高亮度LED技术与应用趋势.doc

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1、高亮度LED技術與應用趨勢（1）高亮度LED之「封裝光通」原理技術探析（郭長祐/DigiTimes.com）'必2006/07/10'助前言：毫無疑問的'這個世界需要高亮度發光二極體（HighBrightnessLight-EmittingDiode；HBLED），不僅是高亮度的白光LED（HBWLED），也包括高亮度的各色LED，且從現在起的未來更是積極努力與需要超高亮度的LED（UltraHighBrightnessLED，簡稱：UHDLED）。用LED背光取代手持裝置原有的EL背光、CCFL背光，不僅電路設計更簡潔容易，且有較高的外力抗受性。用

2、LED背光取代液晶電視原有的CCFL背光，不僅更環保而且顯示更逼真亮麗。用LED照明取代白光燈、鹵素燈等照明，不僅更光亮省電，使用也更長效，且點亮反應更快，用於煞車燈時能減少後車追撞率。所以，LED從過去只能用力電子裝置的狀態指示燈，進步到成爲液晶顯示的背光，再擴展到電子照明及公眾顯示，如車用燈、交通號誌燈、看板訊息跑馬燈、大型影視牆，甚至是投影機內的照明等，其應用仍在持續延伸。更重要的是，LED的亮度效率就如同摩爾定律（Moore**sLaw）一樣，每24個月提升一倍，過去認爲白光LED只能用來取代過於耗電的白熾燈、鹵素燈，即發光效率在10-301

3、m/W內的層次，然而在白光LED突破601m/W甚至達1001m/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持續增強亮度及發光效率，但除了最核心的螢光質、混光等專利技術外，對封裝來說也將是愈來愈大的挑戰，冃•是雙重難題的挑戰，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，同時還要注重光的發散角度、光均性、與導光板的搭配性。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（HighPower，高功率、高用電），進出LED的電流値持續在增大，倘若不能良善散熱，則不僅會使LED的亮度減

4、弱，還會縮短LED的使用壽命。所以，持續追求高亮度的LED，其使用的封裝技術若沒有對應的強化提升，那麼高亮度表現也會因此打折，因此木文將針對HBLED的封裝技術進行更多討論，包括光通方血的討論，也包括熱導方血的討論。附註：大陸方面稱爲「發光二極管」。附註：一般而言，HBLED多指81m/W（每瓦8流明）以上的發光效率。附註：一般而言，HPLED多指用電1W（瓦）以上，功耗瓦數以順向導通電壓乘以順向導通電流（Vfxlf，f^forward）求得°■裸晶層：「量子井、多量子井」提升「光轉效率」雖然本文主要在談論LED封裝對光通量的強化，但在此也不得不先說

5、明更深層核心的裸晶部分，畢竟裸晶結構的改善也能使光通量大幅提升。首先是強化光轉效率，這也是最根源之道，現有led的每瓦用電中，僅有15%〜20%被轉化成光能，其餘都被轉化成熱能並消散掉（廢熱），而提升此一轉換效率的重點就在p-n接面（p-njunction）上，p-n接面是LED主要的發光發熱位置，透過p-n接面的結構設計改變可提升轉化效率。CBE；IP?..dT…•••14••1F*gQW;energygapt♦H—2VB1hh1AIGaAsGaAsAIGaAsAQuantumWellStructure▲量子井(QuantumWell；QW)的結構

6、圖。(郭長祐製圖)關於此，目前多是在p-n接面上開鑿量子井(QuantumWell；QW)，以此來提升用電轉換成光能的比例，更進一步的也將朝更多的開鑿數來努力'即是多量子井(MultipleQuantumWell；MQW)技術。■裸晶層:「換料瞬・光透光折」拉高「出光效率」如果光轉效率難再耍求，進一步的就必須從出光效率的層面下手，此層面的作法相當多，依據不同的化合材料也有不同5目前HBLED較常使用的兩種化合材料是AlGalnP及GaN/InGaN，前者用來產生高亮度的橘紅、橙、黃、綠光，後者GaN用來產半綠、翠綠、藍光，以及用InGaN產生近紫外線

7、、藍綠、藍光。至於作法有哪些？這包括改變實體幾何結構(橫向轉成垂直)、換用基板(substrate，也稱：襯底)的材料、加入新的材料層、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，大體都不脫兩個要則：一、降低遮蔽、增加光透率。二、強化光折射、反射的利用率。舉例來說，過去AlGalnP的LED，其基板所用的材料爲GaAs、然黑色表面的GaAs使p-n接面散發出的光有一半被遮擋吸收，造成光能的浪費，因此改用透明的GaP材料來做基板。又如日本日亞化學工業(Nichia)在GaN的LED屮，將p型電極(ptype)部分做成網紋狀(Mesh

8、Pattern)，以此來增加p極的透明度，減少光阻礙同時提升光透量。至於增加折反射上'在AlGalnP的結構