探析白光LED封裝中加入納米氧化鎂對(duì)光學(xué)性能的影響

何正為

（浙江僑鳴光電有限公司，浙江平湖　314200）

探析白光LED封裝中加入納米氧化鎂對(duì)光學(xué)性能的影響

何正為

（浙江僑鳴光電有限公司，浙江平湖314200）

照明領(lǐng)域中，LED取得了突出的發(fā)展成效。其具備功率和亮度的雙向性能和優(yōu)勢。白光LED包含四大性能指標(biāo)，分別是光通量、色溫、顯色性和光衰。筆者在白光LED封裝中加入納米氧化鎂，觀察其是否會(huì)對(duì)光源的四大性能指標(biāo)產(chǎn)生相關(guān)影響，并對(duì)具體影響進(jìn)行闡釋。實(shí)驗(yàn)研究表明，在白光LED封裝中加入納米氧化鎂，對(duì)LED光取出效率具有正面影響。

白光LED封裝納米氧化鎂光學(xué)性能

1　前言

LED即發(fā)光二極管，是近年來興起的一種高效固體光源，具有節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保方面的優(yōu)勢，并且使用壽命比較長。半導(dǎo)體在照明方面的優(yōu)勢和性能主要突出表現(xiàn)在節(jié)能方面，其適用性也比較強(qiáng)，開關(guān)時(shí)間短。當(dāng)前，LED已經(jīng)被普遍應(yīng)用到人們的日常生活和工作中，它的應(yīng)用原理是借助藍(lán)光LED對(duì)熒光物質(zhì)進(jìn)行照射，產(chǎn)生與藍(lán)光互補(bǔ)的黃光，其波長為555nm，進(jìn)而得出白光，它在肉眼背景下進(jìn)行應(yīng)用，適應(yīng)性比較好。相較于傳統(tǒng)照明設(shè)備，它的結(jié)構(gòu)和色度調(diào)整都比較簡單。筆者通過實(shí)驗(yàn)，在硅膠中填充納米氧化鎂粒子，以提高封裝材料的折射率，進(jìn)而確保LED封裝的光取出率也有較大提高。

2　項(xiàng)目背景和必要性

在LED產(chǎn)業(yè)布局中，LED封裝處于中游位置，其要完成電信號(hào)的輸入輸出工作，確保正常電流背景下，芯片處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，并且不會(huì)受到外部機(jī)械、熱和潮濕等環(huán)境因素的影響。同時(shí)，對(duì)處于工作狀態(tài)下的芯片溫度進(jìn)行有效控制。如果芯片的結(jié)點(diǎn)溫度超出一定范圍，會(huì)對(duì)其顏色和發(fā)光效率產(chǎn)生相應(yīng)的影響。

全球已經(jīng)初步形成以亞洲、北美、歐洲為中心的LED產(chǎn)業(yè)分布和競爭格局。美國以“半導(dǎo)體照明國家研究項(xiàng)目”和“固態(tài)照明研究和發(fā)展計(jì)劃”為主；日本以“21世紀(jì)照明”計(jì)劃為主；韓國以“光電子產(chǎn)業(yè)分支—GaN半導(dǎo)體發(fā)光計(jì)劃”為主。

當(dāng)前，日亞化學(xué)和豐田合成、美國科銳、飛利浦流明、德國歐司朗、韓國首爾半導(dǎo)體等國際廠商是全球LED領(lǐng)域的領(lǐng)先代表，主導(dǎo)著半導(dǎo)體照明產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3　白光LED封裝現(xiàn)狀分析

LED在人們的日常生活和工作中應(yīng)用比較普遍，但是其仍然存在技術(shù)層面和設(shè)備層面的局限性。近年來，電視背光方面，中功率應(yīng)用日趨成熟，呈現(xiàn)規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化的發(fā)展模式。中功率LED芯片的性能也迅速提升，具有成本和效益方面的雙重優(yōu)勢。隨著LED向通用照明市場的逐步滲透，中功率封裝將LED光源的高能效發(fā)揮到了最佳，也具備價(jià)格方面的優(yōu)勢，具有廣泛的市場認(rèn)可度。其在電源配置、散熱結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能層面取得了良好的應(yīng)用效果［1］。

4　實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用納米氧化鎂對(duì)硅膠封裝白光LED進(jìn)行填充，氧化鎂的含量分別為0、0.25、0.75、1.25、1.75、2.25、2.75。硅膠AB膠與熒光粉的重量配比為：A：B：YAG=10：10：0.5625。研究人員要結(jié)合具體的實(shí)驗(yàn)訴求，對(duì)熒光粉和硅膠種類進(jìn)行嚴(yán)格控制。熒光粉品牌為博睿，硅膠品牌為道康寧。具體的實(shí)驗(yàn)操作流程為：根據(jù)試驗(yàn)需要對(duì)熒光粉、納米氧化鎂和硅膠AB組分進(jìn)行稱量和混合，采用自動(dòng)攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，確保它在混合過程中，處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。然后用武藏點(diǎn)膠機(jī)對(duì)它進(jìn)行封裝處理，最后，在規(guī)定的溫度背景下，對(duì)它進(jìn)行烘烤和固化，進(jìn)而形成封裝好的LED白光燈珠［2］。

5　結(jié)果與討論

白光LED色區(qū)分布受熒光粉沉降的影響。它能夠有效減少熒光粉在支架碗杯內(nèi)的沉降，或者借助封裝工藝促進(jìn)熒光粉的沉降。其能夠?qū)Τ两祵?dǎo)致的熒光粉分布不均問題進(jìn)行有效避免，進(jìn)而使白光LED色區(qū)達(dá)到良好的集中效果。同一溫度背景下，膠水粘度受溫度影響，與溫度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。研究人員借助該原理，對(duì)低溫初始溫度進(jìn)行選擇，并對(duì)烘烤時(shí)間進(jìn)行延長，以提升熒光粉的沉降程度?；蛘撸黾映跏己婵緶囟?、提高膠水固化速率、對(duì)熒光粉沉降時(shí)間進(jìn)行控制，以有效降低熒光粉的沉降程度。技術(shù)人員對(duì)膠水的性能進(jìn)行考量，并對(duì)膠水和熒光粉的性能指標(biāo)進(jìn)行明確，對(duì)點(diǎn)膠樣品在室溫下的靜置時(shí)間和固化工藝進(jìn)行分析，以對(duì)膠水中熒光粉的分布差異進(jìn)行有效控制，進(jìn)而最大程度確保中小功率色區(qū)集中度。

對(duì)貼片式（SMD3528）白光LED光通量與氧化鎂含量的具體關(guān)系進(jìn)行綜合考量。如果氧化鎂的含量為0，貼片式（SMD3528）白光LED光通量大約為6.95m l。它的光通量與氧化鎂含量呈現(xiàn)正相關(guān)。其光通量會(huì)隨著氧化鎂含量的增加而增加。以1.75%為節(jié)點(diǎn)，當(dāng)氧化鎂含量為1.75%的時(shí)候，其光通量達(dá)到極限值。相較于零含量氧化鎂狀態(tài)，增長了12.6%，隨后，呈現(xiàn)逐步下降趨勢。

對(duì)貼片式（SMD3528）白光LED光強(qiáng)與氧化鎂含量的具體關(guān)系進(jìn)行綜合考量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在白光LED封裝中加入適量的氧化鎂，有助于提高膠體的折射率，進(jìn)而對(duì)貼片式（SMD3528）白光LED的光取出率產(chǎn)生正向影響，使其光取出效率逐步提高，以達(dá)到良好的照明效果［3］。

實(shí)驗(yàn)過程中，研究人員一般應(yīng)用色品坐標(biāo)對(duì)光源的顯色特性進(jìn)行精準(zhǔn)的描述。光的顏色對(duì)人們?nèi)粘Ｉ钍孢m度具有很大的影響。在家居生活中，光色偏橙紅，能夠營造出溫暖的家居氣氛，俗稱暖色調(diào)。熾白或者偏淡蘭的光則營造出一種冷清的氛圍，俗稱冷色調(diào)。對(duì)色溫概念進(jìn)行應(yīng)用，當(dāng)光源的色品接近某一溫度背景下的完全輻射體（1960CIE-UCS色品圖的色品差最?。?，那么這個(gè)完全輻射體的溫度為該光源的相關(guān)色溫R1。納米氧化鎂含量與白光LED色溫呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。隨著納米氧化鎂含量的逐步增加，白光LED的色溫則逐漸降低，它由高色溫冷色逐步轉(zhuǎn)化為低色溫暖色。

6　結(jié)語

將納米氧化鎂添加到白光LED封裝硅膠里，進(jìn)而對(duì)白光LED的四大性能指標(biāo)進(jìn)行研究和分析。實(shí)驗(yàn)研究表明，當(dāng)納米氧化鎂的含量比重為1.75%，對(duì)白光LED的出光效率具有正向影響，對(duì)向光色溫和顯色指數(shù)具有負(fù)面影響。技術(shù)人員要對(duì)不同的照明訴求進(jìn)行綜合考量，對(duì)其性能平衡指標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)合理的選擇和應(yīng)用，將白光LED的照明效益發(fā)揮到最優(yōu)。

［1］丁南.納米氧化鎂改性白光LED封裝的光學(xué)性能研究［J］.硅谷，2013，（09）：48+25.

［2］周青超，柏澤龍，等.白光LED遠(yuǎn)程熒光粉技術(shù)研究進(jìn)展與展望［J］.中國光學(xué)，2015，（03）：313-328.

［3］方軍，花剛，等.大功率白光LED封裝結(jié)構(gòu)和封裝基板［J］.半導(dǎo)體技術(shù)，2013，（02）：140-147.