台突破白光LED封装效率极限 提升节能照明

白光LED因发光效率的不断提升、价格持续降低,与被证明其蓝光问题不比传统光源来得严重等各项利多之下,正快速地应用于日常生活之中。在全面禁用白炽灯泡、改用节能LED路灯多项措施推波助澜下,未来数年将必成为室内外最主要的照明光源。虽然LED应用的不断推进,但其发光效率的极限一直是国际间的一个疑问,而其中与光色息息相关的封装技术,即扮演着非常重要的角色。

台湾地区中央大学固态照明团队集结数位专精于光电热色的国内外专家,历经三年的研究,于今年展现一项重要的研究成果,即探讨出白光LED封装效率的极限。该论文已在11月刊登于“固态照明期刊”中,短短三周即成为单月点阅率最高的原创性论文,也是该刊物在创刊元年的代表性论文,并已在短时间中连获二项学术论文奖。


研究团队负责人、中央大学光电中心主任孙庆成表示,该研究因与白光LED的荧光粉配方、封装几何结构与蓝光芯片皆有很大的关联性,系统整合的复杂度极高,因此国际上能够深入研究的团队并不多见。为求精准地掌握封装效率的极限,研究团队以自行发展多年,具国际领先的荧光粉光学模型来进行精确而系统化的模拟与分析,同时以实验进行六种主要封装结构的量测与比较,发现封装结构与萤光粉配方的有效搭配,才是提高封装效率的重要因素。

研究团队发现在一般的黄色荧光粉下,进行优化荧光粉与封装结构结合后的封装效率,在理论上其极限约可达75%以上,相较于一般市面上的白光LED产品,其封装效率普遍落在55%以下,显见仍有极大的提升空间。研究团队在不影响色彩的表现下,依据模拟结果来调整荧光粉配方与封装几何结构,经实际实验量测下,获得接近70%的封装效率表现,相当逼近理论极限的值,在目前已揭露的文献中具领先指标。

负责色彩表现的光电系教授杨宗勋表示,该研究除揭露封装效率的模组极限之外,也进一步推演出白光LED的系统发光效率极限。重要的是LED发光效率与色彩表现关连度极高,国际上有一些夸大的发光效率报道,部份即是建立在牺牲色彩表现的前提,将无法实际应用于一般照明。同时,色彩表现较好的白光LED,虽然发光效率可能稍低,但是因为应用范围更广,才是值得技术投资的方向。

担任热学研究的光电系教授钟德元进一步表示,研究团队也发现荧光粉具有独特的温度分布,正积极取得精准的温度场域实验数据,将有助于高功率白光LED封装结构的排热优化设计。

孙庆成表示,研究团队根据上述的研究成果,已开发出一种新型的封装结构,具有实践封装效率理论极限的可能性,同时亦能够在高功率与高演色性的双荧光粉封装时,展现更高的封装效率,取得更好的节能效果。这项已获得台美专利的新技术,目前已有二家上市公司进行技转合作,另有一家国际著名企业正在洽谈直接应用在其现有畅销的光电产品中;参与研究的学生,也被国内相关厂商高薪网罗,产学表现优异。

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