紫外LED封装技术研究

论文摘要

紫外发光二极管（UV-LED）相比传统紫外光源具有发光效率高、寿命长、节能、环保、反应速度快、体积小等特点,近年来紫外LED芯片技术和封装技术得到了快速发展,使其在油墨固化等行业具有巨大的市场前景。多个国家和地区都争相投资研发紫外LED光源,这也将进一步推动相关的光电子、材料、能源、半导体芯片制程及封装等行业的发展。目前紫外LED的光辐射功率较低,除了芯片制作水平需要提高之外,封装技术对紫外LED的辐射特性也有重要的影响。本文主要工作是围绕紫外LED的封装工艺研究,在理论计算和仿真的基础上,进行了紫外LED封装的总体设计,提出了一种光、热管理良好的紫外LED封装结构。具体包括以下内容:首先,介绍了课题研究背景和目前国内外紫外LED芯片和封装技术的最新进展,同时分析了紫外LED的发展趋势和市场应用前景,最后给出了目前紫外LED封装研究中的一些问题。接着,从理论出发,建立了紫外LED封装中两个重要的光学管理问题的理论基础。一是LED透镜的光路原理,二是平面和弧面多芯片阵列LED面光源的光辐射空间分布。前者可用来指导LED透镜的结构设计,后者可用来优化LED面光源的设计。最后通过光学仿真详细讨论了LED各封装结构参数对光辐射的影响,为LED面光源的优化设计指明了方向。再次,在理论设计和仿真的基础上,结合紫外LED高能量和热流密度的实际情况,选用合理的封装材料,设计了一种具有良好热管理的紫外LED封装结构。同时给出了空间弧形机械结构的设计实例和探讨。最后,对所制得的紫外LED封装样品围绕光辐射和封装结构温度进行了光学、热学系列测试,并对测试结果进行了分析。测试量包括温度、光辐射强度、辐射波长等。这些测试紧密围绕所设计的封装结构进行,探讨了封装结构对LED模块的光、热性能表现的影响。本课题力求解决在紫外LED封装中遇到的实际问题,因此本文具有重要的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 发展前景及所存问题
• 1.4 本文研究的内容
• 2 光学理论及仿真
• 2.1 共轴球面系统光路理论
• 2.2 LED透镜光路计算及参数确定
• 2.3 LED光辐射能量空间分布
• 2.4 光辐射分布仿真及分析
• 2.5 本章小结
• 3 封装结构设计与工艺
• 3.1 平面光源封装结构
• 3.2 弧形结构设计
• 3.3 本章小结
• 4 封装性能测试
• 4.1 热学相关测试
• 4.2 光学相关测试
• 4.3 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表学术论文目录