高亮度LED技术与应用趋势(2)

2019-03-10 22:28

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。

▲日亞化學工業(Nichia)的5mm白光LED,圖中可見炮彈(Lamp)型封裝內部也使用碗狀的反射杯

(Reflective cup)設計來強化光照角度及強度。(圖片來源:Ledstyles.de)

就技術難易來說,只用上透鏡的Axial lens、Flat lens確實較為簡易,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、發散一樣要考慮,還要追加考慮反射、折射以及光束收斂,確實更加複雜。

還有,我們還沒討論材質,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

講究光透而較不講究裸晶防護,如此還可採行塑膠(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、耶誕樹),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。 附註:今日有的LED也在Lamp型封裝內使用反射杯技術。 ■結尾

最後,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(Restriction of Hazardous Substances Directive,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(hexavalent 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(Waste Electrical and Electronic Equipment directive,廢棄電子電機設備指令)等其他相關法規也必頇遵守。

當然!前面我們也已經約略提到封裝物必頇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、抗濕也都必頇注意。

更重要的是,無論您要不要高亮度,都必頇盡可能將光亮導出,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顧慮因素,事實上LED的熱若不能順利排解與降低,成為熱負荷,反過來一樣要傷害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的一課!

▲Lambda Research Corporation的OSLO是專門用來設計透鏡的軟體,圖為OSLO EDU Edition(教育版)Revision 6.4.1,且已開啟「透鏡資料庫」中的某一設計範本:8mm、0.5 NA的雷射二極體準直儀,圖

右下部分為其光射線的軌跡分析。


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