基于板上芯片封装LED出光效率与品质的研究

摘要

LED渐渐发展成为目前主流的照明光源，集成高功率LED产品带来了前所未有的高品质照明体验。推广和发展LED应用不但需要提高出光效率，降低制作成本，还需改善其空间颜色分布。本文采用蒙特卡洛光线追迹的方法，对COB封装中图案化基板对光源出光效率、空间颜色均匀性、相对色温及色差等因素的影响进行分析。
　　建立基板上加倒V形槽、倒圆锥形、倒球体图案化结构的LED光源模型，仿真了在平面基板和带反光杯封装基板上加图案化结构时，光源出光效率和空间颜色分布的变化趋势。在此基础上，对比分析了图案化结构对保形涂覆和平面涂覆两种荧光粉涂覆工艺光源的光色品质的影响。仿真结果表明：优化的图案化结构不但可以提高 LED光源的出光效率，还能提高光源的空间颜色均匀性，降低空间色差。对于保形涂覆光源，当圆锥倾斜角为α=30°时，平面基板加图案化结构的颜色均匀度从0.695提高到0.799，色差波动范围从0.016降低到0.009，空间颜色均匀性明显提高。对于带反光杯基板上加图案化的结构，颜色均匀度从0.777提高到0.814，倾斜角变化对空间颜色分布的影响较小，但是仍然具有一定的优化作用。对于荧光粉层平面涂覆的光源，图案化结构可以从一定程度优化光源的颜色分布，但是其优化效果远小于保形涂覆的光源。
　　同时，还对荧光粉保形涂覆的光源进行仿真，讨论荧光粉浓度、厚度变化对光源的光学性能的影响。发现在厚度或者浓度参数中任选一个进行优化，均可在一定程度上改善LED产品的颜色均匀性，而优化图案化结构使空间颜色均匀性更明显提高，弱化由于荧光粉层工艺误差导致的颜色均匀性差异。荧光粉浓度和厚度较大时，图案化结构对光源的空间颜色分布的作用更明显。
　　对倒球体图案化基板 LED光源的出光效率和空间颜色分布进行实验研究，发现对于白光封装，当图案化倾斜角α=30°时，图案化结构对出光效率及空间色温均匀性的优化作用最好，实验结果与仿真结果基本一致，通过对比得到优化的图案化结构参数。采用图案化结构基板的方案，不仅可以提高封装的出光效率，还可以改善LED光源的空间颜色分布和颜色还原性，改善平面封装LED光源光色品质。

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第1章 绪论

1.1 LED概述

1.2 LED封装研究现状

1.3 LED荧光粉涂覆方式

1.4 论文研究内容与主要创新点

第2章 LED阵列封装的光学建模

2.1 荧光粉散射理论

2.2 LED封装模型的建立

2.3 LED封装颜色特性分析

2.4 基板表面的图案化结构

2.5 本章小结

第3章 LED光源光效和光色品质的仿真

3.1 出光效率的仿真分析

3.2 图案化结构对LED光源空间颜色分布的影响

3.3 图案化结构对相关色温及色差的影响

3.4 保形涂覆荧光粉参数对LED光色品质的影响

3.5 本章小结

第4章 图案化基板LED封装的实验分析

4.1 基板表面图案化结构的实验制备

4.2 LED阵列封装的实验步骤

4.3 LED基板图案化封装的实验结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 今后研究的方向

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果