中心議題：

• 高功率白光LED應用
• LED芯片的散熱問題

解決方案：

• 提高晶片麵積來增加發光量
• 封裝數個小麵積LED晶片
• 改變封裝材料和螢光材料

雖然看起來在特性的方麵是相當的不錯，不過實際上還是有一些缺點的，就像在使用壽命上，隻有3,000小時左右，再加上價格太貴也是不容易解決事情，或許價格太貴的問題可以花一點時間就可以下降一些

，但是以現在30萬日圓的水準來看的，要降到3,000甚至300日圓
，那就需要10年以上的時間。

就今天而言，白光LED仍舊存在著發光均一性不佳、封閉材料的壽命不長，而無法發揮白光LED被期待的應用優點。但就需求層麵來看
，不僅一般的照明用途，隨著手機、LCD TV、汽車、醫療等的廣泛應用積極的出現，使得最合適開發穩定白光LED的技術研究成果也就相當的被關心。

藉由提高晶片麵積來增加發光量

期望改善白光LED的發光效率，目前有兩大方向，就是提高LED晶片的麵積，也就是說，將目前麵積為1m㎡的小型晶片，將發光麵積提高到10m ㎡的以上
，藉此增加發光量，或把幾個小型晶片一起封裝在同一個模組下。

雖然，將LED晶(jing)片(pian)的(de)麵(mian)積(ji)予(yu)以(yi)大(da)型(xing)化(hua)
，藉(ji)此(ci)能(neng)夠(gou)獲(huo)得(de)高(gao)多(duo)的(de)亮(liang)度(du)，但(dan)因(yin)過(guo)大(da)的(de)麵(mian)積(ji)，在(zai)應(ying)用(yong)過(guo)程(cheng)和(he)結(jie)果(guo)上(shang)也(ye)會(hui)出(chu)現(xian)適(shi)得(de)其(qi)反(fan)的(de)現(xian)象(xiang)。所(suo)以(yi)，針(zhen)對(dui)這(zhe)樣(yang)的(de)問(wen)題(ti)，部(bu)分(fen)LED業者就根據電極構造的改良，和覆晶的構造，在晶片表麵進行改良，來達到50lm/W的發光效率。

例如在白光LEDfujingfengzhuangdebufen


，youyufaguangcenghenjiejinfengzhuangdefujin

，faguangcengdeguangxiangwaibusanchushi
，yincidianjibuhuibeizhebideyoudian，danquedianjiushisuochanshengdereburongyixiaosan。

而er並bing非fei進jin行xing晶jing片pian表biao麵mian改gai善shan後hou，再zai加jia上shang增zeng加jia晶jing片pian麵mian積ji就jiu絕jue對dui可ke以yi一yi口kou氣qi提ti昇sheng亮liang度du

，因yin為wei當dang光guang從cong晶jing片pian內nei部bu向xiang外wai散san射she時shi，晶jing片pian中zhong這zhe些xie改gai善shan的de部bu分fen無wu法fa進jin行xing反fan射she，所suo以yi在zai取qu光guang上shang會hui受shou到dao一yi點dian限xian製zhi，根gen據ju計ji算suan
，最zui佳jia發fa揮hui光guang效xiao率lv的deLED晶片尺寸是在7m㎡左右。

利用封裝數個小麵積LED晶片　快速提高發光效率

和大麵積LED晶片相比
，利用小功率LED晶片封裝成同一個模組
，這樣是能夠較快達到高亮度的要求，例如，Citizen就將8個小型LED封裝在一起，讓模組的發光效率達到了 60lm/W，堪稱是業界的首例。

但這樣的做法也引發的一些疑慮
，因為是將多顆LED封裝在同一個模組上，所以在模組中必須置入一些絕緣材料，以免造成LED晶片間的短路情況發生，不過
，如此一來就會增加了不少的成本。

對此Citizen的(de)解(jie)釋(shi)是(shi)，事(shi)實(shi)上(shang)對(dui)於(yu)成(cheng)本(ben)的(de)影(ying)響(xiang)幅(fu)度(du)是(shi)相(xiang)當(dang)小(xiao)的(de)，因(yin)為(wei)相(xiang)較(jiao)於(yu)整(zheng)體(ti)的(de)成(cheng)本(ben)比(bi)例(li)，這(zhe)些(xie)絕(jue)緣(yuan)材(cai)料(liao)僅(jin)不(bu)到(dao)百(bai)分(fen)之(zhi)一(yi)，並(bing)因(yin)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)現(xian)有(you)的(de)材(cai)料(liao)來(lai)做(zuo)絕(jue)緣(yuan)應(ying)用(yong)，這(zhe)些(xie)絕(jue)緣(yuan)材(cai)料(liao)不(bu)需(xu)要(yao)重(zhong)新(xin)開(kai)發(fa)，也(ye)不(bu)需(xu)要(yao)增(zeng)加(jia)新(xin)的(de)設(she)備(bei)來(lai)因(yin)應(ying)。

雖然Citizen的解釋理論上是合理的，但是，對於較無經驗的業者來說，這就是一項挑戰

，因為無論在良率、研發、生產工程上都是需要予以克服的。

當然，還有其他方式可達到提高發光效率的目標，許多業者發現，在LED藍寶石基板上製作出凹凸不平坦的結構，這樣或許可以提高光輸出量，所以，有逐漸朝向在晶片表麵建立Texture或PhotONics 結晶的架構。

例如德國的OSRAM就是以這樣的架構開發出「Thin GaN」高亮度LED，OSRAM是在InGaN層上形成金屬膜，之後再剝離藍寶石。這樣，金屬膜就會產生映射的效果而獲得更多的光線取出
，而根據 OSRAM的資料顯示，這樣的結構可以獲得75％的光取出效率。

逐漸有業者利用覆晶的構造

，來期望達到50lm/W的發光效率
，由於發光層很接近封裝的附近
，發光層的光向外部散出時，因此電極不會被遮蔽。

當(dang)然(ran)，除(chu)了(le)晶(jing)片(pian)的(de)光(guang)取(qu)出(chu)方(fang)麵(mian)需(xu)要(yao)做(zuo)努(nu)力(li)外(wai)，因(yin)為(wei)期(qi)望(wang)能(neng)夠(gou)獲(huo)得(de)更(geng)高(gao)的(de)光(guang)效(xiao)率(lv)，在(zai)封(feng)裝(zhuang)的(de)部(bu)分(fen)也(ye)是(shi)必(bi)須(xu)做(zuo)一(yi)些(xie)改(gai)善(shan)。事(shi)實(shi)上(shang)，每(mei)多(duo)增(zeng)加(jia)一(yi)道(dao)的(de)工(gong)程(cheng)都(dou)會(hui)對(dui)光(guang)取(qu)出(chu)效(xiao)率(lv)帶(dai)來(lai)一(yi)些(xie)影(ying)響(xiang)，不(bu)過(guo)，這(zhe)並(bing)不(bu)代(dai)表(biao)著(zhe)，因(yin)為(wei)封(feng)裝(zhuang)的(de)製(製)程(cheng)就(jiu)一(yi)定(ding)會(hui)增(zeng)加(jia)更(geng)高(gao)的(de)光(guang)損(sun)失(shi)，就(jiu)像(xiang)日(ri)本(ben)OMROM所開發的平麵光源技術，就能夠大幅度的提昇光取出效率，這樣的結構OMROM是將LED所射出的光線，利用LENS光學係統以及反射光學係統來做控製的，所以OMROM稱之為「Double reflection 光學係統」。

利用這樣的結構

，可將傳統砲彈型封裝等的LED所造成的光損失，針對封裝的廣角度反射來獲得更高的光效率
，更進一步的是
，在表麵所形成的 Mesh上shang進jin行xing加jia工gong，而er形xing成cheng雙shuang層ceng的de反fan射she效xiao果guo
，這zhe樣yang的de方fang式shi
，事shi實shi上shang是shi可ke以yi得de到dao不bu錯cuo的de光guang取qu出chu效xiao率lv控kong製zhi的de。因yin為wei這zhe樣yang的de特te殊shu設she計ji，這zhe些xie利li用yong反fan射she效xiao果guo達da到dao高gao光guang取qu出chu效xiao率lv的deLED，主要的用途是針對LCD TV背光所應用的。
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封裝材料和螢光材料的重要性增加

但如果期望用來作為LCD TV背光應用的話
，那麽需要克服的問題就會更多了，因為LCD TV的連續使用時間都是長達數個小時，甚至10幾個小時，所以，由於這樣長時間的使用情況下，拿來作為背光的白光LED就必須擁有不會因為連續使用而產生亮度衰減的情況。

目前已發表的高功率的白光LED，它的發光功率是一個低功率白光LED亮度的數十倍，所以期望利用高功率白光LED來代替螢光燈作為照明設備的話，有一個必須克服的困難就是亮度遞減的情況。

例如，白光LED長時間連續使用1W的電力情況下，會造成連續使用後半段時間的亮度逐漸降低的現象，當然
，不是隻有高功率白光LED才會出現這樣的情況
，低功率白光LED也會存在這樣的問題，隻不過是因為，低功率白光因為應用的產品不同，所以，並不會因此特別突顯出這樣的困擾。

使用的電流愈大
，當然所獲得的亮度就愈高，這是一般對於LED能neng夠gou達da到dao高gao亮liang度du的de觀guan念nian，不bu過guo，因yin為wei所suo使shi用yong的de電dian流liu增zeng加jia，因yin此ci所suo帶dai來lai的de缺que點dian是shi
，封feng裝zhuang材cai料liao是shi否fou能neng夠gou承cheng受shou這zhe樣yang的de長chang時shi間jian的de因yin為wei電dian流liu所suo產chan生sheng的de熱re，也ye因yin為wei這zhe樣yang的de連lian續xu使shi用yong，往wang往wang封feng裝zhuang材cai料liao的de熱re抵di抗kang會hui降jiang到dao10k/w以下。

高功率LED的發熱量是低功率LED的數十倍，因此
，會出現隨著溫度上升，而出現發光功率降低的問題，所以在能夠抗熱性高封裝材料的開發上
，就相對顯的非常重要。

或許在20～30lm/W以下的LED，這些問題都不存在
，但是，一旦麵臨60lm/w以上的高發光功率LED的時候
，就不得不需要想辦法解決的
，因為，熱效應所帶來的影響，絕對不會僅僅隻有LED本身，而是會對整體應用產品帶來困擾，所以
，LED如果能夠在這一方麵獲得解決的話，那麽

，也可以減輕應用產品本身的散熱負擔。

因yin此ci，在zai麵mian對dui不bu斷duan提ti高gao電dian流liu情qing況kuang的de同tong時shi，如ru何he增zeng加jia抗kang熱re能neng力li，也ye是shi現xian階jie段duan的de急ji待dai被bei克ke服fu的de問wen題ti，從cong各ge方fang麵mian來lai看kan，除chu了le材cai料liao本ben身shen的de問wen題ti外wai
，還hai包bao括kuo從cong晶jing片pian到dao封feng裝zhuang材cai料liao間jian的de抗kang熱re性xing、導熱結構、封裝材料到PCB板間的抗熱性、導熱結構，及PCB板的散熱結構等，這些都需要作整體性的考量。

例如，即使能夠解決從晶片到封裝材料間的抗熱性，但因從封裝到PCB板的散熱效果不好的話，同樣也是造成LED晶片溫度的上升
，出現發光效率下降的現象。所以，就像是鬆下就為了解決這樣的問題，從2005年開始
，便把包括圓形
，線形，麵型的白光LED，與PCB基板設計成一體，來克服可能因為出現在從封裝到PCB板間散熱中斷的問題。

不過，並非所有的業者都像鬆下一樣，把封裝材料到PCB板間的抗熱性都做了考量，因為各業者的策略關係
，有的業者以基板設計的簡便為目標，隻針對PCB板的散熱結構進行改良。

有相當多的業者
，因為本身不生產LED的關係，所以隻能在PCB板做一些研發，但僅此於止還是不夠的，所以需要選擇散熱性良好的白光LED。能讓PCB板上的用金屬材料
，能與白光LED封裝中的散熱槽緊密連接
，完成讓具有散熱槽設計的高功率白光LED與PCB板連接
，達到散熱的能力。

buguo

，zheyangkanqilaihaoxiangzhishiyinweiqiwangdadaosanre，erbajiandandeyijianshiqingyuyi複zahua，daodizheyangshibushifuhechengbenhejinbudegainian，yijintiandeyingyongcengmianlaishuo
，hennanzuoyigepanduan
，buguo
，shijishangshiyouyixieyezhezhengchaoxiangzhefangmianzuokaoliang，liruCitizen在2004年所發表的產品
，就是能夠從封裝上厚度為2～3mm的散熱槽向外散熱
，提供應用業者能夠因為使用了具有散熱槽的高功率白光LED
，能讓PCB板的散熱設計得以發揮。

封裝材料的改變　提高白光LED壽命達原先的4倍

當然發熱的問題不是隻會對亮度表現帶來影響，同時也會對LED本身的壽命出現挑戰

，所以在這一部份，LED不斷的開發出封裝材料來因應，持續提高中的LED亮度所產生的影響。

過去用來作為封裝材料的環氧樹脂，耐熱性比較差，可能會出現的情況是
，在LED晶jing片pian本ben身shen的de壽shou命ming到dao達da前qian，環huan氧yang樹shu脂zhi就jiu已yi經jing出chu現xian變bian色se的de情qing況kuang
，因yin此ci
，為wei了le提ti高gao散san熱re性xing，而er必bi須xu讓rang更geng多duo的de電dian流liu獲huo得de釋shi放fang，這zhe一yi個ge架jia構gou這zhe是shi相xiang當dang的de重zhong要yao。

除此之外
，不僅因為熱現象會對環氧樹脂產生影樣，甚至短波長也會對環氧樹脂造成一些問題，這是因為白光LED 發光光譜中
，也包含了短波長的光線
，而環氧樹脂卻相當容易被白光LED中的短波長光線破壞，即使低功率的白光LED就已經會讓造成環氧樹脂的破壞，更何況高功率的白光LED所含的短波長的光線更多，那麽惡化自然也加速
，甚至有些產品在連續點亮後的使用壽命不到5,000小時。

所以，與其不斷的克服因為舊有封裝材料－環氧樹脂所帶來的變色困擾，不如朝向開發新一代的封裝材料，或許是不錯的選擇。目前在解決壽命這一方麵的問題，許多LED封裝業者都朝向放棄環氧樹脂
，而改採了矽樹脂和陶瓷等作為封裝的材料
，根據統計，因為改變了封裝材料
，事實上可以提高LED的壽命。

就資料上來看，代替環氧樹脂的封裝材料－矽樹脂，就具有較高的耐熱性，根據試驗，即使是在攝氏150～180度的高溫

，也不會變色的現象，看起來似乎是一個不錯的封裝材料。

因(yin)為(wei)矽(gui)樹(shu)脂(zhi)能(neng)夠(gou)分(fen)散(san)藍(lan)色(se)和(he)近(jin)紫(zi)外(wai)光(guang)，所(suo)以(yi)與(yu)環(huan)氧(yang)樹(shu)脂(zhi)相(xiang)比(bi)，矽(gui)樹(shu)脂(zhi)可(ke)以(yi)抑(yi)製(zhi)材(cai)料(liao)因(yin)為(wei)電(dian)流(liu)和(he)短(duan)波(bo)長(chang)光(guang)線(xian)所(suo)帶(dai)來(lai)的(de)劣(lie)化(hua)現(xian)象(xiang)
，而(er)緩(huan)和(he)的(de)光(guang)穿(chuan)透(tou)率(lv)下(xia)降(jiang)的(de)速(su)度(du)。

所以，以目前的應用來看

，幾乎所有的高功率白光LED產品都已經改採矽樹脂作為封裝的材料，例如，因為短波長的光線所帶來的影響部分，相對於波長400～450nm的光
，環氧樹脂約在個位的數。