基于高硅氧荧光透镜的自配光白光LED封装关键技术探索

针对常规环氧封装白光LED中钇铝石榴石荧光粉热稳定性差、光衰大，影响白光LED寿命，而环氧球帽封装的光学性能有限、需要光学透镜二次配光的问题，提出将荧光粉、环氧球帽、二次光学系统三合一的荧光透镜与紫外光LED芯片一体化封装的白光LED结构新思路。研究稀土发光离子掺杂的白光激发机理与发光光谱特性，研究以热稳定性好的高硅氧材料为基质的一次成型微透镜及其表面微孔加工技术；研究利用多孔材料的良好物理吸附性对高硅氧多孔微光学透镜进行稀土发光离子的掺杂，从而形成稀土荧光透镜的新途径；根据稀土荧光透镜的折射率分布特性，研究其渐变折射率光学模型及其自配光原理与方法；研究将稀土荧光透镜与紫外光LED芯片倒装焊工艺结合的自配光白光LED一体化封装结构与关键技术，以突破美日专利垄断的封锁，为探索一条全新的高稳定性、高光效、一体化封装白光LED技术新途径奠定基础。

针对现有白光LED采用蓝光LED芯片+黄光荧光粉+环氧胶存在热稳定性差、专利垄断问题，提出了倒装焊紫外LED芯片+稀土掺杂高硅氧荧光透镜的无荧光粉白光LED封装新概念。研究了稀土发光离子掺杂荧光玻璃的白光激发机理，利用J-O理论、能量传递理论建立稀土离子在玻璃基质中的跃迁辐射几率和量子效率模型；研究了能量传递与荧光寿命、量子效率之间的关系；以稀土离子单掺、共掺对比，熔融制备和多孔制备高硅氧荧光玻璃对比，分析了离子之间的能量传递规律，通过调节共掺比例实现了近白光发射。研究了稀土掺杂高硅氧荧光玻璃制备方法；揭示了分相、离子吸附、高温烧结等制备关键工艺对高硅氧荧光玻璃发光性能的影响规律。以荧光玻璃在LED器件结构中具有自发光和配光作用为基础，建立了LED芯片激发光与荧光玻璃作用的光学模型，提出了其外量子效率和配光性能的计算方法；分析了玻璃形状、材料成分、折射率等对荧光玻璃外量子效率和配光作用的影响。研究了荧光玻璃量子效率的测量技术，设计并开发出荧光玻璃量子效率的测试系统；对不同Tb含量硼硅酸盐基质荧光玻璃的量子效率进行了测试；实验结果与理论计算具有良好的一致性。分析了紫外芯片中心波长和带宽对LED发射光谱、色温等的影响，采用贴片式紫外芯片与荧光玻璃结合的方式封装得到了新型LED样品，并对其出光性能进行了实验研究，结果表明采用双面图形化能够提高LED样品的出光效率。本项目研究为探索高稳定性、一体化封装白光LED技术奠定了理论基础。