大功率LED封裝中光學表面形貌調(diào)控技術(shù)及其應用研究.pdf

1、隨著技術(shù)的進步和發(fā)展，大功率LED已經(jīng)廣泛地應用于背光顯示、室內(nèi)照明、汽車前照燈等眾多領域。但是在現(xiàn)有封裝工藝中，表面形貌嚴重影響了大功率 LED的取光效率、空間顏色均勻性等光學性能。當前高質(zhì)量的大功率 LED產(chǎn)品嚴重依賴昂貴的先進封裝設備，大大增加了制造成本。針對提升產(chǎn)品光學性能的研究依然局限于改變封裝模塊結(jié)構(gòu)設計。這些方法工藝流程繁瑣，封裝結(jié)構(gòu)復雜，生產(chǎn)效率低下并且降低了產(chǎn)品可靠性。因此本文創(chuàng)新性地從調(diào)控光學表面形貌出發(fā)，研究了調(diào)控

2、表面形貌的不同理論方法并開展實驗掌握了相關控制規(guī)律。將調(diào)控光學表面形貌技術(shù)獨特地應用于大功率 LED封裝工藝中，分別從微透鏡制造、熒光粉涂覆和實現(xiàn)光色調(diào)節(jié)三個方面開展研究。在保證低成本封裝工藝的同時提升了模塊相關光學性能。具體研究內(nèi)容和創(chuàng)新點包括：
　?。?）針對提高大功率LED COB封裝模塊的取光效率，提出了一種模具法調(diào)控模塊硅膠表面形貌，利用聚苯乙烯多孔薄膜作為模具制造微透鏡結(jié)構(gòu)降低全反射效應的新技術(shù)。首先利用呼吸圖案法調(diào)控

3、聚苯乙烯表面形貌，通過控制聚苯乙烯-氯仿溶液成膜體積制備了平均直徑分別為6.72μm、12.64μm和20.38μm的聚苯乙烯多孔薄膜。然后將多孔薄膜作為模具在 COB模塊硅膠表面制造了相應尺寸大小的微透鏡結(jié)構(gòu)。研究了三種微透鏡結(jié)構(gòu)對模塊取光效率的影響。實驗結(jié)果表明：微透鏡結(jié)構(gòu)平均直徑越大，模塊取光效率提升效果越明顯。當微透鏡結(jié)構(gòu)平均直徑為20.38μm時，樣品的取光效率達到最大的0.92，相比傳統(tǒng)封裝工藝樣品提高了19.48％。

4、>　?。?）針對提高LED垂直芯片封裝模塊的空間顏色均勻性，提出了一種壓印法調(diào)控熒光粉膠表面形貌制造不同熒光粉薄層的新工藝，實現(xiàn)了模塊優(yōu)異空間顏色均勻性。理論分析了不同表面形貌對模塊色溫一致性的影響。實驗中通過改變凸臺大小和熒光粉膠體積，制造了截頭錐形、方形、倒截頭錐形和不同懸鏈線形等各種形貌的熒光粉層。光學測試結(jié)果表明側(cè)面內(nèi)向?qū)挾葹?.07mm的懸鏈線形熒光粉層樣品具有最理想的空間顏色均勻性，在平均相關色溫為6300K時最大相關色溫偏

5、差僅為151K。
　?。?）針對提高LED水平芯片封裝模塊的空間顏色均勻性，提出了一種利用電場作用調(diào)控熒光粉膠表面形貌，制造懸鏈線柱形結(jié)構(gòu)的熒光粉涂覆工藝，實現(xiàn)了模塊理想的空間顏色均勻性。根據(jù)電流體動力學理論，確定了電極間電壓、電極間距和硅膠初始高度是影響電場作用調(diào)控表面形貌的重要參數(shù)。根據(jù)實驗要求搭建操作平臺，觀察和分析硅膠形貌變化過程，發(fā)現(xiàn)電壓值越大、平板電極間距越小、初始高度越高時硅膠表面形貌變化越明顯。最后通過改變上平板電

6、極與 LED芯片的間距制備了高度分別為1.53mm和1.98mm的懸鏈線柱形熒光粉膠形貌。光學測試結(jié)果表明：高度為1.53mm的形貌具有最理想的空間顏色均勻性。在平均相關色溫分別為4901K、6911K和9358K時最大相關色溫偏差僅為388K、711K和1802K，相比于傳統(tǒng)球帽形結(jié)構(gòu)最大相關色溫偏差值分別減小了76.19%、68.09%和46.13%。通過使用不同熒光粉濃度的熒光粉膠，證明了該工藝可以實現(xiàn)不同平均色溫下模塊的高光色品

7、質(zhì)。
　?。?）針對智能化照明中對LED封裝模塊出光色溫調(diào)節(jié)的要求，提出了一種結(jié)合圓環(huán)形圖案熒光粉導電玻璃與連續(xù)調(diào)控透鏡形貌，實現(xiàn)模塊光色調(diào)節(jié)的新方法。首先分析了改變平板電極間距時硅油流動和表面形貌變化的過程，并通過實驗研究了硅油初始高度對調(diào)控表面形貌的影響。然后根據(jù)電場作用調(diào)控表面形貌的研究基礎，通過預涂覆硅油開展了電極間距變化和電場作用連續(xù)調(diào)控透鏡形貌的實驗，并介紹了圓環(huán)形熒光粉導電玻璃的制備流程。依據(jù)調(diào)控的透鏡形貌與制備的熒