相同，此時(shí)光源色度以所對(duì)應(yīng)之絕對(duì)溫度表之，此溫度稱之為色溫（Color Temperature），而在各溫度下之黑體輻射所呈現(xiàn)之色度可在色度圖上標(biāo)出曲線，稱之為蒲朗克軌跡（Planckian Locus）。標(biāo)準(zhǔn)黑體的溫度愈高，其輻射出的光線對(duì)人眼產(chǎn)生藍(lán)色刺激愈多，紅色刺激成分亦相對(duì)減少。然而在實(shí)際量測(cè)上，無任何光源具有跟黑體相同的輻射能量分布，換言之，待測(cè)光源之色度通常并未落在蒲朗克軌跡上。因此計(jì)算待測(cè)光源之色度坐標(biāo)所最接近蒲朗克軌跡上某個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，此點(diǎn)之黑體溫度即定義為該光源之相關(guān)色溫（Correlated Color Temperature; CCT），通常以CIE1960UCS（u,v）色度圖求之，并配合色差△uv加以描述。須注意的是，此種表示方式對(duì)光源色度鄰近蒲朗克軌跡時(shí)方具意義，是以對(duì)于LED量測(cè)而言，僅適用于白光LED之顏色描述。

自從產(chǎn)生外界照明以來，我們把照明劃分為三個(gè)時(shí)代：燈絲燈泡時(shí)代（白熾燈）、氣體燈泡時(shí)代（螢光燈）、半導(dǎo)體發(fā)光時(shí)代（LED）。而其中，又以歷史最長(zhǎng)的白熾燈和未來主流的LED，為最重要的考察點(diǎn)。不論時(shí)代是如何的發(fā)展，照明產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)流程有著驚人的相似，不外乎中國(guó)一樣是處于行業(yè)的下游。核心技術(shù)基本都是被歐美和日本等國(guó)家地區(qū)所有。

1. LED的發(fā)光原理，是電子穿過一層半導(dǎo)體材料時(shí)，激發(fā)該半導(dǎo)體材料將電能轉(zhuǎn)化為光能。然而，單層半導(dǎo)體的發(fā)光能力很弱，所以要將很多層單層材料疊加起來，壓成類似千層糕那樣的復(fù)合材料，這就是“外延片”。

　　所以，LED的發(fā)光效率決定于在同等厚度里，能壓入多少層。單層材料越薄，能疊加的層數(shù)越多，發(fā)光效率就越高?，F(xiàn)在一般每層厚度僅為2-20微米，這也決定了外延片生產(chǎn)是整個(gè)LED生產(chǎn)流程中最困難的部分。

2. 切割——LED核心：相當(dāng)于從鎢絲材料中抽出燈絲，不同的是，切割后的外延片是方塊形。

由于外延片這種特殊結(jié)構(gòu)，想要完整無損地切割出發(fā)光核心，非常困難。不僅需要真空環(huán)境，還要專業(yè)的切割機(jī)。目前世界上只有兩個(gè)廠家生產(chǎn)這種切割機(jī)。

3. 將核心放入LED芯片：芯片之于LED，正如燈座之于燈泡，是供電部分。“芯片”是實(shí)現(xiàn)LED理想效果非常重要的裝備，因?yàn)長(zhǎng)ED對(duì)電流的要求非常高。

4. 封裝LED芯片成發(fā)光體：將LED芯片封裝成為發(fā)光體，正如給燈絲燈座加上燈罩做成燈泡。燈罩形狀可依據(jù)所需而不同，但封裝技術(shù)決定了發(fā)光體的使用壽命。

5. 照明應(yīng)用：就像運(yùn)用白熾燈泡一樣，根據(jù)不同功能和需要，裝配成不同的LED產(chǎn)品。

對(duì)LED照明來說，前三步的外延片、切割和芯片是上游，第四步的封裝是中游，第五步的應(yīng)用則是下游。這些問題需要我們用更多的能量來突破。