高功率白光LED散热与寿命改善设计

光取出效率，OMRON即尝试利用平面光源技术，搭配LENS光学系统为芯片光源进行反射、引导与控制，针对传统砲弹型封装结构的LED产品常见的光损失问题，进一步改善其设计结构，利用双层反射效果进而控制与强化LED的光取出量，但这种封装技术相对更为复杂、成本高，因此大多仅用于LCDTV背光模组设计。

　　LED照明应用仍须改善元件光衰与寿命问题

　　如果期待LED光源导入日常照明应用，其应用需克服的问题就会更多！因为日常照明光源会有长时间使用之情境，往往一开启就连续用上数个小时、甚至数十小时，那长时间开启的LED将会因为元件的高热造成芯片的发光衰减、寿命降低现象，元件必须针对热处理提出更好的方案，以便于减缓光衰问题过早发生，影响产品使用体验。

LED光源导入日常应用的另一大问题是，如传统使用的萤光灯具，使用超过数十小时均可维持相同的发光效率，但LED就不同了。因为LED发光芯片会因为元件高热而导致其发光效率递减，且此一问题不管在高功率或低功率LED皆然，只是低功率LED多仅用于指示性用途，对使用者来说影响相当小；但若LED作为光源使用，其光输出递减问题会在为提高亮度而加强单颗元件的驱动功率下越形加剧，一般会在使用过几小时后出现亮度下滑，必须进行散热设计改善才能达到光源应用需求。

　　LED封装材料需因应高温、短波长光线进行改善

　　在光源设计方案中，往往会利用增加驱动电流来换取LED芯片更高的光输出量，但这会让芯片表面在发光过程产生的热度持续增高，而芯片的高温考验封装材料的耐用度，连续运行高温的状态下会致使原具备高热耐用度的封装材料出现劣化，且材料劣化或质变也会进一步造成透光度下滑，因此在开发LED光源模组时，亦必须针对封装材料考量改用高抗热材质。

　　增加LED光源模组元件散热方法相当多，可以从芯片、封装材料、模组之导热结构、PCB载板设计等进行重点改善。例如，芯片到封装材料之间，若能强化散热传导速度，快速将核心热源透过封装材料表面逸散也是一种方法。或是由芯片与载板间的接触，直接将芯片核心高热透过材料的直接传导热源至载板逸散，进行LED芯片高热的重点改善。此外，PCB采行金属材料搭配与LED芯片紧贴组装设计，也可因为减少热传导的热阻，达到快速散逸发光元件核心高热的设计目标。

　　另在封装材料方面，以往LED元件多数采环氧树脂进行封装，其实环氧树脂本身的耐热性并不高，往往LED芯片还在使用寿命未结束前，环氧树脂就已经因为长时间高热运行而出现劣化、变质的变色现象，这种状况在照明应用的LED模组设计中，会因为芯片高功率驱动而使封装材料劣化的速度加快，甚至影响元件的安全性。

　　不只是高热问题，环氧树脂这类塑料材质，对于光的敏感度较高，尤其是短波长的光会让环氧树脂材料出现破坏现象，而高功率的LED光源模组，其短波长光线会更多，对材料恶化速度也会有加剧现象。

　　针对LED光源应用设计方案，多数业者大多倾向放弃环氧树脂封装材料，改用更耐高温、抗短波长光线的封装材料，例如矽树脂即具备较环氧树脂更高的抗热性，且在材料特性方面，矽树脂可达到处于150~180°C环境下仍不会变色的材料优势。

　　此外，矽树脂亦可分散蓝色光与紫外线，矽树脂可以抑制封装材料因高热或短波长光线的材料劣化问题，减缓封装材料因为变质而导致透光率下滑问题。而就LED光源模组来说，矽树脂也有延长LED元件使用寿命优点，因为矽树脂本身抗高热与抗短波长光线优点，在封装材料可抵御LED长时间使用产生的持续高热与光线照射，材料的寿命相对长许多，也可让LED元件有超过4万小时的使用寿命。