一、 引言

　　隨著LED產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，大功率白光LED的應(yīng)用范圍在逐步的擴大化，相應(yīng)地對其性能也日益提出更高要求，包括亮度、顯色性能、光色一致性等[1]。改善大功率LED的顯色性能需要重點研究關(guān)鍵物料熒光粉和熒光粉配比、封裝工藝等[2]。由于高輝度藍光LED的問世，因此利用熒光體與藍光LED的組合，就可輕易獲得白光LED，然而，如何通過改善熒光粉配比和封裝工藝使熒光體與藍光LED的組合能夠得到更好的發(fā)揮，從而改善大功率的顯色性能、得到更好的光譜效果，甚至延長使用壽命，對于推動整個產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實意義。

　　二、試驗方案設(shè)計

　　( 1 ) 項目研究的預(yù)期關(guān)鍵技術(shù)目標(biāo)

表2-1 項目研究的預(yù)期關(guān)鍵技術(shù)目標(biāo)

　　( 2 ) 方案設(shè)計：

　　甄選物料

　　晶片：發(fā)光顏色，發(fā)光波段，發(fā)光強度;熒光粉：激發(fā)波段，粒度粒徑，原材料;支架：碗杯形狀，基質(zhì)材料;

　　工藝試驗過程設(shè)計

　　配比的調(diào)試，制造工藝的選擇，以及各因素包括熱學(xué)、控制條件、作業(yè)方法、來料品質(zhì)、電流、設(shè)計方式、溫濕度等的嚴格控制。

　　產(chǎn)品性能參數(shù)的測試

　　選擇高精度、高靈敏度測試機臺以保證性能參數(shù)的準(zhǔn)確無誤。[NT:PAGE=隨著LED產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展$]

　　三、 研究項目的關(guān)鍵要素分析

圖3-1 影響大功率LED顯色效果的主要因素權(quán)重分析情況

　　四、 關(guān)鍵要素甄選和試驗過程

　　通過上述權(quán)重分析，可以知道影響大功率LED顯色效果的關(guān)鍵要素是物料、配比和制造工藝。

　　(1) 物料要素：

　　關(guān)鍵物料

　　紅色熒光粉，綠色熒光粉，黃色熒光粉，在封裝成型后，通過正常藍色晶片發(fā)出光能可以激發(fā)出，晶片：發(fā)光顏色，發(fā)光波段，發(fā)光強度;熒光粉：激發(fā)波段，粒度粒徑，原材料;硅膠：粘度，透光率;支架：碗杯形狀，基質(zhì)材料。[NT:PAGE=研究項目的關(guān)鍵要素分析$]

　　(2)熒光粉配比問題：

　　配比的調(diào)試是最為關(guān)鍵，要使色坐標(biāo)在特定范圍內(nèi)，光通量最大化，并且要使波譜圖趨向完美化即使顯色性能達到最好。

　　(3) 工藝要素：

　　關(guān)鍵工藝參數(shù)設(shè)計

　　熒光膠封膠，外封膠封膠的壓力，時間等參數(shù)的控制，以及熒光膠烘烤，外封膠封烤的進烤溫度，烘烤溫度、時間以及外界環(huán)境的控制。

　　關(guān)鍵工藝參數(shù)分析

　　通過試驗，探索各工藝參數(shù)對產(chǎn)品的影響，從而確定最佳的工藝參數(shù)以保證試驗高效、順利進行。

　　(4) 試驗過程：

　　工藝試驗儀器與設(shè)備資源需求

　　燒杯，玻璃棒，固晶機，焊線機，抽真空機，烤箱，IS測試機臺，防潮柜

　　試驗主流程設(shè)計

　　先按正常工序，固晶、焊線做好備用材料。

　　1.按合適比例分別配好單種熒光粉A、B、C的熒光膠，根據(jù)固定膠量對備用材料進行點膠，各標(biāo)號①、②、③，各點3pcs，用IS測試機臺測試光通量、顯色指數(shù)等參數(shù)，進行熒光膠烘烤后以及制成成品后皆進行測試相關(guān)數(shù)據(jù)。[NT:PAGE=熒光粉配比問題$]

　　2.按合適比例配好單種紅色熒光粉A、綠色熒光粉B的熒光膠以及A、B兩種熒光粉的混合熒光膠，用A、B兩種熒光粉的混合熒光膠按固定膠量分別點膠3pcs，標(biāo)號④;將配好的A熒光膠以1/2固定膠量點在晶片上，然后將B熒光膠以1/2固定膠量點在已點了1/2固定膠量的A熒光膠的材料上，標(biāo)號⑤;將B膠點在下面，A膠點在上面，膠量不變，標(biāo)號⑥;對④、⑤、⑥分別用IS機臺測試各參數(shù)，再進行熒光膠烘烤，熒光膠烘烤出烤后以及制成成品后皆進行測試相關(guān)數(shù)據(jù)。

　　3.將A、B、C三種熒光粉按合適比例配好熒光膠，然后點膠，標(biāo)號⑦，測試參數(shù)，熒光膠烘烤，出烤后再次測試。以A、B、C在混合熒光膠中的比例配好單獨的熒光膠，然后按照上下層的順序點膠：A、B、C，標(biāo)號⑧;A、C、B，標(biāo)號⑨;B、A、C，標(biāo)號⑩;B、C、A，標(biāo)號11;C、A、B，標(biāo)號12;C、B、A，標(biāo)號13。用IS機臺分別測試其參數(shù)，然后進行熒光膠烘烤，出烤后以及制成成品后皆分別測試相關(guān)數(shù)據(jù)。

　　五、 試驗結(jié)果與討論

　　(1)單種熒光粉的熒光膠封裝

　　通過選擇合適發(fā)光顏色和波段的晶片，顏色、顆粒度和激發(fā)波段合適的熒光粉，單種熒光粉的封裝紅色熒光粉A封裝出的LED顯色性能較差，綠色熒光粉B封裝出的LED 顯色指數(shù)最大值可達到80，而黃色熒光粉C封裝出的LED 顯色指數(shù)最大值可達到85。其光譜能量分布圖分別如圖1、2、3所示：

圖5-1 紅色熒光粉激發(fā)光譜能量分布圖

圖5-2 綠色熒光粉激發(fā)光譜能量分布圖[NT:PAGE=試驗結(jié)果與討論$]

圖5-3 黃色熒光粉激發(fā)光譜能量分布圖

　　(2)兩種熒光粉的熒光膠封裝

　　兩種熒光粉的封裝，本文試驗采用了兩種熒光膠分層封裝和兩種熒光粉混合后封裝的不同熒光膠封裝工藝。通過試驗，一定波段的藍光晶片通過激發(fā)紅色熒光粉A、綠色熒光粉B以及硅膠按比例混合而成的熒光膠所封裝的LED顯色指數(shù)可達到95，而兩種熒光膠分層封裝出的LED的顯色指數(shù)略低，可達到90，其光譜能量分布圖分別如圖4、圖5所示(注：熒光粉、硅膠比例，熒光膠膠量以及成品色品坐標(biāo)均一致)：

圖5-4 紅色、綠色熒光粉混合封裝后激發(fā)光譜能量

圖5-5 紅色、綠色熒光粉分層封裝后激發(fā)光譜能量分布圖[NT:PAGE=兩種熒光粉的熒光膠封裝$]

　　(3) 三種熒光粉的熒光膠封裝

　　三種熒光粉的封裝，本文試驗采用了三種熒光膠分層封裝和三種熒光粉混合后封裝的不同熒光膠封裝工藝。通過試驗，一定波段的藍光晶片通過激發(fā)一定激發(fā)波段的紅色熒光粉A、綠色熒光粉B、黃色熒光粉C以及硅膠按比例混合而成的熒光膠所封裝的LED顯色指數(shù)可達到94，單種熒光粉的分層封裝的LED顯色指數(shù)可達91其光譜能量分布圖分別如圖6、圖7所示(注：熒光粉、硅膠比例，熒光膠膠量以及成品色品坐標(biāo)均一致)：

圖5-6 紅、綠、黃色熒光粉混合封裝后激發(fā)光譜能量分布圖

圖5-7 紅、綠、黃色熒光粉分層封裝后激發(fā)光譜能量分布圖

　　(4) A、B兩種熒光粉混合的熒光膠與A、B、C三種熒光粉混合的熒光膠的激發(fā)情況對比

　　由表1可看出，此兩種熒光膠封裝工藝，A、B兩種熒光粉混合與A、B、C三種熒光粉混合所封裝出的LED相比，由于黃色熒光粉C的加入，色溫在3050左右的LED光通量的最大值平均增加了5.342lm，變化率為8.85%，顯色指數(shù)從95下降到92;而色溫在6730左右的LED光通量的最大值平均增加了3.334lm，變化率為4.92%，顯色指數(shù)從95下降到91。

　　六、 結(jié)論

　　(1)幾種熒光膠分層封裝和混合后封裝的不同熒光膠封裝工藝相比，幾種熒光粉混合后封裝的LED顯色指數(shù)高，在熒光粉、硅膠比例，熒光膠膠量以及成品色品坐標(biāo)均一致的情況下，此兩種封裝工藝所制備的LED顯色指數(shù)平均相差4;

　　(2)一定波段的藍光晶片通過激發(fā)紅色熒光粉A、綠色熒光粉B以及硅膠D按一定比例混合的熒光膠，可封裝出顯色指數(shù)為95的大功率LED;

　　(3)紅色熒光粉A、綠色熒光粉B兩種熒光粉混合與紅色熒光粉A、綠色熒光粉B、黃色熒光粉C三種熒光粉混合所封裝出的LED相比，由于黃色熒光粉C的加入，色溫在3050左右的LED光通量的最大值平均增加了5.342lm，變化率為8.85%，顯色指數(shù)從95下降到92;而色溫在6730左右的LED光通量的最大值平均增加了3.334lm，變化率為4.92%，顯色指數(shù)從95下降到91。

　　七、 后續(xù)研討方向

　　衰減問題是任何一種LED產(chǎn)品關(guān)注的重點，關(guān)于高顯色性能產(chǎn)品的衰減問題將作為后續(xù)探索、研究的方向。

　　參考文獻：

　　[1] Steele R V. High-brightness LED market overview[J ]. Proc. SPIE, 2001 , 4 445:1.

　　[2] 蔣大鵬 侯鳳勤 等.白色發(fā)光二極管色坐標(biāo)和顯色指數(shù)的一致性[J].液晶與顯示，2002.17.3.

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　　[4] 大田登.色彩工學(xué)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1998.320.

　　[5] Zukauskas A , Shur M S, Caska R. Introduction to Solid-state Lighting[M]. New York: Jwiley &Sons , 2002.[NT:PAGE=結(jié)論$]