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基于微结构的高封装取光效率LED阵列封装研究

作　者: 吴丹
导　师: 刘胜
学　校: 华中科技大学
专　业: 光学工程
关键词: LED阵列封装取光效率微结构
分类号: TN312.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

发光二极管(LED)由于其具有较高的流明效率和节能环保等优点而应用广泛,集成十几甚至上百颗LED芯片的高功率LED阵列封装是LED封装的主要发展趋势。然而,这种LED阵列封装却因为其封装取光效率较低而应用受限。本文提出了一种在LED阵列封装硅胶上表面添加微结构来提高LED阵列封装取光效率的方法。本文通过模拟仿真分析了在LED阵列封装硅胶出光表面添加微结构提高封装取光效率的可行性与有效性。在对问题分析并简化的基础上建立了数值模型,比较了表面平整与表面带有微结构的两种情况的LED阵列封装取光效率。主要讨论了七种微结构的直径与深度两个结构参数,以及封装硅胶上表面平面面积所占比例变化时LED阵列封装取光效率的变化。模拟结果表明从多个方向打破内全反射现象的二维结构比一维条状结构在提高LED封装取光效率方面效果更好,其中倒球冠结构对水平芯片LED阵列封装取光效率的提高可达47.04%,对垂直芯片LED阵列可以提高36.07%。倒圆锥结构与倒正四棱锥结构对LED阵列的封装取光效率提高水平相近,分别为水平芯片LED阵列可提高44.71%和45.26%;垂直芯片LED阵列可提高31.73%与31.93%。此外,通过在LED阵列封装上表面引入倒正四棱台与圆台结构也可以有效地提高LED阵列封装取光效率,对于水平芯片LED阵列可提高45.77%和46.18%,对于垂直芯片LED阵列提高34.01%与33.71%。在模拟分析的基础上,实验研究了表面微结构对LED阵列封装取光效率提高的影响。实验结果表明,对于LED水平芯片阵列,倒球冠、圆柱槽与V型槽结构可以分别提高12.13%,10.23%和7.44%,该实验结果与相同结构的模拟结果较为吻合。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-20
  1.1 课题来源  9
  1.2 LED 简介  9-11
  1.3 LED 阵列封装简介  11-14
  1.4 国内外对LED 封装取光效率提高的研究  14-18
  1.5 本文的主要研究工作  18-20
2 LED 阵列封装的光学建模  20-27
  2.1 蒙特卡洛光线追迹模拟仿真方法简介  20-21
  2.2 LED 阵列封装的光学建模  21-24
  2.3 封装硅胶表面的微结构  24-26
  2.4 本章小结  26-27
3 LED 阵列封装取光效率提高的模拟仿真分析  27-40
  3.1 表面平整的LED 阵列封装模块  27-29
  3.2 微结构直径Φ对LED 阵列封装取光效率的影响  29-33
  3.3 微结构深度d 对LED 阵列封装取光效率的影响  33-35
  3.4 硅胶上表面平面面积所占比例对LED 封装取光效率的影响  35-38
  3.5 其他添加微结构的方法——凸起的微结构  38-39
  3.6 本章小结  39-40
4 LED 阵列封装取光效率提高的实验分析  40-51
  4.1 LED 阵列封装的实验模块  40-43
  4.2 LED 阵列封装硅胶上表面加工微结构的实验步骤  43-47
  4.3 LED 阵列封装硅胶上表面制作微结构的实验结果与讨论  47-50
  4.4 本章总结  50-51
5 总结与展望  51-53
  5.1 全文总结  51-52
  5.2 今后工作的建议和展望  52-53
致谢  53-55
参考文献  55-59
附录1 攻读硕士学位期间发表论文  59-60
附录2 攻读硕士学位期间申请专利  60

基于微结构的高封装取光效率LED阵列封装研究

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