毫无疑问的，这个世界需求高亮度发光二极管（High Brightness Light-Emitting Diode；HB LED），不只是高亮度的白光LED（HB WLED），也包括高亮度的各色LED，且从如今起的将来更是积极努力与需求超高亮度的LED（Ultra High Brightness LED，简称：UHD LED）。

用LED背光取代手持安装原有的EL背光、CCFL背光，不只电路设计更简约容易，且有较高的外力抗受性。用LED背光取代液晶电视原有的CCFL背光，不只更环保而且显现更逼真亮丽。用LED照明取代白光灯、卤素灯等照明，不只更光亮省电，运用也更长效，且点亮反响更快，用于煞车灯时能减少后车追撞率。

所以，LED从过去只能用在电子安装的状态指示灯，进步到成为液晶显现的背光，再扩展到电子照明及公众显现，如车用灯、交通号志灯、看板讯息跑马灯、大型影视墙，以至是投影机内的照明等，其应用仍在持续延伸。

更重要的是，LED的亮度效率就好像摩尔定律（Moore‘’s Law）一样，每24个月提升一倍，过去以为白光LED只能用来取代过于耗电的白炽灯、卤素灯，即发光效率在10∼30lm/W内的层次，但是在白光LED打破60lm/W以至达100lm/W后，就连荧光灯、高压气体放电灯等也开端感遭到要挟。

固然LED持续加强亮度及发光效率，但除了最中心的荧光质、混光等专利技术外，对封装来说也将是愈来愈大的应战，且是双重难题的应战，一方面封装必需让LED有最大的取光率、最高的光通量，使光折损降至最低，同时还要注重光的发散角度、光均性、与导光板的搭配性。

另一方面，封装必需让LED有最佳的散热性，特别是HB（高亮度）简直意味着HP（High Power，高功率、高用电），进出LED的电流值持续在增大，假使不能良善散热，则不只会使LED的亮度削弱，还会缩短LED的运用寿命。

所以，持续追求高亮度的LED，其运用的封装技术若没有对应的强化提升，那么高亮度表现也会因而打折，因而本文将针对HB LED的封装技术停止更多讨论，包括光通方面的讨论，也包括热导方面的讨论。

附注：大陆方面称为「发光二极管」。

附注：普通而言，HB LED多指8lm/W（每瓦8流明）以上的发光效率。

附注：普通而言，HP LED多指用电1W（瓦）以上，功耗瓦数以顺导游通电压乘以顺导游通电流（Vf×If，f＝forward）求得。

■裸晶层：「量子井、多量子井」提升「光转效率」

固然本文主要在议论LED封装对光通量的强化，但在此也不得不先阐明更深层中心的裸晶局部，毕竟裸晶构造的改善也能使光通量大幅提升。

首先是强化光转效率，这也是最本源之道，现有LED的每瓦用电中，仅有15％∼20％被转化成光能，其他都被转化成热能并消散掉（废热），而提升此一转换效率的重点就在p-n接面（p-n juncTIon）上，p-n接面是LED主要的发光发热位置，透过p-n接面的构造设计改动可提升转化效率。

关于此，目前多是在p-n接面上开凿量子井（Quantum Well；QW），以此来提升用电转换成光能的比例，更进一步的也将朝更多的开凿数来努力，即是多量子井（MulTIple Quantum Well；MQW）技术。

■裸晶层：「换料改构、光透光折」拉高「出光效率」

假如光转效率难再请求，进一步的就必需从出光效率的层面下手，此层面的作法相当多，根据不同的化合资料也有不同，目前HB LED较常运用的两种化合资料是AlGaInP及GaN/InGaN，前者用来产生高亮度的橘红、橙、黄、绿光，后者GaN用来产生绿、翠绿、蓝光，以及用InGaN产生近紫外线、蓝绿、蓝光。

至于作法有哪些？这包括改动实体几何构造（横向转成垂直）、换用基板（substrate，也称：衬底）的资料、参加新的资料层、改动资料层的接合方式、不同的资料外表处置等。不过，无论如何变化，大致都不脱两个要则：一、降低遮盖、增加光透率。二、强化光折射、反射的应用率。

举例来说，过去AlGaInP的LED，其基板所用的资料为GaAs，然黑色外表的GaAs使p-n接面分发出的光有一半被遮挡吸收，形成光能的糜费，因而改用透明的GaP资料来做基板。又如日本日亚化学工业（Nichia）在GaN的LED中，将p型电极（p type）局部做成网纹状（Mesh Pattern），以此来增加p极的透明度，减少光障碍同时提升光透量。

至于增加折反射上，在AlGaInP的构造中增加一层DBR（Distributed Bragg Reflector）反射层，将另一边的光源折向同一边。GaN方面则将基板资料换成蓝宝石（Sapphire，Al2O3，三氧化二铝）来增加反射，同时将基板外表设计成凹凸纹状，藉此增加光反射后的散射角度，进而使取光率提升。或如德国欧司朗（OSRAM）运用SiC资料的基板，并将基板设计成斜面，也有助于增加反射，或参加银质、铝质的金属镜射层。

▲亮度提升的LED曾经跨足到公众场所的号志应用，此为国内工地外围的交通方向指示灯，即是用HB LED所组构成。（郭长佑摄影）

附注：AlGaInP（磷化铝镓铟）也称为「四元发光资料」，即是以Al、Ga、In、P四种元素化合而成。

附注：在普通的图形构造讲解时，p-n接面也称为「发光层，emitTIng layer或acTIve layer、active region」。

附注：除了减少光遮、增加反射外，有时换用不同技术的意图是在于躲避其它业者已申请的专利。

▲各种AlGaInP LED的发光效能强化法，由左至右为技术先进度的差异，最左为最根底规范的LED几何构造，接着开端参加DBR（Distributed Bragg Reflector）反射层，再来是有DBR后再参加电流局限（Current Blocking）技术，而最右为晶元光电的OMA（Omni-directional Mirror Adherence）全方位镜面接合技术，该技术也将基板材质从GaAs换成Si。（图片来源：晶元光电）

▲对GaN、InGaN化合资料的LED而言，也有其自有的一套制程构造光通强化法，以德国OSRAM来说， 芯片采购平台1999年还在运用规范构造，2002年就停顿到ATON构造，2003年换成更佳的NOTA构造，2005年则是ThinGaN构造。（图片来源：晶元光电）

■封装层：抗老化黄光、透光率捍卫战

从裸晶层面努力增加光亮后，接着就正式从封装层面接手，务使光通维持最高、光衰减至最少。

要有高的流明坚持率（Transmittance，透光率、穿透率，以百分比单位表示），第一步是封装材质，过去LED最常用的是环氧树脂（epoxy），不过环氧树脂老化后会逐步变黄（因「苯环」成份），进而影响光亮颜色，特别波长愈低时老化愈快，特别是局部WLED运用近紫外线（Near ultraviolet）发光，与其它可见光相比其波长又更低，老化更快。

新的提案是用硅树脂（silicone）换替环氧树脂，例如美国Lumileds公司的Luxeon系列LED即是改采硅封胶。

运用硅胶的不只是Lumileds Luxeon，其它业者也都有硅胶计划，如通用电气．东芝（GE Toshiba）公司的InvisiSi1，东丽．道康宁（Dow Coring Toray）的SR 7010等也都是LED的硅胶封装计划。

硅胶除了对低波长有较佳的抗受性、较不易老化外，硅胶阻隔近紫外线使其不外泄也是对人体安康的一种维护，此外硅胶的光透率、折射率、耐热性都很理想，GE Toshiba的InvisiSi1具有高达1.5∼1.53的折射率，波长范畴在350nm∼800nm间的光透率达95％，且波长低至300nm时仍有75％∼80％的光透，或者与折射率停止取舍，将折射率降至1.41，如此即使是300nm波长也能维持95％的光透性。同样的，Dow Coring Toray的SR 7010在405nm波长以上光阴透率达99％，且硬化处置后折射率亦有1.51，另外耐热上也都能达180℃∼200℃的水准，关于热的问题我们在此暂不讨论。

此外，也有业者提出所谓的无树脂封装，即是用玻璃来作为外套维护，或如日本京瓷（Kyocera）提出的陶瓷封装，都是为了抗老化而提出，其中陶瓷也有较佳的耐热效果。

▲Lumileds Lighting公司的Luxeon系列LED（InGaN）的横切面图，从图中可知Luxeon用硅封装停止裸晶防护，而非传统的环氧树脂。（图片来源：Lumileds.com）

▲随着运用时间的增长，LED的光通量也会逐步降低，图中是两个LED的寿命光通量曲线比拟，下方蓝色线为普通5mm的WLED指示灯，上方红色线则是高功率LED照明灯。（图片来源：Lumileds.com）

附注：另一个加速环氧树脂老化变黄的要素来自温度，高温会加速老化。

■封装层：透镜的透射　反射杯的反射、折射

前述的封装主要在于维护LED裸晶，并在维护之余尽可能让光热忠实向外传送，接下来还是在封装层面，不过不再是内覆的Resin局部，而是外盖的Lens局部。

在用胶封装完后，根据LED的不同用处会有各种不同的继续作法，例如做成一个一个的独立封装组件，过去最典型的单颗LED指示灯即是如此，另一种则是将多个LED并成一个整体性组件，如七段显现器、点阵型显现器等。此外焊接脚位方面也有两种辨别，即穿孔技术（Through-Hole Technology；THT）及外表黏着技术（Surface-Mount Technology；SMT）。

在此暂且不议论群集性的七段显现器、点阵型显现器，而就逐一独立、别离、离散性的封装来说，也要因应不同的应用而有不同的封装外观，若是与过往LED相同是做为穿孔性焊接的状态指示灯则只需采行灯泡（Lamp）型态的封装（今日也多俗称成「炮弹型」），即使肯定是此型也还有透镜型态（Lens Type）的区别，如典型Lamp、卵椭圆Oval、超卵椭圆Super Oval、平直Flat等。而若是外表黏着型，也有顶视Top View、边视Side View、圆顶Dome等。

为何要有各种不同的透镜外型？其实也有各自的应用需求，就普通而言，Lamp用来做指示灯号、Oval用于户外标示或号志、Top View用来做直落式的背光、Flat与Side View配合导光板（Guide Plate：LGP）做侧边入光式的背光、Dome做为小型照明灯泡、小型闪光灯等。

外型不同、应用不同，发光的可视角度（View Angle）也就不同，此局部也就再次考验封装设计，运用不同的设计方式，能够取得不同的发光角度、光强度、光通量，此方面常见的作法有四：中轴透镜Axial lens、平直透镜Flat lens、反射杯Reflective cup、岛块反射杯Reflective cup by island。

普通的Lamp用的即是中轴透镜法，Dome及Oval/Super Oval等也相似，但Oval/Super Oval的光亮比Lamp更集中在轴向的小角度内。而Flat则是用平直透镜法，益处是光视角比中轴透镜法更大，但缺陷是光通量降低、光强度削弱。至于Top View、Side View等则多用反射杯或岛块反射杯，此作法是在封装内参加反射镜，对局部发散角度的光束停止反射、折射等收敛动作，使角度与光强度能获得均衡。

▲日亚化学工业（Nichia）的5mm白光LED，图中可见炮弹（Lamp）型封装内部也运用碗状的反射杯（Reflective cup）设计来强化光照角度及强度。（图片来源：Ledstyles.de）

就技术难易来说，只用上透镜的Axial lens、Flat lens的确较为简易，只需思索透射与光束发散性，相对的有Reflective cup就不同了，原有的透射、发散一样要思索，还要追加思索反射、折射以及光束收敛，的确愈加复杂。

还有，我们还没讨论材质，透镜局部除了可持续用原有的覆胶材质外也能够改用其它材质，由于透镜已较为考究光透而较不考究裸晶防护，如此还可采行塑料（Plastic）、压克力（Acrylic）、玻璃（Glass）、聚碳酸酯（Polycarbonate）等，且如之前所述，光透性与波长有关，不同波长光透度不同，再加上有不同的材质可选择，以至要为透镜上色，好增加光色的比照度，或视应用场所的装饰效果（玩具、耶诞树），还有前面的透镜、反射杯等几何设计等，以上种种构成了LED光通上的第四道课题。

附注：今日有的LED也在Lamp型封装内运用反射杯技术。

■结尾

最后，HB LED被人强调为「绿色照明」，言下之意「环保」是其很大的诉求点，所以不只要无铅（Pb Free）封装，还要符合今日欧洲RoHS（Restriction of Hazardous Substances Directive，限用危害物质指令）的法令标准，无论封装与LED整体都不能含有汞、镉、六价铬（hexavalent chromium）、多溴联苯（PolyBrominated Biphenyls；PBB）、多溴联苯醚（PolyBrominated Diphenyl Ether；PBDE）等环境有害物，此外WEEE（Waste Electrical and Electronic Equipment directive，废弃电子电机设备指令）等其它相关法规也必需恪守。

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