基于先进封装材料的高性能LED封装技术研究

摘要

大功率发光二极管（LED)已经发展为新一代绿色照明光源，受到了广泛的研宄，并且已经在各种照明领域中得到应用。封装技术是实现LED从芯片到最终产品应用的关键，然而目前LE D封装过程中存在诸多技术问题，严重阻碍其进一步发展。本文对大功率LED封装中先进封装材料应用的封装技术开展了研宄，通过优化先进封装材料的封装工艺和封装结构来实现LED光学性能和热学性能的提升。具体研宄内容和创新点包括：
　　1)提出了将二氧化钛应用到CoB封装结构中，利用其散射作用增强LED取光效率的技术方案。理论分析和光学模拟表明这种双层封装结构能够有效减弱封装胶界面上存在的全反射现象，从而提升LED的光学性能。实验研宄表明相比于传统单层封装结构，二氧化钛层的引入可以显著提高CoB封装LED的取光效率。当封装胶为硅胶时，双层封装结构可以将取光效率提升65％。当封装胶为荧光粉胶时，取光效率可以提升20%以上，随着荧光粉浓度升高，取光效率提升效果下降。当LED色温为5500K时，流明效率提升了12%，且空间颜色均匀性提升了49%。
　　2)基于流动分析提出荧光粉复合颗粒的制备和应用。对荧光粉复合颗粒在硅胶中的沉降进行数值分析，提出了荧光粉复合颗粒的制备工艺过程，通过实验研宄了荧光粉复合颗粒对于荧光粉沉淀的抑制作用。结果表明提出的荧光粉复合颗粒应用，可以显著提升LED产品的一致性。无论是在点胶设备中还是在LED模块中，荧光粉的沉淀都得到了有效抑制。光功率变化由42 m W降低到了10mW，色温变化由5680K降低到了208K。
　　3)提出了将量子点应用于远离封装LED的“火山口”透镜封装结构，有效抑制了量子点发光的饱和效应，提升了大电流下量子点LED的光学性能。采用光学模拟分析得到优化的模具结构，制造了“火山口”结构透镜。制备并封装了量子点薄膜。光学测试结果表明，提出的封装结构有效抑制了量子点发光的饱和效应，大电流下的光转换效率和封装效率得到明显提升。在800m A大电流下，相比于平面透镜封装结构和球形透镜封装结构，光通量分别增大了70%和50%。随着电流变化，色温变化分别降低了95%和94%。空间颜色均匀性分别提升了45%和40%。
　　4)提出了量子点电纺丝薄膜的制备和封装应用方案。制备了量子点-聚苯乙烯(PS)电纺丝，通过热压填充工艺制备了量子点电纺丝薄膜，并用于封装LED。与普通量子点膜相比，量子点电纺丝膜的热导率提升了4倍以上，而透光率略有下降。在800m A工作电流下，光效提升了43%，光通量提升了52%。随着电流增大，色温变化减小了73%。在300mA工作电流下，量子点膜最高温度降低了3.6%。
　　5)提出了氮化硼材料应用于嵌入式基板结构来降低界面热阻的方案。建立了热阻网络模型，进行了传热学理论分析。采用嵌入式基板结构，通过实验填充了氮化硼层，提供芯片侧面散热路径。结果表明，界面热阻可以减小20%，且初始热阻越大，热阻减小效果越好。芯片结温减小了14%。对于垂直结构芯片，光功率降低小于2%，而对于水平结构芯片，光功率降低了约8%。

目录

第一个书签之前