LED新應用帶動封裝基板新革命（一）

　　高功率LED發展趨勢

　　前言：

　　LED自發明以來，時至今日，已深入生活各個角落，因LED本身各方面優勢，使傳統發光元件正逐一被LED所取代，目前市場正積極導入室內用照明區塊。

　　本文：

　　LED，從早期傳統的砲彈封裝，發展到現在的平板型封裝，已經歷多年演化，運用在傳統的電子零組件或最新型顯示器，LED儼然是個不可或缺的角色。LED基本發光原理是利用電子能階遷移，釋放出能量、產生光，最簡單的構造是將發光層夾于正負極，導電透過電子能階讓發光層發量。

　　圖說：傳統型態與新形態各異，使用的層面也不同。(資料來源：http://www.liteon.com/)

　　圖說：在陽極與陰極施加直流電時，電子(+)和電洞(-)便會在發光層開始會合，并且互相配對結合，透過這種結合，發光層可獲得能量，但是此種能量并不穩定，于是又再返回基本的“基底狀態”，而再返回基底狀態的過程，便發出光亮。(資料來源：http://www.liteon.com/)

　　制程方面，大體上可分為3步驟，前處理、成膜、封裝。前處理著重基板處理，成膜工程則是分別鍍上不同的膜，此階段可決定LED成品的發光屬性，最后封裝是將基板切割，成為不同型態晶粒。封裝的內部也有著不同的型態，有的是采單一晶粒，有的是用多粒晶粒，由于目前并沒有制式的規范，各家廠商在開發制造是以應用作考量，例如:所需的顏色、發光的強度、大小尺寸…等。

　　廠商一旦設定好所需顏色，就會選用適當晶粒，再視內部晶粒封裝方式彈性選擇搭配方法，像是簡單的導線封裝或是COB封裝(chip on board)，再搭配不同散熱性質的基板，像是選擇亮度、色度足夠?或是散熱優先?，如此一來，符合期待的產品就產生了。當市場需要高功率、高亮度、柔和的室內白光源，同樣類似的流程就會再跑數次，以期望找到最適化的產品，一旦某個環節達不到客戶需求，就會針對該部分重新研究發展。

　　圖說：在基板鍍上各層屬性不同的膜，切割成晶粒，封裝即可依需求組裝成品。(資料來源：http://www.liteon.com/)

　　LED發出的光，具有指向性，而且是有高純度的單色光，這2項特點讓使用方式與傳統光源有明顯差異，例如用于單色指示燈使用時，不需透過特殊配色濾鏡，即可直接輸出純色光，節省50%以上能源。而指向性光源，在設計燈具時，也較傳統燈具略為不同，實務應用有時可以省略一些反射材料，達到節省、環保目的。

　　目前LED幾大廠各自掌握一些核心技術與專利，日亞化學擁有白光專利、飛利浦Lumileds擁有紅光專利，制造廠對專利問題都謹慎處理，一不小心訴訟官司就會纏身。

　　RGB 3色光開發成功，讓LED也正式跨足全彩光譜領域，除了透過三色光混出白色光源，也可以利用三色LED制造出顯示器和戶外大型看板。在研發過程中，在Lumileds任職的 Roland Haitz 曾提出LED每隔18-24個月，亮度就會提高一倍的理論，而實際上LED亮度早已超越此項理論，使高亮度LED照明可以提早為人類所服務。

　　臺灣LED的市場與未來方向

　　臺灣的LED產量占世界第一，不但是許多大廠的代工廠，本身也推出許多商品，可與市場應用接軌。電子零件上的用途、顯示器的背光用途、或是直接拿來當作顯示器、都是已經商化的產品，高功率的LED陸續發表后，取代照明市場是下一個LED所扮演的重要角色。 在市場應用中，將LED用于手機背光光源用途，曾出現過高峰需求，而這個高峰期也打開LED的各式應用層面，增加了不少的商機，及材料上的不可取代性。

　　在未來，車用、顯示器、各種號志燈、照明、或是其它照明器材，都有機會再創下波應用高峰，其中最令人期待的應用高峰，應是用于顯示器及照明用途，目前各大廠都極度看好這2區塊的前景，也加緊腳步布局開發新品因應。就LED汽車應用來說，目前仍以車內用途為最大宗，如用于儀表板、閱讀燈...等，而車尾指示燈的使用率也逐漸增加中，在2007年LEXUS與AUDI也推出了以LED作車頭燈的車款，但這塊應用領域，國內還在摸索階段。

　　圖說：LED有機會可取代所有車用傳統燈源。(資料來源：http://www.eclife.com.tw/)

　　圖說：LEXUS利用復眼式LED作為車頭燈。(資料來源：http://lexus.jp/)

　　LED顯示器的背光源可大致分2大類，1是利用白光LED光源、另1類是利用彩色光源混成白光。

　　目前的技術層面，白光LED的發光效率較佳，目前普遍用于顯示器的背光用途，因LED體積小、不占空間，未來有機會全面替代冷陰極管;而利用彩色LED混光的背光方式，多用于高階顯示器，以強化螢幕畫質。

　　圖說：LED背光有許多優點，在高階的顯示器產品上，目前有以LED背光取代傳統冷陰極管的趨勢。( 資料來源：http://www.samsung.com/)

　　而照明市場形態與顯示器相仿，雖然強調高亮度、高功率，也多以純白光為主，但設計師或是終端客戶要求演色性或是柔和感，仍會采用多色混色成的白光光源，達到所需效果。

　　在下游廠商切入的角度面來看，顯示器和照明應用是壁壘分明的2大領域，而照明區域也區分成裝潢或純照明，小型廠商不愿意投入大量資金切入高功率的系統發展，而比較傾向大型工程的裝潢，如營業用看板或是建筑物外觀，從中間獲取較大利益。而中上游廠商則對純照明用途抱持著積極態度，開發出更貼近傳統燈具的LED模組，以期望市場需求增加時，有足夠的技術以及產能，滿足消費者需求。

　　由于發光特性與傳統燈具不同，消費者或是終端用戶，會習慣性用傳統光源概念去檢視LED新商品，設計或是宣傳銷售上，廠商必須把未來在市場的可能性加以考量，以便更快的打入市場。

　　高功率LED的用途與需求

　　目前市面上看到LED類型，不外乎是電子零件、廣告看板、戶外大型顯示、及室內情境式裝潢，真正作為照明用途者非常少，原因在于真正作為照明需求，所需光的質與量，比一般的LED能辦到的要高出許多。

　　光線用于照明需求大略可分3種，首先講求的是光強度、其次是演色性、最后即是光照的均勻度。

　　光的強度足夠：才能夠遠距離的辨識物體，但國內LED廠商對于這部分會以lm/W作基本表示，相對于大家熟悉的燭光反而不使用，原因在于發光的類型截然不同。

　　演色性佳：可以感受燈光帶來的舒適感，所得演色性是指物體在太陽光下所呈現得正常顏色，以百分比作基準，Ra-100為100%也就是正常得太陽光源下的表現。

　　高亮度：LED目前最常用得技術是藍色發光層發出的白光，強度夠，但演色性不良，新的技術是利用黃色發光層，發出演色性表現更佳的光源，但這部分牽涉到專利，多數廠商會選用R、G、B三色混光，達到最佳的表現效果。

　　光照的均勻度夠，像在室內就可讓整個空間明亮表現均衡，而以上的3點正是當前高功率LED最重要的研發課題。目前各家廠商都致力發展高功率的LED產品，雖然已有許多新的成就，但隨著功率提高，散熱問題勢必是第一個面臨到的關卡。