大功率LED用荧光粉胶中颗粒沉淀现象理论和实验研究

摘要

大功率发光二极管（LED）封装工艺流程中，荧光粉颗粒先与硅胶充分混合，再通过点涂等方式涂覆于LED芯片上，芯片蓝光与受激荧光粉发出的黄光混合得到白光。由于荧光粉颗粒密度大于硅胶密度，在重力作用下，荧光粉颗粒出现沉淀现象，并非均匀分布于硅胶中。荧光粉颗粒的分布对LED的出光及光学一致性有着关键性的影响，研究荧光粉颗粒沉淀十分必要。本文在获得硅胶黏度特性的基础上，运用斯托克斯定律建立了荧光粉颗粒沉淀模型，并就沉淀对LED光学性能影响做了实验和仿真研究。
　　测试硅胶黏度随温度、剪切速率、时间的变化，结果表明：硅胶黏度随时间推移呈现增加趋势，且温度越高增加的速率越快；硅胶初始黏度随温度升高显著降低，随剪切率增加略有降低，一定剪切率范围内硅胶可近似视为牛顿流体。建立初始黏度和凝胶时间与温度的关系函数及等温固化时黏度模型，运用N.Kiuna模型建立硅胶黏度预测模型，该模型与实验数据吻合较好，尤其在低固化度时两者能很好的吻合。
　　基于斯托克斯定律，在忽略流体惯性力的情况下，耦合硅胶等温固化黏度模型及荧光粉颗粒粒径分布函数，建立二维矩形区域沉淀模型，并借助实验对模型进行验证。结果表明：该模型较为有效地反映了荧光粉颗粒的沉淀现象；颗粒沉降速度与粒径成正比，与黏度成反比，固化开始大约5min后沉淀停止，大颗粒基本停留在底层。改进模型边界条件，建立更符合实际的3D球帽沉淀模型。
　　控制LED模块固化前在室温下放置的时间获得不同的荧光粉颗粒沉淀进行程度，探究沉淀对LED光学性能影响。结果表明：沉淀对LED光效和整体色温无明显影响，对LED空间颜色均匀性的影响出现极值，LED模块空间色温差值由立即固化时的913K上升到放置30min时的2354K再下降到放置2.5h时的970K。

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1 绪 论

1.1半导体照明概述

1.2相关领域研究现状

1.3课题目的、意义和论文组织结构

2 硅胶黏度性能测试及模型建立

2.1硅胶黏度性能及热固性材料黏度预测模型概述

2.2硅胶黏度性能测试实验

2.3硅胶黏度模型

2.4小结

3 荧光粉颗粒沉淀现象实验及模拟

3.1荧光粉颗粒特性概述

3.2荧光粉沉淀理论建模（二维矩形区域模型）

3.3荧光粉沉淀SEM观察及模型验证

3.4荧光粉沉淀3D球帽模型

3.5小结

4 沉淀对LED光学性能影响实验及光学仿真

4.1大功率白光LED光学性能指标概述

4.2沉淀对LED光学性能（光效/空间颜色均匀性）影响实验

4.3实验条件对应3D球帽沉淀模拟

4.4沉淀对LED空间颜色均匀性影响理论分析

4.5沉淀对LED光效影响光学仿真

4.6小结

5 总结与展望

5.1全文总结

5.2展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表论文