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石英玻璃/环氧树脂/硅树脂对比实验:谁是高效可靠的紫外LED封装物料?

导读: 紫外LED 具体积小、寿命长和效率高等优点,具有广泛的应用前景。目前紫外LED 的发光功率不高,除了芯片制作水平的提高外,封装技术对LED 的特性也有重要的影响。

  紫外LED 具体积小、寿命长和效率高等优点,具有广泛的应用前景。目前紫外LED 的发光功率不高,除了芯片制作水平的提高外,封装技术对LED 的特性也有重要的影响。

  目前,紫外LED 主要有环氧树脂封装和金属与玻璃透镜封装。前者主要应用于400 nm 左右的近紫外LED, 但紫外光对材料的老化影响较大。后者主要应用于波长小于380 nm 的紫外LED,由于GaN 和蓝宝石折射率分别为2.4和1.76,而气体折射率为1,较大的折射率差导致全反射对光的限制较为严重,封装后出光效率低。

  封装材料是LED封装技术的另一个重要方面。LED封装材料主要有玻璃透镜、环氧树脂和硅树脂等。石英玻璃软化点温度为1 600℃,热加工温度为1 700~2000℃,从工艺的角度,石英玻璃不适合用来密封LED芯片;环氧树脂高温耐热性能一般,耐紫外光性能较差;硅树脂是近几年开始应用于LED 封装的材料,目前国内对硅树脂的透过率、耐热和耐紫外光特性研究较少,特别是对于硅树脂封装紫外LED 的特性还缺乏研究。

  本文立足于波长小于380 nm 的紫外LED 的封装技术,对不同封装材料的透过率、耐紫外光和耐热性进行了对比,进而提出高出光效率、高可靠性的紫外LED 封装结构。

  实验

  采用的紫外光LED 芯片峰值波长有395 和375 nm 2种,分别由在碳化硅和蓝宝石衬底上外延生长GaN 制备而成。在20 mA 注入电流下,碳化硅和蓝宝石衬底的L ED芯片工作电压分别为3.8 和3.4 V。

  研究了石英玻璃、环氧树脂和硅树脂具有代表性的5种不同型号的封装材料。石英玻璃是厚度为2 mm 的JGS1 型材料;环氧树脂A 和B 分别为双酚A 型和脂环族环氧树脂;硅树脂A 和B 分别是弹性硅胶和树脂型硅胶。

  光功率和峰值波长系在杭州远方公司PMS-50增强型紫外-可见-近红外光谱分析系统上测量得到。光学透过率的测量系统如图1 所示,单色仪为江苏维信科技公司的CM200 型,灯源为天津拓普公司的GY-10高压球形氙灯,信号采集和处理系统采用的是远方公司的紫外-可见光分析系统。

谁是高效可靠的紫外LED封装物料?

  采用材料的光学透过率随时间的变化来评估其热稳定性。样品厚度为2 mm,放置于烘箱中恒温老化,温度为150℃。

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