大功率LED封裝設(shè)計(jì)與制造的關(guān)鍵問(wèn)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(rèn)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(shí)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(jì)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(diǎn)

2、。封裝結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(wèn)題并利用優(yōu)化的封裝結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)新的工藝方法，對(duì)于實(shí)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(jì)和制造工藝中的若干關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了研究并取得了以下成果：
　　 對(duì)大功率LED芯片中各層材料的光學(xué)參數(shù)進(jìn)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(guò)裸芯片和封裝后芯片的仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)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(jì)算方法，將芯片的取光效率和光強(qiáng)分布的模擬準(zhǔn)確度提高到95％以上。同時(shí)，對(duì)于表面粗化的LED芯片的仿真模型進(jìn)行了探索性研究，解決了表面粗化芯片的光學(xué)建模問(wèn)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(jì)算，開(kāi)發(fā)了用于熒光粉光散射和吸收特性的雙積分球測(cè)試系統(tǒng)，制備了厚度均勻的熒光粉薄膜并對(duì)其進(jìn)行了光學(xué)測(cè)試，然后將理論計(jì)算結(jié)果和光學(xué)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，通過(guò)光線追跡方法對(duì)理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)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(jì)算方法，最后利用Mie理論對(duì)不同形貌的熒光粉的光散射和吸收特性進(jìn)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(kāi)發(fā)出適用于大功率白光LED的封裝仿真方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該仿真方法在預(yù)測(cè)白光LED的光色性能時(shí)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(jì)出一種利用負(fù)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(kāi)發(fā)的LED封裝仿真方法，對(duì)大功率LED封裝工藝中的關(guān)鍵工藝-熒光粉涂敷工藝進(jìn)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(duì)白光LED光色性能的影響機(jī)制，通過(guò)對(duì)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(yuǎn)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(shí)也能實(shí)現(xiàn)空間顏色十分均勻的白光。
　　 對(duì)大功率白光LE