1、白光 LED 封装由于高辉度蓝光 LED 的问世，因此利用荧光体与蓝光 LED 的组合，就可轻易获得白光 LED。目前白光 LED 已成为可携式信息产品的主要背光照明光源，未来甚至可成为一般家用照明光源。此外最近几年出现高功率近紫外 LED，同样的可利用荧光体变成白光 LED，LED的特点是小型、低耗电量、寿命长，若与具备色彩设计自由度、稳定、容易处理等特点的荧光体组合时，就可成为全新的照明光源。通常 LED 与荧光体组合时，典型方法是将荧光体设于 LED 附近，主要原因是希望荧光体能高效率的将 LED 产生的光线作波长转换，而将荧光体设于光线放射密度较高的区域，对波长转换而言是最简易的方法。
2、此外荧光体封装方法决定白光 LED 的发光效率与色调，因此接着将根据白光化的观点，深入探讨 LED 与荧光体的封装技术。蓝色 LED+YAG 荧光体的白光化封装图 1 是目前已商品化白光 LED，具体而言它是将可产生黄光的 YAG:Ce 荧光体分散于透明的环氧树脂内，再用设于碗杯内的蓝色 LED产生的光线激发转换成白光，这种方式的白光发光机制是利用 LED 产生蓝色光线，其中部份蓝光会激发 YAG 荧光体变成黄色发光，剩余的蓝光则直在外部进行蓝光与黄光混色进而变成白光，这种方式的特点是结构简单，只需在 LED 的制作过成中追加荧光体涂布工程即可，因此可以大幅抑制制作成本，此外另一特点是色度调整
3、非常单纯。 图 1 蓝光 LED+YAG 荧光体图 2 是改变树脂内 YAG 荧光体浓度之后，LED 色坐标 plot 的结果，由图可知只要色坐标是在 LED 与 YAG 荧光体两色坐标形成的直线范围内，就可任意调整色调，依此可知 YAG 荧光体浓度较低时，蓝色穿透光的比率较多，整体就会呈蓝色基调白光；相对的如果 YAG荧光体浓度较高时，黄色转换光的比率较多，整体呈黄色基调白光。如上所述将部份蓝色 LED 当作互补色的方式，不需要高密度(与树脂的百分比)的荧光体涂布，因此可以有效降低荧光体的使用量。一般而言荧光体与树脂的百分比，虽然会随着 YAG 荧光体的转换效率，与碗杯的形状而改变，不过 1
4、020wt% 左右低配合比就能获得白光。此外由于蓝光 LED 放射的光强度，在中心轴与周围的分布并不相同，即使 LED 芯片周围的 YAG 荧光体的密度完全相同，仍然会造成轴上与周围的光线不均等问题，这也是今后必需克服的课题之一。图 3 是蓝光 LED+YAG 荧光体白光 LED 制作流程；图 4 典型的发光频谱，由图可知 Lead Frame Type 与 Chip Type 都是将蓝光LED 设于碗杯内，再用混有定量 YAG 荧光体的树脂涂布封装。由于 LED 具备小型、省电、长寿等特征，因此已经广泛应用于行动电话、PDA 等可携式信息产品的背光照明光源，以及步道引导灯等领域。图 2 蓝光
5、 LED+YAG 荧光体的色度调整方法图 3 荧光体的涂布工程图 4 YAG 荧光体+蓝光 LED 的发光频谱高功率白光 LED 的封装以上介绍的白光 LED 芯片，大小大约是 0.3mm 正方，每个 LED 的光束大约是 12 流明左右，如果以白光 LED 当作一般照明光源，甚至要取代全光束为 800 流明的 60 瓦灯泡，至少必需使用 500 个的白光 LED，如此一来对白光 LED 而言，势必丧失原有的优势，因此相关业界相继提案希望加大 LED 芯片尺寸，藉此提高每个 LED 的光束，例如 LED 芯片的大小若是 1mm 正方时，驱动电流会从目前的 20mA 提高 10 倍变成 200m
6、A，如此便可大幅提高光输出，不过提高输出会面临如何有效排放 LED 芯片产生的热能等问题。一般利用近紫外激发荧光体产生白光的蓝光 LED，外部量子效率(注入芯片的电子数与取至外部光子数的百分比)大约是 1020% ，最近发表的近紫外 LED 外部量子效率则为 30%，换句话说其它电气能量大部份都在 LED 芯片内转成热能，而且 LED 芯片产生的热能是与驱动电流成比例增加，加上芯片周围的温度上升会造成 LED 的发光峰值波长移动、荧光体的发光效率降低、周围材料劣化等问题，因此封装整体的散热设计成为高功率 LED 不可或缺的一环。图 11 是 Heat Sink Type Stem 上方 mou
7、nt 1mm 正方的近紫外 LED 的外观图，该 LED 的顺向电流 500mA 时的光输出为 190mW，发光峰值波长为 384mm,50500mA 时的发光峰值波长移动低于0.5nm，图 12 是封装荧光体时的点灯外观。树脂 MoldLED 密封树脂的现况LED 依照封装外形可分为表面封装型与炮弹型两种，以往是以炮弹型为主流，之后由于小型化的需求，造成表面封装型的需求逐渐增加，不过最近基于大电流与散热结构等考量，因此出现所谓的大型封装技术。表面封装型又可分为利用 transfer mould，将设于印刷基板上的组件与金线密封(照片 1-)方式，与利用 reflector 形成 lead f
8、rame 方式( 照片 1-、1-)两大类。照片 1 商品化的 LED 种类与结构透明液状环氧树脂LED 常用的透明环氧树脂主要是利用酸无水物硬化效应，主剂与硬化剂两液使用前必需均匀混合才能使用，主剂成份是 Epoxy Oligomer、粘度调整剂、着色剂等等；硬化剂成份是酸无水物与触媒量硬化促进剂，虽然硬化物性会随着主剂与硬化剂的配合比改变，不过一般是设计成当量比为 1:1，就可获得最适宜的物性。图 13 是 LED 用透明环氧树脂主成份的构造式。一般而言所谓的 Epoxy Oligomer 是以 Bis-Phenol A Glycigeru Ather 与 Bis-Phenol F Typ
9、e 为主，此外为防止玻璃转移点变高、树脂变色，所以添加脂环式 Epoxy。图 13 LED 封装用环氧树脂的成份结构式虽然有许多硬化剂与硬化促进剂可供环氧树脂选择，不过应用在 LED 的密封必需是透明状硬化物，因此硬化剂的使用受到相当程度的限制，例如酸无水物通常会选用 MeHHPA 或是 HHPA；硬化促进剂则以 Amine 系、Imidazol、Lin 系为主，不过实际成份则是各厂商的 know how。如上所述环氧树脂含有许多成份，所以它的反应结构非常复杂。图 14 是使用 Amine 系硬化剂的酸无水物硬化反应结构。图 14 酸无水物硬化环氧树脂的反应结构Transfer Mould 树
10、脂所谓的 Transfer Mould 如照片 1-所示，它是在印刷基板上以环氧树脂密封 LED 的方法，具体而言它是由 B stage 的 Epoxy 树脂固态 Tablet，与低压 Transfer 所构成，由于模具精度极高加上硬化时间很短，因此 Transfer Mould 方式适合短时间大量生产，不过初期必需投资大型 Transfer 与模具。Silicon 树脂利用 Silicon 树脂密封 LED 的情况非常少，因此 Silicon 树脂的使用量也非常低。目前市面上部份 1mm 正方大型芯片的白光 LED，以及基于树脂应力会降低半导体性能等考量，才会使用 Silicon 树脂当作封装材料。事实上 LED 封装用 Silicon 树脂，属于 silicon resin化 silicon gel，它的化学结构为 Dimethyl Siloxane 的重合体，1.4 的折射率远比折射率为 1.5 的环氧树脂低，而且 Silicon 树脂与组件、LeadFame 的附着性也不如环氧树脂，造成取光效率偏低成为是 Silicon 树脂最大的缺点 。有关折射率的改善一般是在 Siloxane格子内添加 Phenyl 基，如此便可将折射率 提高至 1.5 左右。
