高亮度led之封裝光通原理技術(shù)探析

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1、高亮度LED之"封裝光通"原理技術(shù)探析毫無疑問，這個(gè)世界需要高亮度發(fā)光二極體（HBLED），不僅是高亮度的白光LED（HBWLED），也包括高亮度的各色LED，且從現(xiàn)在起的未來更是積極努力與需要超高亮度的LED（UHDLED）。用LED背光取代手持裝置原有的EL背光、CCFL背光，不僅電路設(shè)計(jì)更簡潔容易，且有較高的抗外力性。用LED背光取代液晶電視原有的CCFL背光，不僅更環(huán)保而且顯示更逼真亮麗。用LED照明取代白光燈、鹵素?zé)舻日彰?，不僅更光亮省電，使用也更長效，且點(diǎn)亮反應(yīng)更快，用於煞車燈時(shí)能減少後車追撞率。所以，LED從過去只能用在電子

2、裝置的狀態(tài)指示燈，進(jìn)步到成為液晶顯示的背光，再擴(kuò)展到電子照明及公眾顯示，如車用燈、交通信號燈、資訊看板、大型影視墻，甚至是投影機(jī)內(nèi)的照明等，其應(yīng)用仍在持續(xù)延伸。更重要的是，LED的亮度效率就如同摩爾定律（Moore＇＇sLaw）一樣，每24個(gè)月提升一倍，過去認(rèn)為白光LED只能用來取代過於耗電的白熾燈、鹵素?zé)簦窗l(fā)光效率在10～30lm/W內(nèi)的層次，然而在白光LED突破60lm/W甚至達(dá)100lm/W後，就連螢光燈、高壓氣體放電燈等也開始感受到威脅。雖然LED持續(xù)增強(qiáng)亮度及發(fā)光效率，但除了核心的螢光質(zhì)、混光等專利技術(shù)外，對封裝來說也將是愈來

3、愈大的挑戰(zhàn)，且是雙重難題的挑戰(zhàn)，一方面封裝必須讓LED有最大的取光率、最高的光通量，使光折損降至最低，同時(shí)還要注重光的發(fā)散角度、光均性、與導(dǎo)光板的搭配性。另一方面，封裝必須讓LED有最佳的散熱性，特別是HB（高亮度）幾乎意味著HP（高功率、高用電），進(jìn)出LED的電流值持續(xù)在增大，倘若不能良好散熱，則不僅會(huì)使LED的亮度減弱，還會(huì)縮短LED的使用壽命。所以，持續(xù)追求高亮度的LED，其使用的封裝技術(shù)若沒有對應(yīng)的強(qiáng)化提升，那麼高亮度表現(xiàn)也會(huì)因此打折，因此本文將針對HBLED的封裝技術(shù)進(jìn)行更多討論，包括光通方面的討論，也包括熱導(dǎo)方面的討論。裸晶層

4、："量子井、多量子井"提升"光轉(zhuǎn)效率"雖然本文主要在談?wù)揕ED封裝對光通量的強(qiáng)化，但在此也不得不先說明更深層核心的裸晶部分，畢竟裸晶結(jié)構(gòu)的改善也能使光通量大幅提升。首先是強(qiáng)化光轉(zhuǎn)效率，這也是最根源之道，現(xiàn)有LED的每瓦用電中，僅有15％～2％被轉(zhuǎn)化成光能，其余都被轉(zhuǎn)化成熱能并消散掉（廢熱），而提升此一轉(zhuǎn)換效率的重點(diǎn)就在p-n接面（p-njunction）上，p-n接面是LED主要的發(fā)光發(fā)熱位置，透過p-n接面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改變可提升轉(zhuǎn)化效率。目前多是在p-n接面上開鑿量子井（QuantumWell；QW），以此來提升用電轉(zhuǎn)換成光能的比例，更進(jìn)

5、一步的也將朝更多的開鑿數(shù)來努力，即是多量子井（MultipleQuantumWell；MQW）技術(shù)。"換料改構(gòu)、光透光折"拉高"出光效率"。如果光轉(zhuǎn)效率難再要求，進(jìn)一步的就必須從出光效率的層面下手，此層面的作法相當(dāng)多，依據(jù)不同的化合材料也有不同，目前HBLED較常使用的兩種化合材料是AlGaInP及GaN/InGaN，前者用來產(chǎn)生高亮度的橘紅、橙、黃、綠光，後者GaN用來產(chǎn)生綠、翠綠、藍(lán)光，以及用InGaN產(chǎn)生近紫外線、藍(lán)綠、藍(lán)光。方法包括改變實(shí)體幾何結(jié)構(gòu)（橫向轉(zhuǎn)成垂直）、換用基板（substrate，也稱：襯底）的材料、加入新的材料層、

6、改變材料層的接合方式、不同的材料表面處理等。不過，無論如何變化，大體都不離兩個(gè)原則：一、降低遮蔽、增加光透率。二、強(qiáng)化光折射、反射的利用率。如過去AlGaInP的LED，其基板所用的材料為GaAs，然黑色表面的GaAs使p-n接面散發(fā)出的光有一半被遮擋吸收，造成光能的浪費(fèi)，因此改用透明的GaP材料來做基板。又如日本日亞化學(xué)工業(yè)（Nichia），將p型電極（ptype）部分做成網(wǎng)紋狀（MeshPattern），以此來增加p極的透明度，減少光阻礙同時(shí)提升光透量。至於增加折反射上，在AlGaInP的結(jié)構(gòu)中增加一層DBR（DistributedB

7、raggReflector）反射層，將另一邊的光源折向同一邊。GaN方面則將基板材料換成藍(lán)寶石（三氧化二鋁）來增加反射，同時(shí)將基板表面設(shè)計(jì)成凹凸紋狀，藉此增加光反射後的散射角度，進(jìn)而使取光率提升?；蛉绲聡鴼W司朗（OSRAM）使用SiC材料的基板，并將基板設(shè)計(jì)成斜面，也有助於增加反射，或加入銀質(zhì)、鋁質(zhì)的金屬鏡射層。封裝層：抗老化黃光、透光率保衛(wèi)戰(zhàn)從裸晶層面努力增加光亮後，接著就正式從封裝層面接手，務(wù)使光通維持最高、光衰減至最少。要有高的流明保持率（Transmittance），第一步是封裝材質(zhì)。過去LED最常用的是環(huán)氧樹脂（epoxy），但

8、環(huán)氧樹脂老化後會(huì)逐漸變黃，進(jìn)而影響光亮顏色，尤其波長愈低時(shí)老化愈快，特別是部分WLED使用近紫外線（Nearultraviolet）發(fā)光，與其他可見光相比其波長又更低，老化更快。新的提案是用矽