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功率型白光LED内外相结构荧光粉平面涂层研究

李君飞  
【摘要】: 发光二极管(LED)以其众多的优点,从它刚问世,就受到了各国政府和各大企业的重视。随着半导体技术、加工工艺等的发展,LED的发光效率在不断提高,而生产成本下降,在越来越多的应用领域里,都显示出了LED杰出的特性。 1993年,第一只蓝光LED出现,1996年,第一只白光LED出现,使得LED的色彩在整个可见光的范围内都得以实现。白光LED的发光效率不断提高,使白光LED的应用领域,从传统的指示领域向照明领域转移,将取代白炽灯(Incandescent Lamp)和荧光灯(Fluorescent Lamp)成为第四代光源。正因如此,使得白光LED的研究成为热点。 目前,制造白光LED的最常用的方法是在蓝光LED芯片的表面上涂覆一层黄色荧光粉(YAG:Ce~(3+)),但涂覆荧光粉的方法一般采用传统的点胶工艺,这种方法有几个明显的不足之处:一是生产效率不高,不能适应现代工业上的批量化生产;二是粉层形状不规则,外形呈拱圆形,直接导致了单颗白光LED出光在空间的分布不均匀,人眼在白光范围内是很灵敏的,能分辨的空间色温差异阈值是50~100K,分辨出色度坐标为0.01的差别;三是器件间的一致性得不到保证,同一批产品可能会有很大的差异。正是以上原因,制约了白光LED整体性能的提高。于是,我们开发了一种新颖的荧光粉平面涂层技术,采用粉浆法,基于水溶性感光胶的荧光粉平面涂层技术在蓝光LED的芯片表面上得以实现。这种以水为分散剂,又以水为显影剂的感光胶,降低了成本,而且性能优良。 本论文正是针对上述问题,提出了一种新的基于水溶性感光胶平面涂层技术,优化了工艺参数,提高了功率型白光LED的整体性能。本文的主要工作和相关结论如下: 1.研究了基于PVA+ADC水溶性感光胶感光特性,并论证了该感光胶既可以用UV作为曝光光源又可以用蓝光芯片自曝光的可行性,并说明了自曝光的优点; 2.以白光LED的出光光效和光均匀性作为考核指标,对含有荧光粉感光胶悬浮液(粉浆)的配方进行了优化,通过实验测试结果,证实了这种优化方案是切实可行的。典型的参数是:在粉浆中,PVA的浓度为2%,ADC为0.02%,荧光粉为250mg/ml; 3.提出了一种多层多相结构的荧光粉涂层新思路,即PVA与硅胶组成内外相,在蓝光芯片表面先涂预涂层的结构,并通过实验证实了这种结构可以进一步提高器件的特性,具有可行性: 4.对PVA与硅胶乳状液感光胶的稳定性进行了探索,认为PVA在感光胶中,既是荧光粉层的成膜剂,同时也是形成具有内外相结构的乳化剂,有利于硅胶和水的混合液体的稳定性。另外,在乳液中加入适量的非离子型或阳离子型表面活性剂,更能提高乳状液的稳定性。得到的结论对下一步工作具有参考价值; 5.对封装好的LED进行光斑均匀性测试、光谱测试、色度测试和寿命测试等。


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