高功率LED封装1—高功率LED发展趋势

高功率LED封装1—高功率LED发展趋势

前言：

　　LED自发明以来，时至今日，已深入生活各个角落，因LED本身各方面优势，使传统发光组件正逐一被LED所取代，目前市场正积极导入室内用照明区块。

本文：

　　LED，从早期传统的炮弹封装，发展到现在的平板型封装，已经历多年演化，运用在传统的电子零组件或最新型显示器，LED俨然是个不可或缺的角色。LED基本发光原理是利用电子能阶迁移，释放出能量、产生光，最简单的构造是将发光层夹于正负极，导电透过电子能阶让发光层发量。

图说：传统型态与新形态各异，使用的层面也不同。(资料来源：http://www.liteon.com/)

图说：在阳极与阴极施加直流电时，电子(＋)和电洞(－)便会在发光层开始会合，并且互相配对结合，透过这种结合，发光层可获得能量，但是此种能量并不稳定，于是又再返回基本的「基底状态」，而再返回基底状态的过程，便发出光亮。(资料来源：http://www.liteon.com/)

　　制程方面，大体上可分为3步骤，前处理、成膜、封装。前处理着重基板处理，成膜工程则是分别镀上不同的膜，此阶段可决定LED成品的发光属性，最后封装是将基板切割，成为不同型态晶粒。封装的内部也有着不同的型态，有的是采单一晶粒，有的是用多粒晶粒，由于目前并没有制式的规范，各家厂商在开发制造是以应用作考虑，例如:所需的颜色、发光的强度、大小尺寸等。

　　厂商一旦设定好所需颜色，就会选用适当晶粒，再视内部晶粒封装方式弹性选择搭配方法，像是简单的导线封装或是COB封装(chip on board)，再搭配不同散热性质的基板，像是选择亮度、色度足够？或是散热优先？，如此一来，符合期待的产品就产生了。当市场需要高功率、高亮度、柔和的室内白光源，同样类似的流程就会再跑数次，以期望找到最适化的产品，一旦某个环节达不到客户需求，就会针对该部分重新研究发展。

图说：在基板镀上各层属性不同的膜，切割成晶粒，封装即可依需求组装成品。(资料来源：http://www.liteon.com/)

　　LED发出的光，具有指向性，而且是有高纯度的单色光，这2项特点让使用方式与传统光源有明显差异，例如用于单色指示灯使用时，不需透过特殊配色滤镜，即可直接输出纯色光，节省50%以上能源。而指向性光源，在设计灯具时，也较传统灯具略为不同，实务应用有时可以省略一些反射材料，达到节省、环保目的。

　　目前LED几大厂各自掌握一些核心技术与专利，日亚化学拥有白光专利、飞利浦Lumileds拥有红光专利，制造厂对专利问题都谨慎处理，一不小心诉讼官司就会缠身。

　　RGB 3色光开发成功，让LED也正式跨足全彩光谱领域，除了透过三色光混出白色光源，也可以利用三色LED制造出显示器和户外大型广告牌。在研发过程中，在Lumileds任职的 Roland Haitz 曾提出LED每隔18-24个月，亮度就会提高一倍的理论，而实际上LED亮度早已超越此项理论，使高亮度LED照明可以提早为人类所服务。

台湾LED的市场与未来方向

　　台湾的LED产量占世界第一，不但是许多大厂的代工厂，本身也推出许多商品，可与市场应用接轨。电子零件上的用途、显示器的背光用途、或是直接拿来当作显示器、都是已经商化的产品，高功率的LED陆续发表后，取代照明市场是下一个LED所扮演的重要角色。 在市场应用中，将LED用于手机背光光源用途，曾出现过高峰需求，而这个高峰期也打开LED的各式应用层面，增加了不少的商机，及材料上的不可取代性。

　　在未来，车用、显示器、各种号志灯、照明、或是其它照明器材，都有机会再创下波应用高峰，其中最令人期待的应用高峰，应是用于显示器及照明用途，目前各大厂都极度看好这2区块的前景，也加紧脚步布局开发新品因应。就LED汽车应用来说，目前仍以车内用途为最大宗，如用于仪表板、阅读灯...等，而车尾指示灯的使用率也逐渐增加中，在2007年LEXUS与AUDI也推出了以LED作车头灯的车款，但这块应用领域，国内还在摸索阶段。

图说：LED有机会可取代所有车用传统灯源。(资料来源：http://www.eclife.com.tw/)

图说：LEXUS利用复眼式LED作为车头灯。(资料来源：http://lexus.jp/)

　　LED显示器的背光源可大致分2大类，1是利用白光LED光源、另1类是利用彩色光源混成白光。

　　目前的技术层面，白光LED的发光效率较佳，目前普遍用于显示器的背光用途，因LED体积小、不占空间，未来有机会全面替代冷阴极管；而利用彩色LED混光的背光方式，多用于高阶显示器，以强化屏幕画质。

图说：LED背光有许多优点，在高阶的显示器产品上，目前有以LED背光取代传统冷阴极管的趋势。( 资料来源：http://www.samsung.com/)

　　而照明市场形态与显示器相仿，虽然强调高亮度、高功率，也多以纯白光为主，但设计师或是终端客户要求演色性或是柔和感，仍会采用多色混色成的白光光源，达到所需效果。

　　在下游厂商切入的角度面来看，显示器和照明应用是壁垒分明的2大领域，而照明区域也区分成装潢或纯照明，小型厂商不愿意投入大量资金切入高功率的系统发展，而比较倾向大型工程的装潢，如营业用广告牌或是建筑物外观，从中间获取较大利益。而中上游厂商则对纯照明用途抱持着积极态度，开发出更贴近传统灯具的LED模块，以期望市场需求增加时，有足够的技术以及产能，满足消费者需求。

　　由于发光特性与传统灯具不同，消费者或是终端用户，会习惯性用传统光源概念去检视LED新商品，设计或是宣传销售上，厂商必须把未来在市场的可能性加以考虑，以便更快的打入市场。

高功率LED的用途与需求

　　目前市面上看到LED类型，不外乎是电子零件、广告广告牌、户外大型显示、及室内情境式装潢，真正作为照明用途者非常少，原因在于真正作为照明需求，所需光的质与量，比一般的LED能办到的要高出许多。

　　光线用于照明需求大略可分3种，首先讲求的是光强度、其次是演色性、最后即是光照的均匀度。

　　光的强度足够：才能够远距离的辨识物体，但国内LED厂商对于这部分会以lm/W作基本表示，相对于大家熟悉的烛光反而不使用，原因在于发光的类型截然不同。

　　演色性佳：可以感受灯光带来的舒适感，所得演色性是指物体在太阳光下所呈现得正常颜色，以百分比作基准，Ra-100为100%也就是正常得太阳光源下的表现。

　　高亮度：LED目前最常用得技术是蓝色发光层发出的白光，强度够，但演色性不良，新的技术是利用黄色发光层，发出演色性表现更佳的光源，但这部分牵涉到专利，多数厂商会选用R、G、B三色混光，达到最佳的表现效果。

　　光照的均匀度够，像在室内就可让整个空间明亮表现均衡，而以上的3点正是当前高功率LED最重要的研发课题。目前各家厂商都致力发展高功率的LED产品，虽然已有许多新的成就，但随着功率提高，散热问题势必是第一个面临到的关卡。

来源：Digitimes- Cover Story