荧光粉沉降导致的白光LED色温漂移及其解决办法

摘要

白光LED具有高效节能、寿命长、绿色环保等优点，在显示和照明领域有着广泛的应用。蓝光LED芯片与黄色荧光粉组合是最主要的白光LED实现形式。在白光LED封装工艺中的点胶和烘烤环节，荧光粉都会产生明显的沉降，而导致白光LED色温严重漂移、产品光色性能不一致等问题。为研究此现象，本文设计出白光LED光谱实时观测系统，并对实际SMD型白光LED封装结构中的荧光粉沉降状态进行横截面观察，解释了荧光粉沉降对白光LED色温的影响原因。在此基础上，本文尝试了几种色温漂移问题的解决方法，最终发现在荧光粉胶中掺入轻密度的散射颗粒，可以有效解决荧光粉沉降导致的色温漂移问题。本研究主要内容包括：
　　⑴设计并制作出白光LED光谱实时观测系统，研究了荧光粉沉降现象与白光LED色温的关系。结果表明:荧光粉的沉降会使得白光LED光谱中的蓝光强度下降，黄光强度升高，导致色温下降。本文认为，荧光粉沉降会导致其在封装胶中的分布变化，在荧光粉沉降聚集的过程中，荧光粉层的透射率下降，反射率上升，对光的背散射／反射程度不断上升，蓝光在支架反射层与荧光粉层之间多次反射激发Ce产生更多黄光，蓝黄转换率升高，从而色温逐渐降低。
　　⑵研究表明，荧光粉中掺入适量SiO2散射颗粒或用细粒径荧光粉能在一定程度上减轻沉降导致的色温漂移现象，但是都会对白光LED的初始亮度产生较大影响;本文尝试在荧光胶中加入轻密度、粒径适宜的空心玻璃微珠，微珠在封装胶中会逐渐上浮，其对光的背散射／反射程度逐渐下降，与荧光粉沉降对光散射的影响正好相反。空心微珠的掺入能够基本消除沉降过程的色温变化，且对初始亮度影响很小。
　　⑶使用透明硅树脂镶嵌的方法，制作出SMD型白光LED的横截面切片，研究了荧光粉在实际SMD型白光LED中的沉降现象。研究发现，由于蓝光LED芯片具有一定高度，部分荧光粉会沉降到LED芯片出光表面的下方，导致侧向漏光，从而使蓝光出射增多，色温升高。
　　⑷对SMD型白光LED做了预垫平处理，并在荧光粉中掺入精选空心玻璃微珠，缓解了荧光粉沉降过程导致的色温漂移现象。实际SMD封装试验表明，该工艺应用效果良好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 LED的结构和工作原理

1．1．2 白光LED的主要实现形式

1．2．2 白光LED的发展背景及现状

1．2 白光LED封装技术

1．2．1 白光LED封装技术研究

1．2．2 白光LED所面临的色温一致性问题

1．3 本课题的研究目的、意义和内容

第二章 实验设备及方法

2．1 光纤光谱仪简介

2．2 显微仪器简介

2．3 研究内容与路线

第三章 荧光粉沉降与白光LED色温的关系研究

3．1 荧光粉在封装胶中的沉降现象观察

3．2 荧光粉沉降与白光LED色温变化的关系

3．2．1 大粒径荧光粉沉降模拟实验及数据分析

3．2．2 小粒径荧光粉沉降模拟实验及数据分析

3．3 本章小结

第四章 模拟沉降实验中荧光粉沉降导致的色温漂移解决方法

4．1 光散射理论简介

4．2 加入散射颗粒后的模拟沉降实验

4．2．1 加入光扩散粉后沉降实验及结果分析

4．2．2 加入空心玻璃微珠后沉降实验及结果分析

4．3 本章小结

第五章 真实白光LED(SMD)中荧光粉沉降导致的色温漂移

5．1 贴片式LED(SMD LED)简介

5．2 SMD中荧光粉沉降实验

5．3 SMD中荧光粉沉降导致色温升高原因的探究

5．3．1 SMD剖面样品制作工艺的研究

5．3．2 SMD中无掺杂Ce的YAG沉降实验

5．4 本章小结

第六章 实际SMD中的色温漂移现象的解决办法

6．1 SMD芯片中的预垫高工艺研究

6．2 SMD预垫高处理后加入空心玻璃微珠沉降实验及结果分析

6．3 封装试验及测试

6．4 本章小结

第七章 结论及展望

7．1 结论

7．2 展望

致谢

参考文献

硕士期间发表论文