《关於发光二极体和半导体照明的探讨.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《关於发光二极体和半导体照明的探讨.doc（31页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、n 關於發光二極體和半導體照明的探討n 高亮度LED的結構特點和應用n LED顯示幕用戶選擇指南n 高亮度LED之“封裝光通”原理技術探析n LED模組化設計新概念n 大功率LED燈驅動電源的技術方案和功能模組n LED全彩顯示幕配光解決方案n 關於提高LED功率的若干問題的討論n LED大屏亮度控制方法n 如何經由LED封裝設計改善流明衰減n LED顯示器件發展簡史和應用趨勢概述http:/ 2006/08/24關於發光二極體和半導體照明的探討 2006-6-19 -摘 要：針對近年來國內外非常重視照明用發光二極體(LED)的研製與開發，簡要介紹了發光二極體的發展現狀及其特點，並討論了研發照
2、明用LED所需要解決的一些技術關鍵問題，指出這類照明系統將獲得廣泛應用。發光二極體發展現狀發光二極體通常也叫光發射二極體(LightEmitting Diode，簡寫為LED)是一種可將電能轉變為光能的半導體發光器件，屬於固態光源。LED在20世紀60年代初期問世，當時的LED以紅色為主，發光效率很低，光通量很小，只能作指示燈和儀錶顯示器使用。隨著管芯材料、結構和封裝技術的不斷進步，LED顏色品種增多，光效大幅度提高，目前的紅色LED光效已可以到100lm/W，綠色LED也可達到 50lm/W，單個LED的光通量可達到幾十流明。尤其是近年來高光效、高亮度的白光LED的開發成功，使得LED在照明
3、領域的應用成為可能。自愛迪生發明白熾燈以來的100多年中，電光源照明經歷了三個重要發展階段，這三個階段中的代表性光源分別為白熾燈、螢光燈和高強度氣體放電燈。現在人們普遍認為 LED將可望發展成第四代光源，即半導體照明。1 半導體發光二極體的特點LED是半導體器件通過PN結實現電光轉換。其特點為：1.1 節能、不引起環境污染LED的能耗較小，隨著技術的進步，將成為一種新型的節能照明光源。目前白光LED的光效已經達到25lm/W，超過了普通白熾燈的水平，且有人按現在 LED的技術發展速度預測，到2005年，白光LED的光效可以達到50lm/W，而到20102015年，白光LED的光效有可能達到 1
4、50200lm/W，遠遠超過了現在所有照明光源的光效。此外，現在廣泛使用的螢光燈、汞燈等光源中含有危害人體健康的汞，這些光源的生產過程和廢棄的燈管都會造成對環境的污染。LED則沒有這些問題，是一種“清潔”的光源。1.2 壽命長一般來講，普通白熾燈的壽命約為1000h，螢光燈、金屬鹵化物燈的壽命也不超過1萬h，而LED的使用壽命可長達數萬h。1.3 結構牢固LED是用環氧樹脂封裝的固態光源，其結構中沒有玻璃泡、燈絲等易損壞的部件，是一種全固體結構，因此能夠經受得住震動、衝擊而不致引起損壞。除此之外，LED作為照明用光源還有一些難能可貴的優點，例如：發光體接近點光源，便於燈具設計；發光回應時間短；
5、易於做成薄型燈具，節省安裝空間等等。綜上所述，LED是一種符合綠色照明要求的光源。所謂“綠色照明”的概念就是指通過科學的照明設計，採用效率高、壽命長、安全和性能穩定的照明電器產品 (電光源、燈用電器附件、燈具、配線材料，以及調光控制設備和控光器件)，改善提高人們工作、學習、生活的條件和質量，從而創造一個高效、舒適、安全、經濟、有益的環境並充分體現現代文明的照明。2 研發照明用LED的技術關鍵LED照明目前還只能用於一些特殊場合。廣泛使用的照明光源應該是白光LED，而目前國內外已研製成的白光LED光效還不夠高，功率也不夠大，價格較貴。如果要求全面取代目前普遍使用的白熾燈或螢光燈，尚有一些技術上的
6、難題需研究解決。(1)首先是發光效率問題。提高LED的發光效率最主要的方法是改進半導體發光材料與LED晶片的結構和製造工藝。由於這部分工作需要扎實的理論研究基礎和先進的半導體工藝設備，開展這方面研究工作不太容易。(2)高功率問題。作為照明，單個LED輸出的光通量必須足夠大，欲加大LED的光通量，首先必須注入足夠的電功率。但LED晶片的溫升不能過高，否則各項性能特別是使用壽命會受到很大的影響。顯然，設計較大輸入功率的LED器件和燈具，除需用面積較大的晶片外，還必須有良好的散熱結構。現在國外一些著名公司已設計研製了一些特殊的LED器件結構，並已獲得了較好的效果。(3)由於通常的LED發出的光相對集
7、中於一個較小的立體角範圍內，一般燈具中的反射器就不再是必要的光學元件，而往往用透鏡作為准直光學元件。例如，用凸透鏡或菲涅耳透鏡產生平行光束。然後，用枕形透鏡、楔形棱鏡等使光束重新擴散、偏折產生滿足各種照明燈標准要求的光分佈。這就要求對LED照明燈的燈具進行獨特的二次光學系統設計。(4)由於LED照明需由多個LED管組成，其參數離散性也是一個技術問題。除了通過預選、分類，儘量保證一致性以外，還必須設計合理的燈具結構(包括LED的排列和位置佈局)和研究合適的驅動電路，防止偶爾產生的能量集中而燒毀部分LED。(5)此外，由於多個LED組成一隻照明燈具時，免不了對LED進行並聯、串聯。而在使用過程中只
8、要有一個LED短路或開路，都將會導致整小片或整條LED熄滅，影響照明效果。為此，必須研究簡單而廉價的保護電路，使這種不良影響降至最低限度。(6)鑒於LED對散熱條件的要求較高，如果管芯結溫超過標準限定值，將導致不可恢復性光強衰減。因此，除使用時要有足夠的散熱措施外、還必須有合理的電路設計和電路佈局，儘量使LED保持良好的工作狀態，充分發揮它的長壽命優點。3 結束語儘管發展發光二極體照明系統目前尚存在一系列技術關鍵問題需要解決，但隨著發光二極體管芯光效的迅速提高，發光二極體的封裝與燈具製造工藝的進一步改進，一些經濟上和技術的障礙將逐步消除。相信在不久的將來，這類照明系統能在很多領域獲得廣泛應用。
9、 高亮度LED的結構特點和應用 2006-6-16 -雖然 LED 是電流器件高亮度 LED 也不例外，但汽車尾燈、刹車、轉向信號照明等應用場合仍能受益於電壓驅動器結構。 當效率更高的 LED 可供使用時，零售店和住宅的LED室內照明將可能很快出現。LED 製造商們只是剛剛開始解決高色溫光源問題。由於高亮度 LED 製造工藝、器件設計、組裝技術三方面的進展， LED 發光器的性能一直在提高，其成本一直在降低，性能提高和成本降低的速度都令人難忘。PN結設計、再輻射磷光體和透鏡結構都有助於提高效率，因此也有助於提高可獲得的光輸出（附文實驗室中的 LED）。就高輸出白光 LED 而言，寬光譜性能的提
10、高使人對普通照明用的低維護高能效光源抱有希望。雖然實現可與標準螢光燈媲美的 LED 效率還需要一段時間，但正如半導體照明行業協會 (Semiconductor Lighting Industry Association) 主席 Yung S Liu 所說：“LED 燈也是比較環保的產品，因為它與螢光燈不一樣，不使用水銀。”固態照明在成分和工作效率方面的環保優勢目前並不是主要的市場推動因素，但確實使這種技術及其供應商有了良好的形象。與此同時，在各種領域工作的 OEM 設計師和推銷人員一直在擴大固態照明的實際應用範圍，並一直密切注視著市場的接受程度。然而，最終用戶在固體照明設備壽命內的成本利益體驗
11、各不相同，這與傳統照明設備大相徑庭。這個事實使市場的價值觀變複雜化。與鎢絲燈泡和螢光燈泡相比，高亮度 LED 的使用成本和維護成本低得多，這就可以抵消 LED 較高的初始成本。儘管以上論述也許是很吸引人的，但卻令其在“價格第一，其他第二”思想傾向支配的消費市場上造成很大的推銷難度。燈夾具製造商歷來在各自設計中不考慮燈泡的熱管理，只是提供足夠對流來確保鎢絲燈的高工作溫度不會帶來周圍材料失火危險或夾具操作者灼傷危險。這一事實使高輸出固態照明設備的大批量生產複雜化。然而，如果最終的設計是要使 LED 的光輸出和工作壽命最佳，則高亮度 LED 的夾具就需要一定的熱設計。因此，雖然不會很快看到高亮度 L
12、ED 把傳統鎢絲燈或螢光燈從五金店和家庭中心貨架上擠出去，但這些器件正在打入汽車、交通控制、外部標誌等市場段，因為在所有這些領域，燈的高效率和長壽命會增加顯而易見的價值。高亮度 LED 斬露頭角實際上，很少聽到有人在同一句話中使用“早期採用者”和“汽車市場段”兩個短語。一些人也許會斷言，這種並置會在矛盾修飾法中大行其道。然而，高亮度 LED 給汽車製造商帶來了幾個引人注目的特性，而且，雖然這種應用比較新，但它們的基本特性多數來源於製造 LED 指示器比它們老得多並且已得到了很好證明的類似產品的相同原理和類似工藝。LED 汽車尾燈、轉向信號燈、工作燈、刹車燈可克服鎢絲白熾燈固有的幾大缺點。汽車常
13、常受到的中等程度衝擊和震動會縮短燈絲壽命。同樣，由燈絲電阻正溫度係數引起的瞬間浪湧電流會加速燈泡的毀壞。熱迴圈刹車燈工作的一個重要特性，往往會縮短白熾燈壽命。白熾燈泡的瞬間浪湧電流也使電路保護和故障檢測的任務變複雜化。汽車製造商必須把保險絲額定值和故障檢測閾值設定到足夠大的電流值，才能適應浪湧電流幅值和持續時間，而不會發生保險絲燒斷故障或不會檢測到假故障。相比之下，在汽車遭受典型振幅和頻率範圍內的衝擊和震動的情況下，LED 結構比燈絲更牢固耐用。LGD結構的重量輕和尺寸小，從而可減少衝擊和震動產生的機械力矩。LED 尺寸小，還使汽車設計師能夠把照明燈設計得體積較小，並將其設計成更符合汽車總體設
14、計的要求。例如，一些汽車不是把 CHMSL（中間高位刹車燈）模組安裝在後蓋板上，而是利用 LED 所需體積小這一點，把該功能包含在後備箱蓋中（圖 1）。汽車尾燈照明與控制系統提出了幾個有趣的問題，這些問題也會出現在控制器件和被控制器件彼此相距很遠的其他系統中。LED 本質上是電流器件。電子空穴對在場致發光化合物內複合，並且在複合時發射光子。電流的增大會相應提高複合速度和光通量輸出。這一過程的效率不是 100%（幾乎達不到100%），因此電流的增大還會通過 1-h功耗增加器件的自熱。除非工作條件惡劣，否則 LED 一般不會像鎢絲燈那樣發生災難性故障，但卻往往會因老化而變暗。很多器件設計師把 LE
15、D 的壽命終止定義為光輸出降至初始值 50% 的時間。過流和過熱條件會加快 LED 壽命終止，因此多數器件製造商建議 OEM 仔細控制 LED 的能源。這些特性暗示，為了達到 LED 在汽車 CHMSL 或尾燈組件中的 11 年預期壽命，汽車車體控制模組應該以恒定電流來操作各個器件。然而，正如 Analog Devices 公司汽車市場專家 Bill Reidel 所說，恒流設計使車體控制模組和燈元件之間的佈線複雜化，並驅使設計師把功率控制 IC 從車體控制模組中取出，把它放入燈外殼中。恒壓驅動能使控制 IC 保留在需要控制IC故障檢測狀態資訊的控制模組內，而且能在同一設計中減少外部元件（即保
16、險絲）的數量以及控制模組和燈外殼之間的佈線數量。Texas Instruments 公司汽車應用工程師 Keith Wolford 贊同地說：“LED 控制 IC 的功能之一就是保險絲的功能。如果你把LED 驅動器放置在燈外殼中，你就必須把電傳送到那個位置，並給LED 驅動器裝保險絲而如果你有一個中央照明模組，則你必須做的僅僅是給連接該模組的電源饋線裝保險絲。借助 LED 驅動器的診斷功能，如果連接某個燈外殼的電線短路，你就能用電子設備來保護它，而不必為每條燈外殼連線裝保險絲。”Analog Devices 公司的 AD8240 LED 驅動器/監視器是這種方法的具體體現。該器件工作電流是 3
17、00mA，供電電壓範圍是 9V 27V。 PWM 輸入控制著燈亮度，從而實現符合汽車規定的白天和夜晚不同最低亮度級。過流檢測電路由一個外部高壓側分流電阻器和一個片上比較器組成。如果分流電阻器兩端的電壓降超過參考電壓（一般是 5V），過流檢測電路就鎖住輸出驅動信號。鎖存器在每個 PWM 週期之後會復位。分流電阻器和外部 PNP 傳送元件限制最高負載電流。製造商建議的0.1 0.5分流電阻範圍對應於 2A 0.4A 的最大負載電流。控制模組的微控制器通過一條 ADC 輸入通道來讀取 IC 檢測引腳的讀值，就能監視負載電流。售價為1.15 美元（1000 件批量）的 AD8240能 檢測開路負載、短
18、路和局部故障，如一串串聯LED中的一個 LED 短路這種情形。這種驅動器/監視器IC採用 MSOP-8 封裝。在需要低壓側控制器的設計中，設計師可以考慮使用Melexis公司的 MLX10801，因為MLX 10801採用 SO-8封裝，能在沒有外部傳送器件的情況下吸收550 mA絕對最大峰值電流和400 mA絕對最大平均電流。一種帶尾碼 A 的封裝選件採用帶熱襯墊的 MLPD-8 封裝，而所用裸晶片不變，從而把RJA從120K/W降低至37K/W。這種封裝改進可使絕對最大峰值電流和絕對最大平均值電流分別提高至1.2A和750mA。一根診斷引腳使本機微控制器能通過一個ADC通道來監視負載電流。
19、那些驅動器/監視器晶片多於ADC通道的設計可以求出接地電流之和，並且借助一根類比輸入引腳來監視總接地電流（圖2）。Melexis 公司的 MLX10801 的特點是一組瞬態脈衝、 40V負載轉儲以及不正常引發的欠壓條件，這些都是該器件必須承受的預期非標準工作條件。一個可編程非易失資料鎖存器使 OEM 能通過一個片上檢測二極體或外部檢測二極體來進行溫度測量。一根控制輸入引腳可實現 PWM 調光，這是 LED 驅動器的一個常見特性。使這一控制輸入引腳保持低電平32毫秒以上，就會迫使驅動器進入睡眠模式，從而使其靜態電流從2mA減小至 105mA。使該控制輸入引腳保持高電平8mS，就可啟動一個隻持續3
20、00mS的喚醒序列。 LED顯示幕用戶選擇指南 2006-6-19 -LED大螢幕分類：（1）按使用環境分，室內顯示幕，半室外顯示幕，室外顯示幕（2）按色彩分，單色顯示幕，雙色顯示幕，全彩顯示幕根據不同LED顯示幕的特點，結合用戶的實際需求，選擇合適的顯示幕。一般來說，對於車站、碼頭、大的市場的出入口、電梯口的人流引導，使用5.0單色顯示幕。具有字體清晰，價格低廉、機群控制的優點.對於銀行，商場等場合展示企業形象、廣告等應用，要求價格低廉，使用3.75雙基色顯示幕. 要求顯示效果，使用5全彩色顯示幕。對於大廳面積大的場合使用5雙基色顯示幕要求顯示效果，使用1O全彩色顯示幕。對於銀行、郵政、電力
21、等營業大廳的服務視窗的功能定義，以前使用貼紙的方法，很不靈活。現在使用3或5的顯示幕顯示，隨時可以更換視窗的服務功能。室外顯示幕因為使用環境惡劣，對質量有更高的要求。要考慮的因素也多。從使用的角度看全彩色以是今後的主流。因其亮度高、色彩全、全天候工作有其無法替代的優勢,但價格偏高。從應用的角度看，滿足用戶需求的產品就有存在的理由。雙基色顯示幕在顯示文字、色彩要求不高，沒有藍色的場合，以其價格低廉、成熟穩定佔領著很大市場室外屏的朝向、距離對價格起者決定性的作用。距離越遠,圖元越大、亮度越高。朝向東北的要比朝向西南的便宜的多。關於LED顯示幕採購中的誤區一、 LED材料廠家出具的技術資料表明LED
22、發光體的壽命為理想狀態下1 O萬小時.理想狀態指在實驗室中恒壓恒流狀態下LED發光體從發光到完全不發光的時間。1 O萬小時折合11年。一個木桶的盛水的多少是由最低的木板決定的,LED顯示幕目前使用的為民品級別的器件使用壽命不超過8年。作為顯示幕的功能是觀看，當顯示幕亮著只有晚上才能看清楚時是無法說明它是合格的、具備使用價值的。一輛汽車可以開1 5年，如果閒置3年則報廢。使用的環境和方法對產品的壽命影響很大。二、遵守國標LED顯示幕通用規範為1995年的部頒標準。 至今還有許多公司號稱符合國家標準,在科技發展的8年以後再看當時的標準,已經不是標準了.比方說失控點,國標為萬分之3，以3.75室內雙
23、基色顯示幕為例。 一般做640x480標準解析度的顯示幕為7平米,每平米為43264點,按國標可以有90個失控點。這樣的顯示幕在今天誰還買單三、軟體全免費顯示幕行業普遍存在著中國企業的通病只生產不研發。目前只有少數企業擁有正版的軟體。現在使用盜版是違法的。四， 要看性能價格比要看性能價格比而不是單純看價格。五、灰度 作為雙基色和全彩色顯示幕的灰度是一個重要指標。目前市場上充斥著許多1 6級和64級灰度的顯示幕冒充256級灰度。其控制成本只有256級灰度的控制的5分之1。最簡單的方法是播放一個比較激烈的運動場面的VCD查看LED顯示幕上是否能夠看清楚。六、要買就要最好的一切購買力來源於需要。滿足
24、需要並有一定的超前。盲目的追求將浪費很多資金購買了自己不需要的功能。七、應用才是根本作為應用中的諮詢,軟體的升級、硬體的保養、維護與維修少不了廠家的支持. 高亮度LED之“封裝光通”原理技術探析 2006-8-17 -毫無疑問，這個世界需要高亮度發光二極體（HB LED），不僅是高亮度的白光LED（HB WLED），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（UHD LED）。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，且有較高的抗外力性。用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
25、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從過去只能用在電子裝置的狀態指示燈，進步到成為液晶顯示的背光，再擴展到電子照明及公眾顯示，如車用燈、交通信號燈、資訊看板、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（Moores Law）一樣，每24個月提升一倍，過去認為白光LED只能用來取代過於耗電的白熾燈、鹵素燈，即發光效率在1030lm/W內的層次，然而在白光LED突破60lm/W甚至達100lm/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
26、及發光效率，但除了核心的螢光質、混光等專利技術外，對封裝來說也將是愈來愈大的挑戰，且是雙重難題的挑戰，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（高功率、高用電），進出LED的電流值持續在增大，倘若不能良好散熱，則不僅會使LED的亮度減弱，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，因此本文將針對HB LED的封裝技術進行更多討論，包括光通方面的討論，也包括熱導方
27、面的討論。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152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-n junction）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。目前多是在p-n接面上開鑿量子井（Quantum Well；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
28、井（Multiple Quantum Well；MQW）技術。“換料改構、光透光折”拉高“出光效率”。如果光轉效率難再要求，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，目前HB LED較常使用的兩種化合材料是AlGaInP及GaN/InGaN，前者用來產生高亮度的橘紅、橙、黃、綠光，後者GaN用來產生綠、翠綠、藍光，以及用InGaN產生近紫外線、藍綠、藍光。方法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，大體都不離兩個原則：一、降低
29、遮蔽、增加光透率。二、強化光折射、反射的利用率。如過去AlGaInP的LED，其基板所用的材料為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），將p型電極（p type）部分做成網紋狀（Mesh 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AlGaInP的結構中增加一層DBR（Distributed Bragg Reflector）反射層，將另一邊的光源折向同一邊。GaN方面則將基板材料換成藍寶石（三氧化二鋁）來增加反射，同時將基板表面設計成
30、凹凸紋狀，藉此增加光反射後的散射角度，進而使取光率提升。或如德國歐司朗（OSRAM）使用SiC材料的基板，並將基板設計成斜面，也有助於增加反射，或加入銀質、鋁質的金屬鏡射層。 封裝層：抗老化黃光、透光率保衛戰從裸晶層面努力增加光亮後，接著就正式從封裝層面接手，務使光通維持最高、光衰減至最少。要有高的流明保持率（Transmittance），第一步是封裝材質。過去LED最常用的是環氧樹脂（epoxy），但環氧樹脂老化後會逐漸變黃，進而影響光亮顏色，尤其波長愈低時老化愈快，特別是部分WLED使用近紫外線（Near ultraviolet）發光，與其他可見光相比其波長又更低，老化更快。新的提案是用矽
31、樹脂（silicone），例如美國Lumileds公司的Luxeon系列LED即是改采矽封膠。不只是Lumileds Luxeon，其他業者也都有矽膠方案，如通用電氣.東芝公司的InvisiSi1，東麗道康寧的SR 7010等也都是LED的矽膠封裝方案。矽膠除了對低波長有較佳的抗受性、較不易老化外，矽膠阻隔近紫外線使其不外泄也是對人體健康的一種保護，此外矽膠的光透率、折射率、耐熱性都很理想。GE Toshiba的InvisiSi1具有高達1.51.53的折射率，波長範疇在350nm800nm間的光透率達95，且波長低至300nm時仍有7580的光透，將折射率降至1.41，即便是300nm波長也
32、能維持95的光透性。Dow Coring Toray的SR 7010在405nm波長以上時光透率達99，且硬化處理後折射率亦有1.51，另外耐熱上也都能達180200的水準。此外，也有業者提出所謂的無樹脂封裝，即是用玻璃來作為外套保護，如日本京瓷（Kyocera）提出的陶瓷封裝，都是為了抗老化而提出，其中陶瓷也有較佳的耐熱效果。封裝層：透鏡的透射反射杯的反射、折射在用膠封裝完後，依據LED的不同用途會有各種不同的接續作法，例如做成一個一個的獨立封裝元件，過去最典型的單顆LED指示燈即是如此。另一種則是將多個LED並成一個整體性元件，如七段顯示器、點陣型顯示器等。此外焊接腳位方面也有兩種區分，即
33、穿孔技術（Through-Hole Technology）及表面黏著技術（Surface-Mount Technology）。就逐一獨立、分離、離散性的封裝來說，也要因應不同的應用而有不同的封裝外觀。若是作為穿孔性焊接的狀態指示燈則只要采行燈泡（Lamp）型態的封裝（俗稱成“炮彈型”），即便是此也還有透鏡型態（Lens Type）的區別，如典型Lamp、卵橢圓Oval、超卵橢圓Super Oval、平直Flat等。而若是表面黏著型，也有頂視Top View、邊視Side View、圓頂Dome等。為何要有各種不同的透鏡外型？就一般而言，Lamp用來做指示燈號、Oval用於戶外標示或號志、Top
34、 View用來做直落式的背光、Flat與Side View配合導光板（Guide Plate）作側邊入光式的背光、Dome作為小型照明燈泡、小型閃光燈等。外型不同、應用不同，發光的可視角度（View Angle）也就不同，此部分也就再次考驗封裝設計。運用不同的設計方式，可以獲得不同的發光角度、光強度、光通量，此方面常見的做法有四：中軸透鏡Axial lens、平直透鏡Flat lens、反射杯Reflective cup、島塊反射杯Reflective cup by island。一般的Lamp用的即是中軸透鏡法，Dome及Oval/Super Oval等也類似，但Oval/Super Ova
35、l的光亮比Lamp更集中在軸向的小角度內。而Flat則是用平直透鏡法，好處是光視角比中軸透鏡法更大，但缺點是光通量降低、光強度減弱。至於Top View、Side View等則多用反射杯或島塊反射杯，此作法是在封裝內加入反射鏡，對部分發散角度的光束進行反射、折射等收斂動作，使角度與光強度能取得平衡。就技術難易來說，只用上透鏡的Axial lens、Flat lens較為簡易，只要考慮透射與光束發散性，相對的有Reflective cup就不同了，原有的透射、發散都要考慮，還要考慮反射、折射以及光束收斂，更加複雜。材質方面，透鏡部分除了可持續用原有的覆膠材質外也可以改用其他材質，因為透鏡已較為講
36、究光透而不講究裸晶防護，如此還可采行塑膠（Plastic）、壓克力（Acrylic）、玻璃（Glass）、聚碳酸酯（Polycarbonate）等，且如之前所述，光透性與波長有關，不同波長光透度不同，再加上有不同的材質可選擇，甚至要為透鏡上色，好增加光色的對比度，或視應用場合的裝飾效果（玩具、聖誕樹），還有前面的透鏡、反射杯等幾何設計等，以上種種構成了LED光通上的第四道課題。結語HB LED被人強調為“綠色照明”，言下之意“環保”是其很大的訴求點，所以不僅要無鉛（Pb Free）封裝，還要合乎今日歐洲RoHS（限用危害物質指令）的法令規範，無論封裝與LED整體都不能含有汞、鎘、六價鉻（hex
37、avalent chromium）、多溴聯苯（PolyBrominated Biphenyls；PBB）、多溴聯苯醚（PolyBrominated Diphenyl Ether；PBDE）等環境有害物，此外WEEE（廢棄電子電機設備指令）等其他相關法規也必須遵守。 前面我們也已經簡略提到封裝物必須能封阻與抗受低波長、紫外光，還要有一定的硬度來抗受機械外力，以及耐熱性，此外絕緣、抗靜電、抗濕也都必須注意。更重要的是，無論是否高亮度，都必須盡可能將光亮導出，因為，若不能忠實導出光能，光能在封裝層內被吸收，就會轉化成熱能，為封裝上的散熱問題又添一項課題，LED的熱若不能順利排解與降低，成為熱負荷，反
38、過來一樣要傷害LED本體，包括亮度也會受到影響，因此，達到最佳、最理想的光通，是封裝設計必然要重視課題！（文/郭長佑）LED模組化設計新概念 2006-8-15 -發光二極體（Light Emitting Diode；LED）是一種微小的固態（Solid-State）光源，其主要基礎性能及屬性已經廣為人知，包括兼具體積小、省電、壽命長、不需玻璃、汞或其他有毒氣體固態照明技術，搭配上各種新興應用需求，已經是日常生活中隨處可見的光源。例如：道路的號誌燈號，傳統用150瓦白熾燈泡已被功耗僅12瓦的LED燈所取代，這不但降低保養及維護費用，還能大量減少其用電量，這對整個能源市場有著非常明顯助益。另一方
39、面，隨著白光LED問世，發光效率逐年提升、演色性與色溫表現漸佳及價格降低，使LED照明應用領域變得更為寬廣，在節能與環保等議題下，LED業者針對LED各種發光性能，不斷投入研究開發能量，並大力推廣照明應用層面及突破現階段傳統照明使用習慣。不過，由於LED是低電壓、低電流驅動元件，首要面對的問題便是如何提供高效率電壓轉換方式。不論是掌上型設備、汽車、照明、顯示等應用都需要一個高效率降壓或升壓調節器；另外，也必須將LED所產生的熱能降至最低。目前在全球各地已經有許多IC製造商開始向業界提供各種可選的LED驅動器，以滿足工作電壓要求，因而加快了LED應用普及腳步。LED要作為替代日光燈成為下世代照明
40、光源的機會是越來越濃厚，撇開上述LED的價格因素及LED的衰減問題，現有的技術架構還是圍繞在價格昂貴、壽命不長、散熱不易的High Power LED等應用上。因此，不再闡述此方法與應用，據瞭解，目前臺灣已有廠商開發出另一種解決方案，可對應High Power LED的諸多不良因素，這就是優特爾科技所發展出的模組化先軀設計理念。優特爾所設計的模組化概念兼具以下特點：1.由模組化連接之LED照明裝置，組成大面積照明。2.電源為交換式電源可串並聯連接，適合各國電壓。3.LED為LAMP 5白光，可提高散熱效率。4.使用LED DRIVER，提升發光效率。5.個別模組中都設有各自的AC電源。另外，優
41、特爾研發技術人員表示，一旦導入LED模組化的設計，便能得到無限擴充照明範圍需求，而各模組電源為交換式電源，也能符合世界各國電源用，所消耗功率低、不發燙、LED壽命長等多項優點。電路設計方塊圖、電路串聯連接、電路串（並）聯連接。（資料來源：優特爾提供）舉凡目前各項科技發展至今日，生產製造的最大前提在於綠色環境保護要求，正因如此，LED照明設備變成為未來照明市場的新希望，身懷諸多優勢的LED照明設備，似乎也正意味著將取代傳統照明產品。過去，可能因為LED的價格太高、使用特色，加上專利權壟斷等問題，造成推廣進度上略帶遲緩。近幾年，如：日亞化學、Cree與各國LED大廠專利相互授權使用，以競合方式取代
42、以往的壟斷封鎖，各國LED的量產能力大幅提升，使得LED價格迅速下滑；兼有UV白光LED問世，其發光效率潛力更佳。而一旦LED突破照明光源的門檻，達到發光效率100Lm/W、成本降至10美元kLm及穩定的量產等基本條件。若以目前的發展狀況來看，產業界樂觀的分析LED將於2007年開始取代白熾燈的照明，並使LED進入下一世代的照明市場。就像過去數10年來，螢光燈與HID燈對照明、節能所作的貢獻，而LED照明時代也將提供更佳節能效益，及與過去完全不同的照明概念。大功率LED燈驅動電源的技術方案和功能模組 2006-8-18 -大功率發光二極體用於一般照明是本世紀的新課題，其節能、安全、長壽命的綜合
43、優勢將引發下一輪照明產業的革命。但是，大功率發光二極體是低電壓單向導電器件，正常工作時的正向壓降3-4伏。要用於一般照明必須解決電源變換的問題。 用原始電源給發光二極體供電有4種情況：低電壓驅動發光二極體、過渡電壓驅動發光二極體、高電壓驅動發光二極體、市電驅動發光二極體。不同的情況在電源變換器的技術實現上有不同的方案。下面我們簡要的介紹一下這幾種情況下的電源驅動方法及其應用產品。 一、低電壓驅動發光二極體 低電壓驅動就是指用低於發光二極體正嚮導通壓降的電壓驅動發光二極體，如一節普通乾電池或者一節鎳鉻/鎳氫電池，其供電電壓在0.8-1.65V之間。 低電壓驅動發光二極體需要把電壓升高到足以使發光
44、二極體導通的電壓值。對於發光二極體這樣的低功耗照明器件這是一種常見的使用情況，如發光二極體手電筒，發光二極體應急燈，節能臺燈等。 低電壓驅動發光二極體主要是解決升壓的問題，由於受電池容量的限制，一般功率不大，但要求有最低的成本和比較高的變換效率，考慮有可能配合一節5號電池工作，還要求有最小的體積。其最佳技術方案是泵式升壓變換器。 LED-1W1P是一種採用泵式升壓方案的脈衝輸出LED驅動模組，具有最簡潔的電路結構，最低的生產成本，最小的體積，最高的變換效率，外加一個10K的電位器就可以方便的0100連續脈寬調光。正常工作電壓0.8-1.8V，起動電壓0.6伏，完全熄滅電壓低於0.35伏。最大輸
45、出功率1瓦。可以用來驅動一個350mA的1瓦大功率發光管或者並聯驅動18個20mA的小功率發光管。本模組非精密控制器件，電池電壓降低輸出功率會減小。 模組有5個引出腳，電源正極，電源負極，輸出腳，還有兩個調光控制腳，發光二極體正極接輸出腳，負極接電源負極，控制極之間接一個10K電位器用於調光。如果不需要調光，把兩個控制腳直接相連即可。模組為圓形結構。體積為：14.513mm。 本類型模組不得空載通電，否則可能損壞。 LED-3W6D是一種泵式升壓直流輸出的LED驅動模組，輸入電壓6V，最大輸出電壓12V，輸出功率4瓦，輸出電流350mA，可以驅動1至3個1瓦的大功率發光二極體。模組有5個引腳，
46、電源正，電源負，輸出正，輸出負，控制腳。模組體積301816mm。 該模組功能較強，輸出帶限流限壓功能，輸入有低電壓截止功能，以保護蓄電池不會過放電。控制端可以接受外部的光控、遙控信號實現受控開關機。 二、過渡電壓驅動發光二極體 過渡電壓驅動是指給發光二極體供電的電源電壓值在發光二極體管壓降附近變動，這個電壓有時可能略高於發光二極體管壓降，有時可能略低於發光二極體管壓降。如一節鋰電池或者兩節串聯的鉛酸電池，滿電時電壓在4伏以上，電快用完時電壓在3伏以下。典型應用如發光二極體礦燈，發光二極體應急燈。 過渡電壓驅動發光二極體的電源變換電路既要解決升壓問題，還要解決降壓問題，為了配合一節鋰電池工作，也需要有盡可能小的體積和儘量低的成本。一般情況下功率也不大，其最高性價比的電路結構是反極性泵式變換器。 LED-1W3P是一種脈衝輸出型泵式反極型變換模組。電路結構簡潔，生產成本低，體積小，輸出效率低於上