《LED封裝螢光粉中光致發熱的理論分析與實驗研究》是依託華中科技大學，由羅小兵擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：LED封裝螢光粉中光致發熱的理論分析與實驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：羅小兵
- 依託單位：華中科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於白光發光二極體（LED）節能環保，市場套用前景巨大，發明人在短期內獲得了2014年諾貝爾物理學獎。不過由於仍有大約70%的電功率轉化為熱量，熱可靠性依然是LED挑戰性問題之一。現有LED熱管理研究大多關注的是晶片產熱和系統級散熱，忽視了螢光粉光致發光過程中的二次產熱以及針對螢光粉的封裝內熱管理。申請人近期的研究表明：二次產熱將會導致最高溫度從晶片轉移到螢光粉層，從而導致LED失效。目前對這一現象缺乏有效計算和分析手段，實驗又無法準確測量。基於這一想法，本項目期望通過巨觀和微觀研究手段，搭建微觀電子非輻射躍遷能量損失與巨觀光致發熱之間的橋樑，建立螢光粉光熱耦合模型，結合實驗來實現螢光粉發熱的定量預測；研究不同螢光粉濃度、形貌和塗覆工藝等參數對螢光粉發熱的影響規律，並進行工藝驗證和熱量控制。本課題是一個典型的從工藝和套用中提出的基礎的交叉問題，期望研究成果能指導實現低熱阻LED封裝工藝。
結題摘要
發光二極體（LED）被譽為新一代綠色照明光源，在日常生活中已得到廣泛套用。但仍有大約70%的電功率轉化為熱量，熱可靠性依然是LED挑戰性問題之一。現有LED熱管理研究大多關注晶片產熱和系統級散熱，忽視了螢光粉光致發熱及針對螢光粉的封裝內熱管理。目前對光致發熱仍缺乏有效計算和分析手段，實驗又無法準確測量。基於上述背景，本項目開展了以下四部分研究內容：（1）建立了螢光粉光熱耦合模型。通過定量描述螢光粉層中的光輸運過程建立了螢光輻射傳遞方程；通過Mie散射理論計算了螢光粉層的光學常數；通過譜元法求解了螢光輻射傳遞方程和通用邊界，同時基於能量守恆定律和光致發光機理，計算了光致發熱量，最後實驗驗證了模型的準確性。（2）探究了新型螢光粉溫度預測模型和測試方法。提出了一種雙向熱阻網路模型，通過考慮晶片、螢光粉發熱及所有的傳熱路徑，實現了晶片和螢光粉溫度的同時預測；開發了一種基於磁納米顆粒的新型螢光粉溫度測試方法，將磁納米顆粒混合到螢光粉中進行塗覆，基於郎之萬方程測試螢光粉溫度。（3）分析了影響螢光粉發熱的典型封裝參數。基於光熱模型研究了螢光粉濃度、厚度、量子效率、顆粒尺寸和封裝形式對螢光粉光致發熱量和螢光粉溫度的影響規律，結果表明遠離塗覆具有更低的螢光粉溫度，增大熱導率能大幅減低螢光粉溫度。（4）開發了低螢光粉溫度的封裝工藝。基於模型預測結果，提出了摻雜透明高導熱六方氮化硼顆粒工藝和螢光粉雙面冷卻工藝分別提高螢光粉層的熱導率和散熱能力，結果表明這兩種工藝都能有效降低螢光粉工作溫度。本項目對螢光粉光致發熱和封裝內熱管理的基礎問題進行了系統的研究，有助於指導實現低熱阻高可靠性LED封裝。
