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LED

LED. LED 主要是電子經由發光中心與電洞復合而發光，其優點在於輕量化、壽命長、省電、切換速度快、單色性、可靠度高、驅動電壓低、色彩純度高，從室內的家電、儀器的使用到戶外的大型看板顯示器都可以看出其大幅度的提升，而且能夠配合輕、薄和小型化之應用設備的需求，成為日常生活中十分普遍的產品。 現今已廣泛應用在手機背光源、汽車光源、交通號誌、戶外顯示看板、小尺寸光源模組等 。 LED 之技術 ： 一、 發光二極體 （ Light Emitting Diode ，簡稱 LED ）：

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Presentation Transcript

  1. LED • LED主要是電子經由發光中心與電洞復合而發光，其優點在於輕量化、壽命長、省電、切換速度快、單色性、可靠度高、驅動電壓低、色彩純度高，從室內的家電、儀器的使用到戶外的大型看板顯示器都可以看出其大幅度的提升，而且能夠配合輕、薄和小型化之應用設備的需求，成為日常生活中十分普遍的產品。 • 現今已廣泛應用在手機背光源、汽車光源、交通號誌、戶外顯示看板、小尺寸光源模組等。 • LED之技術： • 一、發光二極體（Light Emitting Diode，簡稱LED）： • 發光二極體是一種藉外加電壓激發電子而放射出光(電能→光)的光電半導體元件。發光現象屬半導體中的直接發光(沒有第三質點的介入)。整個發光現象可分為三個過程(直接發光)： • （a）價電帶的電子受外來的能量(順向偏壓)，被激發至導電帶，並同時於價電帶遺留一個電洞，形成電子-電洞對。 • （b）受激發的電子於導電帶中，與其它質點碰撞(散射)，損失部份能量，而接近導電帶邊緣。 • （c）一旦導電帶邊緣的電子於價電帶覓得電洞時，電子即從導電帶邊緣，經由陷阱中心(釋放熱能)或發光中心(釋放光能)，回到價電帶與電洞復合，電子-電洞對消失。 • 二、不同材料的LED會發出不同顏色的光，包括了可見光和非可見光兩種： • LED燈會因為二極晶圓製造過程中所添加的金屬元素不同,成分比例不同,而發出不同波長的光,以波長在470發藍光,530發綠光,570發黃光,630發紅光,其中又以藍光及綠光價格較高,因為藍綠光的特殊金屬在晶圓磊晶需成長在藍寶石上,故每顆藍綠光LED晶片都是由藍寶石製成的

  2. LED燈的顏色如何決定...？ [LED燈會因為二極晶圓製造過程中所添加的金屬元素不同,成分比例例不同,而發出不同波長的光,以波長在470發藍光,530發綠光,570發黃光,630發紅光,其中又以藍光及綠光價格較高,因為藍綠光的特殊金屬在晶圓磊晶需成長在藍寶石上,故每顆藍綠光LED晶片都是由藍寶石製成成

  3. 如何發出白光呢...？ • [LED只能發出藍綠黃紅四種顏色,如果要發出白光需要用互補原理產生白光,目前白光的(YGA螢光粉)製造專利被日本(日亞)綁住,如要製造白光就要繳交權利金,所以白光價錢最高. • 1.日亞專利:以藍光LED照射YGA黃色螢光粉,將螢光粉激發而發出白光,此方式會倍增原本的亮度,發出高亮度的白光. • 2.避開日亞專利:以綠光照射紅色螢光粉或是紅光照射綠色螢光粉而發出白光,但亮度遠小於日亞專利. • 3.也有廠商使用紅藍綠三種LED混色發出白光但成本相對提高需多,市場接受度不高. • 4.未來會使用紫外光的LED(驗鈔燈)激發螢光粉來得到白光,其原理與日光燈以高壓電極使汞蒸氣發出紫外光照射燈管壁的螢光粉再激發產生白光原理相同,但目前此方式還未普及。]

  4. LED 之種類及產業概況 • 其實台灣向來在電子產業價值鏈中扮演極為重要的角色，所以台灣LED廠商也不會因為現今的技術困境而難以施展。 • 台灣未來發展方面，目前是以藍光LED 為主流，但未來廠商要走向白光LED 、及不可見光LED ，所以各廠商主要都以這幾個方面來發展，如高功率紫外光(InGaN)LED、高亮度藍綠光(InGaN)及綠光LED及單一半導體型白光(InGaN)LED。而下游則加強往白光的封裝技術研發以及Flip Chip 的技術。 • 我們可把LED 分成可見光LED(波長450~780nm)及不可見光LED(850~1550nm)。在可見光LED 部份，若再依亮度來又分為傳統亮度LED 及高亮度LED，傳統亮度LED 主要以GaP 、GaAsP 及AlGaAs 等材料做成，主要發出黃色到紅色的光；高亮度LED 主要以AlGaInP 及GaInN 等材料做成，高亮度依不同的材料能做到的發光範圍較傳統亮度廣，目前最熱門的藍光，主要是用GaInN 所做的晶粒，而未來則非常看好白光LED 的市場需求，因此我們可以看到白光LED 的年複合成長率高達151.5%。 • 在不可見光LED 方面，又可分成紅外線LED(波長850~950nm)及光通訊LED及LD(波長1300~1550nm)，紅外線LED 應用範圍較為廣泛，除了以往的搖控器、開關等傳統應用之外，也包括資訊設備、無線通訊及交通系統等新應用的IrDA模組，預估年複合成長率為16%。光通訊LED/LD 主要是做為光通信模組、條碼讀取頭、CD 讀取頭及半導體電射等用途，預估年複合成長率為30%。而台灣目前主要是以可見光為主，而且競爭相當激烈，然而在不可見光的部份，台灣廠商不只在營收上佔的比重比較少，在全球的佔有率上也是很小，所以不可見光仍有很大的發展空間。

  5. LED燈的壽命...？ • [LED燈的壽命在100000小時以上,如果使用環境溫度高於80度會減低使用壽命,因LED有正負極性分別,如果正負極接錯點亮可能會造成LED燈泡燒毀(本公司產品皆有接極性電阻避免燒毀),如果使用電壓過高或是電流過大,LED會產生逆向電流造成二極體雪崩而燒毀。]

  6. LED 整體產量 • 目前我國LED 整體產量已居全球第二，僅次於日本，但若以產值來看，則與日本的差距仍然很大。國內目前LED 廠商產值大部份仍集中在可見光的產品，而不可見光的部份在全球的佔有率甚低。以下就國內LED 廠商上中下游的狀況來做一個介紹。 • 一、LED 上游： • LED 上游單晶片與磊晶片製造是台灣廠商較弱的部份，其中95%的重要材料(如基板)仍需要仰賴日本進口，但目前AlInGaP 該材料台灣已能全量供應，不需要仰賴日本進口，而在傳統產品GaP 的上游材料方面，由於較不具未來性，台灣廠商在這方面未投入更多資源，目前國內這方面的需求主要是日本信越在園區設廠提供。 • 二、LED 中游： • 目前我國中游的晶粒製作已佔全球第二的地位，除GaInN 藍光晶粒仍由日本的Nichia 及美國的Cree 主導外，我國在中游晶粒製造方面已超越日本廠商，因此國內廠商如光磊、國聯、晶元、鼎元等廠商都相當具有國際競爭力。就材料來看，高亮度的磊晶片仍有95%仰賴進口，而傳統的部份多由國內自行供應。 • 三、LED 下游： • 目前我國下游封裝穩坐全球第一的寶座，國內LED 下游產值佔整體產值相當大的比重，但主要是集中在可見光LED 的生產，因國內做可見光LED 的廠商有40 餘家，家數相當多，競爭也較為激烈，所以國內較有規模的下游LED 廠商(如億光、東貝及佰鴻)開始往不可見光LED 來發展，由於國內廠商在這方面著墨很少，目前仍有很大的成長空間。

  7. LED 之種類及產業概況 • LED的普及應用使得大眾的生活更加便利，從小零件到大型的看板皆可看出進步的技術從室內走向戶外，藍光LED為流行，台灣的廠商在白色LED專利的限制下，發展並不大，位居於第二大LED生產國，業者可以在聯盟的情況下使得LED更加蓬勃發展，而不可見光的領域上有待開發，融合諸多有點，中國電器由原本作之鹵素燈轉為LED可見一斑，雖然鹵素燈還是有其用處，但是逐漸被LED取代，相信如果業者開發出更好的LED，前程可待。

  8. 透鏡的透射　反射杯的反射、折射 • 封裝主要在於保護LED裸晶，並在保護之餘盡可能讓光熱忠實向外傳遞，接下來還是在封裝層面，不過不再是內覆的Resin部分，而是外蓋的Lens部分。　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併成一個整體性元件，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，即穿孔技術（Through-Hole Technology；THT）及表面黏著技術（Surface-Mount Technology；SMT）。　在此暫且不談論群集性的七段顯示器、點陣型顯示器，而就逐一獨立、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，若是與過往LED相同是做為穿孔性焊接的狀態指示燈則只要採行燈泡（Lamp）型態的封裝（今日也多俗稱成「炮彈型」），即便確定是此型也還有透鏡型態（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？其實也有各自的應用需求，就一般而言，Lamp用來做指示燈號、Oval用於戶外標示或號誌、Top View用來做直落式的背光、Flat與Side View配合導光板（Guide Plate：LGP）做側邊入光式的背光、Dome做為小型照明燈泡、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，此方面常見的作法有四：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 Oval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。

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