白光发光二极管封装技术及应用研究

半导体照明在显示、照明领域扮演重要角色,具有极大的发展潜力,近年来引起了广泛的关注,将成为21世纪最具发展前景的高新技术之一。在各国政府和相关机构的支持下,半导体照明在技术上不断取得突破、产品得到大力的推广和应用。目前我国LED产业链各环节的产业化水平较低,仍以一般传统形式封装的中低档产品为主,在大功率LED封装领域的产业化技术研发尚处于起步阶段,竞争实力较弱。目前,成本、发光效率以及散热等因素制约了半导体照明的大规模应用,要想降低成本就必须取得技术突破,实现大规模生产。在LED产业链接中,上游是LED衬底晶片生产,中游为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走向实用化的关键。 本文主要研究大功率LED的封装技术,涉及大功率LED的光学设计与热管理,LED封装工艺以及应用产品的开发,取得的结果如下: (1)对于大功率LED的光学设计,研究了微透镜阵列对LED光学性能的影响,根据模拟的结果,发现微透镜阵列技术能够显著地改善LED的光学性能,改变其光束分布,将LED的照度衰减降低12%以上,从而得到更加均匀的照明系统。 (2)关于大功率LED的热管理,利用有限元方法,研究了大功率LED的温度场分布,建立了单芯片以及阵列封装的实体模型,模拟了不同条件对LED温度情况的影响,为样品封装提供依据。 (3)根据设计以及模拟的结果,封装了1W、4W和9W大功率LED样品,并对其光电性能做了测试,测试结果表明,其相关指标达到了预期的设计目标。 (4)研制了一种新型的采用热电制冷的大功率LED模块,测试了热电制冷器的制冷效果,结果表明基于热电制冷的大功率LED封装模块能够有效地降低LED的工作温度,与不采用热电制冷器的LED相比,基板温度能够降低36%以上。 (5)开发了两种LED照明产品,模拟和测试的结果显示,该产品的各项性能指标达到了实际应用的要求,为半导体照明开拓了新的应用领域。