大功率LED封裝設(shè)計與制造的關(guān)鍵問題研究.pdf

1、基于大功率發(fā)光二極管（LED）的半導(dǎo)體照明被認為是取代傳統(tǒng)照明光源的新型節(jié)能照明光源，正受到日益廣泛的關(guān)注和研究。大功率LED封裝技術(shù)是實現(xiàn)LED從芯片走向最終照明應(yīng)用產(chǎn)品的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，涉及光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、材料、工藝和設(shè)備等諸多領(lǐng)域。作為一種光電器件，光學(xué)性能是衡量大功率LED封裝技術(shù)的最直接的指標(biāo)，關(guān)系到LED是否節(jié)能，是否具有替代傳統(tǒng)光源的高品質(zhì)照明效果。因此，利用仿真設(shè)計優(yōu)化封裝結(jié)構(gòu)，提高LED的光學(xué)性能正成為目前研究的熱點

2、。封裝結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計與封裝制造工藝相關(guān)，解決現(xiàn)有封裝工藝中的關(guān)鍵問題并利用優(yōu)化的封裝結(jié)構(gòu)，開發(fā)新的工藝方法，對于實現(xiàn)LED的高光學(xué)性能至關(guān)重要。本文圍繞大功率LED封裝的光學(xué)仿真設(shè)計和制造工藝中的若干關(guān)鍵問題進行了研究并取得了以下成果：
　　 對大功率LED芯片中各層材料的光學(xué)參數(shù)進行了系統(tǒng)的分析和總結(jié)，將粗糙表面引起的光散射引入芯片的光學(xué)建模，通過裸芯片和封裝后芯片的仿真結(jié)果與實驗結(jié)果的比較，確定了LED芯片的精確光學(xué)模型和相

3、應(yīng)的仿真計算方法，將芯片的取光效率和光強分布的模擬準(zhǔn)確度提高到95％以上。同時，對于表面粗化的LED芯片的仿真模型進行了探索性研究，解決了表面粗化芯片的光學(xué)建模問題。
　　 將Mie散射理論用于YAG熒光粉的光散射和吸收特性的理論計算，開發(fā)了用于熒光粉光散射和吸收特性的雙積分球測試系統(tǒng)，制備了厚度均勻的熒光粉薄膜并對其進行了光學(xué)測試，然后將理論計算結(jié)果和光學(xué)測試結(jié)果進行了對比驗證，通過光線追跡方法對理論計算結(jié)果進行了修正，并提出

4、了適用于白光LED的熒光粉光學(xué)參數(shù)的修正Mie計算方法，最后利用Mie理論對不同形貌的熒光粉的光散射和吸收特性進行了探索性研究。
　　 基于芯片的精確光學(xué)模型和熒光粉的準(zhǔn)確光學(xué)參數(shù)，開發(fā)出適用于大功率白光LED的封裝仿真方法，并通過實驗驗證了該仿真方法在預(yù)測白光LED的光色性能時的準(zhǔn)確度，模擬準(zhǔn)確度高于95％。在此基礎(chǔ)上，將具有濾光特性的干涉濾光片引入LED的封裝結(jié)構(gòu)中，利用干涉濾光片的選擇性透光和反射效果，設(shè)計出一種利用負透鏡

5、表面鍍膜，提高白光LED取光效率的新型封裝結(jié)構(gòu)。
　　 基于開發(fā)的LED封裝仿真方法，對大功率LED封裝工藝中的關(guān)鍵工藝-熒光粉涂敷工藝進行了系統(tǒng)的光學(xué)仿真研究，發(fā)現(xiàn)了不同熒光粉涂敷方法對白光LED光色性能的影響機制，通過對比，發(fā)現(xiàn)保形涂敷方法的空間顏色均勻度很高，但是在取光效率、產(chǎn)品一致性上較差，采用半球形遠離式涂敷方法不僅可以有效的改善取光效率和產(chǎn)品一致性，同時也能實現(xiàn)空間顏色十分均勻的白光。
　　 對大功率白光LE