LED封装技术

LED封装技术

LED构造用高折射率透明封装材料技术

在能源短缺的趋势下,节能减碳成为人人生活的准则,LED以其特殊发光机制,具备环保省能源的优势,从早期只用在指示灯到目前LCD背光源、大型广告牌、车头灯和照明应用,可谓蓬勃发展;而我国自1970 年代切入LED 领域以来,从早期LED 的封装到后来投入晶粒与晶圆的制作,如今已建立了分工细微的LED产业体系,并且成为全球第二大LED生产国,整体产值仅次于日本;目前国内LED厂商无不竭力提升自我研发能力,以期有效掌控核心技术与专利,进而开拓高附加价值产品市场;在一片提高LED亮度的声浪中,封装材料也必须因应高亮度需求,提出具体且有效的研发方向,本文将介绍工研院材化所在高折射封装材料的技术开发。

发光二极管(Light Emitting Diode ,简称LED)的发光原理是将电能转化成光能,经由材料的变化, LED 可发出不同波长的光,涵盖范围从短波长之UV 光、一般波长之可见光(红、蓝、绿)到长波长的红外光。LED 属于冷性发光,具有节能 (省电)、体积小、寿命长(10 万小时)、点灯速度快、色彩鲜明、辨识性优、污染低、高可靠度、模块弹性大等众多优点,因此应用范畴非常广泛。 近年来由于显示器背光源、车用光源、大型显示广告牌与一般照明光源全面换装为LED , LED 之市场生气蓬勃、前景看好,惟LED 应用于上述标的市场时需有高亮度之表现,至2007 年高亮度LED 整体市场成长9.5% 达46 亿元美元,因此亮度提升为目前重要的开发课题;一般来说, LED亮度提升有两种途径,一为提高发光效率,二为增加功率,以冷白光发光效率为例,2007 年已达到90 lm/W 以上, PIDA 预测在2010 年效率可以达到120 lm/W;而LED 整体之发光效能主要受到二极管芯片、构装形式与封装材料所左右,随着磊晶技术的进步,二极管芯片内部发光效率已达90%以上,不过碍于构装形式和封装材料影响,LED 最终外部取光效率(Light Extraction Efficiency) 仅为30% ,足见构装形式与封装材料对LED 亮度的重要性。

以白光LED 为例,芯片折射率约2~4 ,如GaN (n = 2.5)及GaP (n =3.45)均远高于环氧树脂或硅氧烷树脂封装材料折射率(n =1.40~1.53),折射率差异过大导致全反射发生,将光线反射回芯片内部而无法有效导出,因此提高封装材料的折射率将可减少全反射的发生。根据工研院电光所软件仿真封装材料折射率与光取出效率增加幅度结果(图一),以蓝光芯片/ 黄色YAG荧光粉的白光LED 组件为例,蓝光LED 芯片折射率为2.5 ,当封装材料的折射率从1.5 时提升至1.7 时,光取出效率提升了近30%;因此,提升封装材料的折射率降低芯片与封装材料间折射率差异来达到提升出光效能,是目前工研院材化所LED 封装材料研发主轴之一。

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