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LED热隔离封装技术及对光电性能的改善

2010-12-14 09:15
天堂的苦涩
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        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。

        除了芯片释放的热量之外,涂覆的荧光粉受蓝光激发时,因荧光粉的转化效率尚未达到100%,另外由于散射等其它损耗的存在,荧光粉颗粒本身也会有少量的热量释放,容易形成局域热量累积,为此当荧光粉材料转化效率较低时,还需为荧光粉提供散热通道,防止荧光粉颗粒局域热的生成。下面通过传统荧光粉涂覆方式和热隔离封装方式两组实验对比了解两种结构中芯片和荧光粉的热相互作用。

  1、LED芯片对荧光粉的加热

  为了评价LED芯片对荧光粉热性能方面的影响,我们制作了两组白光LED封装结构,一组采用传统的荧光粉涂覆方式,另一组采用热隔离的荧光粉涂覆方式,图1是该热隔离封装结构的剖面制样图。

 传统白光LED横截面图示(a)荧光粉热隔离封装结构(b)

图1   传统白光LED横截面图示(a)荧光粉热隔离封装结构(b),h=1mm[14-16]

  荧光粉热隔离封装结构是通过荧光粉覆膜的方式实现的。荧光粉覆膜技术是我们提出的一种新型荧光粉涂覆方法,即根据出光要求设计好荧光粉膜层的结构,在专用模具内完成荧光粉膜层的成型,剥离后,将荧光粉膜层转移到LED芯片上方,同时LED芯片和荧光粉膜层中间还有一层低导热系数的硅胶层。为了表明两种封装结构热性能上的差别,我们比较了两种封装结构表面的温度分布图。图2是两种封装结构在200、350和500mA直流驱动下表面IR Camera测得温度径向分布。在200 mA驱动电流下时,热隔离封装结构比传统封装方式中心温度低1.6℃。在350mA和500mA注入电流下时,荧光粉层的温差分别达到了8.5℃和16.8℃,并且在500mA注入电流下时,传统结构荧光粉的表层最高温度已经达到130.2℃。另外,热隔离封装结构整个荧光粉表层的温度都很均匀,而传统结构中荧光粉中心温度较高,在大电流时尤为明显。

  我们通过有限元模拟来分析封装结构中的参数变化对白光LED性能的影响。结果表明,可以通过封装结构设计及封装材料热导率调整来调控荧光粉层的温度。图3是LED热隔离封装结构中的温度纵向分布,荧光粉层的温度通过引入的热隔离硅胶层大大降低了。

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