熒光玻璃制備及其LED封裝應用研究.pdf

1、大功率發(fā)光二級管（LED）作為新一代的綠色光源，已廣泛地應用于各種照明領(lǐng)域。目前大多數(shù)白光LED器件采用的是在LED芯片上涂覆熒光粉和環(huán)氧/硅膠混合物的封裝形式，由于環(huán)氧/硅膠等有機聚合物的耐熱性和抗老化性能較差，采用了這類有機聚合物的白光 LED難以用于高功率器件中。為了提高 LED器件的光學性能及可靠性，本文提出將絲網(wǎng)印刷和低溫共燒技術(shù)相結(jié)合的方法來制備熒光玻璃，并將得到的熒光玻璃用于大功率白光 LED封裝。為了分析這種熒光玻璃在

2、LED封裝中的應用性能，本文從LED封裝的出光效率、顏色品質(zhì)和熱可靠性三個方面開展研究。具體研究內(nèi)容包括：
　　1）通過絲網(wǎng)印刷和低溫共燒的方法制備熒光玻璃。研究了熒光粉摻量和燒結(jié)工藝溫度對熒光玻璃發(fā)光性能的影響，實驗分析得到熒光玻璃的最佳燒結(jié)溫度為550℃~600℃。將熒光玻璃封裝在LED模塊中，研究了熒光粉摻量、熒光玻璃放置方向和玻璃基板厚度對白光LED性能的影響。結(jié)果表明，玻璃粉與熒光粉的重量比為8.3:1.7時，白光LED

3、的綜合光學性能最優(yōu)。將熒光玻璃層面朝芯片方向放置、減小玻璃基板厚度，均有利于提高白光LED的光效。
　　2）為了提高熒光玻璃LED封裝的出光效率，提出一種在熒光玻璃表面制作粗化結(jié)構(gòu)的方法。實驗中制備了三種粗化結(jié)構(gòu)，分別是周期分布的微米結(jié)構(gòu)、隨機分布的微米結(jié)構(gòu)和隨機分布的納米結(jié)構(gòu)。探究了不同粗化結(jié)構(gòu)對LED封裝光學性能的影響，揭示了粗化結(jié)構(gòu)提高LED出光效率的內(nèi)在機理。實驗結(jié)果顯示，采用周期分布的微米結(jié)構(gòu)能夠?qū)ED出光效率提高9％

4、以上，而隨機分布的微米結(jié)構(gòu)能夠使LED半光強角由120.8°擴大到129.1°，隨機分布的納米結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒉Ａ腹饴侍岣?%。
　　3）為了提高熒光玻璃LED封裝的顏色品質(zhì)，提出一種新型的多層圓錐形熒光玻璃結(jié)構(gòu)。光學模擬和實驗結(jié)果表明，采用多次印刷堆疊法制作的三層圓錐形熒光玻璃能夠顯著改善LED的顏色均勻性。采用黃粉和紅粉混合共燒的方法制備了高顯色指數(shù)的熒光玻璃，通過調(diào)節(jié)黃粉和紅粉比例得到了從冷白光到暖白光不同色溫的白光 LED。制

5、備了紅黃分離的雙層型熒光玻璃和半圓形、同心圓形兩種圖形化結(jié)構(gòu)的熒光玻璃。實驗結(jié)果表明，采用這些特殊的結(jié)構(gòu)形式能夠降低由于紅粉和黃粉光譜重疊而造成的光線重吸收損耗。
　　4）為了分析熒光玻璃的熱可靠性，建立三維單元體模型計算了熒光玻璃復合材料的等效熱導率，并通過熱線法進行實驗驗證。結(jié)果表明，模擬計算值與實驗測量值的偏差在4%以內(nèi)。綜合運用數(shù)值模擬和實驗測量的手段研究了熒光材料熱導率對LED封裝光學性能的影響，分析結(jié)果表明熒光玻璃溫度