本文關鍵詞：LED封裝中熒光粉光熱耦合研究及工藝應用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：大功率白光發(fā)光二極管(LED)封裝憑借其節(jié)能、環(huán)保、高可靠性、長壽命等優(yōu)勢,被認為是第四代照明光源,已經滲透到我們日常生活的方方面面。基于藍光LED芯片和黃色熒光粉的白光LED封裝是目前應用最為廣泛的形式,也是本論文的主要研究對象。熒光粉作為一種光致發(fā)光材料,決定了白光LED封裝的色溫、空間顏色均勻性、顯色指數(shù)等光學參數(shù),其本身還會產生光致發(fā)熱進而影響LED封裝的熱學性能。為了同時實現(xiàn)熒光粉良好的光學和熱學性能,本論文將熒光粉的光學和熱學性能進行耦合研究,并用于指導新型工藝的開發(fā),取得了如下成果： 1)基于Mie散射理論計算了熒光粉顆粒的光學常數(shù),包括吸收系數(shù)、散射系數(shù)、各向異性參數(shù)等。結合熒光粉顆粒的光吸收、散射和轉化特性,通過修正Kubelka-Munk理論,建立了更貼近真實情況的單層和多層熒光粉光散射模型,分析了熒光粉顆粒沉淀現(xiàn)象。此外還首次發(fā)現(xiàn)了單顆白光LED模塊中混光的“近場效應”。 2)基于Unit Cell方法建立2D/3D模型計算了熒光粉硅膠混合物的有效導熱系數(shù),并通過實驗進行驗證,誤差在5%以內。提出了基于磁納米顆粒測量熒光粉溫度的方法,結果表明在電壓為5.2V時,LED芯片溫度為326.8K,而熒光粉溫度為374.8K,在不同電壓下都觀察到熒光粉溫度高于芯片溫度的實驗現(xiàn)象。進一步通過在線可靠性測試,發(fā)現(xiàn)熒光粉溫度高的LED光衰嚴重,而降低熒光粉溫度可以抑制LED光衰,因此降低熒光粉溫度是實現(xiàn)高性能白光LED封裝的必要環(huán)節(jié)。 3)建立了熒光粉的光熱耦合模型,推導出熒光粉的光致發(fā)熱表達式,研究了熒光粉參數(shù)對熒光粉光致發(fā)熱的影響。考慮熒光粉光致發(fā)熱,首次發(fā)現(xiàn)了白光LED封裝中由熒光粉位置和濃度引起的“熱點轉移”現(xiàn)象,并基于遺傳算法優(yōu)化熒光粉顆粒分布,提出降低熒光粉溫度的具體措施。 4)基于熒光粉的光熱耦合模型,提出了多種優(yōu)化熒光粉涂覆的工藝,包括優(yōu)化熒光粉保形涂覆的工藝參數(shù),給出理想熒光粉保形涂覆厚度為50到70μm：設計出了同時實現(xiàn)熒光粉保形涂覆和均勻照明的一次光學自由曲面透鏡；提出了提高取光效率17.63%的雙層熒光粉涂覆工藝等。
【關鍵詞】：大功率LED封裝 熒光粉 光熱耦合 涂覆工藝
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN312.8
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-24
• 1.1 課題來源與研究意義9-11
• 1.2 大功率白光LED封裝概述11-16
• 1.3 熒光粉光熱研究國內外現(xiàn)狀16-20
• 1.4 現(xiàn)有技術問題及本課題的技術路線20-22
• 1.5 全文組織安排22-24
• 2 熒光粉的光散射模型24-63
• 2.1 引言24
• 2.2 熒光粉光散射的理論基礎24-36
• 2.3 單層熒光粉的光散射模型36-48
• 2.4 多層熒光粉的光散射模型48-57
• 2.5 單模塊熒光粉混光的近場效應57-62
• 2.6 本章小結62-63
• 3 熒光粉導熱系數(shù)計算及溫度測量63-88
• 3.1 引言63
• 3.2 熒光粉硅膠混合物的導熱系數(shù)計算63-73
• 3.3 基于磁納米顆粒的熒光粉溫度測量73-84
• 3.4 熒光粉的熱可靠性84-87
• 3.5 本章小結87-88
• 4 熒光粉光熱耦合模型和溫度控制88-113
• 4.1 引言88
• 4.2 熒光粉的光熱轉化88-90
• 4.3 熒光粉的光熱耦合模型90-98
• 4.4 大功率LED封裝中的熱點轉移現(xiàn)象98-103
• 4.5 熒光粉顆粒分布優(yōu)化103-112
• 4.6 本章小結112-113
• 5 熒光粉涂覆的工藝優(yōu)化113-136
• 5.1 引言113
• 5.2 熒光粉保形涂覆的工藝參數(shù)優(yōu)化113-119
• 5.3 實現(xiàn)熒光粉保形涂覆的自由曲面透鏡設計119-127
• 5.4 提高取光效率的雙層熒光粉涂覆工藝127-134
• 5.7 本章小結134-136
• 6 總結與展望136-139
• 6.1 全文總結136-137
• 6.2 工作展望137-139
• 致謝139-140
• 參考文獻140-150
• 附錄1 攻讀博士學位期間發(fā)表的主要論文150-152
• 附錄2 攻讀博士學位期間的學術交流152-153
• 附錄3 攻讀博士學位期間的授權專利153

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本文編號：256753