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白光LED封裝的四大走向


    來源:中國LED網(wǎng)  時間:2011-09-01  【字體:  

    0805藍光 0603紅光LED,東莞市光宇實業(yè)有限公司用藍光led結(jié)合黃色熒光粉轉(zhuǎn)化合成了白光LED.他所采用的黃色熒光粉為Y3Al5O12:Ce3+(簡稱YAG:Ce3+),這種熒光粉在470nm波段附近有較強的寬帶吸收,然后激發(fā)出540nm附近的黃光,LED本身發(fā)射的藍光與熒光粉激發(fā)的黃光結(jié)合形成白光。后來,YAG:Ce3+因其轉(zhuǎn)化效率高、熱穩(wěn)定性好以及激發(fā)波段寬等優(yōu)勢,成為白光的主流技術。

      走向一:新型熒光粉的開發(fā)

      YAG:Ce3+是最早被廣泛應用于白光LED技術中的一種熒光粉,但是由于其發(fā)射光譜中紅色成分較少,難以獲得較高顯色指數(shù)和低色溫的白光LED;另一方面,半導體照明的持續(xù)發(fā)展推動人們開發(fā)出更高轉(zhuǎn)化效率的熒光粉。早期,通過在YAG:Ce3+中加入(Ca,Sr)S:Eu2+、(Ca,Sr)Ga2S4:Eu2+紅綠色熒光粉來實現(xiàn)高顯色指數(shù)、低色溫的要求,但是由于這類堿土金屬硫化物物理化學性質(zhì)不穩(wěn)定、易潮解、揮發(fā)和具有腐蝕性等問題,不能滿足LED照明產(chǎn)業(yè)的需求。近來,人們開發(fā)了一種熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性優(yōu)異的紅色熒光粉,能完全替代堿土金屬硫化物實現(xiàn)高顯色指數(shù)、低色溫白光LED,因其具有硅氮(氧)四面體結(jié)構(gòu),被稱為氮氧化物,具有更高的激發(fā)效率。

      當前,國外公司在LED用熒光粉方面技術成熟,且持有大部分重要專利。他們通過對熒光粉專利的把持而占領LED市場,YAG:Ce3+熒光粉的專利主要由Nichia占有[U.S.5998925],Osram則占據(jù)了Tb3Al5O12: Ce3+的熒光粉專利[U.S. 6812500, 6060861,65276930],TG、LWB和Tridonic持有摻Eu2+(SrBaCa)2SiO4Si:Al,B,P,Ge的專利[U.S.6809347],Intematix持有摻Eu2+(SrBaMg)2SiO4O:F,Cl,N,S的專利[U.S.20060027781, 200627785,200628122].反觀國內(nèi),LED用熒光粉方面的研究大多集中在科研院所,主要是對現(xiàn)有熒光粉材料的合成和發(fā)光等物性的研究上,而在產(chǎn)業(yè)化技術的開發(fā)上做的不夠。

      走向二:白光LED光學模型的建立及發(fā)展

      熒光粉應用于白光LED,還需根據(jù)LED的具體需求而定,諸如熒光粉的顆粒大小等等。對熒光粉的研究主要集中在熒光粉的光學性質(zhì)對白光led封裝性能的影響,例如取光效率、顏色空間分布以及光色質(zhì)量上面。在這些研究中,采用蒙特卡洛光線追跡的方法利用光學軟件模擬LED封裝結(jié)構(gòu)的光學性能,將熒光粉層處理成Mie散射材料,這樣能夠通過光學模擬獲得白光LED的激發(fā)和發(fā)射特性,但是模擬沒有考慮到熒光粉具體的散射特性,缺少實驗驗證。

        走向三:新型熒光粉涂覆方式

      傳統(tǒng)的熒光粉涂覆方式為點粉模式,即熒光粉與膠體的混合物填充到芯片支架杯碗內(nèi),然后加熱固化。這種涂覆方式熒光粉量難以控制,并且由于各處激發(fā)光不同,使得白光LED容易出現(xiàn)黃斑或者藍斑等光色不均勻現(xiàn)象。PhilipsLumileds公司提出了保形涂覆的熒光粉涂覆方式,它們在倒裝LED芯片表面覆蓋一層厚度一致的熒光粉膜層,提高了白光LED的光色穩(wěn)定性。也有公司采用在芯片表面沉積一層熒光粉的方法來實現(xiàn)激發(fā)。這些涂覆方式都是將芯片與熒光粉接觸。H.Luo等研究者的光學模擬結(jié)果表明,這種熒光粉與芯片接觸的近場激發(fā)方法,增加了激發(fā)光的背散射損耗,降低了器件的取光效率。澳大利亞的Sommer采用數(shù)值模擬的方法模擬PhilipsLumileds的熒光粉保形涂覆結(jié)構(gòu),結(jié)果顯示這種涂覆方法并不能提供更好的角度均勻性。隨著對白光LED光學模擬的深入,熒光粉遠場激發(fā)的方案顯示了更多的優(yōu)越性。

      走向四:大電流注入及散熱結(jié)構(gòu)

      為了滿足通用照明高光通量的需求,人們提高了單顆芯片的驅(qū)動功率,以往1W的大功率芯片被注入到3W、5W,甚至更高。這使得白光LED的熱問題越來越嚴重,人們采用各種散熱技術,如熱管、微熱管、水冷、風冷等方法對LED實施散熱。

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