荧光层形状对大功率白光LED光学性能的影响
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周 龙早 ， 刘 辉 ，安 兵 ，吴丰顺 ， 懿平 一 吴
（ 武汉光 电 国家实验 室 ｄ ， 中科技 大学 材 料成 形与模 具 国家重点 实验室 ， ｅ）华 湖北 武汉 ４ Ｏ ７ ） ３Ｏ４ 摘要： 为确 定荧光 层形 状对大 功率 白光 Ｌ Ｄ光学性 能 的影 响 ， 蓝光 Ｌ Ｄ发 光 晶片激 发 黄色荧 光 粉产 生 白光 Ｅ 对 Ｅ 的荧光涂 布工 艺进行 了研 究 。分 别通 过大 面积 点胶 、 晶片 表 面点 胶 和保 形 荧 光胶 涂 布 工 艺制 得 白光 Ｌ Ｄ 样 Ｅ
Ｉ ｐ ｃ ｆｐ ｏ ｐ ｏ ａ ｅ ’ ｅ ｍｅｒ ｎ ｏ ｔ ａ ｒ ｐ ｒｉｓｏ ｉｈ ｐ ｗｅ ｉ ｍ ａ ｔｏ ｈ ｓ ｈ ｒｌｙ ｒ Ｓｇ ｏ ｔｙ ｏ ｐ ｉ ｌｐ ｏ ｅ ｔｅ ｆｈＩ ｏ ｒｗｈ ｔ ＬＥＤ ｃ ｇ ｅ
Ｚ ＨＯＵ ｏ ｇ ｚ ｏ Ｌ ｎ －ａ ，Ｕ Ｕ ｉ Ｈｕ ，ＡＮ ｉ ｇ Ｗ Ｕ ｅ ｇ ｓ ｕ ，Ｗ Ｕ — ｉ ｇ Ｂｎ ， Ｆ ｎ －ｈ ｎ Ｙｉ ｎ ～ ｐ
匀 性 的 目的 。
图 １ 大 功率 白光 Ｌ Ｄ结构 示意 图 Ｅ
Ｐｉ．１ Ｓ ｈｅ ｔｃ ｄ ａ ｒ ｍ ｆ ｈ ｇ － ｏ ｒ ｗｈ ｔ Ｄ ｇ ｃ ｍａ ｉ ｇ ａ ｏ ｉ ｈ ｐ ｗｅ ｉｅ Ｌ ｉ Ｅ
Ｌ Ｄ样 灯 的 光 强远 场 分 布分 别 如 图 ４ 示 。由 图可 见 ， Ｅ 所 大 面 积 点 胶 白光 Ｌ Ｄ与 晶片 表 面 点胶 白光 Ｌ Ｄ相 比 ， 光 角度 Ｅ Ｅ 发 和 光 强分 布更 理 想 一些 。 因此 ， 果利 用 相 应 的 工 艺 方 法对 荧 如
Ｔｅｈｎ ｌｇｙ ｏｆＨＵＳＴ ， ｕ ａ ３ ７ Ｃｈｉａ ｃ ｏｏ Ｗ ｈ ｎ ４ ００ ４， ｎ ）
Ａｂｔａ ｔＩ ｒ ｅ ｏ ｅ ａｕ ｔ ｈ ｍｐ ｃ ｆｐ ｏ ｐ ｏ ａ ｅ ’ ｅ ｍｅｒ ｎｔ ｅｏ ｔ ａ ｒ ｐ ｒｉｓｏ ｉｈ ｓｒ ｃ ：ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｖ ｌａｅｔ ｅｉ ａ ｔｏ ｈ ｓ ｈ ｒｌｙ ｒ８ｇ ｏ ｔｙｏ ｈ ｐｉ ｌ ｏ ｅ ｔ ｆｈｇ ｃ ｐ ｅ
１ 引
言
２ 实
验
蓝光激发荧光粉发光 ， 目前 白光 Ｌ Ｄ的主要形式［￣ 是 Ｅ １ 。
荧 光 粉 的 涂 布形 式 是 重 要 的 白光 Ｌ Ｄ 封 装 工 序 ， 般 先 按 一 Ｅ 一
２ １ 白光 —— 装 结 构 ． Ｉ Ｄ封 ， Ｅ
典型的大功率 白光 Ｌ Ｄ由 １Ｗ 蓝光 Ｌ Ｄ晶片、 －ｎ合 Ｅ Ｅ ＡｕＳ 金 固晶 、 引线框架 、 键合 Ａｕ丝、 黄色荧光胶 、 填缝硅胶 、 透镜（ 硅 胶或环氧树脂 ） 以及塑料封装外壳等构成 ， 其结构如 图 １ 所示 。
保形荧光涂层 ３种荧 光胶封装工艺 。大 面积 点胶和 晶片表面 点胶荧光涂布工艺 ， 是将 黄色荧光粉和环氧树脂混合后直接用 针筒在晶片表面点胶 ， 由于采用 的是针筒点胶 ， 因此不 能精确
收 稿 日期 ：０ ９０ — ７ 修订 日期 ：０ ９０ —２ ２ ０ —４０ ２ ０ — ９２
＊ 基 金项 目： 国家 自然 科学 基金 资助 项 目（０７００ ６８ ６７）
表 面点 胶 工 艺 由 于部 分 蓝 光 与 荧光 粉 的 配合 不 当 ， 致 白光 色 导 温偏 高 ， 通 量 降 低 。造 成 白光 Ｌ Ｄ 样 灯 色 温 不 均 匀 的 主 要 光 Ｅ
原 因是针筒点胶无法精确控制荧光胶涂布厚度和外形 ， 使得不 同方 向射出的光线色温不同。因此 ， 可以通过相应 的工艺如模 压成型精确控制荧光胶层 的外形 ， 达到控制 白光 Ｌ Ｄ色温均 Ｅ
图 ２ 荧 光涂 层示 意图
Ｆｇ ２ Ｓ ｈ ｍ ｔｃｄａ ｒｍ ｆｐ ｏ ｐｈ ｒｃ ａｉ ｉ ｃｅ ． ａ ｉ ｉｇ ａ ｏ ｈ ｓ ｏ ｏ ｔ ｎｇ
２３ Ｕ ｍ 光 学 性 能测 试 ．
在环 境 温 度 为 ２￣ 正 向 电流 为 ３０ｍＡ 的 恒 流 条 件 ５ Ｃ、 ５ 下， 利用 ５０ＩＩ 积 分球 和角 度 测 试机 等对 Ｌ Ｄ发 光 的 光 通 ０ ＩＩ Ｔ Ｔ Ｅ
影响。
２ ２ Ｌ Ｄ 封装 工 艺 ． Ｅ
在 Ｌ Ｄ固晶、 Ｅ 焊线的基础上 ， 首先将黄色荧光粉与环氧树 脂混合 ， 调制出不 同比例 的荧光胶 。经过搅 拌混匀 、 真空脱泡
后 ， 过 针 筒点 胶 或 模 具 成 型 布 胶 将 荧 光 胶 涂 布 在 蓝 光 Ｌ Ｄ 通 Ｅ 晶 片 的表 面 。采 用 如 图 ２ 示 的 大面 积 点 胶 、 片 表 面 点 胶 和 所 晶
光胶层的体积 和外形进 行精确 控制 ， 可以得 到色坐标 分布集 中、 光强分布理想 以及 色温均匀的白光 。保形荧光胶 白光 Ｌ Ｄ Ｅ 的发光角度约为 １８， １。发光外形接 近于 朗伯型分布 。
（） ｏ ｔ ｇｉ ｗｉｅａｅ ａ Ｃ ａｉ ａ ｄ ｒａ ｎ ｎ
Ｓｌｃ ｎ Ｄｉ ｉｉｏ ｅ ｅ Ｐ ｏｐ ｏ ｅｉ ｅ ｄｆａ ｈ ｓｈ ｒｒｓｎ Ｌ ａ ｒｍｅ
由 ＹＡ Ｇ黄色荧光粉与环氧树脂混合而成。
能 。随着荧光胶层几何形状 的改变 ， 将会改变不 同方 向上 的荧 光粉颗粒浓度 ， 而导致 白光 Ｌ Ｄ的光通量 、 从 Ｅ 光强分布 、 发光 角度以及荧光转换效率等光学特性发生改变［ ｌ 。 ４ ｏ ￣ ］
本 文通 过 大 面 积 点荧 光 胶 、 片 表 面集 中点 荧 光 胶 和荧 光 晶 胶 保形 等 ３ 不 同 工艺 分 别 制得 １ 白光 Ｌ Ｄ样 灯 。利 用 积 种 Ｗ Ｅ 分 球 和角 度 测 试 机 分 别 对 获 得 的 白 光 Ｌ Ｄ进 行 光 学 性 能 测 Ｅ 试 ， 析 与 确 定 荧 光 层 形 状 对 大 功 率 白 光 Ｌ Ｄ光 学 性 能 的 分 Ｅ
光 电 子 · 激 兴
第 ２ 卷 第 ２期 ｌ ２１ ０ ０年 ２月
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＯ ｔｅ ｃ ｏ ｉ Ｌ ｓｒ ｏ ｒ ａ ｏ ｐｏ ｌ ｔ ｎｃ ｅ ｒ ｓ· ａ ｅ Ｖｏ｜ ｌＮ ． Ｆ ｂ ２ １ ｌ２ ｏ ２ ｅ ． ０ ０
荧光层形状对大功率白光 Ｌ Ｄ光学性能的影响 Ｅ
ｐ ｗｅ ｉｅｌ ｈ－ ｍｉｔ ｇ ｄｏ ｅ ＬＥ ，ｈ ｅｌｗ ｈ ｓ ｈ ｒｃ ａｉｇｐ ｏ ｅｓ ｓｗｈｃ ｒ ｓ ｄｔ ｂ ａｎ ｏ ｒｗｈｔ ｉ ｔｅ ｔｉ ｉｄ （ Ｄ） ｔｅｙ ｌ ｇ ｎ ｏ ｐ ｏ ｐ ｏ ｏ ｔ ｒ ｃ ｓｅ ｉｈ ａｅｕ ｅ ｏｏ ｔｉ ｎ ｗｈｔ ｉｈ ｈ ｏ ｇ ｌｅＩ Ｇａ ＬＥ ａ ｅｓｕ ｉｄ Ｔｈ ｉｅＬＥＤ ａ ｌｓａ ｅｏ ｔｉｅ ｈ ｏ ｇ ｈ ｓ ｈ ｒ ｉ ｅｌ ｔｔ ｒ ｕ ｈｂｕ ｎ Ｎ Ｄ ｒ ｔ ｄｅ ． ｅｗｈｔ ｇ ｓ ｍｐｅ ｒ ｂａｎ ｄｔ ｒ ｕ ｈｐ ｏ ｐ ｏ
品， 利用积 分球 和角度 测试机 对 白光பைடு நூலகம்Ｌ Ｄ的光学性 能进行 测 试 ， 果表 明 ， 形荧 光层 白光 Ｌ Ｄ的色 温 、 强 Ｅ 结 保 Ｅ 光
分 布和 发光角 度等光 学性 能优于 大面积 点胶 和晶 片表面点 胶 白光 Ｌ Ｄ 的光 学性 能 。 Ｅ 关 键词 ： 功率 Ｌ Ｄ 荧 光粉 ； 大 Ｅ ； 封装 ； 光学性 能 中图分 类号 ： Ｎ １ ＋． Ｔ ３２ ８ 文 献标识 码 ： Ａ 文章 编号 ： ０ ０ ６ ２ １ ）２０ ％一３ １ ５０ ８ （ ００ ０ － １ ０ ０
其 中 ， 光 Ｌ Ｄ 晶片 的 发 光 波 长 为 ４７ ５ ４９ ９ｎｎ 荧 光 胶 蓝 Ｅ ５． ４ ５． ｌ，
定 比例将黄光荧光粉和环氧树脂混合形成荧光胶 ， 然后再用 点 胶机进行荧光胶涂 布。 目前 ， 于 白光 Ｌ Ｄ封装 中的荧光 胶 对 Ｅ
涂 布 主 要 有 大 面 积 分 布 、 片 表 面集 中分 布 和 荧 光 胶 保 形 分 晶 布 ， 同的 荧 光胶 涂 布工 艺 会 影 响 到 白光 Ｌ Ｄ最 终 的 光 学 性 不 Ｅ
ｆ） ｏ ｔ ｇｏ ｅｄｅ ｕ ｆｃ ｂ Ｃ ａ ｎ ｎｔ ｉ ｓ ｒ ｅ ｉ ｈ ａ
ｔｉｕｉｎ ｒｓ ｅｔｖ ｌ． ｅｏ ｔｃ ｌｐ ｏ ｅｔ ｓ ｏ ｉｅ Ｌ ｒｂ ｔｏ ｅ ｐ ｃｉｅｙ Ｔｈ ｐｉａ ｒ ｐ ｒｉ ｆｗｈｔ ＥＤ ａ ｌｓ ａｅ ｔｓｅ ｓ ｎｅ ｒｔ ｐ ｅ ｅ ｅ ｓ ｍｐｅ ｒ ｅｔｄ ｕ ｉ ｉｔｇ ａｉ ｓ ｈ ｒ ｇ ｎ ｇ ｎ
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相 对 色 温 变化 幅度 较 小 ， 均色 温 为 ７ ３ 平 ７ ６ Ｋ。对 于 ３ 点 胶 方 种 式 的 Ｌ Ｄ样 灯 ， 色 性 指 数 为 ７ ～ ７。 此 外 ， 相 同 的 色 区 Ｅ 演 ３ ４ 在
中， 大面积点胶和保形荧光 胶 Ｌ 样 灯的光通量 平均值 比晶 Ｄ Ｅ 片表面点胶 的光通量平均值 高 １． 。因此 ， ６２ 可以推断 ， 晶片
＊ ＊Ｅ ｍ ｉ ｙ ｗ ＠ ｍ ｉ ｈ ｓ．ｄ ． ｎ － ａ ：ｐ ｕ ｌ ａ ． ｕ ｔｅ ｕ ｃ ｌ
电 手 · 激
２１ 年 第 ２ 卷 ００ ｌ
控制荧光层的形状 。保形涂 层荧光胶工艺 由于采用模具精确 成型 ， 因此可以实现荧光层形状的保形控制 。
大 。保形荧光胶层方式 下 ， 由于 晶片侧面荧 光胶量均匀分 布，
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（ 武汉光 电 国家实验 室 ｄ ， 中科技 大学 材 料成 形与模 具 国家重点 实验室 ， ｅ）华 湖北 武汉 ４ Ｏ ７ ） ３Ｏ４ 摘要： 为确 定荧光 层形 状对大 功率 白光 Ｌ Ｄ光学性 能 的影 响 ， 蓝光 Ｌ Ｄ发 光 晶片激 发 黄色荧 光 粉产 生 白光 Ｅ 对 Ｅ 的荧光涂 布工 艺进行 了研 究 。分 别通 过大 面积 点胶 、 晶片 表 面点 胶 和保 形 荧 光胶 涂 布 工 艺制 得 白光 Ｌ Ｄ 样 Ｅ
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匀 性 的 目的 。
图 １ 大 功率 白光 Ｌ Ｄ结构 示意 图 Ｅ
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Ｌ Ｄ样 灯 的 光 强远 场 分 布分 别 如 图 ４ 示 。由 图可 见 ， Ｅ 所 大 面 积 点 胶 白光 Ｌ Ｄ与 晶片 表 面 点胶 白光 Ｌ Ｄ相 比 ， 光 角度 Ｅ Ｅ 发 和 光 强分 布更 理 想 一些 。 因此 ， 果利 用 相 应 的 工 艺 方 法对 荧 如
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１ 引
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２ 实
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蓝光激发荧光粉发光 ， 目前 白光 Ｌ Ｄ的主要形式［￣ 是 Ｅ １ 。
荧 光 粉 的 涂 布形 式 是 重 要 的 白光 Ｌ Ｄ 封 装 工 序 ， 般 先 按 一 Ｅ 一
２ １ 白光 —— 装 结 构 ． Ｉ Ｄ封 ， Ｅ
典型的大功率 白光 Ｌ Ｄ由 １Ｗ 蓝光 Ｌ Ｄ晶片、 －ｎ合 Ｅ Ｅ ＡｕＳ 金 固晶 、 引线框架 、 键合 Ａｕ丝、 黄色荧光胶 、 填缝硅胶 、 透镜（ 硅 胶或环氧树脂 ） 以及塑料封装外壳等构成 ， 其结构如 图 １ 所示 。
保形荧光涂层 ３种荧 光胶封装工艺 。大 面积 点胶和 晶片表面 点胶荧光涂布工艺 ， 是将 黄色荧光粉和环氧树脂混合后直接用 针筒在晶片表面点胶 ， 由于采用 的是针筒点胶 ， 因此不 能精确
收 稿 日期 ：０ ９０ — ７ 修订 日期 ：０ ９０ —２ ２ ０ —４０ ２ ０ — ９２
＊ 基 金项 目： 国家 自然 科学 基金 资助 项 目（０７００ ６８ ６７）
表 面点 胶 工 艺 由 于部 分 蓝 光 与 荧光 粉 的 配合 不 当 ， 致 白光 色 导 温偏 高 ， 通 量 降 低 。造 成 白光 Ｌ Ｄ 样 灯 色 温 不 均 匀 的 主 要 光 Ｅ
原 因是针筒点胶无法精确控制荧光胶涂布厚度和外形 ， 使得不 同方 向射出的光线色温不同。因此 ， 可以通过相应 的工艺如模 压成型精确控制荧光胶层 的外形 ， 达到控制 白光 Ｌ Ｄ色温均 Ｅ
图 ２ 荧 光涂 层示 意图
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光胶层的体积 和外形进 行精确 控制 ， 可以得 到色坐标 分布集 中、 光强分布理想 以及 色温均匀的白光 。保形荧光胶 白光 Ｌ Ｄ Ｅ 的发光角度约为 １８， １。发光外形接 近于 朗伯型分布 。
（） ｏ ｔ ｇｉ ｗｉｅａｅ ａ Ｃ ａｉ ａ ｄ ｒａ ｎ ｎ
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由 ＹＡ Ｇ黄色荧光粉与环氧树脂混合而成。
能 。随着荧光胶层几何形状 的改变 ， 将会改变不 同方 向上 的荧 光粉颗粒浓度 ， 而导致 白光 Ｌ Ｄ的光通量 、 从 Ｅ 光强分布 、 发光 角度以及荧光转换效率等光学特性发生改变［ ｌ 。 ４ ｏ ￣ ］
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分 布和 发光角 度等光 学性 能优于 大面积 点胶 和晶 片表面点 胶 白光 Ｌ Ｄ 的光 学性 能 。 Ｅ 关 键词 ： 功率 Ｌ Ｄ 荧 光粉 ； 大 Ｅ ； 封装 ； 光学性 能 中图分 类号 ： Ｎ １ ＋． Ｔ ３２ ８ 文 献标识 码 ： Ａ 文章 编号 ： ０ ０ ６ ２ １ ）２０ ％一３ １ ５０ ８ （ ００ ０ － １ ０ ０
其 中 ， 光 Ｌ Ｄ 晶片 的 发 光 波 长 为 ４７ ５ ４９ ９ｎｎ 荧 光 胶 蓝 Ｅ ５． ４ ５． ｌ，
定 比例将黄光荧光粉和环氧树脂混合形成荧光胶 ， 然后再用 点 胶机进行荧光胶涂 布。 目前 ， 于 白光 Ｌ Ｄ封装 中的荧光 胶 对 Ｅ
涂 布 主 要 有 大 面 积 分 布 、 片 表 面集 中分 布 和 荧 光 胶 保 形 分 晶 布 ， 同的 荧 光胶 涂 布工 艺 会 影 响 到 白光 Ｌ Ｄ最 终 的 光 学 性 不 Ｅ
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相 对 色 温 变化 幅度 较 小 ， 均色 温 为 ７ ３ 平 ７ ６ Ｋ。对 于 ３ 点 胶 方 种 式 的 Ｌ Ｄ样 灯 ， 色 性 指 数 为 ７ ～ ７。 此 外 ， 相 同 的 色 区 Ｅ 演 ３ ４ 在
中， 大面积点胶和保形荧光 胶 Ｌ 样 灯的光通量 平均值 比晶 Ｄ Ｅ 片表面点胶 的光通量平均值 高 １． 。因此 ， ６２ 可以推断 ， 晶片
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２１ 年 第 ２ 卷 ００ ｌ
控制荧光层的形状 。保形涂 层荧光胶工艺 由于采用模具精确 成型 ， 因此可以实现荧光层形状的保形控制 。
大 。保形荧光胶层方式 下 ， 由于 晶片侧面荧 光胶量均匀分 布，
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