大功率倒装LED芯片陶瓷封装器件顶面微区发光均匀性

高功率密度的陶瓷封装LED器件在大电流工作时,其顶面发光均匀性是该类器件的关键指标.本文在3.5 mm×3.5 mm的氮化铝陶瓷基板上金锡共晶了1.905 mm×1.830 mm(75 mil×72 mil)的LED倒装蓝光大功率芯片,然后分别制作成蓝光器件和白光器件,并分别对器件顶面的微区发光均匀性进行了研究.结果表...     

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的电流老化特性分析

基于一体化封装技术,先将铝基板进行硬质阳极氧化处理使其绝缘,后将蓝光LED芯片直接封装到铝基板上,分别制成大功率白光和蓝光LED,其中白光LED由蓝光芯片涂覆YAG∶Ce荧光粉制成。将白光和蓝光LED分别用500 mA和700 mA电流加速老化1 000 h,平均每间隔24 h测试其各种光学参数,对比蓝光LED与白光LED的衰减情况。白光LED的光通量衰减比蓝光严重,但白光光功率的衰减比蓝光慢。LED的衰减分为两个阶段:第一阶段芯片与荧光粉同时衰减;第二阶段主要是芯片的衰减,荧光粉衰减较慢。     

高效率GaN基高压LED芯片的制备及COB封装

为提升GaN基高压LED芯片的出光性能,优化了芯片发光单元之间隔离沟槽的宽度.当隔离沟槽宽度为20μm时,芯片的电学性能和光学性能最优.当注入电流为20 mA时,正向电压为50.72 V,输出光功率为373.64 mW,电光转换效率为36.83％.采用镜面铝基板和陶瓷基板进行了4颗芯片串联形式的COB封装.镜面铝基板的热导率和反射率均高于陶瓷基板,可提升HV-LED器件在大注入电流和高温时的发光性能.当注入电流为20 mA且基板温度为20℃时,镜面铝基板封装的HV-LED器件的正向电压是198.9 V,发光效率达122.2 lm/W.     

转移基板材质对Si衬底GaN基LED芯片性能的影响

在Si衬底上生长了GaN基LED外延材料,分别转移到新的硅基板和铜基板上,制备了垂直结构蓝光LED芯片。研究了这两种基板GaN基LED芯片的光电性能。在切割成单个芯片之前,对大量尺寸为(300μm×300μm)的这两种芯片分别通高达1 A的大电流在测试台上加速老化1 h。结果显示,铜基板Si衬底GaN基LED芯片有更大的饱和电流,光输出效率更高,工作电压随驱动电流的变化不大,光输出在老化过程中衰减更小。铜基板芯片比硅基板芯片可靠性更高,在大功率半导体照明器件中前景诱人。     

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。     

金锡共晶互连对HP-LED光热性能的改善

随着功率型LED(HP-LED)对散热的要求越来越高,传统导电银胶越来越难以满足LED的高散热要求。虽然共晶互连工艺是微电子领域中的一种有效的散热互连方法,但是由于LED的特殊性,该工艺在LED互连封装中的性能改善研究还比较少。本文对金锡共晶互连、锡膏互连和银胶互连的3种LED器件分别进行了光学、热学以及剪切力等方面的测试分析研究,结果表明:底部与顶部同时加热的金锡共晶工艺互连的LED器件可以有效地改善仅底部加热共晶互连层中的空洞缺陷,在1 000 mA电流条件下,相对于锡膏、银胶互连的LED器件具有较低的热阻、较稳定的峰值波长偏移、较强的互连层剪切力等性能。金锡共晶互连工艺是一种可以有效改善大功率LED散热及互连强度的方法。     

荧光粉封装方式对多芯片阵列LED封装效率的影响

针对荧光粉封装的多芯片LED,用Monte Carlo光线追迹的方法仿真光线在蓝光芯片和荧光粉中的传播,并分析了荧光粉封装方式对多芯片阵列LED封装效率的影响.结果表明:随着荧光粉层和芯片之间的距离增大,保型涂覆的LED封装效率先增加后减小,最大封装效率为59%;平面涂覆的LED在芯片间距为0.2mm、荧光粉层和芯片之间的距离为0.28mm时,封装效率为77.183%;荧光粉层的曲率半径对封装效率的影响较小.     

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。     

多芯片LED器件热学特性分析

由于芯片之间存在的热耦合效应,多芯片LED器件内部存在复杂热学规律。本文通过多芯片LED热学模型描述多芯片LED器件系统内部热阻支路路径,进而通过有限体积数值计算多芯片LED器件结温。通过本文试验验证,单颗芯片、2颗芯片、3颗芯片以及4颗芯片在负载不同电功率（0.3~1.2 W）情况下,结温的测试值和计算值的最小误差值为0.8%,最大误差值为6.8%,平均误差值为3.4%,计算结果与测试结果基本保持一致,因此有利论证了多芯片LED热学模型可为评价多芯片LED器件热学性能提供重要的参考作用,有助于更全面分析多芯片LED热阻内部芯片之间的热耦合效应。该实验结果为准确预测多芯片LED器件内部结温提供了重要理论依据。     

红、绿CdSe@ZnS量子点配比对三波段标准白光LED器件的影响

将一步法合成的具有梯度合金结构的红光、绿光CdSe@ZnS量子点与硅胶均匀混合后,作为光转换层涂覆到蓝色InGaN LED芯片上,制备了不含荧光材料的三波段白光LED器件。研究了峰值为650 nm和550 nm的高效率红、绿量子点在硅胶中的含量及配比对白光LED色坐标以及效率的影响。结果表明,当红、绿量子点配比为2：3时,可得到发射纯正白光的QDs-LED器件,色坐标为（0.322 8,0.335 9）、色温为5 725 K,功率效率为26.61 lm/W,显色指数为72.7。光谱中红、蓝、绿三色发光峰的半高宽分别为30,25,38 nm,表明器件具有很好的单色性和高色纯度。     

白光LED用新型MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷的发光性能

采用金属醇盐法制备MgAl2O4前驱体,通过高温煅烧2～4 h得到纯相MgAl2O4粉体,再将其与YAG∶Ce荧光粉均匀混合,利用热压烧结并结合热等静压处理得到MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷。利用X射线衍射、紫外-可见分光光度计等测试手段对样品进行表征。样品由MgAl2O4和YAG两相组成,在340 nm和475 nm有两个激发峰。发射光谱在533 nm有一宽峰,属于Ce3+的5d→4f特征跃迁发射。该透明陶瓷封装蓝光芯片所得白光LED器件在35 mA驱动下的发光效率为133.47 lm.W-1,其寿命及色温稳定性优于采用传统方式封装的白光LED。实验结果表明MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷是一种可用于白光LED的新型荧光材料。     

白光LED极限流明效率的计算

对蓝光芯片加黄色荧光粉制备白光LED方法的流明效率进行了理论计算。根据光度学原理,我们考虑到视觉函数V(λ)的修正,以色坐标为x=0.325,y=0.332,显色指数为81.5,色温为5 914 K的白光LED发光光谱为依据,计算了白光LED流明效率的理论极限:得出每瓦白光LED辐射光功率产生的光通量为298.7 lm,白光LED发射的总光子数为2.7×10¹⁸。在理想情况下,注入一个电子-孔穴对产生一个蓝光光子,设荧光粉的量子效率为1,因此,注入的电子-孔穴对数亦等于白光光子数,进而计算出白光LED每辐射1 W的光功率所需的电功率为1.51 W,上述白光LED发光光谱对应的白光LED的电-光转换的理论极限流明效率为197.8 lm/W。     

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。     

结温对DCJTB混合YAG∶Ce3+白光LED光谱特性的影响

研究了结温变化对DCJTB混合YAG∶Ce3+荧光粉的白光LED光谱特性的影响。采用分层点粉的方法,在LED芯片上分层涂覆YAG荧光粉和有机材料DCJTB,可以使器件的显色指数高达90。利用实验室自行研发的一体化LED散热支架可方便准确测量出结温。实验表明：结温升高使蓝光芯片辐射幅值不断下降,YAG荧光粉被激发所辐射的黄光辐射幅值先增大后减小,红光光谱发生蓝移,器件的显色指数呈线性下降,色温先增大后减小。     

基于Ce^3+∶YAG透明陶瓷的大功率LED和LD照明原型器件的发光性能:厚度和表面粗糙度的影响EI北大核心CSCD

采用高温真空烧结技术制备了0.5%Ce∶Y 3Al5O12(简称Ce∶YAG)透明荧光陶瓷,在透射模式下分别采用大功率蓝光发光二极管(LED)芯片(3.2 V×0.3 A)激发和LD蓝光光源(0.8 W,1.6 W)激发,系统研究了陶瓷厚度(0.3~2.3 mm)和表面粗糙度(322.86 nm,9.79 nm)等对照明原型器件的色温、显色指数和光电转换效率等发光性能的影响。结果表明,陶瓷表面有一定粗糙度可使原型器件的发光性能整体提高,其中用粗糙度为322.86 nm的Ce∶YAG透明陶瓷组装的原型器件分别获得了93.6 lm/W(蓝光LED激发)和178.5 lm/W(蓝光LD激发)的高光电转换效率。研究表明,通过调节Ce∶YAG透明陶瓷的厚度和表面状态,可有效提升高功率密度固态照明器件的发光性能。     

基于粉浆法提高功率型白光LEDs的提取效率

讨论了基于水溶性感光胶的荧光粉的涂层技术,利用粉浆法,在蓝光LED芯片的表面获得了荧光粉平面涂层。证实了得到的白光LED的光提取效率与粉浆中各成份的浓度和相应的比例有关,并在实验的基础上,采用了一些切实切可行的措施来增加器件的光提取效率。得到的白光LED在700 mA加速老化168 h后,其光能量为初始时的95.95%。     

LED结温与光谱特性关系的测量

采用恒定驱动电流改变环境温度和恒定环境温度改变驱动电流两种方法分别对直径5 mm封装的AlGaInP型红光和黄光LED,InGaN型绿光和蓝光LED,以及InGaN蓝光+荧光粉的白光LED的结温与其光谱特性进行了测量,得到了不同条件下LED结温与光谱特性的关系.结果表明;AlGaInP LED的峰值波长与结温有良好线性关系,InGaN LED的峰值波长则与结温没有明显对应关系;但白光LED发射光谱的白、蓝功率比与结温有良好线性关系;对AlGaInP LED及蓝光激发的白光LED,通过光谱特性测量可快速、准确地确定光源系统中各LED的结温继而预测光源系统的有效寿命.     

应用点胶压盖技术提高白光数码管发光效率

由于采取蓝光芯片与黄色荧光粉YAG:Ce3+复合产生的空封白光数码管存在光通量低的缺点,提出采用点胶技术,利用环氧树脂折射率高可以增加数码管光子逸出数、光衰效应低等优点,提高数码管的发光强度和发光效率.实验测试了各20个空封贴片白光数码管、不封装蓝光数码管和点胶压盖白光数码管,数码管基板固晶蓝光芯片主波长为460-462.5nm,使用透明环氧树脂胶、YAG:Ce3+黄色荧光粉,在20mA正向电流作用下,测试光通量、发光强度、发光效率3个指标,获得3种数码管的曲线比较图.结果显示,应用点胶压盖技术数码管的发光强度和发光效率比空封数码管分别提高60.94％和46.54％,测试结果较好地显示了应用点胶压盖技术数码管的优点.     

基于偏最小二乘回归的荧光粉涂覆型白光LED的光谱预测研究

为了更便捷高效地对荧光粉涂覆型白光LED的发光光谱进行预测,利用GaN蓝光LED芯片与杭州萤鹤光电材料有限公司的YH-S525M绿色荧光粉和YH-C640E红色荧光粉进行实验样品的制备。分别测量其单色荧光光谱,测得蓝光芯片的发射峰波长为453 nm,选用的红色和绿色荧光粉的发射峰波长分别为631和526 nm。制备红色和绿色荧光粉通过AB胶混合并涂覆于蓝光芯片上的LED实验样品,红粉/绿粉质量比设置为1∶3,1.2∶3,1.4∶3,1.6∶3,1.8∶3,2∶3,红粉混胶后的浓度为7%,9%,11%,13%,15%,17%。每组质量比和混胶浓度条件下的样品制备3~5份,利用杭州远方色谱有限公司的HAAS-2000高精度快速光谱辐射计测试样品的发光光谱,并进行蓝峰归一化处理得到共36组光谱数据。将白光光谱视为蓝色,绿色和红色三种单色荧光光谱的线性叠加,蓝色和红色峰项直接选用对应的发射谱,而绿色峰项选用两个高斯线型方程拟合,系数均由强度决定。通过循环搜索算法,分别计算36组实验条件下的模型参数最优值,对拟合结果进行优度检验,R2的范围为99.33%~99.88%。然后运用偏最小二乘回归方法建立荧光粉质量比和浓度与模型参数间的回归方程,最终得到一种能够精确预测两种荧光粉混合涂覆的白光LED发光光谱的新方法。用一组新制备的样品测得的光谱功率分布进行预测效果检验,得到的预测光谱相对于实测光谱的拟合优度为99.62%,证明该方法的预测效果良好。该研究建立的预测模型从该类型的白光LED的发光机理出发,分析发光时两种荧光粉之间的相互作用,并引入绿色荧光谱线的展宽效应,更加简单有效地建立起两种荧光粉的质量比和混胶浓度与白光光谱间的数学关系。该方法具有更好的普适性,为荧光粉涂覆型LED的光源参数优化提供了一种新的思路。