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1、LED之结构设计,宁波欧上 照明有限公司,灯具的分类,球泡系列 玉米灯系列：P55系列，B60系列 ，C35系列等 陶瓷灯杯系列：C30系列，B50系列，B60系列等 铝压铸和鳍片式:A60系列等 灯杯系列 玻璃灯杯系列：GU10，MR16，JCR等 塑料灯杯系列：P55系列，B60系列 ，C35系列及JDR，MR16和GU10等 铝压铸灯杯系列：GU10，MR16，GX53等 陶瓷灯杯系列：GU10，MR16，R50 ，R63及GX53等 大功率系列 陶瓷灯杯系列：GU10，MR16，JCDR，R50及R63等 太阳花车铝灯杯系列：GU10，MR16，JCDR，JDR 等 铝压铸灯杯：GU1
2、0，MR16，JDR等风行款系列,各种系列灯具的结构,球泡灯 球泡目前我司有的品类主要是:C30,B45,B50,P55,B60,B80,B90等,材料主要以玻璃为主,目前市场上有采用塑料的 球泡的颜色主要是以透明和乳白为主,乳白的透光率要求94%以上,灯头的型式:目前常规的有E27和E14 光源部分:主要以灯板为主,另外还有玉米棒系列的 灯杯的作用主要是外观和保护容纳驱动电源,材料主要以塑料和陶瓷为主,也有用车铝的,这个目前我司已经没在使用.,灯杯系列 拱盖目前我司主要有:透明拱盖,平面盖,布纹点珠盖,乳白磨砂盖,乳白塑料扩光的等 各种拱盖的透光率各异 灯头的型式:目前常规的有GU10,MR
3、16,JDR E14,JDR E27等 光源部分:主要以灯板为主 灯杯的作用主要是外观和保护容纳驱动电源,材料主要以塑料和陶瓷和铝压铸为主,结构设计之散热器设计,选择铝的理由:,透镜和反光杯 二次光学设计是决定LED路灯的配光曲线、输出光效、均匀度、以及眩光指数的一项重要技术。现有市场上大部分的高功率白光LED的光度分布是郎伯分布，光斑是圆形的，峰值光强一半位置处的光束角的全宽度约为120。LED路灯如果没有经过二次光学的配光设计，那么照在马路上的光斑会是一个“圆饼”，如图1（a）所示，大约1半左右的光斑会散落到马路之外而浪费掉，并且光斑的中间会比较亮，到周围会逐渐变暗。这种灯装在马路上之后，
4、路灯之间会形成很明显的明暗相间的光斑分布，对司机造成视觉疲劳，引发事故。这种情况下的LED路灯就不能叫做“节能”和“绿色照明”了。,二次光学设计,控制芯片表面横向温度梯度,减小电流密度分布的不均匀性； 电极的材料与制作 电极的拓扑结构设计 合理布局倒装焊的电极和焊点分布； 提高倒装焊个焊点的均匀性； 防止芯片局部过热,灯具的分类,提高功率LED的亮度最直接的方法是增大输入功率，而为了防止有源层的饱和必须相应地增大p-n结的尺寸； 增大输入功率必然使结温升高，进而使量子效率降低。单管功率的提高取决于器件将热量从p-n结导出的能力； 在保持现有芯片材料、结构、封装工艺、芯片上电流密度不变及等同的散
5、热条件下，单独增加芯片的尺寸, 结区温度将不断上升。,Tj1：采用一般银导热胶、铝金属热沉； Tj2 ：采用新导热胶、铜金属热沉。,结温与芯片尺寸的关系,影响芯片尺寸的主要因素热阻,倒装焊更有利于散热，但凸焊点的热阻还需减小。 导热银胶的热阻有待改善。 封装材料方面，传统的环氧胶高温性能不佳。,银胶,金属热沉,凸焊点,Si,*功率芯片尺寸的增加受限于器件导热能力*常规的工艺与材料，则芯片功率1瓦较为合适*单个器件功率的增加将以缩短寿命为代价,多个LED密集排列的照明系统,器件耗散功率：20w 散热面积：330cm2 底板温度将达83 C以上。(环境温度25 C) 芯片结温将达100 C,120
6、mm,必须考虑更有效的散热途径,满足使用要求的光学系统设计,常规灯泡发出的光发散到全空间立体角内 ； 照明LED相对于常规灯泡的优点之一就在于其光束的方向可控； 对于投射照明，需要的光束角较窄；对于大面积照明，则需要有较宽的光束角，并且能够满足特定的光强远场分布要求； 背光源应用则要求均匀度在90以上的面光源。 对照明LED光强远场分布的模拟以及相应光学系统的研究，是半导体照明应用中的重要环节。,功率LED光学问题的特点,从光学的角度上来说，功率LED的特点： 发光面积小(1mm2 )； 光通量较大(30 lm )； 近似为朗伯(Lambert)光源。 根据非成像光学理论，光学系统的最高收集效
7、率（Pmax）与光学系统的出射孔径(A0)与入射孔径（Ai）之比成正比， 易于实现光的高效收集,LED光学问题中的非成像光学,成像光学系统与非成像光学系统的比较,蒙特卡罗光子追踪法模拟LED光强远场分布,光强远场分布： 照明LED一个重要指标； 决定LED封装中的结构及光学元件； 蒙特卡罗光线追踪法(Monte Carlo Ray Tracing Method)： 解决大量光子统计行为问题。 根据设定的模型及边界条件追踪光子轨迹，求出光强远场分布。,倒装功率型LED芯片及封装结构示意图,在计算中，需要考虑芯片的多层结构、材料的折射率、边界对光的折射与反射条件等。,对不同透镜进行的数值模拟和实际测量结果,新型准直LED光源的设计,当LED应用于投射照明时，需要设计一种高效的准直LED光源； 如采用二次光学元件准直透镜，与封装后的LED配合使用，则由于空气隙的存在，必然会引起反射损耗； 设计了一个直接对LED芯片进行封装准直的透镜系统。,新型准直LED光源的设计,LED准直透镜的设计分为两部分： 编程计算准直透镜的二维曲线； 采用蒙特卡罗方法对采用二维曲线生成的三维实体进行模拟验证。,准直LED光源光强远场分布,准直LED光源光强的参数,准直透镜系统的出光效率：为球透镜LED的88%。 对于1 mm2的芯片，其1/2 理论值为9.6。 其1/2实际测量值为12.6。,