白光pc-LEDs多层涂覆结构的研究

摘要

固态照明是一种新型的照明技术并成为现在照明的主流方式，具有高亮度、低成本、低能耗、无污染等优点，最常见的半导体固体光源是发光二极管，简称LED，对白光LED不间断的进行探索研究，LED的发光效率也随着研究的深入而逐渐提高。随之荧光粉层的涂层结构也被不断的优化以提高发光效率。白光LED最常见的实现方式是pc-LEDs，即在氮化镓基蓝光LED芯片上涂覆YAG∶Ce黄色荧光粉混合输出白光。但这种实现方式由于某些因素会导致光线在内部被吸收、出光效率低，且荧光粉涂覆不均匀，容易使各角度光强分布不均匀，显然在目前的封装结构中依然无法摆脱光效低和色温不均匀等缺点。而衡量白光LED的性能的主要指标就是发光效率和空间色温分布。 因此设计优化pc-LEDs封装结构，提高各性能指标参数是目前的热点。本课题主要研究荧光粉与硅胶混合层的涂层结构对光学性能的影响，通过添加高折射率的纳米氧化物设计出梯度折射率结构来减少封装内部光线的全反射，提高光抽取率，优化设计得到发光效率和空间色温分布均匀性最佳的荧光粉涂层结构。本文研究的主要内容如下： （1）添加纳米SiO2。传统的做法是添加微米颗粒，微米颗粒散射严重，故考虑在硅胶荧光粉体系中均匀混入不同比例浓度的纳米SiO2颗粒。结果表明添加SiO2颗粒之后白光的光通量只提高了4.5%，考虑到二氧化硅和硅胶的折射率相近，混合折射率体系相对于没有添加前折射率几乎没有改变，添加折射率比SiO2高的TiO2，实验测得光效最高增加了16.3%，实验测得了按照添加纳米颗粒掺杂的比例呈梯度变化的双层结构和三层结构，双层结构所获得的流明最高，达到了135lm。比无掺杂的高出22.7%。且在5000k色温区间比较时，数据显示了掺杂的层数越高，空间色温均匀性就越好。 （2）考虑到提高折射率有两种方法，其一是上述的添加高折射率的纳米颗粒；其二是在分子水平上通过化学键将高折射率原子或有机集团引入材料。通过溶胶-凝胶法合成表面修饰的ZrO2（m-ZrO2），将表面修饰的ZrO2与硅胶反应合成m-ZrO2/AB复合材料，将复合材料应用到pc-LEDs涂层结构中。 （3）采用实验室自有的自曝光工艺将合成的材料m-ZrO2/AB曝光到芯片表面。实验测量了在不同的曝光次数下对光效的影响，最终确定在曝光次数为10次的情况下，蓝光的光效提高了27%，且蓝光的空间光强分布得到了优化。 （4）自适应涂层双层结构。利用自适应技术曝光m-ZrO2/AB作为remote层，remote层阻隔了芯片与荧光粉硅胶混合体系的接触，减少了芯片工作时释放热量对荧光粉转换效率的影响，同时也减少了由于全反射对光线的吸收，实验表明采用m-ZrO2/AB做remote层，之后再曝光荧光粉层，结温降低了13.94%，光效同时得到了提升。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 LED发展简介

1.3 LED国内外研究现状

1.3.1 国外发展情况

1.3.2 国内发展情况

1.4 白光LED的实现方式

1.5 本课题研究内容及意义

第二章 白光LED理论基础与主要性能参数

2.1 LED发光原理

2.2 pc-LEDs的涂覆工艺

2.2.1 传统工艺涂覆

2.2.2保型涂覆

2.2.3 自适应工艺

2.3.1光提取效率

2.3.2 空间颜色均匀性

2.3.3 显色指数

2.4 pc-LEDs光性能调控关键技术和挑战

2.5 本章小结

第三章 荧光粉层结构分析与设计

3.1 引言

3.2.1 实验仪器与设备

3.2.2 试验原理

3.3.1 实验工艺

3.3.2 抽光性能测试和结果分析

3.4.1 实验工艺

3.4.2 抽光性能测试和结果分析

3.5.1 实验工艺

3.5.2 抽光性能测试和结果分析

3.6 本章小结

第四章 二氧化锆与硅胶复合材料的制备与光性能的研究

4.1 引言

4.2.1实验原理

4.2.2 实验工艺

4.3.1 实验原理

4.3.2 实验工艺

4.3.3 实验结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 自适应涂层双层结构的研究

5.1 引言

5.2 双层结构的研究

5.2.1 实验原理和实验工艺

5.2.2 实验结果与分析

5.3 本章小结

第六章 总结和未来展望

6.1 总结

6.2 不足和展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果