發(fā)光二極管的封裝

　　一般最簡(jiǎn)單的LED具有如圖1（a）所示的5 mm LED結(jié)構(gòu)，而Lumileds 公司的封裝稱其為L(zhǎng)uxeon，其構(gòu)造如圖1(b)所示，采用改良的散熱方法可以用大電流得到1~5W的操作，圖1（c）及(d)是比較5mm LED與Luxeon 高功率LED的外部量子效率及光強(qiáng)度與電流的關(guān)系，可見高功率LED的性能比5mm LED要高很多。

圖1 （引自F.Wall等人的論文）

　　圖2是Nichia公司的高功率LED封裝圖，可以得到1.3W，同時(shí)Nichia公司有用氮?dú)獬錆M的金屬封裝，熱電阻為15℃/W，如用環(huán)氧樹脂封裝熱電阻可以達(dá)到8℃/W。

圖2  Nichia公司高功率LED封裝圖

        F.Wall等人將5mm LED、Luxeon LED 及白熾燈泡、HID燈的光特性E’tendue作比較，

　　E’tendue=πAn²sin²θ

　　式中，A是面積；n是LED附近材料的折射率，例如空氣n=1，環(huán)氧樹脂n=1.5等；θ是輻射角，E’tendue 是有關(guān)光的大小（Optical Size），將面積、輻射角都考慮在內(nèi)，其應(yīng)用有關(guān)投影（Projection）時(shí)，可以計(jì)算其限制，尤其是用在車燈或其他直接輻射光。由表1可知， LED加上環(huán)氧樹脂封裝增加光強(qiáng)度，但因此而面積增加減少光的亮度（Brightness）。如果做成列陣（Array）增加LED的數(shù)目，如表2中所列，雖然光強(qiáng)度增加，但是亮度仍然一樣無法增加。不過，如果增加LED的驅(qū)動(dòng)功率，則可以增加亮度，如表3所示，所以LED需要適當(dāng)封裝以增加亮度。{{分頁}}

　　當(dāng)驅(qū)動(dòng)功率增加時(shí)，光輸出功率、發(fā)光效率及色溫均增加，圖3是F.Wall等人預(yù)測(cè)白光的性能與時(shí)間的關(guān)系，圖中并有紅光進(jìn)展的趨勢(shì)。

圖3  白光LED的性能推測(cè)，圖中并有紅光的趨勢(shì)

（引自F.Wall等人的論文）

　　表4列舉目前不同LED的光輸出功率及熱電阻特性，表中Luxeon LED用同樣的封裝加大電流得到三倍的光強(qiáng)度，其未來計(jì)劃是將熱電阻減至小于3℃/W。{{分頁}}

　　G.E.公司的M.Arik等人將散熱葉片用在散熱器（Heat Sink）上來增加熱的傳散，圖4（a）是散熱器最高溫度、熱電阻與散熱葉片高度的關(guān)系，當(dāng)葉片高度超過3英寸（1英寸=2.54cm）時(shí)溫度與熱傳導(dǎo)系數(shù)的關(guān)系，當(dāng)熱傳導(dǎo)系數(shù)大于200W/（m