摘 要 @"MYq#2c$
随着发光材料的开发和半导体制作工艺的改进,白光LED的发展迅速,它已经趋向取代传统的照明,白光LED的光效已经由以前的20lm/w上升到了45lm/w。由于白光LED具有的长寿命、无污染、低功耗的特性,未来LED还将逐步替代荧光灯、白炽灯成为下一代绿色照明光源。 I"88O4\@
本文首先简单介绍LED的概念、特点、分类以及现阶段全球和国内LED技术研究的进展,提出了现阶段白光LED存在的问题。 FT-.gi0
接着根据白光LED所存在的问题,对白光LED的封装工艺和原材料的选择搭配进行改进,在本文中白光LED有两种封装方式,一种是支架式封装形式,一种是大功率LED的封装形式。整个封装设计过程从以下几个方面进行的: k
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(1)荧光粉涂抹的方式。荧光粉的涂抹方式对白光LED的发光分布与色温的均匀度影响很大,荧光粉厚度较厚的位置黄光产生较多,色温会较低,因此在芯片上形成的涂抹层必须是均匀。 DJ, LQj
(2)散热的研究。由于结温的上升会使发光复合的几率下降,发光二极管的亮度就会下降,寿命和输出光通也会随着温度的升高而下降,如果PN结产生的热量能尽快的散发出去,不仅提高产品的发光效率,同时也提高了产品的可靠性和寿命。 at_*Zh(
(3)封装原材料的选择。外封装材料的选择是建立在散热的基础上的,因此芯片、基板、支架、散热器和填充材料必须是低热阻,高导热率的材质。 @F<{/|P
最后是对封装好的两种白光LED的特性参数进行了测试和分析,并且通过改变封装条件进一步探讨和分析了两种封装方式。 <J&S[`U!
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关键词:固体照明 白光半导体发光二极管 封装工艺 荧光粉 散热 ~{/M_
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Abstract b?i+nhqI
With the development of material and the innovation of semiconductor manufacture technology, the efficiency of White LED is increasing from 20 to 45 lumens/watt, and has already begun to exceed that of incandescent lamps. Their life characteristics are important factors. When LEDs replace filter white light sources or colored neon lamps in signage, decorative and signaling applications, they will often be viable and efficient alternative. So LEDs will take a new era in “green lighting”. d^aVP
First, The thesis introduces the concept and characteristics of LED and the development of LED technology research in the world and in china. o{sv<$
Secondly, It states the package process of White LED in detail and discusses the following aspects: ls^Z"9P
One aspect is the coating method of phosphor, which influences the LED’s color temperature and range of available color properties, so,phosphor coating in manufacturing process must be uniform in thickness. "CJ~BJI%
Another aspect is the heat dissipated. In general, the cooler the environment, the higher an LED’s light output will be. Higher temperatures generally reduce light output. and LED’s life. If the heat within the junction is dissipated by convection and conduction, their useful life and the efficiency of LED would be increase. 8@m$(I+
The last aspect is the selection of material which include phosphors, chip, heat sinking and substrate. All material must be excellent conductors of heat. 5
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Thirdly, we obtain the data from measuring two kinds of White LED with different packaging process and draw a conclusion. Q%JI-&K
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Key words: solid-state lighting White semiconductor light emitting diode \9VF)Y.ke
Packaging process phosphor heat dissipated. 6WY/[TC-
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1 绪论 smf"F\Ws
1.1 引言 V%oZT>T3
LED(light emitting diode,发光二极管)已有近30年的发展历程。20世纪70年代,最早的GaP、GaAsP同质结红、黄、绿色低发光效率的LED已开始应用于指示灯、数字和文字显示。从此,LED开始进入多种应用领域,包括宇航、飞机、汽车、工业应用、通信、消费类产品等,遍及国民经济各个部门和千家万户。 目前被认为能取代传统照明方式的白光LED的光效和寿命不高,还远远不能达到家庭日常照明的需求,为了提高白光LED的性能,一方面其发光芯片的效率有待提高;另一方面,白光LED的封装技术也需改善。 \"a{\E,{;
在LED产业链接中,上游是LED衬底晶片及衬底生产,中游的产业化为LED芯片设计及制造生产,下游归LED封装与测试。研发低热阻、优异光学特性、高可靠的封装技术是新型LED走向实用、走向市场的产业化必经之路,从某种意义上讲是链接产业与市场的纽带,只有封装好的才能成为终端产品,才能投入实际应用,才能为顾客提供服务,使产业链环环相扣,无缝畅通。 A9MM^jV8
本文主要从封装结构的设计、封装材料的选择和搭配及工艺技术等多方面入手,来实现白光LED,并且提高封装取光效率和LED的寿命。 MNd\)nX
1.2 LED简介 ApCU|*r)
在半导体材料的PN结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二级管叫发光二级管。严格的说,LED这个术语应该仅应用于发射可见光的二极管,发射红外辐射的二极管叫做红外发光二极管,发射峰值波长在可见光短波界限附近,由部分紫外辐射的二极管称为紫外发光二极管,但是习惯上把以上所说的三种半导体二极管统统叫做发光二极管[1-4]。 eIkKsgr>
发光二极管是由Ⅲ-V族化合物,如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的,其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性,即正向导通,反向截止、击穿特性。此外,在一定条件下,它还具有发光特性。在正向下,电子由N区注入P区,空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光,如图1-1[5-7]。假设发光是在P区中发生的,那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光,或者先被发光中心捕获后,再与空穴复合发光。除了这种发光复合外,还有些电子被非发光中心(这个中心介于导带、价带中间附近)捕获,而后再与空穴复合,每次释放的能量不大,不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大,光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的,所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。 H{*Dc_
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图1-1 LED的发光原理 rL{R=0
1.3 LED的特点和分类 t5-O-AI[b{
1.3.1 LED的特点 UY<