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如何从LED封装入手解决荧光粉沉降对白光LED色区的影响

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如何从LED封装入手解决荧光粉沉降对白光LED色区的影响


目前实现照明用LED白光有如下三种途径:采用R、G、B三基色合成白光、通过UVLED激发R、G、B荧光粉、通过蓝光LED芯片激发黄色荧光粉形成。现今LED行业内制作白光最普遍的方式是,将具有一定波段的黄色荧光粉与环氧或硅胶混合后,灌封在蓝光LED芯片四周,芯片蓝光与荧光粉受激发生成的黄光混合形成白。但是荧光粉易于在胶水固化过程中发生沉降,由沉降造成的荧光粉分布不均对白光LED色区集中度有很大影响。

  在中小功率白光LED方面,因其体积小、散热少、出光效率高等特点,被越来越多地应用到照明产品中。然而因中小功率单颗LED器件封装所需荧光粉量较少,荧光粉含量和在胶体中的分布变化更易影响封装样品的色坐标分布,导致LED产品色区集中度不高,形成一定的库存压力,增加了产品成本。为此,如何提高白光LED的色区达成率,成为很多封装企业亟待解决的问题。

1白光LED器件封装

  1.1 封装材料

  本文中采用的主要封装材料如下:

  荧光粉:YAG黄色荧光粉,平均粒径约为13μm,密度为4.8g/cm3;胶水:双组分A/B有机硅树脂,室温下粘度为3350cp,A/B胶混合后密度为1.2g/cm3;LED支架:SMD3528支架,碗杯深为0.38mm。在芯片选择方面,白光LED的色坐标会受到芯片波长和亮度的影响,此处选择波长和亮度范围较为集中的蓝光芯片,以避免芯片参数对后续实验结果分析造成影响。所选蓝光芯片参数:尺寸10×16mil,芯片主波长范围456.3~456.8nm,平均波长456.5nm,亮度范围22.1~22.4mW,平均亮度22.2mW。

  1.2 封装设备及封装步骤

  1)固晶:采用ASM-AD830固晶设备,通过固晶绝缘胶将LED芯片粘接在LED支架碗杯内,并加热固化。

  2)焊线:采用ASM-iHawkXtreme自动焊线机将芯片电极和支架电极用导线连接。

  3)配胶:分别称取10份的胶水和1份的荧光粉,采用THINKY-ARV310真空搅拌机将荧光粉与胶水均匀混合并抽真空。

  4)点胶:采用SM3003-3A点胶机,将配置好的胶水倒入点胶针筒内,调整点胶参数,对已固晶焊线的LED支架进行点胶。

  5)烘烤固化:点胶后的样品放入已设定好温度的烤箱内进行烘烤固化。

2荧光粉沉降

  2.1 荧光粉沉降原理

  在牛顿流体中,固体颗粒在液体中主要受重力Fg、浮力F0和阻力f的作用。当颗粒为球形或近似球形时,且液体粘度较大,颗粒较小时,其初始沉降速度和最终沉降速度差别不大,加速度可以忽略。当颗粒稳定或均匀下降时,阻力f可表示为:

  式(1)中,d为颗粒当量直径,ρ为颗粒密度,ρ0为液体密度。

  根据Stokes定律,颗粒沉降时所受阻力f又可表示为:

  式(2)中,η为液体粘度系数,ν为固体颗粒沉降速率。

  由式(1)、(2)可得颗粒沉降速率为:

  由公式(3)可知,牛顿流体中,固体颗粒沉降速率与粒径及其密度成正比,与液体粘度成反比。

  实际上封装过程中荧光粉在胶体中的沉降是一个较为复杂的过程,特别是在对胶水加热的过程中。由于采用双组分A/B胶,在加热过程中胶水内部会发生明显的化学反应,趋向固化,且温度也会对胶水的其他特性造成一定的影响。所以荧光粉与胶水形成的沉降体系并不是一个恒定的流体形式....


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