探析白光LED封装中加入纳米氧化镁对光学性能的影响

【摘要】照明领域中，LED取得了突出的发展成效。其具备功率和亮度的双向性能和优势。白光LED包含四大性能指标，分别是光通量、色温、显色性和光衰。笔者在白光LED封装中加入纳米氧化镁，观察其是否会对光源的四大性能指标产生相关影响，并对具体影响进行阐释。实验研究表明，在白光LED封装中加入纳米氧化镁，对LED光取出效率具有正面影响。

【关键词】白光 LED封装 纳米氧化镁 光学性能

1 前言

LED即发光二极管，是近年来兴起的一种高效固体光源，具有节能、经济、环保方面的优势，并且使用寿命比较长。半导体在照明方面的优势和性能主要突出表现在节能方面，其适用性也比较强，开关时间短。当前，LED已经被普遍应用到人们的日常生活和工作中，它的应用原理是借助蓝光LED对荧光物质进行照射，产生与蓝光互补的黄光，其波长为555nm，进而得出白光，它在肉眼背景下进行应用，适应性比较好。相较于传统照明设备，它的结构和色度调整都比较简单。笔者通过实验，在硅胶中填充纳米氧化镁粒子，以提高封装材料的折射率，进而确保LED封装的光取出率也有较大提高。

2 项目背景和必要性

在LED产业布局中，LED封装处于中游位置，其要完成电信号的输入输出工作，确保正常电流背景下，芯片处于良好的运行状态，并且不会受到外部机械、热和潮湿等环境因素的影响。同时，对处于工作状态下的芯片温度进行有效控制。如果芯片的结点温度超出一定范围，会对其颜色和发光效率产生相应的影响。

全球已经初步形成以亚洲、北美、欧洲为中心的LED产业分布和竞争格局。美国以“半导体照明国家研究项目”和“固态照明研究和发展计划”为主；日本以“21世纪照明”计划为主；韩国以“光电子产业分支―GaN半导体发光计划”为主。

当前，日亚化学和丰田合成、美国科锐、飞利浦流明、德国欧司朗、韩国首尔半导体等国际厂商是全球LED领域的领先代表，主导着半导体照明产品产业的发展。

3 白光LED封装现状分析

LED在人们的日常生活和工作中应用比较普遍，但是其仍然存在技术层面和设备层面的局限性。近年来，电视背光方面，中功率应用日趋成熟，呈现规模化和产业化的发展模式。中功率LED芯片的性能也迅速提升，具有成本和效益方面的双重优势。随着LED向通用照明市场的逐步渗透，中功率封装将LED光源的高能效发挥到了最佳，也具备价格方面的优势，具有广泛的市场认可度。其在电源配置、散热结构和光学性能层面取得了良好的应用效果[1]。

4 实验

该实验中，应用纳米氧化镁对硅胶封装白光LED进行填充，氧化镁的含量分别为0、0.25、0.75、1.25、1.75、2.25、2.75。硅胶AB胶与荧光粉的重量配比为：A：B：YAG=10：10：0.5625。研究人员要结合具体的实验诉求，对荧光粉和硅胶种类进行严格控制。荧光粉品牌为博睿，硅胶品牌为道康宁。具体的实验操作流程为：根据试验需要对荧光粉、纳米氧化镁和硅胶AB组分进行称量和混合，采用自动搅拌机进行搅拌，确保它在混合过程中，处于高速旋转状态。然后用武藏点胶机对它进行封装处理，最后，在规定的温度背景下，对它进行烘烤和固化，进而形成封装好的LED白光灯珠[2]。

5 结果与讨论

白光LED色区分布受荧光粉沉降的影响。它能够有效减少荧光粉在支架碗杯内的沉降，或者借助封装工艺促进荧光粉的沉降。其能够对沉降导致的荧光粉分布不均问题进行有效避免，进而使白光LED色区达到良好的集中效果。同一温度背景下，胶水粘度受温度影响，与温度呈现负相关。研究人员借助该原理，对低温初始温度进行选择，并对烘烤时间进行延长，以提升荧光粉的沉降程度。或者，增加初始烘烤温度、提高胶水固化速率、对荧光粉沉降时间进行控制，以有效降低荧光粉的沉降程度。技术人员对胶水的性能进行考量，并对胶水和荧光粉的性能指标进行明确，对点胶样品在室温下的静置时间和固化工艺进行分析，以对胶水中荧光粉的分布差异进行有效控制，进而最大程度确保中小功率色区集中度。

对贴片式（SMD 3528）白光LED光通量与氧化镁含量的具体关系进行综合考量。如果氧化镁的含量为0，贴片式（SMD 3528）白光LED光通量大约为6.95ml。它的光通量与氧化镁含量呈现正相关。其光通量会随着氧化镁含量的增加而增加。以1.75%为节点，当氧化镁含量为1.75%的时候，其光通量达到极限值。相较于零含量氧化镁状态，增长了12.6%，随后，呈现逐步下降趋势。

对贴片式（SMD.3528）白光LED光强与氧化镁含量的具体关系进行综合考量。实验结果表明，在白光LED封装中加入适量的氧化镁，有助于提高胶体的折射率，进而对贴片式（SMD 3528）白光LED的光取出率产生正向影响，使其光取出效率逐步提高，以达到良好的照明效果[3]。

实验过程中，研究人员一般应用色品坐标对光源的显色特性进行精准的描述。光的颜色对人们日常生活舒适度具有很大的影响。在家居生活中，光色偏橙红，能够营造出温暖的家居气氛，俗称暖色调。炽白或者偏淡兰的光则营造出一种冷清的氛围，俗称冷色调。对色温概念进行应用，当光源的色品接近某一温度背景下的完全辐射体（1960CIE-UCS色品图的色品差最小），那么这个完全辐射体的温度为该光源的相关色温R1。纳米氧化镁含量与白光LED色温呈现负相关。随着纳米氧化镁含量的逐步增加，白光LED的色温则逐渐降低，它由高色温冷色逐步转化为低色温暖色。

6 结语

将纳米氧化镁添加到白光LED封装硅胶里，进而对白光LED的四大性能指标进行研究和分析。实验研究表明，当纳米氧化镁的含量比重为1.75%，对白光LED的出光效率具有正向影响，对向光色温和显色指数具有负面影响。技术人员要对不同的照明诉求进行综合考量，对其性能平衡指标点进行科学合理的选择和应用，将白光LED的照明效益发挥到最优。

参考文献：

[1]丁南.纳米氧化镁改性白光LED封装的光学性能研究[J].硅谷，2013，（09）：48+25.

[2]周青超，柏泽龙，等.白光LED远程荧光粉技术研究进展与展望[J].中国光学，2015，（03）：313-328.

[3]方军，花刚，等.大功率白光LED封装结构和封装基板[J].半导体技术，2013，（02）：140-147.