芯片級拆解：全面剖析新型LED燈泡設(shè)計的藝術(shù)
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
時下，LED照明技術(shù)正掀起產(chǎn)業(yè)革命旋風(fēng)。LED照明燈泡廠商正致力于快速提高性能和降低LED燈泡價格。去年，普通家庭款式的LED燈泡，如A19LED燈泡售價在20美金至60美金之間，當(dāng)時已具有非常高的性價比。今年，高端的LED燈泡，如LG公司的LED燈泡，售價低至10美金，破“10”指日可待。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/215223.htmLED燈泡的性能和熒光燈(CFLs)差不多，50-60lumens/watt。盡管如此，LED在技術(shù)層面上依然比CFL高出一籌。7.5WLG燈泡發(fā)出485lumens，相當(dāng)于65lm/W。在相同的485lumens前提下，舊式40W燈泡只能發(fā)出12lm/W，與前者相比少了約五倍。
LG7.5WLEDA19燈泡LB08D830L0A。E50JWU0在包裝內(nèi)外對比
關(guān)于均勻照明問題
當(dāng)我們放置一個裝有LED燈泡的臺燈，而且可以控制燈的亮度向上照射。這是由于LED發(fā)射器內(nèi)部是水平放置的。Philips燈泡采用三個垂直調(diào)整的LED面來減緩照明亮度的控制問題。盡管這樣，讀書用臺燈或工作燈的均勻性照明方式，使得熱量不會集中到某個照明對象上。
如圖中所示，LG燈泡可以將控制大部分光線向上投射，這是因為在燈泡內(nèi)部LED基板是水平放置的造成的
臺燈的設(shè)計也是從愛迪生燈泡的原理進化而來——光線的發(fā)射是朝各方向散射式。隨著電燈泡進化了一個多世紀，現(xiàn)代臺燈設(shè)計和其先驅(qū)鼻祖——煤油燈，又顯得很不一樣。
最初的電燈泡在效率和普及程度方面并沒有存在強制的要求，然而它們的優(yōu)點引致了它們的盛行，同時導(dǎo)致了油燈的衰落?？傆幸惶?，電燈會發(fā)展成為適應(yīng)LED光源獨特性的產(chǎn)品，這一天離我們并不遠了。當(dāng)LED光源在接下來的十幾年能夠提高其使用壽命，其取代電燈是毋容置疑的了，同時燈具會具有各種各樣的規(guī)格和形狀。與此同時，強制LED去采取愛迪生的樣式版本無異于將一個方形的釘子打進一個圓形的洞里面。
然而，StrategiesUnlimited預(yù)測“被替代的傳統(tǒng)光源的全球市場份額到2016年會上升到37億美元，而這個數(shù)據(jù)在2011年還是27億。”實際上，LED燈管提供了非常舒適的亮度，相對于緊湊的熒光燈泡，會令人更愉悅，人們會很愿意采用這類產(chǎn)品的。這種燈泡比CFLs更耐用，不含水印，同時一打開就亮。而那些討厭的CFLs則會耗費一段時間才能達到其最大亮度。
LED燈管是一種復(fù)雜的電子設(shè)備。LED本身是半導(dǎo)體二極管，只需要一個大概3V的直流電壓供電。普通家庭根據(jù)地理位置不同，其供電是110V或220V的交流電。LG的燈管是不可以調(diào)節(jié)亮度的。盡管新型號的調(diào)光器是必須的，但價格相對高一點的產(chǎn)品亮度還是可調(diào)的。和CFLs一樣，LED燈管有一個很小的電路板裝在燈管的“脖子”里面。
拆解新型LED燈泡
已經(jīng)拆解開了的LED燈泡
在燈泡的頸部位置，被外殼包住的電路板
細看LED燈泡電路板
如上圖可知，電路板內(nèi)置了一個變壓器，幾個電容器和一個功率晶體管。LED控制器被垂直安裝在一個子卡上。它是由安森美半導(dǎo)體制造的型號為HS01G的半橋諧振控制器?？紤]到燈泡高亮度輸出因素，你就會發(fā)現(xiàn)LED芯片事實上顯得非常小巧。LG燈泡使用了32個LED芯片，每個尺寸為0.5mmx0.5mm。而一顆米粒的尺寸約為5mmx2mm。這些LED芯片均以4x4封裝在**圓形的熒光燈中，發(fā)射出的藍光再通過氮化鎵核心部件轉(zhuǎn)化為白光。通常，熒光粉被用于日光燈的媒介。在該LED發(fā)射極內(nèi)，硅樹脂將小顆粒狀的釔鋁石榴石(yttriumaluminum-garnet，YAG)、鋇、鍶和硅酸鈣凝聚在一起。使用不同的材料，便會相應(yīng)得到不同的色溫。探秘四個LEDs
四個LEDs，每個尺寸約為0.5mmx0.5mmx0.1mm，封裝在LED凸圓底下設(shè)計好發(fā)射極控制散熱問題
由于LEDs容易過熱，發(fā)射極背面的設(shè)計就專門針對解決LED散熱問題的
LED芯片核心部位特寫照
如上圖所示，用電子顯微鏡所拍攝的LED芯片核心部位特寫照。類似用嵌入式工藝將電極和陰極連接起來，其他一部分則與陽極連接起來。每個LED芯片核心部件雖然都很小，但是大部分都用于支撐材料。斜對角線的刻痕劃分隔開了雙襯底，在天藍色的基板上，可以看到有一層很薄的氮化鎵(GaN)，大約只有7μm薄。藍寶石襯底主要是注入了GaN生長介質(zhì)。在襯底隆起的圖樣，降低了GaN的位錯密度，在襯底基質(zhì)起到機械性支持和散熱片的作用。在GaN底部6μm處通常不起作用。結(jié)晶體會逐漸干涉滲透到1μm處，這時，光發(fā)射極區(qū)域便確定了。光發(fā)射區(qū)要小到一定的數(shù)量級，達到納米(nm)級范圍內(nèi)，最后植入在上表面下的約100nm處。
LED芯片核心部分橫截面圖樣
見上圖，LED芯片核心部分對角線橫截面圖樣，可測得約為0.1mm。GaN層的表面是薄薄的柵欄層。用陰極追蹤查探得知電極位于很靠近中心位置。
如上圖所示，在電子顯微鏡下的GaN層。在該區(qū)域的頂部是GaN是p類摻雜，下面部分為n類摻雜。
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