高出光效率透明基板的LED封装

摘要

本文以透明基板为封装材料，设计并实现了一种新型的LED灯丝球泡灯，以提高LED的出光效率为主要目的，对LED芯片封装技术的发展现状和存在的一些问题进行了较为深入的阐述；通过理论分析、仿真模拟与实践相结合的方法，探索了LED最佳光色性能和散热性能的封装结构和材料的工艺参数；制作并测试透明基板封装的LED灯丝球泡灯的相关性能。
　　分析以及测试结果表明：
　　（1）对小功率LED芯片而言，选用热导率为20W/（m?K）氧化铝陶瓷基板，热导率为10～64W/（m?K）导热胶即可满足其封装要求。散热基板厚度为0.2mm厚时，增大固晶层厚度可在一定程度上减小LED芯片温度，一般情况下，为避免固晶胶爬胶、浸没LED芯片等引起电极短路问题的发生，固晶层厚度应小于LED芯片厚度。
　　（2）LED基板厚度增大，LED芯片正常工作的温度越低，适当减小LED封装基板材料的厚度，可避免LED器件的蓝光泄露、眩光，且节约成本，故选取LED基板厚度为0.2mm。
　　（3）研制了一种新型高出光效率的透明基板封装的LED灯丝球泡灯。根据ANSYS仿真，对LED芯片封装工艺做了全面且细致的设计，而后采用丝网印刷技术制备了封装线路板、接着对LED芯片固晶和引线焊接、荧光粉胶的调配、荧光胶的涂覆，最后制成了正装芯片和倒装芯片封装在不同基板材料上的几种高出光效率的透明基板封装的LED灯丝球泡灯。
　　（4）测试所制的高出光效率的透明基板封装的LED灯丝的光色电性能、老化性能、红外热像图以及铂热电阻，LED灯丝球泡灯（采用正装/倒装芯片的玻璃封装）光通量467.29lm/230.802 lm、光效110.06lm/W/118.36 lm/W；相关色温3172K/3158 K、显色指数84.1/82.7、色纯度34.9％/37.4%。LED灯丝球泡灯（采用正装/倒装芯片的蓝宝石封装）光通量471.69lm/231.375 lm、光效111.79lm/W/120.07 lm/W；相关色温3004K/3048 K、显色指数81.9/83.5、色纯度47%/42.2%。
　　（5）对现有的LED球泡灯做了光学对比测试与分析，采用透明基板封装的LED灯丝球泡灯比现有封装LED的亮度提升了16%，发光效率提高了13%，显色指数提高了4%。采用透明基板封装的LED灯丝结构紧凑、体积小、重量轻、成本低、高光效，代替了人们使用了100多年的钨丝白炽灯，符合人们的审美观。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文的主要工作和内容安排

第2章 LED基础原理

2.1 LED电学、光学和热学特性

2.2 LED封装技术的分类

2.3本章小结

第3章 LED灯丝的设计与制备

3.1 LED封装

3.2 封装基板的选择

3.3 基板材料表面电极制备

3.4 本章小结

第4章LED灯丝的ANSYS热学仿真

4.1 热学仿真

4.2 基板材料对LED灯丝散热性能的影响

4.3 基板材料厚度对散热性能的影响

4.4粘接材料对散热性能的影响

4.5 本章小结

第5章 LED性能测试与分析

5.1 光色电综合性能测试

5.2 LED老化试验及寿命测试

5.3 红外热成像图及温度测试

5.4 Pt1000热电阻温度测试

5.5 与其他不同封装LED的性能对比

5.6 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录