基于荧光体材料制备白光LED器件研究
发布时间：2021-03-03 19:49
随着市场要求的不断提高,大功率LED产品的散热和可靠性限制了LED产品的快速发展。影响LED寿命和效率的主要问题来源于LED产生的热聚集于荧光材料而导致的热淬灭和光衰。目前,有许多无机材料来解决相关问题,例如荧光玻璃、荧光陶瓷、荧光微晶等。使用荧光体材料来进行LED封装可以大幅度提高LED产品的稳定性与寿命。因此本文制备了一系列的荧光粉,荧光薄膜和荧光陶瓷材料,通过探究离子掺杂对荧光粉,荧光薄膜和荧光陶瓷热稳定性和可靠性的影响,以及不同封装结构对暖白光LED器件光电性能的影响,主要探究工作如下:1、通过固相法制备了不同Ba2+浓度的BaxSr2-xSiO4:0.02Eu2+荧光粉,并将制备出的上述荧光粉通过旋转涂覆法制备出荧光薄膜。通过高温高湿、氙灯老化和冷热冲击可靠性实验以及变温PL谱,分析Ba2+含量对于热稳定性和可靠性的影响以及荧光粉和荧光薄膜热稳定性和可靠性的对比。2、通过常规固相反应技术和真空烧结法制备了透明的Ce:YAG荧光陶瓷。荧光陶瓷基LE...
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
荧光薄膜应用于LED封装的剖面图
?l2O3的最大理论总透射率高达86％[45]。Jiang等人[46]通过等离子烧结法制备的Al2O3陶瓷的最大透射率为85％。第三，Al2O3比YAG便宜，并且可以在相对较低的温度下制备半透明的Al2O3。Song[47]等人准备了用于激光照明的YAG：Ce–Al2O3荧光陶瓷，并在相同的Al2O3含量为60wt％的情况下获得了最大的发光率。Cozzan[48]等人将YAG：Ce–Al2O3复合材料用作黄色转换器，以增强光的均匀性，并获得了白光激光器驱动的光，其光通量为1200lm。但是荧光陶瓷对原材料及设备要求高，制备成本较高、工艺复杂。图1.2Ce:YAG荧光粉与单晶晶片组装的白光LED结构示意图Fig.1.2Ce:YAGphosphorsinglecrystalwaferassemblewhiteLEDstructurediagram新型荧光材料是白光LED近年来研究和发展的一个方向，但是粒子的分散性，与基体的相容性，封装后的稳定性仍有待解决。因此了解荧光体高温制备过程中晶粒在熔体中的扩散机理，通过对晶粒在非晶熔体中的扩散形式、传质速度和热量传输等进行数学模拟，明确热场对晶粒微观结构的影响，解决荧光体材料的设计和精密制备技术十分关键。1.3封装技术LED封装工艺由三个类别组成：上游，中游和下游。外延生长是上游的第一步，其中发光层，包层，缓冲层，反射体等在此过程中完成。MOCVD技术是生产蓝，绿和紫外线外延材料如GaN或GaAs的主要方法。LED的不同颜色可以通过采用不同类型的外延片进行制作。在MOCVD室内制造LED晶片之后，芯片制造商将把晶圆切割成具
0℃，适合作为白光LED芯片的粘结材料[61,62]。因此，研究倒装共晶焊接工艺，重点研究共晶过程中空洞率、合金熔合和推拉力等指标；通过光学测试对芯片PN结金层和基板银层的均匀度进行分析，研究Au-Ag-Cu-Sn相图，得出最佳的共晶条件；利用微区测试分析法分析焊料在金层与银层中扩散深度与时间温度的关系，获得合金中焊料与金银的百分比，得到最佳扩散深度与温度和气氛的关系；通过推拉力和均匀度等指标得出共晶工艺的评判标准，从而得到散热效果良好的LED封装技术，而且由于固晶粘结力大大增加，提高了LED器件可靠性。图1.3倒装结构示意图Fig.1.3Schematicdiagramofflip-chipstructure1.4论文选题依据和研究内容白光LED（LightEmittingDiode，LED）由于低功耗，高亮度，高效率和长寿命的优点在过去十年中发展迅速，已逐渐取代了传统的荧光灯和白炽灯。白光LED的核心是荧光体转换白光LED，其中蓝色LED芯片与荧光粉转换器组合在一起以产生色温和显色指数可变化的的白光。最新的白光LED技术正在朝着大灯，隧道灯，电影放映机等的高功率和高亮度照明发展。众所周知，高功率和高亮度白光LED的工作时的结温高达150–200°C，这对所用封装材料的耐热性有严格要求。随着市场要求的不断提高，LED模块高度集成化，大功率LED产品的散热和可靠性限制了LED产品的快速发展。影响LED寿命和效率的主要问题来源于LED产生的热聚集于荧光材料而导致的热淬灭和光衰。因此解决这一问题的本质在于提高荧光材料的导热系数和热分布均匀性。高效高可靠的白光LED离不开高性能的复合荧光体材料、离不开LED芯片结构设计与封装工艺的改进[57,63,64]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Angular color uniformity enhancement of white light-emitting diodes by remote micro-patterned phosphor film[J]. Shudong Yu,Zongtao Li,Guanwei Liang,Yong Tang,Binhai Yu,Kaihang Chen. Photonics Research. 2016(04)
[2]稀土荧光/聚碳酸酯加工可行性探讨及其荧光性能研究[J]. 王泽忠,汪克风,杜发钊,侯琼,石光. 华南师范大学学报(自然科学版). 2015(01)
[3]白光LED用Ce,Cr共掺Y3Al5O12单晶发射光谱和能量转移研究[J]. 王鑫,赵广军,陈建玉. 激光与光电子学进展. 2011(10)
[4]白光LED用新型Ce,Pr掺杂的YAG单晶荧光材料的光谱性能研究[J]. 华伟,向卫东,董永军,梁晓娟,杨帆,金怀东,梁续,吕春燕. 光子学报. 2011(06)
[5]Structure and luminescence of Ca2Si5N8:Eu2+ phosphor for warm white light-emitting diodes[J]. 魏小丹,蔡丽艳,鲁法春,陈小龙,陈学元,刘泉林. Chinese Physics B. 2009(08)
本文编号：3061833
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
荧光薄膜应用于LED封装的剖面图
?l2O3的最大理论总透射率高达86％[45]。Jiang等人[46]通过等离子烧结法制备的Al2O3陶瓷的最大透射率为85％。第三，Al2O3比YAG便宜，并且可以在相对较低的温度下制备半透明的Al2O3。Song[47]等人准备了用于激光照明的YAG：Ce–Al2O3荧光陶瓷，并在相同的Al2O3含量为60wt％的情况下获得了最大的发光率。Cozzan[48]等人将YAG：Ce–Al2O3复合材料用作黄色转换器，以增强光的均匀性，并获得了白光激光器驱动的光，其光通量为1200lm。但是荧光陶瓷对原材料及设备要求高，制备成本较高、工艺复杂。图1.2Ce:YAG荧光粉与单晶晶片组装的白光LED结构示意图Fig.1.2Ce:YAGphosphorsinglecrystalwaferassemblewhiteLEDstructurediagram新型荧光材料是白光LED近年来研究和发展的一个方向，但是粒子的分散性，与基体的相容性，封装后的稳定性仍有待解决。因此了解荧光体高温制备过程中晶粒在熔体中的扩散机理，通过对晶粒在非晶熔体中的扩散形式、传质速度和热量传输等进行数学模拟，明确热场对晶粒微观结构的影响，解决荧光体材料的设计和精密制备技术十分关键。1.3封装技术LED封装工艺由三个类别组成：上游，中游和下游。外延生长是上游的第一步，其中发光层，包层，缓冲层，反射体等在此过程中完成。MOCVD技术是生产蓝，绿和紫外线外延材料如GaN或GaAs的主要方法。LED的不同颜色可以通过采用不同类型的外延片进行制作。在MOCVD室内制造LED晶片之后，芯片制造商将把晶圆切割成具
0℃，适合作为白光LED芯片的粘结材料[61,62]。因此，研究倒装共晶焊接工艺，重点研究共晶过程中空洞率、合金熔合和推拉力等指标；通过光学测试对芯片PN结金层和基板银层的均匀度进行分析，研究Au-Ag-Cu-Sn相图，得出最佳的共晶条件；利用微区测试分析法分析焊料在金层与银层中扩散深度与时间温度的关系，获得合金中焊料与金银的百分比，得到最佳扩散深度与温度和气氛的关系；通过推拉力和均匀度等指标得出共晶工艺的评判标准，从而得到散热效果良好的LED封装技术，而且由于固晶粘结力大大增加，提高了LED器件可靠性。图1.3倒装结构示意图Fig.1.3Schematicdiagramofflip-chipstructure1.4论文选题依据和研究内容白光LED（LightEmittingDiode，LED）由于低功耗，高亮度，高效率和长寿命的优点在过去十年中发展迅速，已逐渐取代了传统的荧光灯和白炽灯。白光LED的核心是荧光体转换白光LED，其中蓝色LED芯片与荧光粉转换器组合在一起以产生色温和显色指数可变化的的白光。最新的白光LED技术正在朝着大灯，隧道灯，电影放映机等的高功率和高亮度照明发展。众所周知，高功率和高亮度白光LED的工作时的结温高达150–200°C，这对所用封装材料的耐热性有严格要求。随着市场要求的不断提高，LED模块高度集成化，大功率LED产品的散热和可靠性限制了LED产品的快速发展。影响LED寿命和效率的主要问题来源于LED产生的热聚集于荧光材料而导致的热淬灭和光衰。因此解决这一问题的本质在于提高荧光材料的导热系数和热分布均匀性。高效高可靠的白光LED离不开高性能的复合荧光体材料、离不开LED芯片结构设计与封装工艺的改进[57,63,64]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Angular color uniformity enhancement of white light-emitting diodes by remote micro-patterned phosphor film[J]. Shudong Yu,Zongtao Li,Guanwei Liang,Yong Tang,Binhai Yu,Kaihang Chen. Photonics Research. 2016(04)
[2]稀土荧光/聚碳酸酯加工可行性探讨及其荧光性能研究[J]. 王泽忠,汪克风,杜发钊,侯琼,石光. 华南师范大学学报(自然科学版). 2015(01)
[3]白光LED用Ce,Cr共掺Y3Al5O12单晶发射光谱和能量转移研究[J]. 王鑫,赵广军,陈建玉. 激光与光电子学进展. 2011(10)
[4]白光LED用新型Ce,Pr掺杂的YAG单晶荧光材料的光谱性能研究[J]. 华伟,向卫东,董永军,梁晓娟,杨帆,金怀东,梁续,吕春燕. 光子学报. 2011(06)
[5]Structure and luminescence of Ca2Si5N8:Eu2+ phosphor for warm white light-emitting diodes[J]. 魏小丹,蔡丽艳,鲁法春,陈小龙,陈学元,刘泉林. Chinese Physics B. 2009(08)
本文编号：3061833
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