過去led業(yè)者為了獲得充分的白光led防爆燈光束，曾經(jīng)開發(fā)大尺寸led防爆燈芯片 試圖借此方式達到預(yù)期目標。不過，實際上白光led防爆燈的施加電力持續(xù)超過1W以上時光束反而會下降，發(fā)光效率相對降低20~30%.換句話說，白光led防爆燈的亮度如果要比傳統(tǒng)led大數(shù)倍，消耗電力特性超越螢光燈的話，就必需克服下列四大課題：抑制溫升、確保使用壽命、改善發(fā)光效率，以及發(fā)光特性均等化。

　　溫升問題的解決方法是降低封裝的熱阻抗；維持led的使用壽命的方法是改善芯片外形、采用小型芯片；改善led的發(fā)光效率的方法是改善芯片結(jié)構(gòu)、采用小型芯片；至于發(fā)光特性均勻化的方法是改善led的封裝方法，這些方法已經(jīng)陸續(xù)被開發(fā)中。

　　解決封裝的散熱問題才是根本方法

　　由于增加電力反而會造成封裝的熱阻抗急劇降至10K/W以下，因此國外業(yè)者曾經(jīng)開發(fā)耐高溫白光led，試圖借此改善上述問題。然而，實際上大功率led 的發(fā)熱量比小功率 led高數(shù)十倍以上，而且溫升還會使發(fā)光效率大幅下跌。即使封裝技術(shù)允許高熱量，不過led芯片的接合溫度卻有可能超過容許值，后業(yè)者終于領(lǐng)悟到解決封裝的散熱問題才是根本方法。

　　有關(guān)led防爆燈的使用壽命，例如改用矽質(zhì)封裝材料與陶瓷封裝材料，能使led的使用壽命提高一位數(shù)，尤其是白光led的發(fā)光頻譜含有波長低于450nm短波長光線，傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂封裝材料極易被短波長光線破壞，高功率白光led的大光量更加速封裝材料的劣化，根據(jù)業(yè)者測試 結(jié)果顯示 連續(xù)點燈不到一萬小時，高功率白光led的亮度已經(jīng)降低一半以上，根本無法滿足照明光源長壽命的基本要求。

　　有關(guān)led的發(fā)光效率，改善芯片結(jié)構(gòu)與封裝結(jié)構(gòu)，都可以達到與低功率白光led相同水準。主要原因是電流密度提高2倍以上時，不但不容易從大型芯片取出光線，結(jié)果反而會造成發(fā)光效率不如低功率白光led的窘境。如果改善芯片的電極構(gòu)造，理論上就可以解決上述取光問題。

　　設(shè)法減少熱阻抗、改善散熱問題

　　有關(guān)發(fā)光特性均勻性，一般認為只要改善白光led的螢光體材料濃度均勻性與螢光體的制作技術(shù)，應(yīng)該可以克服上述困擾。如上所述提高施加電力的同時，必需設(shè)法減少熱阻抗、改善散熱問題。具體內(nèi)容分別是：降低芯片到封裝的熱阻抗、抑制封裝至印刷電路基板的熱阻抗、提高芯片的散熱順暢性。

　　為了降低熱阻抗，許多國外led防爆燈廠商將led芯片設(shè)置在銅與陶瓷材料制成的散熱器(heat sink)表面，接著再用焊接方式將印刷電路板的散熱用導(dǎo)線連接到利用冷卻風(fēng)扇強制空冷的散熱器上。根據(jù)德國OSRAM Opto Semi conductors Gmb實驗結(jié)果證實，上述結(jié)構(gòu)的led芯片到焊接點的熱阻抗可以降低9K/W，大約是傳統(tǒng)led的1/6左右，封裝后的led施加2W的電力時，led芯片的接合溫度比焊接點高18K，即使印刷電路板溫度上升到50℃，接合溫度頂多只有70℃左右；相比之下以往熱阻抗一旦降低的話，led芯片的接合溫度就會受到印刷電路板溫度的影響。因此，必需設(shè)法降低led芯片的溫度，換句話說，降低led芯片到焊接點的熱阻抗，可以有效減輕led芯片降溫作用的負擔(dān)。反過來說即使白光led具備抑制熱阻抗的結(jié)構(gòu)，如果熱量無法從封裝傳導(dǎo)到印刷電路板的話，led溫度上升的結(jié)果仍然會使發(fā)光效率急劇下跌。因此，松下電工開發(fā)印刷電路板與封裝一體化技術(shù)，該公司將1mm正方的藍光led以flip chip方式封裝在陶瓷基板上，接著再將陶瓷基板粘貼在銅質(zhì)印刷電路板表面，根據(jù)松下報導(dǎo)包含印刷電路板在內(nèi)模組整體的熱阻抗大約是15K/W左右。

　　各業(yè)者展現(xiàn)散熱設(shè)計功力

　　由于散熱器與印刷電路板之間的致密性直接左右熱傳導(dǎo)效果，因此印刷電路板的設(shè)計變得非常復(fù)雜。有鑒于此美國Lumileds與日本CITIZEN等照明設(shè)備、led封裝 廠商，相繼開發(fā)高功率led用簡易散熱技術(shù)，CITIZEN在2004年開始開始制造白光led樣品封裝，不需要特殊接合技術(shù)也能夠?qū)⒑窦s2~3mm散熱器的熱量直接排放到外部，根據(jù)該CITIZEN報導(dǎo)雖然led芯片的接合點到散熱器的30K/W熱阻抗比OSRAM的9K/W大，而且在一般環(huán)境下室溫會使熱阻抗增加1W左右，即使是傳統(tǒng)印刷電路板無冷卻風(fēng)扇強制空冷狀態(tài)下，該白光led模組也可以連續(xù)點燈使用。

　　Lumileds于2005年開始制造的高功率led芯片，接合容許溫度更高達+185℃，比其他公司同級產(chǎn)品高60℃，利用傳統(tǒng)RF 4印刷電路板封裝時，周圍環(huán)境溫度40℃范圍內(nèi)可以輸入相當(dāng)于1.5W電力的電流(大約是400mA)。所以Lumileds與CITIZEN是采取提高接合點容許溫度，德國OSRAM公司則是將led芯片設(shè)置在散熱器表面，達到9K/W超低熱阻抗記錄，該記錄比OSRAM過去開發(fā)同級產(chǎn)品的熱阻抗減少 40%.值得一提的是該led模組 封裝時，采用與傳統(tǒng)方法相同的flip chip方式，不過led模組與散熱器接合時，則選擇接近led芯片發(fā)光層作為接合面，借此使發(fā)光層的熱量能夠以短距離傳導(dǎo)排放。

　　2003年東芝Lighting曾經(jīng)在400mm正方的鋁合金表面，鋪設(shè)發(fā)光效率為60lm/W低熱阻抗白光led，無冷卻風(fēng)扇等特殊散熱組件前提下，試制光束為300lm的led模組。由于東芝Lighting擁有豐富的試制經(jīng)驗，因此該公司表示由于模擬分析技術(shù)的進步，2006年之后超過 60lm/W的白光led，都可以輕松利用燈具、框體提高熱傳導(dǎo)性，或是利用冷卻風(fēng)扇強制空冷方式設(shè)計照明設(shè)備的散熱，不需要特殊散熱技術(shù)的模組結(jié)構(gòu)也能夠使用白光led。

　　變更封裝材料抑制材質(zhì)劣化與光線穿透率降低的速度

　　有關(guān)led的長壽化，目前l(fā)ed防爆燈廠商采取的對策是變更封裝材料，同時將螢光材料分散在封裝材料內(nèi)，尤其是矽質(zhì)封裝材料比傳統(tǒng)藍光、近紫外光led芯片上方環(huán)氧樹脂封裝材料，可以更有效抑制材質(zhì)劣化與光線穿透率降低的速度。由于環(huán)氧樹脂吸收波長為400~450nm的光線的百分比高達45%，矽質(zhì)封裝材料則低于1%，輝度減半的時間環(huán)氧樹脂不到一萬小時，矽質(zhì)封裝材料可以延長到四萬小時左右，幾乎與照明設(shè)備的設(shè)計壽命相同，這意味著照明設(shè)備使用期間不需更換白光led.不過矽質(zhì)樹脂屬于高彈性柔軟材料，加工時必需使用不會刮傷矽質(zhì)樹脂表面的制作技術(shù)，此外加工時矽質(zhì)樹脂極易附著粉屑，因此未來必需開發(fā)可以改善表面特性的技術(shù)。

　　雖然矽質(zhì)封裝材料可以確保led四萬小時的使用壽命，然而照明設(shè)備業(yè)者卻出現(xiàn)不同的看法，主要爭論是傳統(tǒng)白熾燈與螢光燈的使用壽命，被定義成“亮度降至30%以下”.亮度減半時間為四萬小時的led，若換算成亮度降至30%以下的話，大約只剩二萬小時左右。目前有兩種延長元件使用壽命的對策，分別是，抑制白光led整體的溫升，和停止使用樹脂封裝方式。

　　一般認為如果徹底執(zhí)行以上兩項延壽對策，可以達到亮度30%時四萬小時的要求。抑制白光led防爆燈溫升可以采用冷卻led封裝印刷電路板的方法，主要原因是封裝樹脂高溫狀態(tài)下，加上強光照射會快速劣化，依照阿雷紐斯法則溫度降低10℃壽命會延長2倍。停止使用樹脂封裝可以徹底消滅劣化因素，因為led產(chǎn)生的光線在封裝樹脂內(nèi)反射，如果使用可以改變芯片側(cè)面光線行進方向的樹脂材質(zhì)反射板，則反射板會吸收光線，使光線的取出量急劇銳減。這也是led廠商一致采用陶瓷系與金屬系封裝材料主要原因。