功率型白光LED封裝技術(shù)發(fā)展的四個(gè)趨勢(shì)
趨勢(shì)一：新型熒光粉的開發(fā)
YAG:Ce3+是最早被廣泛應(yīng)用于白光LED技術(shù)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(dǎo)體照明的持續(xù)發(fā)展推動(dòng)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(shí)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(xué)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(xué)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(shí)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(dāng)前，國(guó)外公司在LED用熒光粉方面技術(shù)成熟，且持有大部分重要專利。他們通過對(duì)熒光粉專利的把持而占領(lǐng)LED市場(chǎng)，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(guó)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(duì)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(shù)的開發(fā)上做的不夠。
趨勢(shì)二：白光LED光學(xué)模型的建立及發(fā)展
熒光粉應(yīng)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(duì)熒光粉的研究主要集中在熒光粉的光學(xué)性質(zhì)對(duì)白光LED封裝性能的影響，例如取光效率[1-3]、顏色空間分布[4,5]以及光色質(zhì)量[6,7]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(xué)軟件模擬LED封裝結(jié)構(gòu)的光學(xué)性能，將熒光粉層處理成Mie散射材料，這樣能夠通過光學(xué)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。Narendran[8]、Zhu[9]、Kang[10]和Z. Liu[11]則通過實(shí)驗(yàn)詳細(xì)的研究了熒光粉的光學(xué)性質(zhì)。
趨勢(shì)三：新型熒光粉涂覆方式
傳統(tǒng)的熒光粉涂覆方式為點(diǎn)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(lán)斑等光色不均勻現(xiàn)象。Philips Lumileds公司提出了保形涂覆的熒光粉涂覆方式，它們?cè)诘寡bLED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(shí)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(xué)模擬結(jié)果表明，這種熒光粉與芯片接觸的近場(chǎng)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[1]。澳大利亞的Sommer采用數(shù)值模擬的方法模擬Philips Lumileds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[4]。隨著對(duì)白光LED光學(xué)模擬的深入，熒光粉遠(yuǎn)場(chǎng)激發(fā)的方案顯示了更多的優(yōu)越性。
趨勢(shì)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(dòng)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(yán)重，人們采用各種散熱技術(shù)，如熱管、微熱管[12]、水冷、風(fēng)冷等方法對(duì)LED實(shí)施散熱。
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