（化工过程机械专业论文）功率型照明用led散热技术的实验研究.pdf

学位论文数据集 中图分类号 t n 3 1 2 8 学科分类号 1 4 0 2 5 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 1 2 0 6 7 6密级公开 学位授予单位代 1 0 0 1 0 学位授予单位名称北京化工大学 码 作者姓名孙哲然学号 2 0 0 9 0 0 0 6 7 6 获学位专业名称化工过程机械获学位专业代码 0 8 0 7 0 6 课题来源自选课题研究方向l e d 散热技术 论文题目功率型照明用l e d 散热技术的实验研究 关键词功率型l e d ，照明，封装，翅片，散热器热管 论文答辩日期 2 0 1 2 5 2 6论文类型 应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名 职称 工作单位学科专长 指导教师吴大鸣研究员北京化工大学 聚合物工程 评阅人1张亚军研究员北京化工大学 微纳制造 评阅人2刘颖副研究员北京化工大学高分子材料加工 中国石化总公司 答辩委员会主席赵月云高工聚合物加工 北京化工研究院 答辩委员1薛平研究员北京化工大学聚合物加工 答辩委员2何亚东研究员北京化工大学聚合物工程 答辩委员3何继敏副研究员北京化工大学聚合物加工 答辩委员4金志明副研究员北京化工大学聚合物加工 答辩委员5刘颖副研究员北京化工大学 高分子材料加工 答辩委员6 任冬云 副研究员北京化工大学聚合物工程 答辩委员7闫宝瑞高工北京化工大学机电控制 答辩委员8 李庆春 研究员北京化工大学聚合物工程 答辩委员9刘广建高工北京化工大学聚合物加工 答辩委员1 0王克俭副研究员北京化工大学聚合物加工 答辩委员1 1赵中里讲师北京化工大学先进模具加工 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它， 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中查询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 摘要 功率型照明用l e d 散热技术的实验研究 摘要 半导体( 以下简称l e d ) 照明具有环保、节能、使用寿命长等优 点，越来越广泛地应用于照明领域，是未来照明的趋势。随着对l e d 亮度要求的不断提高，l e d 功率会越来越大，而目前l e d 的电光转化 率仅在2 0 左右，输入的大部分能量将转化成热，在芯片内部积聚， 若不及时将这些热量散发出去，将会严重影响l e d 出光效果、降低光 通量、缩短使用寿命。 本文针对功率型照明用l e d 的散热问题，通过相关的理论分析和 实验测试，研究了影响l e d 器件散热性能的因素以及提高l e d 散热 能力的方法，主要包括l e d 芯片热阻测试、翅片散热器散热效果的模 拟仿真和热管散热器的散热能力的实验测试三个部分，具体内容如下： 首先根据正向电压法设计并搭建了测试l e d 芯片热阻的实验台， 测试了具有典型不同封装结构的l e d 芯片热阻，研究了不同封装形式 对l e d 散热性能的影响；接着在翅片散热器研究中，利用热流软件 f l o e f d 分析了材料导热系数、辐射发射率以及翅片厚度、间距、高度、 宽度等结构参数对翅片散热器散热能力的影响；最后在热管散热器研 究中，分析了用于功率照明用l e d 散热的小型热管毛细现象及阻力特 性，利用实验的方法测试了不同形状的小型热管热启动性性能、等温 性能及传热极限，同时设计并实际制作了热管散热器，用于5 0 w 照明 用l e d 光源散热，对其散热效果进行了测试。 本文创新点为： ( 1 ) 研究了材料导热系数、发射率对翅片散热器散热能力的影响， 发现材料导热系数达到一定程度，热传导换热方式对散热效果的影响 不再显著，热对流和热辐射成为影响散热器散热效果的主导因素。因 北京化工大学硕士学位论文 此在一定程度上提高塑料的导热系数和发射率，改变散热器结构，导 热塑料完全有可能应用到l e d 产品散热中。 ( 2 ) 热管在实际应用中，为了满足l e d 产品外部灯具的结构设 计要求，常常需要把直管进行打弯或者压扁，制作成需要的形状，本 文研究了热管形状改变后，其散热能力变化情况，为实际设计工作提 供一些参考依据。 关键词：功率型l e d ，照明，封装，散热器，翅片，热管 a b s t r a c t e x p e r j m e n t a ls t u d yo fh e a td i s s i p a t i o n t e c h n i q u e s o fp o w e rl e df o rl i g h t i n ( 圣 a b s t r a c t s e m i c o n d u c t o rl i g h t i n g ( l e d ) ist h ed e v e l o p i n gt r e n do ff u t u r el i g h t i n g ， w h i c hh a s a d v a n t a g e s o fe n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n ，l e s s e n e r g y c o n s u m p t i o n ，l o n gl i f ea n di sw i d e l yu s e di nt h ef i e l do fl i g h t i n g w i t ht h e i n c r e a s i n gl u m i n a n c ed e m a n d i n g ：o nl e d ，t h ep o w e ro fl e dw i l lg e tl a r g e r a tp r e s e n t ，t h ec o n v e r s i o nr a t eo fe l e c t r o o p t i c a li so n l ya b o u t2 0 p e r c e n t ， a n dm o s to ft h ei n p u tp o w e rw o u l db et r a n s f o r m e dt oh e a t i ft h eh e a ti sn o t r a p i d l yd i s c h a r g e dt i m e l ya n da c c u m u l a t e si nt h ec h i p ，i tw i l li n f l u e n c et h e i l l u m i n a t i o ne f f e c to fl e d ，r e d u c et h e1 u m i n o u sf l u xa n ds h o r t e nt h el i f e a i m i n ga tt h er a d i a t i o np r o b l e mo fp o w e rl e d ，m a i nf a c t o r si n f l u e n c i n g h e a td i s s i p a t i n gc a p a b i l i t yo fl e dd e v i c ea n dt h em e t h o d si m p r o v i n gh e a t d i s s i p a t i o no fl e dd e v i c ea r es t u d i e dt h e o r e t i c a l l ya n de x p e r i m e n t a l l yi n t h i sp a p e r t h i sp a p e ri n c l u d e st h em e a s u r e m e n to ft h e r m a lr e s i s t a n c eo f p o w e rl e dc h i p ，t h es i m u l a t i o no fh e a td i s s i p a t i o np r o p e r t yo ff i n n e dh e a t e x c h a n g e ra n dt h ea n a l y s i so t h e a tt r a n s f e ro fh e a tp i p er a d i a t o r t h e s p e c i f i cc o n t e n ti sa sf o l l o w s ： f i r s t l y , a c c o r d i n gt ot h ev o l t a g e m e t h o d ，as y s t e mt e s tp l a t f o r mf o rt h e m e a s u r e m e n to ft h e r m a lr e s i s t a n c eo f p o w e rl e dc h i pw a sd e s i g n e da n d b u i l t t h et h e r m a lr e s i s t a n c eo fp o w e rl e dc h i pw i t hd i f f e r e n tt y p i c a l p a c k a g es t r u c t u r e sw a st e s t e du s i n gt h i st e s tp l a t f o r ma n dt h ee f f e c t so f d i f f e r e n tp a c k a g es t r u c t u r e so nt h e r m a lp r o p e r t i e so fp o w e rl e dw e r e 北京化工大学硕士学位论文 r e s e a r c h e d s e c o n d l y , t h ee f f e c t so ft h e r m a lc o n d u c t i v i t y , e m i s s i v i t yo f m a t e r i a l ，s t r u c t u r ep a r a m e t e r ss u c ha st h i c k n e s s ，s p a n ，h e i g h ta n dl e n g t ho f f i nt ot h eh e a t d i s s i p a t i o np r o p e r t yo ff i n n e d h e a t e x c h a n g e rw e r e a n a l y s i z e du s i n gat h e r m of l u i d - m e c h a n i c ss o f t w a r ef l o e f d t h i r d l y , t h e c a p i l l a r i t ya n dr e s i s t a n c e c h a r a c t e r i s t i c so fm i n i a t u r eh e a tp i p ew e r e a n a l y s i z e d t h eh o t s t a r tp e r f o r m a n c e ，i s o t h e r m a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dh e a t t r a n s f e rl i m i to fm i n i a t u r eh e a tp i p ew i t hd i f f e r e n tc o n f i g u r a t i o n sw e r e t e s t e db ye x p e r i m e n t s a tt h es a m et i m e ，t h eh e a tp i p er a d i a t o r sf i ) rc o o l i n g ap o w e rl e dl i g h ts o u r c ew i t h5 0 wi np o w e rw e r ed e s i g n e da n dm a d e ， w h o s eh e a tt r a n s f e rw e r et e s t e db ye x p e r i m e n t s t h ei n n o v a t i v ep o i n t so f 一 - t h i sp a p e rc a nb es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： f i r s t l y , t h ee f f e c t so ft h e r m a lc o n d u c t i v i t ya n de m i s s i v i t yo f m a t e r i a lt o t h eh e a td i s s i p a t i o np r o p e r t yo ff i n n e dh e a te x c h a n g e rw e r ea n a l y s i z e d i t w a sf o u n do u tt h a tw h e nt h et h e r m a lc o n d u c t i v i t yo fm a t e r i a lr e a c h e sa c e r t a i nl e v e l ，h e a tc o n d u c t i o nh a sn os i g n i f i c a n t e nf l u e n c yo nh e a tt r a n s f e r o ff i n n e dh e a te x c h a n g e r s oa st h et h e r m a lc o n d u c t i v i t yo fm o d i f i e d p l a s t i c si si n c r e a s e d ，i ti se n t i r e l yp o s s i b l et om a k e t h ep l a s t i cm a t e r i a lu s e d o nh e a t d i s s i p a t i n go fl e dd e v i c e s s e c o n d l y , t h es t r a i g h th e a tp i p ew a so f t e nb e n d e do rc r u s h e da n dm a d e i n t oa n yr e q u i r e ds h a p ei no r d e rt os a t i s f yd e s i g nd e m a n do ft h es t r u c t u r eo f t h el e dl a m pi na c t u a la p p l i c a t i o n t h ee f f e c t so fd i f f e r e n ts h a p e so nt h e t h e r m a lp r o p e r t i e so fh e a tp i p ew e r er e s e a r c h e d ， k e yw o r d s ：p o w e rl e d ，l i g h t i n g ，p a c k a g e ，h e a te x c h a n g e gf i n ，h e a t p i p e i i 符号说明 符号说明 热阻，。c w 1 温度，。c 或者k 功率，w 电压，v 温度敏感系数，v o c o 电流，m a 流体密度，k g m 。3 比热容，j k ：9 1 k - 1 时间，s 导热系数，w 。m - 1 - k 1 笛卡儿坐标系 单位时间内单位体积中内热源的生成热，w m - 3 s 。1 微元体温度，k 截面周长，m 高度，m 横截面积，m m 2 热流量，w 对流换热系数，w m - 2 k 。 过余温度，k 常量 偏差平方和 自由度 方差 模拟指标和 统计量 接触角，。 压力，p a 压差，p a 重力加速度，m s 2 液面提升高度，m 表面面积，m 2 液体的表面张力，n m 。 弯月面的主曲率半径，m y 口耋；r p u k ， p c f 五 “，矽， p 办 盈痧办口 m 船厂孵 砀f魄p舻 b o h 彳 口 r 北京化工大学硕士学位论文 ， q m a x n 半径，m 传热极限，w 温差系数，。c 或者k i v 日录 目录 第一章绪论1 1 1l e d 技术简介 1 2 散热对l e d 性能的影响 1 3l e d 散热技术现状 1 4 课题研究内容 第二章功率型照明用l e d 封装散热性能的研究1 1 2 1 芯片封装结构对l e d 散热性能的影响11 2 2 功率型照明用l e dj 枣片的热学理论1 4 2 3 功率型照明用l e d 芯片热阻的实验研究1 5 2 3 1 实验测试系统1 5 2 3 2 实验测试步骤1 8 2 3 3 实验测试结果及结论一1 8 2 4 小结2 0 第三章功率型照明用l e d 翅片散热器散热性能的研究2 1 3 1 功率型照明用l e d 翅片散热器2 l 3 2l e d 器件模拟模型的建立2 1 3 3 材料导热率对l e d 翅j _ j j 散热器散热效果的影响2 4 3 4 材料辐射率对l e d 翅片散热器散热效果的影响2 8 3 5 不同结构参数对翅片散热器散热效果的影响3 0 3 6 小结3 4 第四章功率型照明用l e d 热管散热器的设计及测试一3 7 4 1 热管工作原理3 7 4 2 热管在l e d 产品中的应用3 8 4 3 用于l e d 散热的小型热管毛纽现象及阻力特性3 9 4 3 1 热管毛细现象3 9 4 3 2 热管阻力特性4 2 v 1 3 5 8 北京化工大学硕士学位论文 4 4 用于l e d 散热的小型热管热启动性性能测试一4 3 4 4 1 实验测试系统4 4 4 4 2 实验测试步骤4 6 4 4 3 实验测试结果及结论4 7 4 5 用于l e d 散热的小型热管的传热极限的测试4 9 4 5 1 实验测试系统5 0 4 5 2 实验测试步骤5 2 4 5 3 实验测试结果及结论5 3 4 6 功率型照明用l e d 热管散热器散热效果的实验研究5 5 4 6 。1l e d 热管散热器的设计与制作5 5 4 ：6 2 实验测试系统5 6 4 6 3 实验测试步骤5 8 4 6 4 实验测试结果及结论5 8 4 7 小结6 1 第五章结论与展望6 3 5 1 本课题完成的工作及相关结论6 3 5 2 展望6 4 参考文献6 7 致谢6 9 研究成果及发表的学术论文7 l 作者和导师简介7 3 v i 一一 璺q 堕! 坠! 一 一一一 c o n t e n t c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n l 1 1b r i e f i n t r o d u c t i o no f l e dt e c h n o l o g y l 1 2t h ei n f l u e n c eo f h e a td i s s i p a t i o no nt h ep e r f o r m a n c e o f l e d 3 1 3t h ep r e s e n ts i t u a t i o no f h e a td i s s p a t i o no f l e d 。， 1 4c o r i t e n to f t h i sd i s s e r t a t i o n 8 c h a p t e r2 r e s e a r c ho nr a d i a t i n gp e r f o r m a n c eo fp a c k a g es t r u c t u r e s o fp o w e rl e df o rl i g h t i n g 1l 2 1e f f e c t so fd i f f e r e n tp a c k a g es t r u c t u r e so nt h e r m a lp r o p e r t i e so fp o w e rl e dc h i pf o r l i g h t i n g 1 1 2 2t h e r m a lt h e o r yo f p o w e rl e dc h i pf o rl i g h r i n g 1 4 2 3e x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho ft h e r m a lr e s i s t a n c eo fp o w e rl e dc h i pf o rl i g h t i n g 1 5 2 3 1e x p e r i m e n t a lm e a s u r e m e n ts y s t e m 1 5 2 3 2e x p e r i m e n t a ls t e p s 1 8 2 - 3 3e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n dc o n c l u s i o n 18 2 4c h a p t e rs u m m e r y 2 0 c h a p t e r 3r e s e a r c ho n r a d i a t i n gp e r f o r m a n c e o ff i n n e dh e a t e x c h a n g e rf o rc o i l i n gp o w e rl e df o rl i g h t i n g 2 1 3 1t h ef i n n e dh e a te x c h a n g e rf o rc o i l i n gp o w e rl e df o rl i g h t i n g 2 1 3 2e s t a b l i s h m e n to f s i m u l a t i o nm o d e lo f l e dd e v i c e 2 1 3 3e f f e c t so ft h e r m a lc o n d u c t i v i t yo fm a t e r i a lo nh e a td i s s i p a t i o np r o p e r t yo ff i n n e d h e a te x c h a n g e r 2 4 3 4e f f e c t so fe m i s s i v i t yo f m a t e r i a lo nh e a td i s s i p a t i o np r o p e r t yo ff i n n e dh e a t e x c h a n g e r 。，2 8 3 5e f f e c t so f d i f f e r e n ts t r u c t u r ep a r a m e t e ro nh e a td i s s i p a t i o np r o p e r t yo ff i n n e dh e a t e x c h a n g e r 3 0 3 6c h a p t e rs u m m e r y 3 4 c h a p t e r4d e s i g na n dt e s to fh e a tp i p er a d i a t o r sf o rc o i l i n gp o w e r l e df o rl i g h t i n g 3 7 4 1t h ew o r k i n gp r i n c i p l eo f h e a tp i p e 3 7 4 2a p p l i c a t i o no f h e a tp i p ei nl e dp r o d u c t s 3 8 4 3p e r f o r m a n c et e s to fc a p i l l a r i t ya n dr e s i s t a n c ec h a r a c t e r i s t i c so fm i n i a t u r eh e a tp i p e f o rc o i l i n gp o w e rl e df o rl i g h t i n g 3 9 v 1 i 北京化工大学硕士学位论文 4 3 1c a p i l l a r i t yo f h e a tp i p e 3 9 4 3 2r e s i s t a n c ec h a r a c t e r i s t i c so f h e a tp i p e ，4 2 4 4p e r f o r m a n c et e s to fh o t s t a r tp e r f o r n a a n c eo fm i n i a t u r eh e a tp i p ef o rc o i l i n gp o w e r l e df o rl i g h t i n g ：，4 3 4 4 1e x p e r i m e n t a lm e a s u r e m e n ts y s t e m ：4 4 4 4 2e x p e r i m e n t a ls t e p s 一4 6 4 4 3e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n dc o n c l u s i o n 4 4 7 4 5e x p e r i m e n t a lt e s to f h o t s t a r tp e r f o r m a n c eo f h e a tt r a n s f e rl i m i to f m i n i a t u r e ：h e a t p i p ef o rc o i l i n gp o w e r l e df o rl i g h t i n g 4 9 4 5 1e x p e r i m e n t a lm e a s u r e m e n ts y s t e m ) u 4 5 2e x p e r i m e n t a ls t e p s 5 2 4 5 3e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n dc o n c l u s i o n 5 3 4 6e x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho fh e a tt r a n s f e ro f h e a tp i p er a d i a t o r sf o rc o i l i n gap o w e r l e df o rl i g h t i n g - ) 4 6 1d e s i g n i n ga n dm a k i n go f h e a tp i p er a d i a t o r so f l e d 5 5 4 6 2e x p e r i m e n t a lm e a s u r e m e n ts y s t e m 一) 0 4 6 3e x p e r i m e n t a ls t e p s 。，。，一5 8 4 6 4e x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n dc o n c l u s i o n 5 4 7c h a p t e rs u m m e r y o l c h a p t e r5 c o n c l u s i o na n dp r o s p e c t _ o j 5 1w o r kc o m p l e t e da n dr e s e a r c hc o n c l u s i o n 1o j 5 2e x p e c t a t i o n ：0 4 r e f e r e n c e s o a c k n o w l e d g e m e n t s - 6 9 a c h i e v e m e n t sa n dp u b l i s h e dp a p e r s 7 l a u t h o ra n ds u p e r v i s o ri n f o r m a t i o n 7 3 第一章绪论 1 1l e d 技术简介 第一章绪论 l e d ( l i g h te m i t t i n gd i o d e ) ，是一种固态半导体器件，当两端通入正向电压， 其p 型区和n 型区材料中的载流子发生复合产生光子从而发出可见光。l e d 发展 历史已久，早在1 9 0 7 年人类就发现半导体材料通电发光的现象，第一款商用的l e d 诞生于2 0 世纪6 0 年代，当时仅发出不可见的红外光，在6 0 年代末，人们发明了 第一个可见的红光l e d 1 1 。随着研究的深入，黄光和绿光先后被激发。进入2 0 世 纪9 0 年代，随着氮化物l e d 的出现，l e d 的发光效率有了质的飞跃，而组成自 光的重要成分蓝光l e d 也在1 9 9 2 年由日本著名日亚化学公司的中村修二采用双 气流金属有机物化学气相沉积法制得，至此完善了l e d 整个可见光谱，满足各种 单色光应用场所的需求；人们将蓝色l e d 涂覆荧光粉，通过蓝光激发荧光粉生成 黄绿光进而与蓝光合成白光，使l e d 进入照明领域成为可能【2 j 。 l e d 作为光源具有节能、环保、使用寿命长、体积小、方向性好、色彩饱和 度高等优点，有望成为继白炽灯、荧光灯、气体发电灯之后的新时期的第四代照 明光源【3 】。目前l e d 主要应用在以下几个方面( 如图1 1 ) ：( 1 ) 交通信号、显示屏 显示光源，这类显示光源由l e d 点阵组成，单色屏可用于播放文字，彩色屏可用 于播放图片、动画、视频等，采用l ，e d 作为显示屏，视角大、色彩均匀、易控制， 应用越来越广泛，受到人们的青睐；( 2 ) 汽车用灯，传统汽车采用白炽灯，不耐 振动、使用周期短，需要经常更换，因此逐渐被l e d 灯替代，包括内部仪表盘、 开关的背光源和外部方向灯、刹车灯及侧灯等；( 3 ) 液晶显示器背光源，主要应用 于电视、手机、电脑等产品的屏幕，具有使用寿命长、效率高、抗干扰等优点；( 4 ) l e d 照明，主要用于室内照明、城市路灯、景观照明，室内照明一般多采用白光l e d ， 要求亮度高、色彩一致性好、显色指数高，目前l e d 实现白光的方法主要有三种： a 在蓝色l e d 芯片上涂覆黄色荧光粉，l e d 芯片发出的蓝光激发荧光粉产生黄绿 光，蓝光再与黄绿光混合互补形成白光，b 紫外光l e d 芯片涂覆荧光粉产生三基 色合成白光，c 使用双芯片或三芯片混色形成白光，三种方法中第一种方法发光效 率和商业化程度最高【4 】；城市路灯除了以上要求外，还要保证能适应室外恶劣环境， 可靠性高；l e d 超强的色彩表现力使景观照明因“景”制宜，与环境或建筑景观 相协调；( 4 ) 特殊用途灯，主要应用于特定场合如煤矿、化工、公路及抢险救灾区 笙【4 - 7 】 寸 o 在几大应用领域中，l e d 照明是我国半导体照明产业链中增长最快的环节， 2 0 1 1 年我国整体规模已经达到1 2 1 0 亿元，整体增长率增至3 4 。其中通用照明应 用的增长最为明显，占整体份额的2 5 ，已经成为市场份额最大的应用领域。室 北京化t 太学碗i 学位论文 a 交通指示灯h 彩色显示屏c 汽车用灯 d 背光源e 景脱照1 w特殊用途灯 图1 - 1 l e d 产品的麻j = f i g 1 - 1a p p l i c a t i o no f l e dp r o d u c t s 内照明自2 0 1 0 年起就一直是业界丌拓的方向，国际知名的照明公司如飞利浦，欧 司朗，东芝等都纷纷投入巨资大力发展；同时国内一些灯具企业如雷士、三思等 公司也全力转型投入l e d 室内照明市场。外国企业相继推出自己在室内照明市场 的主打灯具产品，如夏普推出了六款l e d 灯泡，东芝公司于2 0 1 0 年三月份宣相 停止了普通灯泡的生产业务，替代为与4 0 w 的白炽灯亮度相当的5 5 w 的l e d 灯 具；国内的灯具企业也纷纷推出了以替代传统灯具为主的各类l e d 射灯，简灯以 及月光灯等室内照弱灯具。预计照明将会是我国l e d 产业中增长最快的应用领域。 据“十城万盏”试点城市反馈的统计数据，在国内3 7 个试点城市实施的半导体照明 示范工程已经超过2 0 0 0 项，l e d 照明灯具的应用超过4 2 0 万盏，每年节电量超过 4 亿度。 随着全球能源危机的加剧，人们的节能环保的意识不断提高，低功耗、长寿 命的l e d 半导体技术己成为照明领域发展趋势，l e d 被人们誉为新时代的绿色光 源，正带动着一场新的产业革命照明革命。l e d 产业在节能领域有着良好前 景，世界各国政府积极推动l e d 产业的发展，大力鼓励新技术的开发p 】。我国l e d 技术起步较晚，与国外企业相比技术水平仍有一定差距。全球l e d 的主导厂商有 日本的日亚化学( n i c h i a ) 和丰田合成( t o y o d ag o s o ) 、美国的c r e e 以及欧洲的 p h i l i p sl u m i l e d s 和欧司朗( o s r a m ) 等公司，他们拥有雄厚技术力量，已形成自己完 整的l e d 产业链，垄断高端产品市场。值得一提的是台湾在全球市场份额中排名 第一章绪论 第二，虽然其技术含量与日本、欧美企业相比还存在差距，但通过多年下游封装 技术领域的经验积累，已逐步拓展到上游的外延片芯片领域。我国大陆区l e d 起 步较晚，从下游做起，不断加大核心技术的研发投入，开始逐步进入上游产业并 取得一定成绩。 1 2 散热对l e d 性能的影响 与传统光源相同，l e d 工作期间也会产生热量，当l e d 两端通入正向电压后， p 型区的少数载流子( 空穴) 向n 型区迁移，n 型区的多数载流子( 电子) 向p 型区迁移，在过渡区( 又称p n 结) 电子与空穴发生辐射复合产生光子，将电能转 化成光能。由于l e d 有源区材料品质及加工过程中产生的缺陷，致使一部分电子 与空穴复合无法产生光子，这部分能量转化成热能；同时由于l e d 有源层材料与 封装材料折射率不同，辐射复合产生的光子其中很大一部分无法i l i o n 溢出界面， 返回封装介质内部被有源层或衬底吸收，转化成热量，综合各种因素影响，输入 的电能大约只有2 0 转化成光能，其余转化成热。传统l e d 受封装形式的限制， 工作电流仅为2 0m a ，发光效率0 1 l m w ，主要用于各种实验仪表或设备的指示灯， 无法应用到照明领域。为了提高发光效率及：光通量，进一步满足照明需求，人们 将大量的精力投入到功率型l e d 技：术的研究中，一方面尝试采用新的芯片制作工 艺，另一方面尝试设计新的封装结构【9 j 。功率型l e d 相对于传统指示灯l e d 而言， 通常指输入功率达到1 w 及以上的l e d 光源，始于h p 公司于1 9 9 4 年推出的改进 型“食人鱼”封装结构l e d ，这款l e d 输入功率可达到0 3 w ，是当时传统框架 式l e d 输入功率的数倍，而热阻仅为其几分之一，真正瓦级( w 级) 功率型l e d 是在1 9 9 8 年由l u m i l e d s 公司推出的l u x e o nl e d ，该款l e d 第一次采用倒装芯片， 芯片内部采用热电分离形式，使发光效率得到很大提高，热阻进一步降低，w 级 功率型l e d 是未来照明事业的核心。， 目前很多功率型l e d 的驱动电流可达3 5 0 m a 甚至1 0 0 0 m a ，而芯片尺寸仅为 几个毫米大小，芯片单位面积内热流密度可达到1 0 0 w c m 2 ，若芯片