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荧光粉硅胶分散体平面涂层白光LED封装技术

万远涛  
【摘要】:半导体照明具有耗电量少、寿命长、无污染、亮度高、耐震动、可控性强等优点,是继白炽灯、荧光灯之后照明光源的又一次革命,至今已经走过数十年的发展历程。2010年随着其应用市场逐渐从指示灯、手机背光、显示屏、电视背光、景观照明扩展到功能性照明。在未来社会,LED不只是照明更是生活方式,是相关产业发展和国家安全的重要支撑。 由于PC-LED(色转换型发光二级管)的发光效率逐年增加,目前Cree报道其实验室数据已超过231lm/w,提高LED的发光效率主要有以下两种方法:其一是提高蓝光LED芯片本身的发光能力,其二是从LED芯片的涂层结构和封装结构着手,通过设计LED杯碗的结构、形状以及增加透镜等,提高LED的光利用率。对整个LED器件的结构和工序而言,封装工艺是一个非常重要的环节,否则就会出现光效率低、光色不均匀、光衰严重。当前滞后的封装工艺已经成为制约高效白光LED器件发展的重要因素。 基于粉浆法制备白光LED能得到厚度可控的荧光粉层,改善了白光LED的均匀性。由于长时间工作芯片表面的发热,以及回流焊时的瞬间高温环境,聚乙烯醇(PVA)感光胶的耐热性很差,颜色容易发生改变,影响了白光LED光效的稳定性。采用等离子体去胶,能有效的去除感光胶。实验结果表明,通过该方法处理后的LED不会因为长时间工作荧光粉表面涂层感光胶的变色而引起光效的明显下降。同时表面的荧光粉涂层仍然为平面涂层,保证了白光的均匀性。 本文主要工作和相关结论如下: 1.进行基于硅胶荧光粉分散体的平面涂层工艺的研究,通过自曝光工艺实现荧光粉层厚度与LED芯片的光强相匹配,使荧光粉层厚度实现自适应的特点,解决光斑空间色均匀性问题,通过去除PVA感光胶,得到空间色均匀性一致的硅胶荧光粉分散体平面涂层白LED器件,解决了白光LED器件的均匀性以及稳定性问题。 2.测试不同封装结构的白光LED的光斑均匀性、光谱色度以及光效。测试结果显示:不同封装结构的白光LED光效基本相当,基于硅胶荧光粉分散体的平面涂层工艺得到的白光LED的稳定性和光色的均匀性明显要优于其他同类产品。 3.通过一次光学设计对几种不同封装结构的LED的光学仿真模拟,模拟不同反射杯碗的形状和深度对LED出光效率以及发光角度的影响,仿真结果显示锥型LED反光杯结构以及合理的反光杯深度光能利用律最高。


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