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第38卷增刊2010年4月化 工 新 型 材 料N EW CH EMICAL MA TERIAL S Vol 138No 14・23・作者简介:张保坦(1979-),男,博士,主要从事功能性有机硅及其复合材料的设计合成及应用性能研究。
L ED 封装材料的研究进展张保坦1 李 茹1,2 陈修宁1 张 帆1 刘白玲1,2 王公应1,2 何国锋3(11常州化学研究所常州市新光源材料与技术重点实验室,常州213164;21中科院成都有机化学有限公司,成都61041;31常州煜明电子有限公司,常州213000)摘 要 发光二极管是一类可直接将电能转化为可见光和热等辐射能的发光器件。
随着亮度和功率的不断提高,封装材料成为制约L ED 进入照明领域的关键技术之一。
针对L ED 对封装材料的性能要求,综述了L ED 封装材料种类、特点及发展现状,并重点介绍了环氧和有机硅材料的应用研究进展。
关键词 L ED ,封装材料,环氧树脂,有机硅Advanced progress of L ED encapsulation materialsZhang Baotan 1 Li Ru 1,2 Chen Xiuning 1 Zhang Fan 1 Liu Bailing 1,2 Wang G ongying 1,2 He Guofeng 3(1.Changzhou Key Laboratory of Novel Lighting Materials and Technology ChangzhouInstit ute of Chemist ry ,Changzhou 213164;2.Chengdu Instit ute of Organic Chemist ry ,Chinese Academy of Sciences ,Chengdu 610041;3.Changzhou Yuming Electronics Co.,Lt d.,Changzhou 213000)Abstract L ED is the abbreviation of light emitting diode ,which is a kind of semiconductor materials that can transform electrical energy into visible light.With the improvement of L ED brightness and efficiency ,the perparation of the encapsulation materials become one of the key technology which restrict the L ED to enter the lighting field.Hence ,this article summarized the types ,characteristics and development of L ED encap sulation materials aiming at the the per 2formance requirements of L ED packaging materials ,especially the epoxy and silicone materials.K ey w ords L ED ,encap sulation materials ,epoxy resins ,silicone L ED 是由芯片、金属线、支架、导电胶、封装材料等组成,其中的封装材料主要起到密封和保护芯片正常工作,避免其受到周围环境中湿度与温度的影响;固定和支持导线,防止电子组件受到机械振动、冲击产生破损而造成组件参数的变化;降低L ED 芯片与空气之间折射率的差距以增加光输出及有效地将内部产生的热排出等作用[122]。
白光LED制备工艺及其性能测试一、引言白光LED是当前最主流的一种光源，它具有高效节能、寿命长、结构简单等优点。
随着LED技术的不断创新和发展，白光LED在照明、显示等领域的应用越来越广泛，成为未来照明产业的重要组成部分。
本文将介绍白光LED制备工艺及其性能测试。
二、白光LED制备工艺白光LED的制备需要三个基本组件：芯片、封装和散热器。
芯片是白光LED的核心部件，是实现白光LED发光的主要元件。
芯片的制备工艺通常分为以下几个步骤：1.蓝宝石基片制备：蓝宝石基片是白光LED芯片的基础材料。
蓝宝石基片制备的主要工艺步骤包括基片钢化、表面抛光和表面清洗等。
2.外延生长：外延生长是制备白光LED芯片的核心技术之一。
外延生长过程中，需要按照一定的材料比例、温度和气体压力等条件，在蓝宝石基片上沉积多层半导体材料，以实现各层材料的不同电学性能。
3.制备pn结：在外延生长完成后，通过控制外延生长反应的条件以及半导体材料的剪切和蚀刻等技术，在芯片上形成pn结，从而实现LED的电致发光。
4.金属化与分离：制备好的芯片需要进行金属化和分离等后处理工艺，以实现芯片的可靠电路连接和外部焊接。
封装是白光LED的另一个重要组成部分，它是将白光LED芯片捆绑到LED灯泡中并连接电路的过程。
封装的主要步骤包括：1.选材：选择合适的封装材料是封装成功的关键。
当前主要采用的是无红光封装材料。
2.LED芯片固定：将制备好的LED芯片通过机械固定在LED 灯泡中。
3.散热器制备：散热器是封装中不可缺少的部分，它能够有效降低LED发热并延长LED的使用寿命。
三、白光LED性能测试白光LED的性能测试是评价白光LED质量的重要标准之一，主要包括以下指标：1.光通量：白光LED能够输出的光功率，是LED照明中最常见的衡量指标。
2.色温：白光LED发出的光颜色，通常被分为冷白光、中性白光和暖白光。
3.色纯度：LED发出的光越纯度高，则色彩会更饱和，颜色纯度可用Ra和CIE1931等方法评价。
文献综述白光LED研究进展白光LED（White Light Emitting Diodes）是一种新型的半导体发光器件，具有高亮度、高颜色还原度和低功耗等优点。
自20世纪90年代以来，白光LED研究得到了广泛的关注和深入的研究。
本文将对白光LED的研究进展进行综述。
首先，白光LED的发展历程是我们了解该研究的基础。
20世纪60年代初，应用无机发光物质的荧光粉将蓝光发光二极管和黄光荧光体组合构成白光源，实现了最早的白光LED。
之后，半导体发光材料的研究和发展推动了白光LED技术的进一步突破。
20世纪90年代，新型的宽禁带半导体材料氮化镓（GaN）和蓝光LED发光二极管的成功制备，为白光LED的发展奠定了基础。
其次，白光LED的研究主要集中在发光材料的选择和光谱调控。
现有的白光LED技术主要包括基于蓝光LED的荧光粉转换、基于磷化镓和氮化铟的LED和基于量子点的LED等。
荧光粉转换技术是最早被广泛应用的方法，通过将蓝光LED的紫外辐射转化为可见光辐射来产生白光。
磷化镓和氮化铟的LED具有较高的光电转换效率，可实现高亮度的白光发光。
而量子点的LED由于其在带宽调节方面的优势，成为白光LED领域的研究热点。
在白光LED的光谱调控方面，主要包括发光材料的配方和结构设计技术。
发光材料的配方要求能够提供较宽的光谱范围，以实现良好的颜色还原度。
结构设计技术则包括辐射结构和超晶格结构等，用于调控发光材料中载流子的复合和辐射，提高发光效率和光谱性能。
此外，白光LED的研究还包括光学设计和封装技术。
光学设计技术主要用于提高白光LED的光效和颜色均匀性。
通过调整发光材料的位置、尺寸和形状等参数，使其产生更加均匀的光强分布和色温。
封装技术则是将LED芯片和其他器件封装在一起，以提高白光LED的亮度和稳定性。
最后，白光LED技术的应用前景也是白光LED研究的重点之一、目前，白光LED已广泛应用于室内照明、背光源、汽车照明、显示屏等领域。
白光LED封装由于高辉度蓝光LED的问世，因此利用荧光体与蓝光LED的组合，就可轻易获得白光LED。
目前白光LED已成为可携式信息产品的主要背光照明光源，未来甚至可成为一般家用照明光源。
此外最近几年出现高功率近紫外LED，同样的可利用荧光体变成白光LED，LED的特点是小型、低耗电量、寿命长，若与具备色彩设计自由度、稳定、容易处理等特点的荧光体组合时，就可成为全新的照明光源。
通常LED与荧光体组合时，典型方法是将荧光体设于LED附近，主要原因是希望荧光体能高效率的将LED产生的光线作波长转换，而将荧光体设于光线放射密度较高的区域，对波长转换而言是最简易的方法。
此外荧光体封装方法决定白光LED的发光效率与色调，因此接着将根据白光化的观点，深入探讨LED与荧光体的封装技术。
蓝色LED+YAG荧光体的白光化封装图1是目前已商品化白光LED，具体而言它是将可产生黄光的YAG:Ce荧光体分散于透明的环氧树脂内，再用设于碗杯内的蓝色LED产生的光线激发转换成白光，这种方式的白光发光机制是利用LED产生蓝色光线，其中部份蓝光会激发YAG荧光体变成黄色发光，剩余的蓝光则直在外部进行蓝光与黄光混色进而变成白光，这种方式的特点是结构简单，只需在LED的制作过成中追加荧光体涂布工程即可，因此可以大幅抑制制作成本，此外另一特点是色度调整非常单纯。
图1 蓝光LED+YAG荧光体图2是改变树脂内YAG荧光体浓度之后，LED色坐标plot的结果，由图可知只要色坐标是在LED与YAG荧光体两色坐标形成的直线范围内，就可任意调整色调，依此可知YAG荧光体浓度较低时，蓝色穿透光的比率较多，整体就会呈蓝色基调白光；相对的如果YAG荧光体浓度较高时，黄色转换光的比率较多，整体呈黄色基调白光。
如上所述将部份蓝色LED当作互补色的方式，不需要高密度(与树脂的百分比)的荧光体涂布，因此可以有效降低荧光体的使用量。
一般而言荧光体与树脂的百分比，虽然会随着YAG荧光体的转换效率，与碗杯的形状而改变，不过10～20wt%左右低配合比就能获得白光。
高亮度LED的封装光通原理：毫无疑问的，这个世界需要高亮度发光二极管（High Brightness Light-Emitting Diode；HB LED），不仅是高亮度的白光LED（HB WLED），也包括高亮度的各色LED，且从现在起的未来更是积极努力与需要超高亮度的LED（Ultra High Brightness LED，简称：UHD LED）。
用LED背光取代手持装置原有的EL背光、CCFL背光，不仅电路设计更简洁容易，且有较高的外力抗受性。
用LED背光取代液晶电视原有的CCFL背光，不仅更环保而且显示更逼真亮丽。
用LED照明取代白光灯、卤素灯等照明，不仅更光亮省电，使用也更长效，且点亮反应更快，用于煞车灯时能减少后车追撞率。
所以，LED从过去只能用在电子装置的状态指示灯，进步到成为液晶显示的背光，再扩展到电子照明及公众显示，如车用灯、交通号志灯、看板讯息跑马灯、大型影视墙，甚至是投影机内的照明等，其应用仍在持续延伸。
更重要的是，LED的亮度效率就如同摩尔定律（Moore''s Law）一样，每24个月提升一倍，过去认为白光LED只能用来取代过于耗电的白炽灯、卤素灯，即发光效率在10∼30lm/W内的层次，然而在白光LED 突破60lm/W甚至达100lm/W后，就连荧光灯、高压气体放电灯等也开始感受到威胁。
虽然LED持续增强亮度及发光效率，但除了最核心的荧光质、混光等专利技术外，对封装来说也将是愈来愈大的挑战，且是双重难题的挑战，一方面封装必须让LED有最大的取光率、最高的光通量，使光折损降至最低，同时还要注重光的发散角度、光均性、与导光板的搭配性。
另一方面，封装必须让LED有最佳的散热性，特别是HB（高亮度）几乎意味着HP（High Power，高功率、高用电），进出LED的电流值持续在增大，倘若不能良善散热，则不仅会使LED的亮度减弱，还会缩短LED的使用寿命。
