硅胶和荧光粉涂覆形状对l W发光二极管发光
效率、发光角度和衰减的影响
邹军诸建平汪文良吴祖通诸婉
(浙江聚光科技有限公司)
摘要：硅胶和荧光粉涂覆技术是大功率LED封装的关键之一，本文探索了一种适合大功率1W的
LED硅胶和荧光粉涂覆技术——先填充足量硅胶，再涂覆荧光粉技术。研究发现其发光效率(64．2
1m／W)高于其它封装方式，且其光强发散角也较大(124．7。)；测试其光衰发现，点亮s分钟(电压
稳定)后，此封装法的衰减最小，而且点亮1000小时后，衰减小于1．5％，远小于其它的封装方式。
关键词：大功率LED封装固态照明白光LED
一、引言
LED产品的生产和应用受到了世界各国的普遍关注，欧盟分别于1996年和2000年出资启动了
“绿色照明革命”和“彩虹计划”项目，大力推动白光LED的应用；美国于2000年耗资5亿美元
推动了“guo jia半导体照明研究计划”旨在降低LED生产成本和提高光电转化率；日本早在1998年
就开展了“2l世纪光计划”工程，目前又启动了“照明日本”工程，计划在5年内投资50亿日元
将公共场所50％的传统灯具换成LED灯。我国于2003年启动了“guo jia半导体照明工程”，当时LED
产量为200亿只，其中包括高亮度LED近50亿只，销售额130亿元，到2006年中国LED厂商产
值就达到人民币260亿元，较2005年增长18％，2010年有望大幅增长至人民币600亿元，目前中
国已成为世界上LED的主要生产基地和消费市场。LED照明包括三项关键技术：LED芯片制造、
封装和荧光体制备，但是LED芯片和荧光体制备技术已被世界级照明公司(如日亚，飞利浦和欧司
朗等公司)垄断。所以封装技术被列为我国研究开发重点。随着LED芯片发光效率的提高，大功率
LED(如1W，3W，5W，10W，50W，100W甚至200W LED灯)的封装引起了广泛的关注，很多公
司往往采用小功率封装技术封装多颗大功率芯片造成了热量难以散失，色度不均，荧光粉老化，发
光效率低和寿命短等不良后果，故必须开发适合大功率LED封装的技术，大功率封装涉及到很多方
面(如贴片技术，导热材料，焊接技术和散热材料等等)，但是硅胶和荧光粉涂覆技术是这些技术中
的关键。本文研究了贴片式封装过程中硅胶填充和荧光粉涂覆对1W LED灯的发光效率，平均光强
扩散角度和衰减的影响，开发出一种适合大功率1W的LED封装的技术。
二、试验
选用台湾晶元1W蓝光LED芯片5颗，选用Dow coming的硅胶和YAG：Ce荧光粉，采用共晶
技术将芯片焊接在铝基板上(基板直径为25mm，厚度为lmm)，金线电极，硅胶和硅胶混合的荧光
粉涂覆如下图所示。
具体情况如下：
图l中的l少量硅胶涂覆在芯片上，1500C烘烤半小时后，在烘烤后的硅胶上涂覆硅胶和荧光粉混合
物，接着烘烤l小时，测试其各项光学性能。
图l中的2足量的硅胶涂覆在芯片上，1500C烘烤半小时后，在烘烤后的硅胶上涂覆硅胶和荧光粉混
合物，接着烘烤1小时，测试其各项光学性能。
图l中的3少量硅胶涂覆在芯片上，1500C烘烤半小时后，在烘烤后的硅胶上涂覆硅胶和荧光粉混合
物，接着烘烤l小时，测试其各项光学性能。
图1中的4少量硅胶涂覆在芯片上，1500C烘烤半小时后，在烘烤后的硅胶上涂覆硅胶和荧光粉混合
物，接着烘烤l小时，测试其各项光学性能。
图1中的5直接在芯片上涂覆硅胶和荧光粉混合物，烘烤1小时，测试其各项光学性能。
采用杭州远方的LED300光色电综合测量系统和LED62()光强分布测试仪分别测试样品的光电
参数和平均光强扩散角。测试方式分为恒流350mA瞬时点亮测试和点亮5分钟后测试两种。(我们
研究发现单瓦LED灯点亮5分钟后其电压不再变化，发光效率也基本不再变化，此法衡量LED的
各项光学参数应更准确)。，光衰测试采用点亮1000小时后测试。
三、结果与讨论
，样品2的发光效率最高，而样品4的发光效率最低，样品5的发光效率略低
于样品2。这个结果说明：样品4的取光效率最低，从样品4的涂覆形状可以发现，荧光粉与硅胶
的界面为一个抛物面，光线经过此面时，大部分被折射、散射和会聚，故出光效率很低；另外样品
4的荧光粉涂覆层较厚，导致其色温相对较低。样品1和3的发光效率低于样品2和5的主要原因
是支架壁对光线的阻挡，由于这两个样品荧光粉涂覆层的厚度较薄，故其色温也相对较高。
样品5的荧光粉直接涂覆在芯片周围，激发效率应该最高，从图1可以发现涂覆的荧光粉量较
多，有部分荧光粉并没有被有效激发，反而充当了散射中心和吸光颗粒，芯片的发光效率受到一定
的影响。相对于样品5，样品2的发光效率较高，原因是样品2的荧光粉涂覆形状可以调节到与芯
片发光分布基本一致，使得更多的荧光粉被有效激发，故其发光效率最高。
图3的平均光强扩散角变化曲线也说明了上述结论，样品2的光强扩散角最大，而样品4最
小，样品5平均光强扩散角略小于样品2。这是因为样品4的光线较大程度的受到了抛物线界面和
厚荧光粉涂覆层的影响，而样品l和3的出光受到了支架壁的阻挡，故它们的平均光强扩散角都低
于样品5和2。样品5低于样品2的原因是样品5芯片侧面出光受到了较多荧光粉颗粒的吸收和散
射。
瞬时点亮测试结果说明：样品2硅胶和荧光粉涂覆方式的发光效率和平均光强扩散角最大。但
是衡量大功率LED封装优劣还需另一个指标——光衰。
将所有的样品点亮5分钟后测试，表2为测试结果。样品的色温均高于瞬时测试，其原因是点
亮5分钟样品发热，使得芯片的发射波长向长波长移动，故激发的荧光粉量下降，所以色温升高。
图4为瞬时点亮和点亮s分钟后发光效率的比较，从图4可以发现：点亮5分钟后样品l的发光效
率最低，衰减最大，主要原因是样品1的硅胶层很薄，荧光粉层靠近芯片导致荧光粉受到芯片热影
响较大，荧光粉衰减多。样品5点亮5分钟后的发光效率从65．49 lm／W降至57．561m／W，降幅高于
样品2(从66．871m／W到62．241m／W)。主要原因是样品2的荧光粉层远离发热芯片，荧光粉受芯片热
影响很小，而样品5的荧光粉涂覆在芯片周围，导致荧光粉受到芯片热影响较大，其发光效率相应
降低较多。
为了更准备的描述样品光衰，将所有LED点亮1000小时，测试其发光效率并与点亮5分钟后
的发光效率做比较，如图5所示，5个LED灯样品的光衰分别为7％，1．5％，2．8％，2．9％和5％。可以
发现样品l的光衰最大，而样品5次之，光衰最小的是样品2。具体原因是样品l硅胶层和荧光粉
层都很薄，硅胶和荧光粉受到芯片热影响比较大，故荧光粉和硅胶的衰减也较大；而样品5的荧光
粉接近芯片，受到芯片热影响也比较大，当点亮1000小时后，荧光粉的衰减也比较大；但是样品
2，3和4的衰减很小，这是因为硅胶起到了阻挡热作用，荧光粉受到的热影响很小，尤其是样品2，
由于硅胶层很厚，所以荧光粉受到的热影响较小，其衰减也最小。