uv固化時間對白光led光學性能的影響

uv固化時間對白光led光學性能的影響

1光固化膠的應用光刻光刻（light）對密封材料的要求主要表現(xiàn)為高光透射率、相對較高的折射、耐高低溫和耐光老化。其封裝工藝與材料對LED的光度色度參數(shù)有重要影響。目前LED的封裝主要為熱固化,所用的材料主要為環(huán)氧樹脂和有機硅樹脂。熱固化封裝需要高溫爐、長時間固化等條件,往往還需要經(jīng)過后固化處理,會降低LED的生產(chǎn)效率,增加生產(chǎn)成本,同時也會造成熒光粉沉淀,影響LED的光度色度參數(shù)。光固化技術(shù)越來越引起人們的注意。光固化是在紫外光照射下進行的化學反應,光固化膠一般由光敏樹脂(低聚物)、活性稀釋劑(單體)、光引發(fā)劑和一些添加劑組成,其中低聚物對固化速率及固化后材料的性能起決定性作用。其最顯著的特點為固化速率快,最快只需0.05~0.10s。目前,已經(jīng)有專利和文獻報道了用于白光LED封裝中性能良好的光固化膠,但是,僅僅從光固化材料本身去研究,沒有涉及到具體的封裝工藝對LED性能的影響。本文在貼片式白光LED封裝中的熒光粉涂覆環(huán)節(jié)采用光固化的方法,對用不同固化時間封裝出來的LED樣品進行老化實驗,根據(jù)實驗結(jié)果判斷固化時間對LED光學性能的影響,找出最合適的固化時間范圍,為紫外光固化技術(shù)在LED封裝上的應用提供依據(jù)。2實驗設備和方法2.1光固化箱固化技術(shù)中國海洋大學半導體照明實驗室具有傳統(tǒng)LED封裝線,并自行研制了LED封裝光固化箱,固化箱采用600W、中心波長為365nm的高壓紫外汞燈。內(nèi)有可以活動的載物板,通過調(diào)節(jié)載物板的高低位置,可以實現(xiàn)照射光強的變化;同時在紫外燈與載物板之間設有抽拉式擋板,可以方便控制照射時間。2.2單顆led支架的制備在貼片式白光LED封裝的熒光粉涂覆環(huán)節(jié)采用光固化。實驗采用藍寶石襯底藍光LED芯片,采用釔鋁石榴石(YAG)黃色熒光粉,選用的光固化膠由脂環(huán)型環(huán)氧樹脂低聚物、碳酸丙烯酯活性稀釋劑及陽離子光引發(fā)劑組成。取一板LED支架,將支架在80℃的環(huán)境下預熱。選用同一批次芯片,完成固晶、焊線,將該板支架上的單顆LED支架分離出來平均分成9份。稱取一定量低聚物A,加入2%的光引發(fā)劑(光引發(fā)劑的量由吸收光子數(shù)和樹脂的環(huán)氧值確定),攪拌5min使之混合均勻,再加入與A等量的活性稀釋劑B,攪拌5min,將混合物抽真空10min,摻入一定比例的熒光粉,繼續(xù)攪拌5min,然后完成點熒光粉膠。調(diào)節(jié)載物板到紫外燈的距離,固定紫外光功率密度為106.6mW/cm2,將分成9份的點好熒光粉膠的LED分別放入紫外固化箱中照射30、60、90、120、150、180、210、240、270s,完成表貼式白光LED的制備。2.3酶系統(tǒng)循環(huán)測定首先對不同固化時間封裝成型的樣品進行物理特性檢查,判斷膠的固化情況。然后進行恒流老化,定期對光電參數(shù)進行測量。對每種固化時間的樣品進行初次測量,恒流點亮24h再次測量,取其中比較穩(wěn)定的10支作為實驗樣品進行長期恒流老化。測量儀器為某公司SSP6612型LED光電參數(shù)綜合測試儀,該儀器可以完成對LED的相對光譜功率分布、色溫、色坐標、光通量、正向電壓等光電參數(shù)的測量。3樣品的恒流老化實驗固化完成后,對九種固化時間的LED進行觀察及物理特性測試,其固化程度如表1所示。從表1可以看出隨著固化時間的加長,固化程度進一步加深。其中30、60、90s未完全固化,在這實際的生產(chǎn)過程中是不可取的。因此,接下來只對固化時間為120~270s的樣品進行恒流老化實驗,對六種樣品恒流老化15d。選取峰值波長、色溫、顯色指數(shù)和光通量四個參數(shù),測試不同固化時間對它們的影響。對每種LED的10個樣品的各項參數(shù)測試結(jié)果分別去掉其中的一個最大值與最小值然后取平均,分析它們隨老化時間加長的變化趨勢。3.1固化時間與峰值波長的關(guān)系六種固化時間的LED峰值波長變化曲線如圖1所示,可以看出不同固化時間樣品的峰值波長有略微的不同,最高與最低的平均峰值波長相差約1.2nm,且峰值波長的大小與固化時間的長短沒有一個固定線性關(guān)系。隨著老化時間的延長,每種樣品的峰值波長幾乎不變。3.2最高染色平均的平均提高溫度k圖2為六種樣品色溫隨老化時間的變化曲線,在不同的固化時間下樣品的色溫差異不大,最高色溫與最低色溫平均相差不到200K,并且色溫的大小與固化時間的長短沒有一個確定的關(guān)系。同時,無論是哪種固化時間的樣品,隨著老化時間的增加,各自的色溫基本不變,說明用該方法及該光固化膠封裝出來的LED的色溫比較穩(wěn)定。3.3多光譜的光譜顯色指數(shù)表示用該光源與用太陽光照射某物體時,物體顏色的差別。顯色指數(shù)主要取決于光源的光譜。由圖3可知,不同固化時間的樣品其顯色指數(shù)有微小差異,最高與最低相差僅1.3個單位,顯色指數(shù)大小隨固化時間長短的變化趨勢與色溫大致相同,它們之間同樣不存在確定的關(guān)系。并且,隨著老化時間的增加,各自的顯色指數(shù)也比較穩(wěn)定。3.4固化情況對未來灰黑背景光固化膠衰減率的影響光通量衰減率的變化曲線如圖4所示,由圖可知,270s樣品光通量的衰減率明顯高于其他樣品,說明270s雖然使光固化膠完全固化,但由于照射時間太長影響了固化膠的性能,因此固化270s不可取。從老化第四天開始,固化240s與210s樣品的衰減率明顯高于其他樣品,說明固化240s和210s同樣不可取。而固化120~180s衰減率的大小及變化情況相似,衰減率明顯小于其他長時間照射,說明固化120~180s對白光LED的性能影響相同且穩(wěn)定。綜合表1,對該光固化膠在106.6mW/cm2的光功率密度下,最低的固化時間在120s,最高在180s較為合適。從圖4中還可以看出,老化前期衰減率變化曲線的斜率遠遠高于老化后期的斜率,說明在老化前期LED燈的光通量衰減較快,老化后期光固化膠的穩(wěn)定性相對于前期要穩(wěn)定性些。4固化時間對光通量衰減率的影響用光固化方法固化貼片式白光LED的熒光粉層,對用九種不同固化時間封裝出來的樣品進行物理特性測試,結(jié)果表明當固化時間大于120s時膠體基本固化,隨著固化時間的加長其固化程度加深。對完全固化的六種LED樣品進行恒流老化實驗,測試其峰值波長、色溫、顯色指數(shù)和光通量衰減率的變化情況。結(jié)果表明:不同固化時間樣品的峰值波長、色溫、顯色指數(shù)的最大值與最小值分別平均相差約1.2nm、200K、1.3個單位,并且在不同的固化時間下樣品的峰值波長、色溫、顯色指數(shù)隨老化時間的增加基本保持不變;對于光通量,固化時間大于210s時,光通量的衰減明顯大于其他固化時間,固化時間在120~180s時光通量衰減率較小且變化穩(wěn)定。綜上所述,在白光LED封裝中,用該光固化膠調(diào)配熒光粉,在紫外光功率密度為