-
-
手机阅读
LED（light emitting diode，发光二极管）已有近30年的发展历程。20世纪70年代，最早的GaP、GaAsP同质结红、黄、绿色低发光效率的LED已开始应用于指示灯、数字和文字显示。从此，LED开始进入多种应用领域，包括宇航、飞机、汽车、工业应用、通信、消费类产品等，遍及国民经济各个部门和千家万户。 目前被认为能取代传统照明方式的白光LED的光效和寿命不高，还远远不能达到家庭日常照明的需求，为了提高白光LED的性能，一方面其发光芯片的效率有待提高；另一方面，白光LED的封装技术也需改善。
在LED产业链接中，上游是LED衬底晶片及衬底生产，中游的产业化为LED芯片设计及制造生产，下游归LED封装与测试。研发低热阻、优异光学特性、高可靠的封装技术是新型LED走向实用、走向市场的产业化必经之路，从某种意义上讲是链接产业与市场的纽带，只有封装好的才能成为终端产品，才能投入实际应用，才能为顾客提供服务，使产业链环环相扣，无缝畅通。
本文主要从封装结构的设计、封装材料的选择和搭配及工艺技术等多方面入手，来实现白光LED，并且提高封装取光效率和LED的寿命。
1.2 LED简介
在半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二级管叫发光二级管。严格的说，LED这个术语应该仅应用于发射可见光的二极管，发射红外辐射的二极管叫做红外发光二极管，发射峰值波长在可见光短波界限附近，由部分紫外辐射的二极管称为紫外发光二极管，但是习惯上把以上所说的三种半导体二极管统统叫做发光二极管[1-4]。
发光二极管是由Ⅲ-V族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1-1[5-7]。假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、价带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。
图1-1 LED的发光原理
1.3 LED的特点和分类
1.3.1 LED的特点
LED和普通的照明所用的灯管是不同的，它是一种固体照明的方式，而且LED的光效率高，和传统的照明用灯相比较，它的优点如下：
(1)LED的外封装是用的环氧树脂，而且是在高温的情况下进行工作的，其硬度极好，因此它结构坚固而不容易破损。
(2)LED是由电子和空穴复合而发光的，自由电子和空穴耦合不发热，因此寿命要比普通的寿命长。
(3)LED的光效率高，操作的电流和电压都很小，消耗的功率也很小，因此省电，而且不容易出危险。
(4)由于LED的外封装有的是用模条来完成的，因此形成极小表面及很薄很轻的产品，从而实现了LED相对普通的照明灯管体积极小的特点。
(5)因为LED的外封装是坚固的环氧树脂，所以它不容易破碎并且可以回收对环境没有任何影响。
(6) 根据LED特殊的封装特点，可以随意的通过调节作色剂来改变LED的颜色及外观。
(7)LED是放电性发光的，因此它的反应速度相当的快，而且传导性能很好，容易配合高频的电路来驱动。
1.3.2 常见LED的分类
(1)按发光管发光颜色分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管不适合做指示灯用。
(2)按发光管出光面特征分为圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。国外通常把φ3mm的发光二极管记作T-1；把φ5mm的记作T-1（3/4）；把φ4.4mm的记作T-1（1/4）[6-8]。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：
1)高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。
2)标准型。通常作指示灯用，其半值角为20°～45°。
3)散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45°～90°或更大，散射剂的量较大。
(3)按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。
(4)按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度小于10mcd）；超高亮度的LED（发光强度大于100mcd）；把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。
1.4 LED的应用前景
据CIR预测，全球LED市场将从2004年的32亿美元，增长至2008年的56亿美元，其中，高亮度LED市场产值将由16亿美元增至26.4亿美元，超高亮度LED市场则将从2006年起快速成长，并于2008年占到全球市场22%的份额，因此从各个方面来衡量，可以看出LED是个势必带动全球经济发展的一个领域[16-22]。
LED的应用领域已经从最初简单的电器指示灯、LED显示屏发展到LCD背光源、景观照明、室内装饰灯等其他领域。而由于LED具有的长寿命、无污染、低功耗的特性，未来LED还将逐步替代荧光灯、白炽灯成为下一代绿色照明光源。为此，美国、韩国、欧盟、中国台湾都制定了适合各国国情的半导体照明计划，大力推进LED灯进入普通照明灯具市场。室内照明将是LED最具市场规模和发展潜力的应用。
从数量上看，凭借着国内强大的制造能力，指示灯依旧是LED的使用大户，其用量占据LED市场消耗量的半壁江山。但由于指示灯多为普通亮度LED，经过多年的发展产量很大早已形成买方市场，供过于求的市场现状导致价格持续下跌，严重影响了指示灯领域的LED市场规模增长。LED指示灯市场规模只保持了一位数增长，但是随着价格的进一步滑落，LED指示灯市场规模很难在维持正增长，预计从2006年起，该市场将呈现出负增长。
(1)显示屏市场是LED的主要应用市场，全彩显示屏增势强劲
LED显示屏按使用环境分为户内显示屏、户外显示屏;按颜色上又分为单色、双色和全彩显示屏。LED全彩显示屏由RGB三基色LED组成，每基色具有256级灰度，可显示16777216种颜色，色彩鲜艳，图像逼真。LED全彩显示屏既能显示各种颜色的文字、图形，又能显示图像、2D/3D计算机动画，尤其是能显示高清晰度、色彩丰富的视频动态图像。凭借着上述优势LED全彩显示屏广泛应用在体育场馆、市政广场、演唱会、车站、机场等场所。
(2)以手机应用为主的小尺寸背光源市场放缓，中大尺寸特别是7寸背光源将成为新的关注点
LED早已应用在以手机为主的小尺寸液晶面板背光市场中，手机产量的持续增长带动了背光源市场的快速发展。特别是2003年彩屏手机的出现更是推动白光LED市场的快速发展。但随着手机产量进入平稳增长阶段以及技术提升导致用于手机液晶面板背光源LED数量减少，使得LED在手机背光源中用量增速放缓。7寸液晶面板背光源使用LED数量约为30颗左右，远远少于液晶电视用几百颗甚至上千颗的用量，与CCFL间的差价可拉近到20%左右。同时LED的色彩饱和度较CCFL的75%可达到104%。在差价拉近、色彩饱和度高的双重利好因素下，7寸液晶背光源市场成为开拓中大尺寸背光源市场的首选切入点。
(3)汽车车灯市场潜力大，但短期内国内市场很难启动
有统计显示，在汽车以100公里的时速行驶下，装有LED刹车灯的车辆较没有装LED刹车灯的车辆刹车距离将减少7英尺。目前，LED已经逐步应用在汽车的第三刹车灯上。虽然LED目前还面临着单位瓦数流明低、价格高以及相关政策的限制，在进入汽车尾灯及前灯市场还需要一定的时间，但是随着成本性能比的下降以及发光效率的提升，最终LED将逐步实现从汽车内部、后部到前部的转移，最终占据整个汽车车灯市场。凭借着汽车的巨大产能，LED车灯市场面临着巨大的发展潜力。
除了上述问题之外，国内LED汽车车灯市场的发展还面临其他问题的困扰。由于国内汽车厂商主要以外资企业为主，生产的车型也主要是国外汽车车型的国内改进版。这就直接导致了原始整车设计构思、整车系统集成的核心技术都掌握在外资厂商手中。而汽车设计是一个连贯的整体，每一个环节的改变都会影响到整车电气设计的改变。目前国内汽车主要以低档车为主，车型也是国外比较成熟的车型，这些车型出现时间早在最初的设计时并没有考虑使用LED，而由于国内厂商缺少整体核心技术的支持，厂商很难直接改变汽车车灯的设计，影响国内汽车车灯市场的发展。
(4)室内装饰灯市场逐步启动，交通灯置换高峰期即将过去市场进入平稳增长期。
经过多年的替换工作，全国主要城市由传统交通灯替换为LED交通灯的工作已经接近尾声。随着替换工作的完成，LED交通灯市场将不会再维持高速增长，预计2006年LED交通灯市场只实现5.8%的增长。
(5)奥运会、世博会带动景观照明市场快速发展，2007年市场增速达到高峰。
景观照明市场主要以街道、广场等公共场所装饰照明为主，推动力量主要来自于政府。受到2008年北京奥运会和上海世博会的影响，北京、上海等举办地加快了景观照明的步伐，由于LED功耗低，在用电量巨大的景观照明市场中具有具有很强的市场竞争力。
此外，奥运会和世博会的主要作用远远不再于自身带动景观照明市场的成长，更重要的是其榜样作用。为了迎接奥运会和世博会的召开，北京、青岛、上海等地将建成一批LED景观照明工程，这些工程在装饰街道的同时还将起到示范作用。其他城市在看到LED在景观照明中的出色表现会减少对于LED景观照明的使用顾虑，加快使用LED在景观照明中的应用。LED将会从一级城市快速向二级、三级城市扩展。
(6)通用照明市场路漫漫，任重而道远。
对于进入通用照明市场而言，功率白光LED除面临着诸如发光效率低、散热不好、成本过高等问题外，还将面临到光学、机构与电控等的整合以及LED照明产品通用标准的制定。
由于酒店、商务会馆、高档商用写字楼等商用场所相对于价格的敏感度低。同时这些高档场所更注重于彰显品味与尊贵的地位，对于新兴产品抱有更大的兴趣度。这些都降低了LED照明进入的门槛。
不过，也正是因为LED产业对资本、设备要求较低，进入该行业的，往往以民营小企业居多。虽然这在一定程度上使得该产业市场化程度较高，却也令新应用产品、技术的成熟可靠程度不够，造成一些负面影响。中低档产品居多，高档产品较少，新产品研制的能力亟待加强等现实问题，也使得开发具有自主知识产权的LED产品，愈加成为当务之急。
1.5 LED的研究进展
在芯片的研究方面，世界上第一个实用的LED于1962年开发出来，由GaAsP制成，当时这种GaAsP材料LED只能发出0.001lm的光通量。1968年Monsanto和惠普公司推出了用GaAsP材料制作的商品化LED，其流明效率大约只有一般的60至100瓦白炽灯的百分之一。稍后利用氮掺杂工艺使GaAsP器件的效率达到了1流明/瓦，并且能够发出红光、橙光和黄色光。1971年业界又推出了具有相同效率的GaP绿色芯片LED。80年代早期的重大技术突破是开发出了AlGaAs LED，它能以每瓦10流明的发光效率发出红光。这一技术进步使LED能够应用于户外信息发布以及汽车高位刹车灯。1990年，业界又开发出了红光四元AlInGaP材料LED，它的光通量比当时标准的GaAsP器件性能要高出10倍[8-12]。
在封装技术的研究方面，HP公司于20世纪90年代初推出“食人鱼”封装结构的LED，并于1994年推出改进型的“Snap LED”，有两种工作电流，分别为70mA和150mA，输入功率可达0.3W。接着OSRAM公司推出“Power TOP LED”。之后一些公司推出多种功率LED的封装结构。这些结构的功率LED比原支架式封装的LED输入功率提高几倍，热阻降为几分之一。W级功率LED是未来照明的核心部分，所以世界各大公司投入很大力量，对W级功率LED的封装技术进行研究开发。
单芯片W级功率LED最早是由Lumileds公司于1998年推出的LUXEON LED，该封装结构的特点是采用热电分离的形式，现可提供单芯片1W、3W和5W的大功率LED。OSRAM公司于2003年推出单芯片的“Golden Dragon”系列LED，其结构特点是热沉与金属线路板直接接触，具有很好的散热性能，而输入功率可达1W[13-15]。
多芯片组合封装的大功率LED，其结构和封装形式较多。美国UOE公司于2001年推出多芯片组合封装的Norlux系列LED，其结构是采用六角形铝板作为衬底。Lanina Ceramics公司于2003年推出了采用公司独有的金属基板上低温烧结陶瓷(LTCC-M)技术封装的大功率LED阵列。松下公司于2003年推出由64只芯片组合封装的大功率白光LED。
1.6 本文工作
本课题工作源于深圳市越宏电子有限公司的新产品开发项目“白光LED封装工艺的开发”。本文是单从白光LED的封装来实现白光LED的，在上节中讲到，全球白光LED的封装的发展情况，但是还存在着光效不高、色温不能达到人们所能接受的日常照明的范围，并且工艺复杂，成本相对比较高的缺点。本文就从封装工艺的设计，封装材料的合理选择和搭配等方面来实现白光LED的封装，达到深圳越宏在现有的白光LED性能上提出的参数要求：
(1)显色指数大于80。
(2)色温在5000K到8000K之间。
(3)支架式白光LED的光效必须大于8lm/w；大功率白光LED的光效必须大于35lm/w。
本文各章节内容如下：
第一章绪论，主要介绍了LED的发光原理，LED的分类和特点，以及LED的发展历史和对未来的展望。
第二章介绍了白光的LED的合成方式和相关特性参数。
第三章讲述的是白光LED封装的设计过程，主要LED的制作工艺流程，和具体的工艺实现过程。
第四章是对封装好的支架式白光LED和大功率白光LED的特性参数进行测量，并对这些测试数据进行对比和分析。
第五章是全文总结。
白光LED的性能测试
4.1 测试的条件
⑴温度：25℃±1℃
⑵相对湿度：48%---52%
⑶气压：86KPA---106KPA
⑷测试环境应无影响测试准确度的机械震动和电磁干扰。
⑸器件全部光电参数均应该在热平衡下进行。
⑹测试系统应该接地良好。
4.2 测量的标准和方向性
发光二极管的光辐射实际上是一种定向的成像光束，因此不能按照一般的光度测量规则测量和计算发光强度。也就是说，一般情况下发光强度不能简单地用探测面上的照度和距离平方反比定律来计算。CIE 127-1997“发光二极管测量”出版物[28-30]把LED的强度测试确定为平均强度的概念，并规定了统一的测试结构，包括探测器接收面的大小和测量距离的要求。这样就为LED的准确测试比对奠定了基础。虽然CIE的文件并非国际标准，但目前已得到国际上的普遍认同和采用。我国的LED行业标准与该CIE文件的方法完全一致。
从图2-2可知，色温在7000-10000K之间的白光颜色偏蓝，它不太适合用做普通家庭照明光源的；色温为6400K的日光色，是目前照明光源使用的最广泛的色温之一。白光LED中的蓝光光谱和只有蓝色LED的蓝光光谱相比是有差异的，因为发生荧光体高效的吸收蓝光和光转换的辐射传递。而白光中的蓝光吸收（激发）与荧光体的激发光谱密切相关。由于荧光体光转换过程致使白光LED中的蓝光光谱的能量分布、发射峰以及半高宽等性质发生变化。所涂覆的荧光粉越多，蓝色光谱变化越严重，在低色温的白光LED中更为明显。
目前，在LED测量仪器中所用的光度测量传感器是采用硅光电二极管和相应的视觉光谱响应校正滤光片组成。为了使探测器的光谱响应函数与CIE标准观察者光谱光视效率函数V(λ)一致，一般需由多片滤光片组成[31-37]。由于受材料及工艺的限制，某些仪器的传感器在光谱匹配上存在一定的差异，当仪器出厂定标所用的标准源(通常采用2856K钨丝灯)与所测量的LED管的光谱存在较大差异时，测量的LED光度量值就会产生明显的偏差，而且对某些单色LED往往更加明显。因此应采用光谱响应曲线在各个波长符合度较好的高精度光度探测器，或者采用光谱辐射法测量[38-40]，并由计算机加权积分，得到准确的测量结果。否则，必须采用LED标准样管对仪器进行定标或校正，才能得到比较一致的结果。
在LED的测试供电驱动中，LED本身结温的升高对电参数和发光的影响不容忽视。因此，测量时的环境温度及器件的温度平衡是非常重要的一项测量条件。
4.3 测试内容
白光LED的测试内容主要包括：光功率、光效、显色指数、色温、色坐标、光谱分布、光照度。
需要使用的测试仪器如表4-1
表4-1 测试仪器清单
编号 名称 型号/性能参数 生产商
1 紫外-可见-近红外光谱分析系统 PMS-50 杭州远方
2 LED光强分布测试仪 LED620 杭州远方
3 专业袖珍照度计 YF2006 远方
4.4 光电特性的测试
测试对象：支架式白光LED和大功率白光LED。
测试装置：紫外-可见-近红外光谱分析系统
将LED光源放在积分球的中心,积分球又称光通球或球形光度计,它是一个内部空的完整球壳,内壁涂白光漫反射层,球内放待测光源,光源发射并经球面漫反射的一部分光线通过球壁上的窗口射到光探测器上,在光探测器前面装V (λ) 滤光器,保证光探测器的测量值准确并接近人眼视觉函数。由探测器将光信号转化为光电流信号, 经过取样、放大后, 经AD 转化为数字信号送入微处理器,再经过计算和定校即可得到光通量值,通过仪表面板上光通量部分的数码管显示出来。原理图如4-1所示：
图4-1 光电特性的测试原理图
测试的出两种LED的相关特性参数数据见表4-2：
表4-2 支架式白光LED和大功率白光LED的光电特性参数
测试对象 测试电流(mA) 色温(K) X/Y坐标值 显色指数 光效(lm/w)
支架式白光LED 20 5971 0.3219/0.3416 87.3 14.221
大功率白光LED 350 5624 0.3301/0.3298 95 38.3
按照深圳市越宏电子有限公司的指标要求，表4-2的测试结果表明，这两种封装产品均达到了上述的技术指标要求，即显色指数分别为5971K和5624K；支架式白光LED的光效为14.21lm/w, 大功率白光LED的光效为38.31lm/w。
4.5 外加电流对白光LED的性能影响
对于两种封装形式的白光LED，外加正向电流对其特性的影响都是一样的，在本文中，将支架式的白光LED拿出来分析。分别取外加正向电流IF值为：10mA、20mA、30mA、40mA，得到如图4-2、图4-3所示的曲线图。
图4-2 电流与色温的关系
图4-3 电流与光效的关系
从上述图中，可以得出如下的结论：
(1)正向电流增加时，白光LED的发射光谱，特别是InGaN LED蓝光芯片的发射光谱向短波长一端移动。色坐标X和Y值也就发生变化，相关色温Tc（K）逐渐增加。
(2)正向电流增加时，光效率会下降，其原因如下：
1)在相同的热阻下,电流的增加必然导致芯片温度升高,增加载流子非辐射复合几率,导致辐射复合几率下降,造成发光效率随着电流增加而下降；
2)随着IF增加， P-N结温快速升高，结温和环境温度上升，对半导体蓝光芯片和荧光粉的发光将产生严重的温度猝灭；
3)由于在白光LED中发生蓝光→黄光的光转换过程，产生光吸收的辐射传递，不仅使白光光谱中的蓝芯片的发射光谱形状和发射峰发生变化，而且蓝光效率下降使得荧光粉的光效下降，从而白光光衰程度比单个InGaN蓝芯片更快。实际上是荧光粉的发光效率受蓝芯片下降的“诛连”和强烈的制约。
根据以上分析得到：当正向电流较小时,虽然芯片本身的发光效率较高,但是因为强度太弱,而芯片上涂敷的荧光粉又有一定的厚度,芯片发出的蓝光只能激发靠近芯片表面的一小部分荧光粉,而这一部分荧光粉受激发产生的黄光,大部分又被荧光粉外层所吸收,此时不仅发光效率很低, 而且发光的颜色也偏黄。随着IF增加,虽然芯片发光效率略有降低,但是发光强度大大增加,此时, 芯片发出的蓝光可以穿透荧光粉层,使得荧光粉层,特别是荧光粉外层被激发的几率大大增加,发光强度迅速增加。
4.6 荧光粉的涂抹方式对白光LED性能的影响
根据上一章的关于荧光粉涂抹方式的设计，知道荧光粉的涂抹方式对发光分布与色温的均匀度影响很大。如图4- 4可以看到，左图为传统封装形式的荧光粉涂抹方式，其涂抹方式只是将荧光粉分撒在芯片的上方和四周，这种分布会造成荧光粉厚度较厚的位置黄光产生较多，色温较低，并且光斑不均匀。右图为改良后运用在的大功率白光LED上的涂抹方式，看到基本上是均匀分布的。
图4-4 两种荧光粉涂抹方式
将做好的两种白光LED进行色温测试，得到数据见表4-3。
表4-3 两种涂抹方式不同厚度的色温值
荧光粉的厚度(mm) 色温(k) 测试对象
0.6 5541 传统涂抹方式
0.5 6241
0.6 5821 改良后的涂抹方式
0.5 5900
由上表可以知道，传统的荧光粉涂抹方式，色温值相差700K，而改良后的涂抹方式只是相差80K左右。可见，改良后的涂抹方式对色温和光强的均匀分布都有所提高。
4.7 不同的封装形式对白光LED性能的影响
上节中，对IF的变化引起的LED性能参数的变化做了详细的分析，在这节中，则对封装方式的变化和封装材料的变化引起的LED性能参数的变化做详细的探讨。
支架式白光LED封装方式除了模条（如图4-5）的形状不相同以外，还有就是模条的卡点（所谓的卡点就是指支架插入模条内的深浅高度（如图4-6）不相同，因此为了详细说明不同封装形状对白光LED性能的影响，必须是相同卡点不同封装外形和不同卡点相同封装外形进行的比较。
图4-5 模条示意图
图4-6 卡点示意图
对比对象有两组，第一组是5mm×8.6mm子弹头支架式LED和5mm×6.0mm子弹头支架式LED；第二组是5mm×8.6mm圆头支架式LED和5mm×8.6mm子弹头支架式LED（相关的成品图见本文图3-7）。因为这两组白光LED只是外封装方式不一样，前段（工艺流程中从点胶到点荧光粉烘烤的步骤都是所谓的前段）工艺都是相同的，通过测试得到的参数如表4-4和表4-5 。
表4-4 不同卡位的子弹头支架式白光LED的参数
测试对象 光通量/lm 半功率角/° 光强峰值/mcd
5mm×8.6mm子弹头支架式白光LED 0.9 6 25000
5mm×6.0mm子弹头支架式白光LED 0.9 15 20000
表4-5 不同封装外形的支架式白光LED参数
测试对象 光通量/lm 半功率角/° 光强峰值/mcd
5mm×8.6mm子弹头支架式白光LED 0.9 6 25000
5mm×8.6mm圆头支架式白光LED 0.9 15 18000
由两表可以得出如下结论：
(1) 两组白光LED的色温、色坐标以及光通量没有很明显的变化，只是光强峰值和半功率角发生变化。封装几何形状对光子逸出效率的影响是不同的，发光强度的角分布与封装透镜所用形状有关。若采用子弹头形树脂透镜，可使光集中到LED的轴线方向，相应的视角较小；如果顶部的树脂透镜为圆形，其相应视角将增大。
(2) 子弹头和圆头封装的“外透镜”角度不同，导致子弹头和圆头的半功率角度不同，明显子弹头的半功率角要小于圆头，同时子弹头的最大光强也要大于圆头。
(3)卡点越小的模条封装出的LED其半功率角就越大，同时最大光强也就越小。
4.8 不同的封装材料对LED寿命的影响
以大功率LED的封装材料的不同进行对比。为了形象的表示光通量随时间的衰减，在这里引进一个概念--相对光强输出，其定义为：
y = exp ( - at) （4-1）
y表示相对光强输出, a 表示衰减系数, t 为以小时为单位的点灯时间。
将不同封装材料封装出的大功率LED分为三类，第一类的封装材料是陶瓷基板+锡膏+硅胶；第二类的封装材料是铜基板+锡膏+硅胶；第三类的封装材料是铜基板+银胶+环氧树脂封胶。每类LED采用的是同一家厂家出的同一批芯片，荧光粉溶液的配比和涂抹方式都是完全相同的。经过长时间的老化测试，在350mA的正向电流下，将大功率白光LED点亮1万个小时后得到的寿命数据，如表4-6所示。
表4-6 3类大功率LED寿命参数
LED类别序号 样品数 驱动电流/mA 平均寿命/h
陶瓷基板+锡膏+硅胶 6 350 27721
铜基板+锡膏+硅胶 6 350 19462
铜基板+银胶+环氧树脂 6 350 9674
根据老化测试中所得到的数据画出如图4-7的相对光输出随时间变化的曲线。从图可知，第三类封装形式（即，铜基板+银胶+环氧树脂封胶）的大功率LED在9000小时后，只有55%的光输出；而第一类封装形式（即，陶瓷基板+锡膏+硅胶）的大功率LED在10000h后还能保持92%的光输出。因为所有的材料和工艺都是相同的，所有寿命的决定因素只和封装所选择的材料有关。由此可以知道，（陶瓷基板+锡膏+硅胶）这种封装材料的大功率LED相对寿命较好，这种封装材料的配合对散热处理也相对要强。这正好和上一章节里散热的设计结果相符合。
1楼
0
0
回复
在LED产业链接中，上游是LED衬底晶片及衬底生产，中游的产业化为LED芯片设计及制造生产，下游归LED封装与测试。研发低热阻、优异光学特性、高可靠的封装技术是新型LED走向实用、走向市场的产业化必经之路，从某种意义上讲是链接产业与市场的纽带，只有封装好的才能成为终端产品，才能投入实际应用，才能为顾客提供服务，使产业链环环相扣，无缝畅通。
本文主要从封装结构的设计、封装材料的选择和搭配及工艺技术等多方面入手，来实现白光LED，并且提高封装取光效率和LED的寿命。
1.2 LED简介
在半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二级管叫发光二级管。严格的说，LED这个术语应该仅应用于发射可见光的二极管，发射红外辐射的二极管叫做红外发光二极管，发射峰值波长在可见光短波界限附近，由部分紫外辐射的二极管称为紫外发光二极管，但是习惯上把以上所说的三种半导体二极管统统叫做发光二极管[1-4]。
发光二极管是由Ⅲ-V族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1-1[5-7]。假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、价带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。
图1-1 LED的发光原理
1.3 LED的特点和分类
1.3.1 LED的特点
LED和普通的照明所用的灯管是不同的，它是一种固体照明的方式，而且LED的光效率高，和传统的照明用灯相比较，它的优点如下：
(1)LED的外封装是用的环氧树脂，而且是在高温的情况下进行工作的，其硬度极好，因此它结构坚固而不容易破损。
(2)LED是由电子和空穴复合而发光的，自由电子和空穴耦合不发热，因此寿命要比普通的寿命长。
(3)LED的光效率高，操作的电流和电压都很小，消耗的功率也很小，因此省电，而且不容易出危险。
(4)由于LED的外封装有的是用模条来完成的，因此形成极小表面及很薄很轻的产品，从而实现了LED相对普通的照明灯管体积极小的特点。
(5)因为LED的外封装是坚固的环氧树脂，所以它不容易破碎并且可以回收对环境没有任何影响。
(6) 根据LED特殊的封装特点，可以随意的通过调节作色剂来改变LED的颜色及外观。
(7)LED是放电性发光的，因此它的反应速度相当的快，而且传导性能很好，容易配合高频的电路来驱动。
1.3.2 常见LED的分类
(1)按发光管发光颜色分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管不适合做指示灯用。
(2)按发光管出光面特征分为圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。国外通常把φ3mm的发光二极管记作T-1；把φ5mm的记作T-1（3/4）；把φ4.4mm的记作T-1（1/4）[6-8]。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：
1)高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。
2)标准型。通常作指示灯用，其半值角为20°～45°。
3)散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45°～90°或更大，散射剂的量较大。
(3)按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。
(4)按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度小于10mcd）；超高亮度的LED（发光强度大于100mcd）；把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。
1.4 LED的应用前景
据CIR预测，全球LED市场将从2004年的32亿美元，增长至2008年的56亿美元，其中，高亮度LED市场产值将由16亿美元增至26.4亿美元，超高亮度LED市场则将从2006年起快速成长，并于2008年占到全球市场22%的份额，因此从各个方面来衡量，可以看出LED是个势必带动全球经济发展的一个领域[16-22]。
LED的应用领域已经从最初简单的电器指示灯、LED显示屏发展到LCD背光源、景观照明、室内装饰灯等其他领域。而由于LED具有的长寿命、无污染、低功耗的特性，未来LED还将逐步替代荧光灯、白炽灯成为下一代绿色照明光源。为此，美国、韩国、欧盟、中国台湾都制定了适合各国国情的半导体照明计划，大力推进LED灯进入普通照明灯具市场。室内照明将是LED最具市场规模和发展潜力的应用。
从数量上看，凭借着国内强大的制造能力，指示灯依旧是LED的使用大户，其用量占据LED市场消耗量的半壁江山。但由于指示灯多为普通亮度LED，经过多年的发展产量很大早已形成买方市场，供过于求的市场现状导致价格持续下跌，严重影响了指示灯领域的LED市场规模增长。LED指示灯市场规模只保持了一位数增长，但是随着价格的进一步滑落，LED指示灯市场规模很难在维持正增长，预计从2006年起，该市场将呈现出负增长。
(1)显示屏市场是LED的主要应用市场，全彩显示屏增势强劲
LED显示屏按使用环境分为户内显示屏、户外显示屏;按颜色上又分为单色、双色和全彩显示屏。LED全彩显示屏由RGB三基色LED组成，每基色具有256级灰度，可显示16777216种颜色，色彩鲜艳，图像逼真。LED全彩显示屏既能显示各种颜色的文字、图形，又能显示图像、2D/3D计算机动画，尤其是能显示高清晰度、色彩丰富的视频动态图像。凭借着上述优势LED全彩显示屏广泛应用在体育场馆、市政广场、演唱会、车站、机场等场所。
(2)以手机应用为主的小尺寸背光源市场放缓，中大尺寸特别是7寸背光源将成为新的关注点
LED早已应用在以手机为主的小尺寸液晶面板背光市场中，手机产量的持续增长带动了背光源市场的快速发展。特别是2003年彩屏手机的出现更是推动白光LED市场的快速发展。但随着手机产量进入平稳增长阶段以及技术提升导致用于手机液晶面板背光源LED数量减少，使得LED在手机背光源中用量增速放缓。7寸液晶面板背光源使用LED数量约为30颗左右，远远少于液晶电视用几百颗甚至上千颗的用量，与CCFL间的差价可拉近到20%左右。同时LED的色彩饱和度较CCFL的75%可达到104%。在差价拉近、色彩饱和度高的双重利好因素下，7寸液晶背光源市场成为开拓中大尺寸背光源市场的首选切入点。
(3)汽车车灯市场潜力大，但短期内国内市场很难启动
有统计显示，在汽车以100公里的时速行驶下，装有LED刹车灯的车辆较没有装LED刹车灯的车辆刹车距离将减少7英尺。目前，LED已经逐步应用在汽车的第三刹车灯上。虽然LED目前还面临着单位瓦数流明低、价格高以及相关政策的限制，在进入汽车尾灯及前灯市场还需要一定的时间，但是随着成本性能比的下降以及发光效率的提升，最终LED将逐步实现从汽车内部、后部到前部的转移，最终占据整个汽车车灯市场。凭借着汽车的巨大产能，LED车灯市场面临着巨大的发展潜力。
除了上述问题之外，国内LED汽车车灯市场的发展还面临其他问题的困扰。由于国内汽车厂商主要以外资企业为主，生产的车型也主要是国外汽车车型的国内改进版。这就直接导致了原始整车设计构思、整车系统集成的核心技术都掌握在外资厂商手中。而汽车设计是一个连贯的整体，每一个环节的改变都会影响到整车电气设计的改变。目前国内汽车主要以低档车为主，车型也是国外比较成熟的车型，这些车型出现时间早在最初的设计时并没有考虑使用LED，而由于国内厂商缺少整体核心技术的支持，厂商很难直接改变汽车车灯的设计，影响国内汽车车灯市场的发展。
(4)室内装饰灯市场逐步启动，交通灯置换高峰期即将过去市场进入平稳增长期。
经过多年的替换工作，全国主要城市由传统交通灯替换为LED交通灯的工作已经接近尾声。随着替换工作的完成，LED交通灯市场将不会再维持高速增长，预计2006年LED交通灯市场只实现5.8%的增长。
(5)奥运会、世博会带动景观照明市场快速发展，2007年市场增速达到高峰。
景观照明市场主要以街道、广场等公共场所装饰照明为主，推动力量主要来自于政府。受到2008年北京奥运会和上海世博会的影响，北京、上海等举办地加快了景观照明的步伐，由于LED功耗低，在用电量巨大的景观照明市场中具有具有很强的市场竞争力。
此外，奥运会和世博会的主要作用远远不再于自身带动景观照明市场的成长，更重要的是其榜样作用。为了迎接奥运会和世博会的召开，北京、青岛、上海等地将建成一批LED景观照明工程，这些工程在装饰街道的同时还将起到示范作用。其他城市在看到LED在景观照明中的出色表现会减少对于LED景观照明的使用顾虑，加快使用LED在景观照明中的应用。LED将会从一级城市快速向二级、三级城市扩展。
(6)通用照明市场路漫漫，任重而道远。
对于进入通用照明市场而言，功率白光LED除面临着诸如发光效率低、散热不好、成本过高等问题外，还将面临到光学、机构与电控等的整合以及LED照明产品通用标准的制定。
由于酒店、商务会馆、高档商用写字楼等商用场所相对于价格的敏感度低。同时这些高档场所更注重于彰显品味与尊贵的地位，对于新兴产品抱有更大的兴趣度。这些都降低了LED照明进入的门槛。
不过，也正是因为LED产业对资本、设备要求较低，进入该行业的，往往以民营小企业居多。虽然这在一定程度上使得该产业市场化程度较高，却也令新应用产品、技术的成熟可靠程度不够，造成一些负面影响。中低档产品居多，高档产品较少，新产品研制的能力亟待加强等现实问题，也使得开发具有自主知识产权的LED产品，愈加成为当务之急。
1.5 LED的研究进展
在芯片的研究方面，世界上第一个实用的LED于1962年开发出来，由GaAsP制成，当时这种GaAsP材料LED只能发出0.001lm的光通量。1968年Monsanto和惠普公司推出了用GaAsP材料制作的商品化LED，其流明效率大约只有一般的60至100瓦白炽灯的百分之一。稍后利用氮掺杂工艺使GaAsP器件的效率达到了1流明/瓦，并且能够发出红光、橙光和黄色光。1971年业界又推出了具有相同效率的GaP绿色芯片LED。80年代早期的重大技术突破是开发出了AlGaAs LED，它能以每瓦10流明的发光效率发出红光。这一技术进步使LED能够应用于户外信息发布以及汽车高位刹车灯。1990年，业界又开发出了红光四元AlInGaP材料LED，它的光通量比当时标准的GaAsP器件性能要高出10倍[8-12]。
在封装技术的研究方面，HP公司于20世纪90年代初推出“食人鱼”封装结构的LED，并于1994年推出改进型的“Snap LED”，有两种工作电流，分别为70mA和150mA，输入功率可达0.3W。接着OSRAM公司推出“Power TOP LED”。之后一些公司推出多种功率LED的封装结构。这些结构的功率LED比原支架式封装的LED输入功率提高几倍，热阻降为几分之一。W级功率LED是未来照明的核心部分，所以世界各大公司投入很大力量，对W级功率LED的封装技术进行研究开发。
单芯片W级功率LED最早是由Lumileds公司于1998年推出的LUXEON LED，该封装结构的特点是采用热电分离的形式，现可提供单芯片1W、3W和5W的大功率LED。OSRAM公司于2003年推出单芯片的“Golden Dragon”系列LED，其结构特点是热沉与金属线路板直接接触，具有很好的散热性能，而输入功率可达1W[13-15]。
多芯片组合封装的大功率LED，其结构和封装形式较多。美国UOE公司于2001年推出多芯片组合封装的Norlux系列LED，其结构是采用六角形铝板作为衬底。Lanina Ceramics公司于2003年推出了采用公司独有的金属基板上低温烧结陶瓷(LTCC-M)技术封装的大功率LED阵列。松下公司于2003年推出由64只芯片组合封装的大功率白光LED。
1.6 本文工作
本课题工作源于深圳市越宏电子有限公司的新产品开发项目“白光LED封装工艺的开发”。本文是单从白光LED的封装来实现白光LED的，在上节中讲到，全球白光LED的封装的发展情况，但是还存在着光效不高、色温不能达到人们所能接受的日常照明的范围，并且工艺复杂，成本相对比较高的缺点。本文就从封装工艺的设计，封装材料的合理选择和搭配等方面来实现白光LED的封装，达到深圳越宏在现有的白光LED性能上提出的参数要求：
(1)显色指数大于80。
(2)色温在5000K到8000K之间。
(3)支架式白光LED的光效必须大于8lm/w；大功率白光LED的光效必须大于35lm/w。
本文各章节内容如下：
第一章绪论，主要介绍了LED的发光原理，LED的分类和特点，以及LED的发展历史和对未来的展望。
第二章介绍了白光的LED的合成方式和相关特性参数。
第三章讲述的是白光LED封装的设计过程，主要LED的制作工艺流程，和具体的工艺实现过程。
第四章是对封装好的支架式白光LED和大功率白光LED的特性参数进行测量，并对这些测试数据进行对比和分析。
第五章是全文总结。
白光LED的性能测试
4.1 测试的条件
⑴温度：25℃±1℃
⑵相对湿度：48%---52%
⑶气压：86KPA---106KPA
⑷测试环境应无影响测试准确度的机械震动和电磁干扰。
⑸器件全部光电参数均应该在热平衡下进行。
⑹测试系统应该接地良好。
4.2 测量的标准和方向性
发光二极管的光辐射实际上是一种定向的成像光束，因此不能按照一般的光度测量规则测量和计算发光强度。也就是说，一般情况下发光强度不能简单地用探测面上的照度和距离平方反比定律来计算。CIE 127-1997“发光二极管测量”出版物[28-30]把LED的强度测试确定为平均强度的概念，并规定了统一的测试结构，包括探测器接收面的大小和测量距离的要求。这样就为LED的准确测试比对奠定了基础。虽然CIE的文件并非国际标准，但目前已得到国际上的普遍认同和采用。我国的LED行业标准与该CIE文件的方法完全一致。
从图2-2可知，色温在7000-10000K之间的白光颜色偏蓝，它不太适合用做普通家庭照明光源的；色温为6400K的日光色，是目前照明光源使用的最广泛的色温之一。白光LED中的蓝光光谱和只有蓝色LED的蓝光光谱相比是有差异的，因为发生荧光体高效的吸收蓝光和光转换的辐射传递。而白光中的蓝光吸收（激发）与荧光体的激发光谱密切相关。由于荧光体光转换过程致使白光LED中的蓝光光谱的能量分布、发射峰以及半高宽等性质发生变化。所涂覆的荧光粉越多，蓝色光谱变化越严重，在低色温的白光LED中更为明显。
目前，在LED测量仪器中所用的光度测量传感器是采用硅光电二极管和相应的视觉光谱响应校正滤光片组成。为了使探测器的光谱响应函数与CIE标准观察者光谱光视效率函数V(λ)一致，一般需由多片滤光片组成[31-37]。由于受材料及工艺的限制，某些仪器的传感器在光谱匹配上存在一定的差异，当仪器出厂定标所用的标准源(通常采用2856K钨丝灯)与所测量的LED管的光谱存在较大差异时，测量的LED光度量值就会产生明显的偏差，而且对某些单色LED往往更加明显。因此应采用光谱响应曲线在各个波长符合度较好的高精度光度探测器，或者采用光谱辐射法测量[38-40]，并由计算机加权积分，得到准确的测量结果。否则，必须采用LED标准样管对仪器进行定标或校正，才能得到比较一致的结果。
在LED的测试供电驱动中，LED本身结温的升高对电参数和发光的影响不容忽视。因此，测量时的环境温度及器件的温度平衡是非常重要的一项测量条件。
4.3 测试内容
白光LED的测试内容主要包括：光功率、光效、显色指数、色温、色坐标、光谱分布、光照度。
需要使用的测试仪器如表4-1
表4-1 测试仪器清单
编号 名称 型号/性能参数 生产商
1 紫外-可见-近红外光谱分析系统 PMS-50 杭州远方
2 LED光强分布测试仪 LED620 杭州远方
3 专业袖珍照度计 YF2006 远方
4.4 光电特性的测试
测试对象：支架式白光LED和大功率白光LED。
测试装置：紫外-可见-近红外光谱分析系统
将LED光源放在积分球的中心,积分球又称光通球或球形光度计,它是一个内部空的完整球壳,内壁涂白光漫反射层,球内放待测光源,光源发射并经球面漫反射的一部分光线通过球壁上的窗口射到光探测器上,在光探测器前面装V (λ) 滤光器,保证光探测器的测量值准确并接近人眼视觉函数。由探测器将光信号转化为光电流信号, 经过取样、放大后, 经AD 转化为数字信号送入微处理器,再经过计算和定校即可得到光通量值,通过仪表面板上光通量部分的数码管显示出来。原理图如4-1所示：
图4-1 光电特性的测试原理图
测试的出两种LED的相关特性参数数据见表4-2：
表4-2 支架式白光LED和大功率白光LED的光电特性参数
测试对象 测试电流(mA) 色温(K) X/Y坐标值 显色指数 光效(lm/w)
支架式白光LED 20 5971 0.3219/0.3416 87.3 14.221
大功率白光LED 350 5624 0.3301/0.3298 95 38.3
按照深圳市越宏电子有限公司的指标要求，表4-2的测试结果表明，这两种封装产品均达到了上述的技术指标要求，即显色指数分别为5971K和5624K；支架式白光LED的光效为14.21lm/w, 大功率白光LED的光效为38.31lm/w。
4.5 外加电流对白光LED的性能影响
对于两种封装形式的白光LED，外加正向电流对其特性的影响都是一样的，在本文中，将支架式的白光LED拿出来分析。分别取外加正向电流IF值为：10mA、20mA、30mA、40mA，得到如图4-2、图4-3所示的曲线图。
图4-2 电流与色温的关系
图4-3 电流与光效的关系
从上述图中，可以得出如下的结论：
(1)正向电流增加时，白光LED的发射光谱，特别是InGaN LED蓝光芯片的发射光谱向短波长一端移动。色坐标X和Y值也就发生变化，相关色温Tc（K）逐渐增加。
(2)正向电流增加时，光效率会下降，其原因如下：
1)在相同的热阻下,电流的增加必然导致芯片温度升高,增加载流子非辐射复合几率,导致辐射复合几率下降,造成发光效率随着电流增加而下降；
2)随着IF增加， P-N结温快速升高，结温和环境温度上升，对半导体蓝光芯片和荧光粉的发光将产生严重的温度猝灭；
3)由于在白光LED中发生蓝光→黄光的光转换过程，产生光吸收的辐射传递，不仅使白光光谱中的蓝芯片的发射光谱形状和发射峰发生变化，而且蓝光效率下降使得荧光粉的光效下降，从而白光光衰程度比单个InGaN蓝芯片更快。实际上是荧光粉的发光效率受蓝芯片下降的“诛连”和强烈的制约。
根据以上分析得到：当正向电流较小时,虽然芯片本身的发光效率较高,但是因为强度太弱,而芯片上涂敷的荧光粉又有一定的厚度,芯片发出的蓝光只能激发靠近芯片表面的一小部分荧光粉,而这一部分荧光粉受激发产生的黄光,大部分又被荧光粉外层所吸收,此时不仅发光效率很低, 而且发光的颜色也偏黄。随着IF增加,虽然芯片发光效率略有降低,但是发光强度大大增加,此时, 芯片发出的蓝光可以穿透荧光粉层,使得荧光粉层,特别是荧光粉外层被激发的几率大大增加,发光强度迅速增加。
4.6 荧光粉的涂抹方式对白光LED性能的影响
根据上一章的关于荧光粉涂抹方式的设计，知道荧光粉的涂抹方式对发光分布与色温的均匀度影响很大。如图4- 4可以看到，左图为传统封装形式的荧光粉涂抹方式，其涂抹方式只是将荧光粉分撒在芯片的上方和四周，这种分布会造成荧光粉厚度较厚的位置黄光产生较多，色温较低，并且光斑不均匀。右图为改良后运用在的大功率白光LED上的涂抹方式，看到基本上是均匀分布的。
图4-4 两种荧光粉涂抹方式
将做好的两种白光LED进行色温测试，得到数据见表4-3。
表4-3 两种涂抹方式不同厚度的色温值
荧光粉的厚度(mm) 色温(k) 测试对象
0.6 5541 传统涂抹方式
0.5 6241
0.6 5821 改良后的涂抹方式
0.5 5900
由上表可以知道，传统的荧光粉涂抹方式，色温值相差700K，而改良后的涂抹方式只是相差80K左右。可见，改良后的涂抹方式对色温和光强的均匀分布都有所提高。
4.7 不同的封装形式对白光LED性能的影响
上节中，对IF的变化引起的LED性能参数的变化做了详细的分析，在这节中，则对封装方式的变化和封装材料的变化引起的LED性能参数的变化做详细的探讨。
支架式白光LED封装方式除了模条（如图4-5）的形状不相同以外，还有就是模条的卡点（所谓的卡点就是指支架插入模条内的深浅高度（如图4-6）不相同，因此为了详细说明不同封装形状对白光LED性能的影响，必须是相同卡点不同封装外形和不同卡点相同封装外形进行的比较。
图4-5 模条示意图
图4-6 卡点示意图
对比对象有两组，第一组是5mm×8.6mm子弹头支架式LED和5mm×6.0mm子弹头支架式LED；第二组是5mm×8.6mm圆头支架式LED和5mm×8.6mm子弹头支架式LED（相关的成品图见本文图3-7）。因为这两组白光LED只是外封装方式不一样，前段（工艺流程中从点胶到点荧光粉烘烤的步骤都是所谓的前段）工艺都是相同的，通过测试得到的参数如表4-4和表4-5 。
表4-4 不同卡位的子弹头支架式白光LED的参数
测试对象 光通量/lm 半功率角/° 光强峰值/mcd
5mm×8.6mm子弹头支架式白光LED 0.9 6 25000
5mm×6.0mm子弹头支架式白光LED 0.9 15 20000
表4-5 不同封装外形的支架式白光LED参数
测试对象 光通量/lm 半功率角/° 光强峰值/mcd
5mm×8.6mm子弹头支架式白光LED 0.9 6 25000
5mm×8.6mm圆头支架式白光LED 0.9 15 18000
由两表可以得出如下结论：
(1) 两组白光LED的色温、色坐标以及光通量没有很明显的变化，只是光强峰值和半功率角发生变化。封装几何形状对光子逸出效率的影响是不同的，发光强度的角分布与封装透镜所用形状有关。若采用子弹头形树脂透镜，可使光集中到LED的轴线方向，相应的视角较小；如果顶部的树脂透镜为圆形，其相应视角将增大。
(2) 子弹头和圆头封装的“外透镜”角度不同，导致子弹头和圆头的半功率角度不同，明显子弹头的半功率角要小于圆头，同时子弹头的最大光强也要大于圆头。
(3)卡点越小的模条封装出的LED其半功率角就越大，同时最大光强也就越小。
4.8 不同的封装材料对LED寿命的影响
以大功率LED的封装材料的不同进行对比。为了形象的表示光通量随时间的衰减，在这里引进一个概念--相对光强输出，其定义为：
y = exp ( - at) （4-1）
y表示相对光强输出, a 表示衰减系数, t 为以小时为单位的点灯时间。
将不同封装材料封装出的大功率LED分为三类，第一类的封装材料是陶瓷基板+锡膏+硅胶；第二类的封装材料是铜基板+锡膏+硅胶；第三类的封装材料是铜基板+银胶+环氧树脂封胶。每类LED采用的是同一家厂家出的同一批芯片，荧光粉溶液的配比和涂抹方式都是完全相同的。经过长时间的老化测试，在350mA的正向电流下，将大功率白光LED点亮1万个小时后得到的寿命数据，如表4-6所示。
表4-6 3类大功率LED寿命参数
LED类别序号 样品数 驱动电流/mA 平均寿命/h
陶瓷基板+锡膏+硅胶 6 350 27721
铜基板+锡膏+硅胶 6 350 19462
铜基板+银胶+环氧树脂 6 350 9674
根据老化测试中所得到的数据画出如图4-7的相对光输出随时间变化的曲线。从图可知，第三类封装形式（即，铜基板+银胶+环氧树脂封胶）的大功率LED在9000小时后，只有55%的光输出；而第一类封装形式（即，陶瓷基板+锡膏+硅胶）的大功率LED在10000h后还能保持92%的光输出。因为所有的材料和工艺都是相同的，所有寿命的决定因素只和封装所选择的材料有关。由此可以知道，（陶瓷基板+锡膏+硅胶）这种封装材料的大功率LED相对寿命较好，这种封装材料的配合对散热处理也相对要强。这正好和上一章节里散热的设计结果相符合。