高取光效率的LED阵列封装研究

发布时间：2020-04-21 04:26

【摘要】：发光二极管(Light Emitting Diode,LED),由于其较高的流明效率和节能环保等优点,被广泛应用于通用照明、广告、应急照明等领域。与单芯片LED相比,多芯片LED(LED阵列封装)能产生更高的光通量,因此多芯片封装逐渐成为LED封装的新趋势。然而,多芯片封装的LED并非完美无缺,其现在面对的主要技术问题是封装取光效率与单芯片LED有较大差距、光斑颜色不均匀。本工作针对如何提高LED阵列封装取光效率及相关色温均匀度做了以下探究:针对不同荧光粉胶体结构以及不同位置的多芯片LED,用蒙特卡洛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0.2 mm、荧光粉层和芯片之间的距离为0.28 mm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。系统地研究了封装胶体表面微结构对阵列LED封装效率的影响。与平面封装的多芯片LED相比,这两种微结构能够显著提高封装取光效率,并且通过调整参数可以改变光强度角的分布,使半光强角在90°~160°范围内变化。在仿真数据范围内,具有凹圆锥结构的多芯片LED对于封装取光效率变化稳定性高于凹球面结构。设计了具有空腔的LED封装结构。与传统封装结构相比,空腔结构可以显著提高相关色温均匀度,使相关色温差值从1534K减小到359K。在LED的光学性能评价中引入评价因子,采用中心角为53°的空腔结构,其评价因子是传统封装结构的4.2倍,能够获得更优的光学性能。相关色温均匀度不受荧光粉浓度的影响,4000K和5000K低色温区域也能降低相关色温偏差值。另外,这种空腔结构对多芯片的LED同样适用。
【图文】：

PN结,正向电压,能带图,势垒

是利用III-V族化合物材料所制成的P型及N型半导体接合，形成二极管形式。该二极管的PN结会形成一内建电场和结区势垒，该势垒将使导电带和价电带弯曲，如图1.1所示。结区势垒会在一定程度上阻止空穴和电子运动。若向LED施加合适的正向偏压，此时势垒下降，致使空穴向N区迁移，电子向P区迁移。由于迁移率的差别，电子的迁移率远大于空穴的迁移率，因此大量电子迁移至P区，形成对P区少子的注入。接下来，电子会和价带上的空穴复合之后会产生光子和声子。其中，电子和空穴有两种复合方式：1）辐射复合（也称为直接复合），2）非辐射复合（也称为间接复合）。

白光LED,白光,制作方法,红色

LED的光通量会比其它技术要高，并且成本亦较其它技术低，所以目前LED产业均以此制作方法量产白光LED。3) 蓝光LED芯片搭配红、绿两种颜色的荧光粉：如图1.2(c)为了补充白光LED光谱中的红色波段光谱，利用蓝光激发红、绿荧光粉的方式即：460 nm、530nm、630 nm三波段的混合，可提高白光混合光谱中红色光谱能量成分的比值，极大地提高白光LED的显色性，只是目前所能够制备的红色荧光粉的效率尚待提高。4) 紫外LED（UV LED）芯片搭配RGB荧光粉：如图1.2(d)此类LED与目前市场上销售的家用日光灯的原理相似，，日光灯是在灯管的内壁上涂满RGB荧光粉，当紫外线入射到灯管内壁时，RGB三色光混成白光。UV LED也是利用同样的原理，其方法主要是使用UV LED芯片发出的紫外光去激发红、绿、蓝三色荧光粉
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN312.8

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