AC 【LED凈化燈】光源是未來發展的必然趨勢

AC LED、無驅動光源、光引擎，去電源化等成為業界共同關心的熱門話題。前不久在中昊光電組織的集成光電模塊光引擎新產品發布會上中山大學理工學院王剛教授談到“去電源”一詞說：這個詞聽起來很"別扭"，因為所有的電子和電氣產品都離不開電源供電，LED照明也不例外。北京大學上海微電子研究院兼職教授顏重光認為，“去電源化”其實是一個偽命題。更奇怪的是業內有很多人把AC LED稱為“光引擎”不知何故？對上述紛紛攘攘技術術語，如何分類、定義，筆者認為當前有必要討論這些技術術語，無疑對規范AC LED技術用語的定義、相關標準建立、以科學態度引領產業市場大有裨益。

　　LED凈化燈照明產品的使用壽命遠遠低于理論值，其原因是驅動電源易于損壞導致系統壽命不長，業內流傳：“100個LED凈化燈燈具中，有99個是因為驅動電源出現問題”。 并且，驅動電源在整體燈具中成本占到20%~30%。驅動電源在AC/DC轉換過程中，電力損耗高達20～30%。因此摒棄驅動電源，不僅可提高系統光效、降低成本，還可徹底避免因驅動電源的問題造成LED凈化燈的損壞。

　　一、 定義

　　AC LED是相對于傳統的DC LED凈化燈來說，無須經過AC/DC轉換，可直接插入220V（或110V）而發光的光源。

　　二、AC LED技術分類

　　AC LED可分為兩類：一類是由單芯片封裝，芯片上多有個LED單元串聯，并利用部分LED單元組成整流路，實現交流發光。參見圖一。

　　這類光源以韓國首爾公司為代表。

　　另一類是美國和德國發明的集成模組。它采用外加的AC整流和驅動器在C0B封裝線路組成光電一體化的發光模組，是目前廣為流行、稱謂最多的“光引擎”。參看圖二。

　　圖 2

　　旱期的AC LED是多芯片高密度合成，其串并連相對DC封裝所需固晶、打錢工藝復雜，多顆芯片組成串連電路一個芯片上，損壞一顆將影響系統正常工作。為改善這種狀況，近年許多芯片廠相繼推出了高壓HV LED，可大大縮減后序封裝工藝并減少了制造成本。

　　三、AC LED技術為何產品遲遲不易被用戶接受

　　AC LED其實在國外很早就已經出現，早在2005年，韓國首爾半導體公司就已經用交流電直接驅動AC LED使其發光，其次是美國，德國，臺灣等相繼完成了可產業化生產、并有實際應用系統方案的AC LED產品，近年國內公司如卓耐普光電公司、中電金臺光電、新力光電、紅日光電、中昊光電等光源企業如雨后春筍破土而出。

　　單芯架構的AC LED凈化燈的最大缺點是在很小的晶粒上連接多個發光器件，有限的芯片面積限制了更大功率輸出，其工藝影響了光效、內置恒流不易控制，當電網電壓升高時使耗散功功率驟增時會造成損壞。

　　目前廣為流行的所謂“光引擎”采用以鋁基板C0B封裝，線性恒流技術為大功率輸出提出了有效解決方案，成為AC LED主流。然而這種技術的致命缺點是它必需依賴帶有多層熱阻的鋁基板, 傳統鋁(或銅)基板是將FR4纖維板或BT板經過壓合工藝成為一體鋁基板，其導熱系數最好的只有2 w /m-K左右，與沒有絕緣層的純鋁導熱系數為237 w/m-K相比相差一百多倍，如此大的封裝熱阻，必然使熱耗比增大，加速了LED光衰、損壞，降低了LED使用壽命，雖然有人采用陶瓷基板，導熱系數雖然有所改善，但它與燈體散熱固定仍然有不少問題。

　　四、AC LED將是未來的趨勢

　　AC LED剛剛步入成長期，在發光亮度、中大功率輸出等方面還不夠理想，更主要的是采用SMD與鋁基板帶來的散熱不良而影響了穩定及壽命，相信不久將有新的解決方案，其應用簡便、無需變壓轉換器，電解電容及過多外設元件，集成封裝一體化技術將會搶占市場。AC LED技術目前已經過了萌芽期，正處于飛速發展期，從其發展趨勢上看，ACLED技術必然會成為行業發展的一個必然方向。有人認為不久將來整個應用市場將有80%以上采用AC LED技術，或給驅動企業以致命性打擊，并將改變LED產業格局。

　　五、關于安規

　　與DC光源采用非隔離電源一樣，因為輸入端直接插入高壓電源，如果無保護措施會對人體造成觸電危險，不能通過安規，這個至今設計師最感頭痛的技術難題, 估計近期得不到徹底解決。目前大多釆用物理隔離防電擊辦法，如燈泡外殼使用塑包鋁或光源底層另加絕緣膜片等被動結構措施，但這都增加了系統熱阻及制造成本。

　　六、關于頻閃

　　頻閃問題被業界很多人認為是LED產品不應有問題。其實這是認識誤區，毫不夸張地說這是個偽命題。因為：首先LED頻閃國內外都沒有法律規定；其次它對人體會造成不良影響還沒有權威報告；第三：LED只要用AC/DC轉換就會有紋波，只不過大小程度不一而已。最后，目前家用電器大多帶有電磁幅射或頻閃，如熒光燈，電視機等，為何這么多人傳來傳去非要對LED說N0？

　　七、未來AC LED發展趨勢

　　無論是單芯片集成AC LED，還是HVLED+SMD構架，最基本的技術要求是恒流控制，否則當電網波動電壓過高時會造成損壞。恒流控制有多種方案選擇，其將來必然要走簡約化、高可靠性、低成本是最基本旳技術思路，筆者釆用HVLED+恒流二極管+鏡面鋁COB封裝得到了很好效果。

　　下面是筆者采用HVLED+恒流二極管+鏡面鋁COB封裝試制的一款球泡燈。圖3是HVLED+恒流二極管+鏡面鋁COB封裝的光源，圖4是用該光源組裝的球泡燈。圖5是該光源的光電測試參數。
　　恒流特性：Vin=198-242 V時   Io≦額定電流±1.5mA

　　筆者利用上述光源設計了一種AC LED 燈泡，圖4

　　該產品的設計基本思路是：

　　以簡馭繁，性價為王。

　　它徹底消除了：

　　（1）20-30% AC/DC能源損耗。

　　（2）20-30% 燈具驅動成本。

　　（3）因驅動器引發的90%以上的故障損壞。

　　該產品具有極高的性價比：

　　（1）摒棄了鋁基板多層熱阻障礙，大大降低了封裝熱阻、延長了光源使用壽命約3-5倍，約20-30萬小時。

　　（2）高光效100-130lm/w。

　　（3）低光源成本價0.5-0.8RMB  /100lm/W/。

　　（4）長壽命：30年迢常壽命，價值成本0.3-0.5RMB/100lm/W/。

　　AC LED發展趨勢

　　今后單芯片+SMD封裝，可能要讓位于高壓HVLED+C0B封裝，高壓HVLED是基礎元件，會有如下發展趨勢：

　　（1）改用倒裝芯片；

　　（2）采用Si襯底材料；

　　（3）發展白光CSP技術, 實現高光效、高穩定、大功率一體化工藝制程。

　　前有部分LED凈化燈芯片采用硅襯底。硅襯底的芯片電極可采用兩種接觸方式，分別是Laterial-contact ,（水平接觸）和Vertical-contact，（V接觸垂直接觸），以通過這兩種接觸方式，LED芯片內部的電流可以是橫向流動的，也可以是縱向流動的。由于電流可以縱向流動，因此增大了LED的發光面積，從而提高了LED的出光效率。

　　因為硅是熱的良導體，所以器件的導熱性能可以明顯改善件的壽命。

　　CSP技早在幾年前被國內外眾多公司投巨資進行實驗研究，我國幾年前也將其列入“863”科研計劃，不少單位均有研究成果，這一技不僅要隨著倒裝芯片同步解決，還要從材料，工藝及設備同時開發研究，當CSP技術全面得到解決一旦投入市場將很快取代目前的SMD光源，一大批SMD封裝廠將要改變生產格局。據介紹，臺灣行家光電公司的薄膜CSP自主開發的半導體級熒光粉真空涂覆設備和工藝，可以同時在上萬顆倒裝芯片的五個發光面形成均勻、致密、厚度只有30微米的熒光粉薄膜。致密而薄的熒光粉層使薄膜CSP比用噴涂或灌封工藝制作的CSP光效高20%以上，同時更容易提升顯色指數，顯色指數高達95以上。

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