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    功率白光 LED 的研究
    白光 LED 因绿环保、高效节能以及长寿命的优点得到人们的高度重视，但是 LED 照明产品的开发是一个系统工程， 除了提升光源本身的亮度外，还涉及到散热、二次配光、控制电路、电源等一系列问题。目前，LED 光源的亮度还不够高， 所以大家把 LED 照明产品的功率做得较大，这样一来就带来了成本增加、散热结构复杂、电源和控制设计困难等一系列 问题。如果 LED 光源的光效能得到大幅提升，其它如价格、散热、驱动电路、以及配光等环节的问题处理起来就更加容 易，所以白光 LED 光效的提升至关重要，它是 LED 照明走向普通照明的重要环节。 白光是一种多颜的混和光，目前白光 LED 的制造方法主要有以下几种方式： 1.R+G+B(LEDChip) 2.B(LEDChip)+YellowPhosphor(荧光粉) 3.B(LEDChip)+(R+G)Phosphor(荧光粉) 4.B(LEDChip)+(Y+R)Phosphor(荧光粉) 5.B(LEDChip)+(Y+G)Phosphor(荧光粉) 6.UV(LEDChip)+(R+G+B)Phosphor(荧光粉) 其中第一种方法是将 R、 B 三 LED 芯片封装在一起， G、 通过 RGB 混光的方式得到白光;第二种是蓝光 LED
芯片加 YAG 黄荧光粉的封装方式，通常以 450nm-465nm 的蓝光激发 YAG 黄荧光粉产生黄光，该黄光与透过 YAG 荧光粉而没有 被吸收的蓝光混合而产生两波长的白光，这项技术的发明者为日亚化学(美国专利：US5998925);第六种方法是通过紫外 光激发 R、G、B 三基荧光粉，从而产生 R、G、B 三光混合的白光(美国专利：US5952681)。 紫外光激发三基荧光粉的封装方式发光原理与日光灯的相同，都是由三基荧光粉吸收能量而发出三光，再经 混合而得到白光。这种发光模式发出的白光显性较好，但目前这种封装模式还受到一些材料特性和制程技术的制约， 例如目前尚无抗衰减、高效率的功率型紫光 LED 芯片;封装材料选择困难，一方面这些封装材料必须抗紫外光，不会因为 紫外光的照射而产生劣化;另一方面这些封装材料还要能阻挡紫外光的外泄，以避免对人体产生伤害。 目前，第一种和第二种是最常用的白光 LED 制造方法，尤其是以蓝光激发黄荧光粉而得到白光的这种方法，已被 用于工业化量产。这种制造技术其发光效率高低主要取决于材料(芯片、荧光粉、胶水)的优劣和生产制程的过程控制， 下面我们就这几方面的问题作一些讨论： 材料： 1.芯片 芯片本身的功率是白光 LED 光效的决定因素，目前常见的蓝光芯片制造方式有下列四种类型： A.以 Cree 为代表的 SiC 或者 Si 衬底(图一)
    这几种芯片结构都有他们独自的特点。蓝宝石衬底芯片的出光模式为正面和侧面出光，其
优点是工艺相对简单、成熟， 但是由于蓝宝石导热率较低，对器件的散热有一定影响。Si 衬底芯片、金属衬底芯片以及倒装芯片的出光模式都是正面 出光，Si 衬底芯片的典型代表为 Cree 的 EZ 系列，这类芯片的特点是 Si 衬底背面镀有 Au-Sn 合金，可以进行共晶固晶以 获得较低的热阻;倒装芯片的典型代表是 Lumileds， 其制造方法是通过刻蚀露出外延层的 N 区， 然后将整个芯片倒装焊接 在具有电路结构的 Si 基板上，通常，Si 基板上还集成有齐纳二极管，这芯片的散热能力和抗静电能力都比较高。金属衬 底芯片与 Si 衬底芯片结构类似，只不过相对于 Si 衬底来说，金属 Cu 衬底的热导率跟高，封装出的器件可具有更低的热 阻，但缺点是 Cu 与 GaN 材料的热失配相对较大。 2.荧光粉 荧光粉效率的高低与其颗粒的大小有着密切的关系，目前业界使用的荧光粉直径为 5μm～15μm。研究表明，颗粒相 对越粗，其发光效率相对越高，但另一方面，颗粒越粗的荧光粉是在制程中也越容易沉淀，在使用时间上不容易控制。 颗粒较小的荧光粉不易沉淀，但是其光效相对较低。为此，为了解决荧光粉效率和沉淀相矛盾的问题，我们可通过缩短 使用时间、增加胶水的密度等方法让较粗的荧光粉不易沉淀从而提高 LED 的发光效率。 图五是不同荧光粉的效率比较：
    3.胶水 提高胶水的折射率是提升 LED 光效的关键，目前业界使用的胶水折射率大多在 1.4~1.5 左右，而最近有日本厂商宣 称开发出了折射率高达 1.9 的胶水，如果这种胶水在可
靠性方面能够得到业界认可，则可使 LED 在光效方面向前迈进一 大步。
    制程技术 1.设备 为了防止点荧光胶过程中荧光粉的沉淀，人们开发出很多设备来解决这个难题，比如一些厂家开发出离心式搅拌设 备以使荧光粉和胶水充分能够均匀地混合的，并且在搅拌的同时还能消除胶水中的气泡;为了让荧光胶点胶量均匀，人们 开发出采用活塞式、螺杆式的喷胶设备;为了不让荧光粉沉淀，一些设备采用边点胶边加热的方式或者边混合边点胶的方 式进行点胶作业。总之，这些先进的设备为我们解决一些制程问题提供了很多途径。 2.过程参数 有了先进的设备并不代表就一定能封装出高光效的白光 LED，我们还需要出每一个制程参数的最佳条件使系统得 到最佳优化。有人针对不同的材料配搭采用 DOE 矩阵的方式来寻设备的最佳参数条件。这种矩阵方式如表一所示： 表一、DOE 矩阵
    在表一中，“B”表示最佳参数条件，要获得这样的条件需要做大量的实验。 图六是不同点胶方式的光效比较：
    3. 稳定性 所谓稳定性也就是我们常说的制程能力的高低了，一般用 Cpk 来表示，Cpk 表示制程能力的判定标准如下： A.当 1.67≧CPK≧1.33，表示制程 OK，无须做任何的变更。 B.当 CPK<1.33，则需开立矫正预防措施单，以利于针对问题点进行改善。 C.当 CPK<1.0，
则表示制程中有严重缺失，需立开立停线通知单或减量生产，待确认其缺点已确实改善后方可 继续生产。 D.当 CPK>1.67，则需列入观察。 E.当 CPK>2.3，则说明设计成本过高，需进行设计变更或规格变更之确认。 一、照明产品关注度调查
    从慧聪交易市场的数据可以看出，照明产品整体的关注度比例比较平均，相差并不大，这是照明市场平衡发展的有 利因素，有益于市场的良性运作。 2009 年伊始，很多人都期盼着金融危机赶快过去，股市能够由绿转红。希望经济发展如同天气一样也能慢慢暖起来。 但是预想的结果似乎与我们的想象不成正比。不过，灯饰商家也不要操之过急，“冰冻三尺非一日之寒”，那么想要解 冻也要慢慢来。我们说室内灯具能够有 30%的关注度，仍然是家装市场回暖的缘故。但是我们惊奇的发现室外灯具却以 31%的关注度成为照明市场的冠军产品。其原因何在? 2008 年年末，为拉动内需，国家有 4 万亿财政拨款于基础设施建设。因此楼宇建筑工程照明就为室外灯具寻到了新的 市场。那么 2009 年春季正是室外灯具走俏之时。因此笔者认为，灯具厂商应该看到这个机遇，做好室外灯具营销渠道， 才能在经济回暖的春季赢得利润。 二、室内灯具产品关注度调查
    1 月份吊灯的关注度就以绝对的优势占据室内灯具产品的首位，2 月份延续 1 月份的好势
头，再接再厉仍以 37%的超 高关注度比例位居榜首。2 月，各地政府对购买二套房做了相应调整政策，银行贷款也开始对二套房购买者放宽政策，这 让房市开始回暖，也让家装市场有了新的曙光。无形中带动了灯具市场的发展。吊灯作为家居中的主要灯饰，自然首当 其冲成为关注度最高的产品。 水晶灯一向是灯具中的宠儿，人们常把水晶灯比作“灯饰公主”，表明了水晶灯的地位之高贵。在过去的几百年中 水晶灯以其华丽璀璨、奢侈高档，产品销量一直稳定。不能否认，传统水晶灯一直是目前水晶灯市场的主流。而现在的 青年人越来越喜欢简约水晶灯，喜欢那种晶莹剔透的感觉。2 月初正是装修新房的好时节，打开年轻人市场的水晶灯，人 气飙升，以 27%的关注度成为家居灯饰中的亚军。 台灯仍然处于下滑趋势以 17%的关注度排名第三，吸顶灯的关注度较 1 月份相比有所下滑为 8%。此外羊皮灯、壁灯、欧 式灯、护眼灯关注度较低均为 1%。另外，落地灯、装饰灯的关注度分别为 3%、2%。 三、室外灯具产品关注度调查
    标志性建筑物、广场、公园、酒店、河滨、旅游景点、大型户外演出、大型户外灯光表演等都少不了要用探照灯。2 月份气温变暖，人们开始出游，演出活动也开始增多，许多公共场所也开始重新建设，这样对探照灯的需求也就增多了， 因此探照灯能够以 29%的关注度高居室外灯具的榜首。 国家拉动内需政策的实施，城市照明工程的加强都一定程度上推动着
室外照明灯具市场的增长。春暖花开，自然少 不了草坪灯、景观灯来装饰公园、小区、广场等公共场所。因此草坪灯、景观灯的关注度一直处于上升趋势。草坪灯、 景观灯分别以 24%、22%的关注度位居室外灯具中的第二、三位。 庭院灯、烟花灯关注度已经下滑，均为 4%。圣诞灯、太阳能灯的关注度均为 2%。装饰彩灯、樱花灯这些用途不是很广 的产品关注度较低均为 1%。 四、其它照明产品关注度调查
    “节能减排”这四个字，如今成了频率很高的流行语。在刚刚过去的全国“两会”上，节能减排又再次获得强调。 总理在政府工作报告中指出，2009 年要突出抓好工业、交通、建筑三大领域节能，继续推进十大重点节能工程建 设，落实电机、锅炉、汽车、空调、照明等方面的节能措施。在中国经济转型的过程中，“节能减排”受到国家政策和 资金层面的双重呵护，发展前景清晰确定。 前不久发布的消息，我国今年将通过财政补贴的方式，在全国推广一亿只高效照明产品。这将直接拉动消费逾十亿 元。这无疑给照明行业指出了一条发展的新方向，节能照明将成为趋势。因此 2 月份的节能灯关注度比例稳居其它灯具 产品中的第一位置。 此外，手电筒的关注度依然处于上升期，这正是春游出行人员增多，给手电筒带来商家的原因。因此手电筒的关注度以 30%的关注度比例位居其它照明产品的第二位。
    在灯饰配件方面，灯丝、灯管以 33%、27%的关注度比例占据整个灯饰配件产品中的 6 成以上。虽然一直在说经济要 回暖，金融危机即将成为过去时，但是这个过程却是漫长的。因此，在金融危机时，对于普通民众来说换灯具配件要比 买灯划算的多。这也是让灯饰配件市场火热的原因之一。 总结 2 月照明产品关注度情况，我们从中发现，照明市场的发展已经开始火热起来，照明行业即将走出寒流，迎接温 暖的春天。这对于 3 月的市场回暖是一个很好的铺垫。3 月两会召开，新的发展方针的落实必将为企业发展指明新出路， 照明企业将迎着温暖的春风，开辟出新天地。 高功率 LED 封裝技術的發展現況 高功率 LED 封装技术仍处于日新月异的阶段，未曾订定标准化封装形式，因此，各相关厂商莫不积极地努力推广 自家产品，以寻求成为未来标准化产品之一。本文藉由这些产品加以归纳出高功率 LED 封装的种类与其技术的发 展趋势。随着国际能源枯竭疑虑不断地攀升，迫使人们不得不寻节能且又兼顾环保的新科技。从全世界消耗能 源的细项统计分布图（如图一）可知，室内照明占整体能源消耗的 33%，为人类消耗能源的最主要项目，由此可 鉴，人们若要节能，首先必须降低照明用电，而固态照明灯具(Solid StateLighting)不但具高发光效率又可符 合环保的要求，因此成为未来一般照明的最佳候选者，基于此，预计全球 LED 产值市场规模将在两年内突破 110 亿美元大关（2010 年） ，成为科技产业中最闪亮的明星产业之一。 高功率 LE
D 市售产品介绍 根据日本 Techno System Research 公司的调查， 2005 年全球白光 LED 制造商的出货量统计数据如图二所 示，前六大白光 LED 制造商依序为 Nichia 、Citizen 、Osram、Stanley、Lumileds 与 Toyoda Gosei 公司。其 余未能挤进前六大的白光 LED 制造商还有 Cree、Seoulsemi、Avago、Dominant、TT Electronics、PerkinElme r、LuminusDevices、Matsushita 与 Lamina 等公司。从这些公司销售的产品中，可依其封装技术区分出下列五 大种类，分别为：1.多颗小芯片于 PLCC 封装体；2.多颗小芯片封装于基板；3.单颗大芯片于 PLCC 或陶瓷封装体； 4.多颗大芯片于 PLCC、陶瓷封装体或基板；5.ACLED。此五类封装技术皆具有其优越与竞争性，于此将逐一做介 绍，并深入了解其各封装技术的差异性。 1. 多颗小芯片于 PLCC 封装体（代表性公司为 Nichia） 第一类型的封装形式主要是将多颗小芯片封装于 PLCC 封装体中， 并利用并联方式使多颗小芯片形成一电路， 而每单一小芯片所分配到的电流极小，一般皆小于 100mA，凭借输入电流小的特点，即可获得较高的发光效率。
    2. 多颗小芯片封装于基板（代表性公司为 Citizen） 3. 单颗大芯片于 PLCC 或陶瓷封装体 第三类型的封装形式是目前市场上最多厂商发展的目标，其芯片的选择皆以单颗大尺寸为主，一般以 40mil 居多，然而在封装材料方面却有多种选择例如：1.PLCC 、2.陶瓷(Cerami
c)；3.MCPCB 等三种。下列将针对此三 种封装材料举例说明并搭配实际产品作一详细解说。 (1) 单颗大芯片于平板式 PLCC 封装体（代表性公司为 Avago 与 Dominant） 在 PLCC 封装方面，以 Avago 与 Dominant 公司的 Moonstone 与 SPNovaLED 产品为最具代表性，其封装设计与 Ni chia 的 NS6W083A 产品相似，皆为平板式构造并无透镜(Lens)的设计，所以可有效降低封装制造成本，然而也相 对地增加二次光学透镜设计的困难性。由于 Moonstone 与 SPNovaLED 产品选择大尺寸芯片作为发光源，所以必 须留意其封装结构的散热性能，因此两者于底部的散热面积设计皆比 NS6W083A 产品大，这能够有效地将热能由 封装传送到电路板以维持长期工作的稳定度。 (2) 单颗大芯片于透镜式 PLCC 封装体（代表性公司为 Lumileds） 单颗大芯片于陶瓷封装体（代表性公司为 Cree 与 Lumileds） 4. 多颗大芯片于 PLCC 、陶瓷封装体或基板 由于目前灯源的发光流明数介于数百至数千之间，远高于单颗大芯片封装 LED (~100 lm)，因此需将多颗高 功率 LED 做一组合，如常见的 6 颗 LED 模块或 12 颗 LED 模块等，此一方式具有可调整性、易于维修与高良率， 不但可设计不同 LED 颗数于模块上，还可排列成不同形状，然而其成本却居高不下。为了降低封装成本并因应高 输出流明的需求，许多相关厂商因而相继开发出具多颗大晶的封装产品，例如：Cree 公司于今年 5 月在拉斯韦 加斯国际照明展会上展出汽车空调 XLamp MC-E 产品（如图三所
示）。 投入这类型封装方式的厂商不仅仅只有 Cree 与 Osram 公司，还包括 Lamina 、Matsushita 与 LuminusDev ices 等公司皆有产品问市，如 Lamina 公司为 LTCC-M(LTCC+金属基板)技术的创始者，其技术特点主要在于可将 低温共烧陶瓷与金属基板共烧在一起，藉由高导热系数的金属基板来提升整体陶瓷封装的散热性能。Lamina 公 司利用此一技术于去年成功地开发出 TitanTurbo LED 照明模块（如图四所示），并通过北美照明工程协会(IES NA)的认可。该产品不但具有高光通量外（白光可达 2000 流明），在热管理方面，其性能还比传统照明灯具优越 得多，因此在一般照明应用中可取代卤素灯和白炽灯。 5. AC-LED（代表性公司为 Seoul Semiconductor） 从上述的内容中不难发现，国外厂商对于高功率 LED 封装技术着墨甚深，且居于领先地位，其前五大高功 率 LED 供货商皆为国外厂商；反观，国内厂商却一直着重于追随者的角，而无创新产品成功于市场上销售，国 内目前确实缺乏能整合上、中、下游的大型企业，与国际级大厂相互较劲；笔者希望藉此抛砖引玉，期盼国内厂 商于未来能够相互整合或合作，以期与国际级大厂如 Philips 或 Osram 一起分食照明这块大饼。