LED芯片与YAG荧光粉的相互热作用

大功率白光LED作为新一代照明光源的优势越来越明显,但其光衰机制综合了YAG荧光粉、LED芯片以及封装散热多重因素,衰减机理复杂。为研究LED芯片与荧光胶的相互热影响,基于蓝光LED器件基板温度可控实现蓝光LED器件温度稳定,并通过外部加热(以此作为LED热量作用于荧光胶)的方式控制荧光胶、荧光粉、硅胶的温度。重点研究了温度从27℃升高到220℃对三者光衰、主波长特性的影响。对荧光胶与LED芯片的近距离相互热影响进行了测试,结果表明荧光粉涂覆量会引起光功率的降低,而且随着光功率的降低,LED芯片结温呈现指数升高。实验证明荧光胶层与LED芯片是一个相互影响的复合热源模型。     

大功率LED荧光粉胶涂覆流动铺展的实验研究

为实现蓝光LED(LAght emitting diode)芯片向白光LED照明的转化,大功率LED封装工艺流程中存在一个关键的环节——荧光粉涂覆,即通过点涂方式将荧光粉硅胶涂覆于LED芯片周围.荧光粉硅胶涂覆工艺是一个两相流动过程,它直接决定了荧光粉硅胶层的几何形貌及物理特性,并影响LED最终的光学和热学性能;因此对其中流动过程物理机制的理解有利于提升荧光粉涂覆质量,实现高性能LED产品。基于以高速摄像机为核心的光学实验平台,对荧光粉硅胶在平坦基板表面涂覆流动铺展过程的形貌进行了捕捉,并研究了涂覆高度、荧光粉浓度和基板表面温度对流动过程的影响.实验结果表明,依据相对铺展速度的变化特性可以将荧光粉涂覆流动过程分为撞击阶段、铺展阶段和稳定成形阶段;涂覆高度、荧光粉浓度、基板表面温度的改变会对流动铺展不同阶段的接触线长度和相对铺展速度dL/(D·dt)造成影响,基板温度的改变还会影响到最终接触线长度。     

大功率远程荧光粉型白光LED散热封装设计

针对大功率远程荧光粉型白光LED存在的散热问题,研究了其封装结构的散热设计方法。在分析现有远程荧光粉型白光LED封装结构及散热特点的基础上,提出将荧光粉层与芯片热隔离的同时开辟独立的荧光粉层散热路径的热设计方法。仿真分析结果表明:新的设计能够在不增加灯珠径向尺寸的同时改善荧光粉层的散热能力。在相同边界条件下,改进设计后的荧光粉层温度较改进前降低了10.7℃,芯片温度降低了0.55℃。在芯片基座上设置热隔离槽对芯片和荧光粉层温度的影响可以忽略。为了达到最优的芯片和荧光粉层温度配置,对荧光粉层与芯片之间封装胶层厚度进行优化是必要的。新的封装方法将芯片和荧光粉层的散热问题相互独立出来,既避免了二者的相互加热问题,又增加了灯珠光学设计的自由度。     

去除铝基板的大功率LED热分析

提出一种大功率LED免铝基板封装方式,采用ANSYS有限元热分析软件对传统的铝基板封装和免铝基板封装的LED进行模拟对比分析。模拟结果表明:两种封装结构的LED,其最高温度均出现在LED芯片处;对于单颗功率1 W、3颗功率1 W和单颗功率3 W的器件,由于有效地简化了散热通道、大幅度降低了总热阻,采用免铝基板结构的最高温度分别降低了6.436,9.468,19.309 ℃。传统的铝基板封装即使选用热导率高达200 W/(m·K)的基板,其散热效果依旧略逊于免铝基板封装结构,且随着LED功率的增大,免铝基板的新型封装结构散热优势更加明显。本文的研究为解决大功率LED的散热问题和光色稳定性问题提供了一种新途径。     

大功率LED荧光粉硅胶点涂工艺的实验及模拟研究

为得到白光LED照明产品,大功率LED封装工艺流程中,荧光粉硅胶混合物需通过点涂等方式涂覆于LED芯片上。荧光粉硅胶涂覆工艺的本质是一个两相流动过程,它直接决定了荧光粉硅胶层的几何形貌及物理特性,并最终影响LED产品的性能,因此准确描述这一成形过程特别重要。基于高速摄像机的实验平台,通过实验捕捉荧光粉硅胶形貌的动态成形过程。应用格子Boltzmann方法,建立荧光粉硅胶流动模型,对荧光粉硅胶点涂工艺进行模拟,得到荧光粉硅胶点涂成形过程及最终形貌。结果表明:荧光粉硅胶点涂工艺中,存在撞击、铺展及稳定成形三个阶段;格子Boltzmann方法能够正确模拟荧光粉硅胶点涂这一流动过程,并能够预测荧光粉硅胶层的最终形貌,为后续研究中对点涂工艺的优化提供了理论基础。     

LED汽车前大灯散热器正交优化设计与分析

设计了一种LED汽车前大灯散热器结构,该结构主要由一条通风管和一台无叶风扇组成.在SolidWorks软件中建立该散热结构模型,并导入FloEFD软件进行散热仿真,得到LED结温温度为148℃.提出在通风管中填充矩形翅片和填充蜂窝结构两种改进方案.仿真结果表明,采用两种改进方案后LED汽车前大灯的结温温度分别下降至102.01℃和86.20℃.对填充蜂窝结构方案进行正交优化试验,分析得出影响该系统散热性能的因素依次为:蜂窝等效直径、蜂窝类型、填充长度、壁厚和通风管长度.按照该顺序优化参数值,得到最优散热结构.仿真结果表明,经过正交优化后,LED汽车前大灯的温度降为75.17℃,进一步提高了整体结构的散热性能.最后分析了该结构的基板温度与风速的关系,结果表明当风速低于5m/s时,温度随着风速的增大急剧降低,当风速高于5m/s时,温度下降趋势相对缓慢.     

大功率AlGaInP红光LED散热基板热分析

采用有限体积数值模拟、瞬态热阻测试方法以及热沉温度一峰值波长变化的关系,对三种散热基板上大功率AIGaInP红光发光二极管(LED)进行热特性分析.三种LED采用相同型号、规格,散热基板,区别在于散热通道以及材料.测量样品的瞬态温度响应曲线,基于结构函数理论模型对温度响应曲线进行数学处理,得出包含热阻与热容的结构函数,区分出样品内部热流通道上各个区域的热阻与热容,进而发现散热瓶颈区域.测试样品在不同热沉温度下的电致发光光谱,通过热沉温度一峰值波长系数为区别样品散热性能提供定性判断依据.通过模拟与测试结果比较,为优化陶瓷基板内部散热结构,设计最佳的散热模型提供重要参考依据.     

基于远程荧光技术的高显指白光LED的制备和性能研究

针对目前LED灯具在照明方面显色性不足,以及传统LED点胶封装所存在的芯片发热导致荧光粉性能衰减、色温漂移、出光不均匀等问题,采用近年来新兴的远程荧光封装方式。用黄绿色YGG荧光粉和氮化物红色荧光粉,与硅胶制成远程荧光片封装成LED灯具。通过大量实验确定了黄绿粉、红粉与硅胶的最佳比例,制备了不同色温的LED灯具,并选择了色坐标,光效,显色指数,R9,色质指数,色温,全色域指数等参数对灯具进行了测试与分析,为优质LED照明提供了更客观地综合评价。实验结果表明红粉与黄绿粉的最佳比例为1∶7.6,荧光粉总量与硅胶最佳比例为1∶5,此时制成的白光LED灯具的色温为4 113 K,色坐标(x, y)为(0.375 4, 0.373 1),光效为52.33 lm·w-1,色域度为0.981,显色指数高达96,其中R9为97。色质指数Qa值高达93,全色域指数为79。同时相较于传统封装而言,远程荧光封装的荧光板表面温度大大低于点胶封装荧光粉表面温度,可以有效地避免温度过高对LED产生的不良影响。     

一种大功率LED散热系统模糊控制器设计

基于当前的COB封装LED芯片,分析了芯片的热阻模型,推导出发光结在理想温度下工作时的基板温度。针对大功率LED存在的散热问题,基于课题组双进双出射流冲击水冷散热系统,设计了一种模糊控制器,选取温度变化和温度变化率为控制输入量,并对各控制输入量的范围设定进行了说明。根据设计的控制器进行程序编写,下载到控制芯片中进行实际验证,在20℃环境温度下,芯片基板温度最终维持在35.5~36.5℃之间,保证了灯具正常、稳定工作,为大功率LED散热系统提供了一种控制器设计方案,具有一定的实际意义。     

LED异形灯的散热设计与实验

为了提高LED灯具的散热能力,基于烟囱效应原理,设计了一种新型的LED灯具散热结构。该结构仅采用一块圆柱状基板,不需要散热器,突破了传统LED灯具的构造模式。运用软件Solidworks构建三维模型,用其插件Flow Simulation进行热仿真。当功率为10 W时,LED芯片最高温度为81.34℃。当功率增加到15 W时,最高温度变为105.54℃,高于芯片安全工作温度85℃。因此,本文提出在基板中间加入散热器的改进方案,使LED芯片最高温度下降了30.79℃。并以散热器翅片数12个、内环直径20 mm、翅片厚度1 mm为基础模型参数,进行优化试验。研究表明:在翅片数为12个、内环直径为12 mm、翅片厚度为1 mm时,LED异形灯的散热效果最好,此时,LED异形灯的最高温度为72.21℃。当功率为8,13,15,17,19 W时,LED异形灯芯片的温度都满足LED工作的安全要求。经过对8 W的LED异形灯样品的实验测试,测得其最高温度为53℃,与仿真结果仅相差1.01℃,证实了研究的准确性。所设计的LED异形灯,为解决大功率LED散热问题提供了一条新的途径。     

荧光粉对大功率LED热特性的影响

为了研究荧光粉发热对大功率LED器件热特性的影响,设计了五种不同荧光粉涂敷方式的大功率LED器件,利用ANSYS软件建立热力学模型进行仿真。将模拟与实测结果进行比较,结果表明,铝基板底部的实测温度、透镜顶部的实测温度、芯片的计算结温与加荧光粉热载荷的模拟温度更相近,不加荧光粉热载荷条件下的模拟温度要低于加荧光粉热载荷的模拟温度和实测温度,并且荧光粉涂敷的量以及涂敷的方式对芯片结温、铝基板底部温度、透镜顶部温度都有影响。     

不同封装材料的中功率GaN基LED器件老化分析

针对中功率蓝光及相应的白光LED器件进行加速老化实验,并具体分析了器件中硅胶和绿红混合荧光粉等封装材料对老化行为的影响和失效机理。在测试器件的光电老化行为之后,利用反射光谱和飞行时间二次离子质谱对失效器件进行了结构分析。结果表明,温度和湿度对蓝光和白光器件老化行为具有不同的影响。对于中功率蓝光LED而言,其光衰的主要原因是由于S、Cl等元素的引入及氧化等因素引起的黄化导致了透明硅胶反射率的下降。而对于绿红混合荧光粉组成的中功率白光LED来说,其光衰和色漂问题主要归结于在高温特别是高湿环境下工作,器件中荧光粉和硅胶等封装材料发生了一些化学反应,使荧光粉发生分解,并引起了荧光转换效率的下降。     

不同封装材料的中功率GaN基LED器件老化分析（英文）

针对中功率蓝光及相应的白光LED器件进行加速老化实验,并具体分析了器件中硅胶和绿红混合荧光粉等封装材料对老化行为的影响和失效机理。在测试器件的光电老化行为之后,利用反射光谱和飞行时间二次离子质谱对失效器件进行了结构分析。结果表明,温度和湿度对蓝光和白光器件老化行为具有不同的影响。对于中功率蓝光LED而言,其光衰的主要原因是由于S、Cl等元素的引入及氧化等因素引起的黄化导致了透明硅胶反射率的下降。而对于绿红混合荧光粉组成的中功率白光LED来说,其光衰和色漂问题主要归结于在高温特别是高湿环境下工作,器件中荧光粉和硅胶等封装材料发生了一些化学反应,使荧光粉发生分解,并引起了荧光转换效率的下降。     

导流散热型LED灯的热分析与试验研究

对某LED灯开展了空气导流技术的散热设计,进行了有、无空气导流散热条件下的仿真分析,针对热分析模型进行反复修正迭代,得到了准确的仿真结果。仿真分析与试验结果表明,在有空气导流散热的情况下,LED灯的结温较无空气导流散热时降低约8℃,LED灯的使用寿命可延长2 000 h。进一步研究发现,基板下表面的发射率、接触热阻以及LED与对流孔之间的距离等因素对LED灯的散热均有影响,最终对各个影响因素进行灵敏度分析,给出了降低结温的几点建议。     

导流散热型LED灯的热分析与试验研究

对某LED灯开展了空气导流技术的散热设计,进行了有、无空气导流散热条件下的仿真分析,针对热分析模型进行反复修正迭代,得到了准确的仿真结果。仿真分析与试验结果表明,在有空气导流散热的情况下,LED灯的结温较无空气导流散热时降低约8℃,LED灯的使用寿命可延长2 000 h。进一步研究发现,基板下表面的发射率、接触热阻以及LED与对流孔之间的距离等因素对LED灯的散热均有影响,最终对各个影响因素进行灵敏度分析,给出了降低结温的几点建议。     

低浓度高热导率的石墨烯/树脂复合物及其应用

当多个LED密集排列组成大功率照明系统时,散热问题成为影响LED灯发光性能的主要技术瓶颈之一,因此解决散热问题已成为功率型LED应用的先决条件。本文将功能化石墨烯与硅树脂复合制备出了低填充量高导热性能的石墨烯/硅树脂复合材料。石墨烯(Graphene)填充质量分数为0.015时,复合材料的热导率高达2.758 W/(m.K),比纯硅脂基体提高了13倍;添加石墨烯后明显改善了硅树脂的热稳定性。将该复合材料作为热界面材料应用于大功率LED芯片模组基板与灯具冷却外壳之间的散热,能获得很好的增强效果,结果表明石墨烯填充质量分数仅为0.008时,基板与外壳之间的温度差可达到小于5℃,满足大功率LED灯具的散热要求。     

低浓度高热导率的石墨烯/树脂复合物及其应用

当多个LED密集排列组成大功率照明系统时,散热问题成为影响LED灯发光性能的主要技术瓶颈之一,因此解决散热问题已成为功率型LED应用的先决条件。本文将功能化石墨烯与硅树脂复合制备出了低填充量高导热性能的石墨烯/硅树脂复合材料。石墨烯(Graphene)填充质量分数为0.015时,复合材料的热导率高达2.758 W/(m·K),比纯硅脂基体提高了13倍;添加石墨烯后明显改善了硅树脂的热稳定性。将该复合材料作为热界面材料应用于大功率LED芯片模组基板与灯具冷却外壳之间的散热,能获得很好的增强效果,结果表明石墨烯填充质量分数仅为0.008时,基板与外壳之间的温度差究可达到小于5℃,满足大功率LED灯具的散热要求。     

双层荧光粉涂覆对COB封装LED出光的影响

为了提高LED出光量,基于传统的荧光粉涂覆设计了一种双层荧光粉涂覆结构。通过对上下涂覆层浓度及上层涂覆量的研究,探究双层涂覆结构对COB封装LED出光的影响。结果表明在通电电流为440 mA时,可在实验中实现15 W的COB封装结构的白光LED:涂覆单一黄色荧光粉,上下层胶粉比为14.2～28且上层涂覆体积为下层的0.8倍时,COB封装LED的光通量为2 179 lm,光效可达145.3 lm/W,显指为63,出光量最大提升为7.82%;荧光粉调整为黄绿粉和红粉的配合使用后,最终实现色温、光效及显指分别为4 854 K、129.7 lm/W和81.2。因此,双层荧光粉涂覆结构可以提高COB封装LED的光学性能,对实际生产有一定的应用价值。     

替代100W白炽灯的新型12W LED球泡灯的散热性能研究

基于冷喷涂技术,提出了一种替代传统100 W白炽灯的新型12 W LED球泡灯,其散热器由纯铝板裁剪和弯折而成。在分析铜基板内部结构基础上,借助ANSYS软件模拟不同覆铜层厚度和不同形状散热器的球泡灯温度场,获得了具有最低芯片结温的LED球泡灯。研究结果表明,铜基板厚度一定时,芯片结温随覆铜层厚度的增加而降低。选择纯铝质散热器和增加覆铜层厚度可使LED球泡灯的结温降低为71.25 ℃,低于芯片安全温度85 ℃,满足散热和照明习惯要求。     

纳米银焊膏封装大功率COB LED模块的性能研究

为提高大功率LED的散热能力,采用具有更高熔点和更优良的导电导热性能的纳米银焊膏作为芯片粘结材料,以Al2O3基陶瓷基板封装COB LED模块。同时以Sn/Ag3.0/Cu0.5和导电银胶两种粘结材料作为对比,分别在27,50,80,100,120℃等环境温度中测试3种模块的光电性能来评估模块的热管理水平;在100℃环境下进行加速老化实验,评估3种LED模块的可靠性。测试结果表明,纳米银焊膏封装的大功率LED模块光电性能优异,且具有较强的长期可靠性。