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几种前沿领域的LED 封装器件

   2021-08-20 680
核心提示:引言LED 器件的封装已有四十年的历史,近几年随着LED 产业的迅速发展,LED 的应用领域不断扩大,于是对LED 器件的封装形式及性能
 引言

LED 器件的封装已有四十年的历史,近几年随着LED 产业的迅速发展,LED 的应用领域不断扩大,于是对LED 器件的封装形式及性能提出了更高、更特别的要求。为满足各种LED 应用领域的不同要求,各LED 封装企业推出了各种性能先进、可靠的LED 器件,既满足了应用端的要求,同时也推动了LED 封装技术的进步。

1 几种前沿领域的LED 封装器件
1.1 高亮度、低衰减和完美配光的红、绿、蓝直插式椭圆形LED
    在户外大尺寸、高亮度、动态性、耐候性显示领域,LED 显示屏无疑是的选择。近几年,随着性价比的提高,全彩LED 显示屏已取代单双色显示屏成为户外显示屏的主流产品,在户外广告、信息显示、舞台背景、楼宇装饰、户外招牌等领域大放异彩。2008 年北京奥运会上高科技LED 显示产品更是让世人深刻意识到LED 显示的优势所在。
    目前,户外大型彩色LED 显示屏的显示器件中90%为红、绿、蓝直插式椭圆形LED。由于每平方米户外LED 显示屏包含上万颗LED 器件,每块上百平方米的彩色显示屏包含有上百万颗LED,故用于此类显示屏的椭圆形LED 属于高端LED 领域,需具备以下优异特性:(1)高亮度;(2)抗静电;(3)一致性(波长、高亮、角度);(4)低衰减;(5)低失效率;(6)红、绿、蓝配光一致性。
    众所周知,此领域的LED 器件在一段时间内被国外品牌所垄断。可喜的是,近两年国内封装技术已有很大进步,在上述五个方面已有赶超国外品牌的趋势。
    高亮度方面,随着芯片制造工艺的进步,目前国产高亮度的芯片已经能够接近或达到国外水平,并达到高效节能的目的。高抗静电方面,目前椭圆形LED 的抗静电能力已达4,000V(人体模式),能满足应用端苛刻的生产和应用环境。
    高一致性方面,波长、亮度通过分光分色机能有效筛分,角度的一致性方面通过精密的固晶、封胶设备和良好的工艺管控,再加上优异的椭圆透镜设计,能够很好地达到同一机种不同批次的角度一致性,使角度的离散性能控制在有效规格范围之内。低衰减方面,通过选用抗UV 性能高的外封胶水、性能优异的固晶底胶及低热阻的散热结构设计,现已能有效控制LED 的衰减,尤其是蓝色和绿色LED 的衰减控制在3,000 小时20mA(常温点亮后10%以内),从而使红、绿、蓝的衰减很小并保持一致性,使彩色LED 显示屏长时间使用也不至于出现亮度下降、色彩失真的现象。
    低失效率方面,通过选用高匹配性的封装物料、先进的封装工艺和严格的品质管控,使得LED 器件的失效率在正常工作3,000 小时内小于30PPM,达到同类水平。红、绿、蓝配光一致性方面,通过优异的电脑光学设计软件及对封装特性的透彻了解,设计出高度配光一致性的红、绿、蓝椭圆透镜模具,使得LED 全彩显示屏在任意角度的白平衡具有相对一致性,从而保证LED 彩色显示屏色彩的还原性和逼真性。
    以上五项性能的完美结合,才能符合高端全彩LED 显示屏的需求。
    目前,此类椭圆形红、绿、蓝LED 在户外全彩LED 显示屏的应用中,国产LED 已占居半壁江山,其中高端产品已能与国外产品相抗衡。

1.2 高防护等级户外SMD 型LED
    贴片型LED 简称SMD,是一种新型的LED 器件,尤其是顶部发光TOP 型SMD 具有小尺寸、超薄型、高亮度、大角度等特点。但此类器件往往用于户内,不具备户外防护性能。随着近几年SMD 器件户外使用需求的增多,尤其是户外全彩显示屏及对户外楼宇亮化的需求,高防护等级的户外型SMD 应运而生。SMD 用于户外全彩SMD 显示屏,具有超小像素点间距、生产效率高、水平垂直角度大、混色效果好、对比度高等优点,随着SMD 亮度的提高,现已能满足20mm 点间距户外显示屏5,000 尼特亮度的要求。
    户外高防护等级SMD 需满足耐高温、耐高湿、耐紫外线的苛刻条件,故在金属支架与PPA 材料的粘合性能、外封胶水的抗UV 性能、PPA 材料抗UV性能、外封胶水与PPA 的粘合性能、外封胶水的渗透性能等关键要素上需通过选材、试验工艺和管控来全面解决。
    目前具备高防护等级户外型SMD 技术的公司并不多,预计此种类型SMD 的推出将极大地推动SMD 在户外显示照明中的应用,减少以前因加装防水设计而额外增加的成本,并能简化设计。

1.3 广色域、低衰减、高色温稳定性的白色SMD型LED
    在未来五年内,LED 器件的一个重要应用领域将是大尺寸液晶显示屏背光源,尤其是大尺寸液晶电视。传统的液晶CCFL 背光由于不环保、能耗高、色域窄、寿命短等缺点,正在逐步被淘汰。据报道,因LED 背光源具有长寿命、低功耗、广色域等优点,2009 年7 月份出货的笔记本电脑的液晶屏背光源中,LED 背光已占有40%的份额。
    尽管液晶LED 背光源除了白色SMD 的解决方案以外,还有RGB 混色的解决方案,但因经济和技术原因,此方案已基本退出市场,白色SMD 成为目前液晶LED 背光的主流方案。
    用于大尺寸液晶显示屏背光源的白色SMD 需具备以下性能:(1)高光效;(2)低衰减;(3)广色域;(4)高色温稳定性。
    目前广色域白色SMD 较领先的光效水平平均在50~60lm/W,不同尺寸的LED 芯片、不同的封装形式、不同的荧光粉配比会有不同的光效。广色域白色SMD 的光效与非广色域白色SMD 的光效还有较大差距,前者只有约60%左右,尚待进一步提高,以降低能耗。
    广色域白色SMD 的衰减水平是一项重要指标,除与常规白色SMD 的衰减因素有关外,还主要与广色域荧光粉的稳定性有关,需选择稳定性好的广色域荧光粉以及相匹配的高性能荧光胶。
    白色SMD 的色域决定了大尺寸液晶显示屏的色彩鲜艳度和逼真度,故需选择具有产生RGB 三种波峰的高效率荧光粉来实现。目前常见的是RG 荧光粉配蓝色芯片的方案。
    广色域白色SMD 的色域稳定性将影响整个液晶显示屏的色彩一致性和稳定性,因为液晶背光模组通常由几百颗SMD 组成,这几百颗SMD 的色温长期稳定和一致将直接影响液晶显示屏的色彩稳定表现。
    随着大尺寸液晶显示屏背光LED 需求的强劲增长,广色域SMD 封装技术将更加完善。

2 结论

中国是LED 封装大国,也是LED 的应用大国。LED 应用的强劲需求将会促进中国LED 封装技术的发展和进步,中国LED 封装企业有望逐步占领高端封装技术领域。

 









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