LED热隔离封装技术及对光电性能的改善

LED热隔离封装技术及对光电性能的改善
2010-12-11 13:45:55 《半导体照明》杂志中国半导体照明网文/范冰丰罗滔吴昊王钢中山大学佛山研究院中山大学半导体照明系统研究中心行业分类:其它浏览

　　在传统的白光LED封装结构中，荧光粉直接涂覆于芯片上面，工作时，芯片释放的热量直接加载在荧光粉上面，导致了荧光粉的温升，使得荧光粉在高温下转化效率降低。而在荧光粉与芯片之间引入一层低导热的热隔离层能够有效的阻止芯片的热量直接加载到荧光粉上，降低了荧光粉层温度，使得白光LED在大电流注入下都能保持较高的流明效率。

图2 传统结构和热隔离结构中荧光粉表面的温度曲线，红色为实验值，蓝色为模拟值[14]

图3 热隔离封装结构中，样品沿h2方向的径向温度分布(h2=1mm)

　　综上所述，降低荧光粉层温度的有效办法是在芯片与荧光粉层之间引入低导热的热隔离层，尤其对于更大功率的LED器件而言，对荧光粉的热控制技术显得尤为重要。

　　2．荧光粉局域热效应

　　荧光粉层并不是具有均匀热导率的单一介质，而是由荧光粉颗粒与低导热的硅胶混合而成，每颗荧光粉颗粒由硅胶包裹而成。我们的研究结果表明荧光粉颗粒在不同的转化效率下(即不同的释热量)芯片和荧光粉的温场分布。在荧光粉转化效率高(>80%)的情况下，荧光粉的温度主要受芯片加热的影响。荧光粉距离芯片越近，温度越高，热隔离的措施能有效降低荧光粉的温度。在荧光粉颗粒发热明显的情况下，由于包裹荧光粉颗粒是低导热率的硅胶，荧光粉颗粒会形成局域热量，使得荧光粉颗粒的温度升高，甚至超过芯片的温度。而出现荧光粉局域热量的条件是荧光粉的低转化效率，导致荧光粉释热大。

　　在实际的LED封装结构中，荧光粉的转化效率高，荧光粉的温度主要是由于芯片的加热作用，荧光粉与芯片直接有效的热隔离能明显降低荧光粉的温度。进一步降低荧光粉层的温度可以通过提高荧光粉层的导热率来实现。

　　为了表明两种封装结构对白光LED光色性能的影响，我们把LED白光光谱中蓝光波段(Blue)和黄光波段(Yellow)提取出来，以蓝光波段光谱和黄光波段光谱的积分量比例值(B/Y)作为光谱评价依据。图4表明的是电流从50mA到800mA，两种情况下B/Y值跟注入电流的关系，B/Y值的变化反映了白光LED光色的变化，在图6中，我们展示了两种结构中光通量、色温(CCT)跟注入电流的变化关系。两种封装结构中，注入电流在达到300mA以前，两者光通量的值几乎没发生变化，随着注入电流的继续升高，热隔离封装结构显示了更好的光饱和性能。色温CCT反映了白光LED光色的表现性能，注入电流从50mA增加到800mA，热隔离结构的LED色温仅变化253K，而传统结构LED色温变化达1773K。图5中B/Y值的变化也反映了这种趋势，热隔离封装结构在较大的电流变化范围内B/Y值变化很小，而传统结构中B/Y值的变化很大。在传统结构中，电流越大时，B/Y值也随着增大，这说明随着电流增加，LED光谱中蓝光成分增强，而将蓝光转化为黄光的荧光粉转化效率下降。而造成荧光粉转化效率下降的一个重要原因就是芯片对荧光粉的加热，造成了荧光粉温度上升。

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