LED知識

白光LED封裝的走向分析

走向一:新型熒光粉的開發 

YAG:Ce3+是最早被廣泛應用于白光LED技術中的一種熒光粉,但是由于其發射光譜中紅色成分較少,難以獲得較高顯色指數和低色溫的白光LED;另一方面,半導體照明的持續發展推動人們開發出更高轉化效率的熒光粉。早期,通過在YAG:Ce3+中加入(Ca,Sr)S:Eu2+、(Ca,Sr)Ga2S4:Eu2+紅綠色熒光粉來實現高顯色指數、低色溫的要求,但是由于這類堿土金屬硫化物物理化學性質不穩定、易潮解、揮發和具有腐蝕性等問題,不能滿足LED照明產業的需求。近來,人們開發了一種熱穩定性和化學穩定性優異的紅色熒光粉,能完全替代堿土金屬硫化物實現高顯色指數、低色溫白光LED,因其具有硅氮(氧)四面體結構,被稱為氮氧化物,具有更高的激發效率。 

當前,國外公司在LED用熒光粉方面技術成熟,且持有大部分重要專利。他們通過對熒光粉專利的把持而占領LED市場,YAG:Ce3+熒光粉的專利主要由Nichia占有[U.S.5998925],Osram則占據了Tb3Al5O12: Ce3+的熒光粉專利[U.S. 6812500, 6060861,65276930],TG、LWB和Tridonic持有摻Eu2+(SrBaCa)2SiO4Si:Al,B,P,Ge的專利[U.S.6809347],Intematix持有摻Eu2+(SrBaMg)2SiO4O:F,Cl,N,S的專利[U.S.20060027781, 200627785,200628122].反觀國內,LED用熒光粉方面的研究大多集中在科研院所,主要是對現有熒光粉材料的合成和發光等物性的研究上,而在產業化技術的開發上做的不夠。 

走向二:白光LED光學模型的建立及發展 熒光粉應用于白光LED,還需根據LED的具體需求而定,諸如熒光粉的顆粒大小等等。對熒光粉的研究主要集中在熒光粉的光學性質對白光led封裝性能的影響,例如取光效率、顏色空間分布以及光色質量上面。在這些研究中,采用蒙特卡洛光線追跡的方法利用光學軟件模擬LED封裝結構的光學性能,將熒光粉層處理成Mie散射材料,這樣能夠通過光學模擬獲得白光LED的激發和發射特性,但是模擬沒有考慮到熒光粉具體的散射特性,缺少實驗驗證。

走向三:新型熒光粉涂覆方式 傳統的熒光粉涂覆方式為點粉模式,即熒光粉與膠體的混合物填充到芯片支架杯碗內,然后加熱固化。這種涂覆方式熒光粉量難以控制,并且由于各處激發光不同,使得白光LED容易出現黃斑或者藍斑等光色不均勻現象。PhilipsLumileds公司提出了保形涂覆的熒光粉涂覆方式,它們在倒裝LED芯片表面覆蓋一層厚度一致的熒光粉膜層,提高了白光LED的光色穩定性。也有公司采用在芯片表面沉積一層熒光粉的方法來實現激發。這些涂覆方式都是將芯片與熒光粉接觸。H.Luo等研究者的光學模擬結果表明,這種熒光粉與芯片接觸的近場激發方法,增加了激發光的背散射損耗,降低了器件的取光效率。澳大利亞的Sommer采用數值模擬的方法模擬PhilipsLumileds的熒光粉保形涂覆結構,結果顯示這種涂覆方法并不能提供更好的角度均勻性。隨著對白光LED光學模擬的深入,熒光粉遠場激發的方案顯示了更多的優越性。 

走向四:大電流注入及散熱結構 為了滿足通用照明高光通量的需求,人們提高了單顆芯片的驅動功率,以往1W的大功率芯片被注入到3W、5W,甚至更高。這使得白光LED的熱問題越來越嚴重,人們采用各種散熱技術,如熱管、微熱管、水冷、風冷等方法對LED實施散熱。

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