功率型白光LED基于重氮光敏剂的荧光粉平面涂层研究

论文摘要

多年来人类一直在寻找和开发固体发光光源（Solid State Lighting, SSL）。以白光发光二极管（LED）为光源的半导体照明从出现伊始就引起人们强烈的关注,并成为是21世纪最具发展前景的高新技术之一。目前有多种方法实现白光LED,其中用钇铝石榴石（YAG:Ce3+）为主的黄色荧光粉涂覆在蓝光LED芯片上因为其成本较低成为现在较为普遍的制造白光LED的方法。目前国内主要采用的荧光粉涂敷方法是传统的灌封工艺,即直接在芯片表面点涂荧光粉。在实际操作过程中,由于手动操作,同一批的LED之间,所点的荧光胶在形状上是有一定差异的,很难控制均匀性与一致性,器件之间的色度差异更大;同时,由于实际表面形状微观上是凹凸不平的,当光线出射时,就会形成白光颜色的不均匀,导致局部发黄或发蓝的不均匀光斑,极大的影响产品性能。要克服这些缺陷,改善功率白光LED间的色度差异和单个LED的空间色度分布不均匀性,就必须改变荧光粉层的涂敷形状,使芯片表面的荧光粉厚度均匀化,才能得到均匀一致的出射白光,即要求实现荧光粉膜层的浓度、厚度可控性,这就是新的涂层工艺要解决的问题。本论文正是针对上述问题,提出了一种新的基于水溶性感光胶的平面涂层技术,对工艺参数进行优化,提高了功率型白光LED的整体性能。本文的工作主要涉及以下内容:1)研究了以聚乙烯醇（PVA）为主体,重铬酸铵（ADC）为光敏剂的水溶性感光胶的感光特性,采用感光胶光刻工艺实现了白光LED的荧光粉平面涂层;2)提出自曝光的方式,通过控制曝光时间,荧光粉平面涂层的厚度得到控制。3)以白光LED的发光效率、色度均匀性和色温稳定性等作为考核指标,对粉浆法的工艺参数进行了优化。优化后的工艺制得的白光LED的发光效率、色度均匀性和色温稳定性均得到提高;4)分析并讨论了粉浆中的铬离子的光谱吸收对白光LED出光效率的影响。并提出两种方法减小铬离子的吸收,提高出光效率。5)提出以重氮粉为光敏剂,PVA为交联主体的感光胶体系,从而解决铬离子的吸收问题。从多种参数的对比体现了重氮光敏剂的优点;以基于重氮光敏剂的水溶性感光胶,采用自曝光的方式实现了高质量的荧光粉平面涂层;6)因为基于重氮光敏剂的感光胶在交联反应后无其它的在可见光区域存在吸收的物质生成,在得到高质量的平面涂层的同时,白光LED的出光效率也得到提高。本文的工作对于提高白光LED产品的光学品质,实现工业批量化生产有着重要的意义。随着这种工艺方案的实现及不断成熟,在白光LED制造领域具有巨大前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• Chapter 1 Introduction
• 1.1 Background of Solid State Lighting
• 1.1.1 Development of lighting
• 1.1.2 Policy of developing LEDs
• 1.2 Advantages of LEDs
• 1.3 Application of LEDs
• 1.4 Content and significance of dissertation
• Chapter 2 Lighting Parameters of White LEDs
• 2.1 Human eye sensitivity
• 2.2 Radiometry and Photometry
• 2.3 Colorimetry
• 2.4 Color temperature and color rendering of LED
• 2.4.1 Color temperature
• 2.4.2 Color rendering
• Chapter 3 Light Emitting Diodes （LEDs）
• 3.1 The structure and emitting principle of LEDs
• 3.1.1 Internal quantum efficiency
• 3.1.2 External quantum efficiency
• 3.2 Materials of fabricating LEDs
• 3.3 White LED
• 3.3.1 White LED of multiple chips （MC-LED）
• 3.3.2 Phosphor converted LED （PC-LED）
• 3.4 Packaging
• 3.4.1 Functions of package
• 3.4.2 Types of LED packages
• Chapter 4 Technique of Phosphor Coating
• 4.1 The conventional phosphor coating method
• 4.2 The conformal phosphor coating method
• 4.3 The selection of coating method
• 4.4 The selection of exposure method
• 4.5 Experimental process and parameters
• 4.5.1 Chips and phosphor
• 4.5.2 The selection of photoresist system
• 4.5.3 Preparation of phosphor slurry
• 4.5.4 The characterization of light quality
• 4.6 Results and discussion
• 4.6.1 Phosphor coating
• 4.6.2 The absorption of ADC
• 4.6.3 Reducing the absorption of ADC
• 4.6.4 Light quality of white LED
• 4.7 Conclusion
• Chapter 5 Conformal Phosphor Coating using Diazo Sensitizer based Photoresist
• 5.1 Polyvinyl alcohol （PVA） + Diazo sensitizer
• 5.1.1 Diazo salt/Diazo resin
• 5.1.2 PVA+ Diazo sensitizer
• 5.2 Comparison between diazo sensitizer and ADC
• 5.2.1 Photosensitivity
• 5.2.2 Absorptions
• 5.2.3 Dark reaction
• 5.3 Preparation of phosphor slurry
• 5.4 Results and discussion
• 5.4.1 Phosphor coating
• 5.4.2 The quality of white light
• 5.5 Conclusion
• Chapter 6 Conclusion and Prospect
• Acknowledgement
• References
• Research achievements obtained in the period of postgraduate study