功率型白光LED悬空荧光粉涂层工艺的研究

摘要

自从19世纪白炽灯出现,人类就没有停止过对照明光源的研究,相继出现了荧光灯、高压放电灯等新的照明光源,照明效果以及光效得到不断提高。20世纪末,白光发光二极管(LED)问世,与传统光源相比,其安全、高效、环保的性能在这样一个提倡绿色环保的社会里受到格外的关注。
　　 由于PC(Phosphor converted)白光LED的发光效率逐年增加,目前实验室数据已超过2001m/w,受到了广泛关注。对于PC-LED,荧光粉层的几何结构、性能决定白光的色温、色均匀性、显色指数等参数,因此荧光粉涂层工艺成为PC-LED封装工艺中最重要的一个环节。点胶工艺是目前工厂中普遍采用的荧光粉涂层工艺,该工艺操作简单,但荧光粉层厚度不均匀,且难以控制,影响了白光LED的空间色均匀性。
　　 鉴于点胶工艺的缺陷,提出了一种新的荧光粉涂层工艺,该工艺是将水溶性感光胶的平面涂层技术与荧光粉层悬空结构相结合,得到高效、均匀的白光LED。
　　 本文主要工作和相关结论如下:
　　 1.通过蒙特卡罗法建立不同封装结构的白光LED模型,分析封装材料、荧光粉层厚度、芯片出光角度以及不同封装几何结构对白光LED性能的影响,模拟结果显示:悬空荧光粉涂层工艺得到的白光LED与点胶工艺相比光效提高26％；通过模拟荧光粉层厚度均匀的保形平面涂层工艺的白光LED光斑,对比不同位置的光斑色坐标,得到结论:即使是厚度均匀的荧光粉层,得到的白光色均匀性依然较差,分析造成该缺陷的原因,同时提出了解决空间色均匀性问题的新方案；
　　 2.开展基于聚乙烯醇+重铬酸铵的水溶性感光胶的平面涂层工艺的研究,结合自曝光工艺实现荧光粉层厚度与芯片的光强相匹配,使荧光粉层厚度具备自适应的特点,白光光斑在不同空间位置的黄蓝比例保持一致,解决光斑空间色均匀性问题。通过对工艺参数的优化得到理想的荧光粉涂层结构,实现了理想的均匀白光LED,完成了保形平面涂层和荧光粉悬空涂层的封装工艺；
　　 3.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:不同封装结构的自光LED光效基本相当,而文中提出的荧光粉悬空涂层工艺和保形平面涂层工艺封装的白光LED空间色均匀性明显优于现有商品。