爱华网1.引言 具备高光效、节能、环保、寿命长、响应快、体积小等诸多优点的白光发光二极管（LED），作为新光源的崛起，引发了全球照明领域的一场革命，将使人类文明步入21世纪绿色固态照明的新时期。 目前，国内市场的主流产品以中心粒径为7um左右的小颗粒YAG荧光粉为主。这种小颗粒荧光粉配成荧光胶后，其致密性较好。在实际生产中，小颗粒荧光粉与硅胶的配胶比例不易严格控制，常出现色温下降、光效不高，以及色差比较大等现象。而且，当前LED单灯主要封装成郎伯形光源或近郎伯形光源，这种光源的光场分布为圆形分布，中心光强较大。为了满足LED道路照明应用的设计标准，一般使用二次透镜将光场从圆形转变为矩形光场，这种方法实现了将光分配到有用的地方。但是，二次透镜的使用，增加了两次的菲涅耳损耗，同时，透镜材料对光有散射和吸收损耗，进而，灯具的光效损失较大。 而中心粒径为13um左右的大颗粒荧光粉，其荧光粉与硅胶的配胶比例不但好控制，而且其光效比小颗粒的要提高50%以上，尤其是配合使用双峰硅胶透镜直接产生矩形光场，简化了灯具组装工艺流程，消除了二次透镜带来的各种光损耗。因此，对采用高光效、高性能的大颗粒YAG荧光粉来封装硅胶双峰透镜LED的封装技术的研究成为当前最紧迫的任务之一。 本文提出了一种采用大颗粒荧光粉和双峰硅胶透镜单灯的封装技术。利用这种技术封装的单灯，光效明显提高15~18lm/W，同时实现了灯具的对称蝙蝠翼配光及非对称偏光配光，大大提高了光学利用率。 2.大颗粒荧光粉封装实验 实验中，我们使用了大颗粒荧光粉专用搅拌机。具体的实验步骤如下： 固晶：在备好的支架上，利用ASM固晶机完成晶粒的固晶。 烘烤： 将固晶完的半成品置入150℃精密烘箱中烘烤60分钟。 金丝键合：利用ASM金丝键合机完成电路连接。
配制荧光胶：按照特定的比例分别配制小颗粒的荧光胶与大颗粒的荧光胶。在这里，小颗粒荧光胶使用普通的搅拌机，大颗粒的荧光胶使用大颗粒荧光粉专用搅拌机。 点荧光胶：利用高精密点胶机在芯片表面涂覆一层荧光胶。 烘烤：将点好荧光胶的半成品置入170℃精密烘箱中烘烤20分钟。 注灌封胶：在120度的透镜模具中灌入硅胶。 烘烤： 将注胶后的半成品置入150℃精密烘箱中烘烤120分钟。 通过以上工序，我们制作了两种相同色温的1W单灯。即色温5700K的小颗粒荧光粉单灯和大颗粒荧光粉单灯，数据如表1所示。 接下来，在25℃，350mA电流下，对大颗粒荧光粉制作的单灯进行6000小时的老化试验。试验结果如图1： 试验表明，采用大颗粒荧光粉来制作LED单灯，其工艺上容易实现，而且其光效比小颗粒荧光粉制作的单灯光效高20%，同时，光通量维持率在97%以上，远远高于小颗粒制作的单灯。 3.硅胶双峰透镜实验 我们利用solidworks建立了类似花生壳的透镜，如图2。 其长、短轴两个方向的照度均匀，但在45度、60度等方向的光场照度则是长短轴两个方向曲面联合作用的结果。 然后将花生壳透镜模型导入Tracepro中，透镜材料设置为硅胶（折射率n=1.43），在距离光源10m处建立收光器。理想情况下设定透镜材料的吸收率为零，无反射、漫反射、漫透射，设定光源光通量100lm，模拟计算后，收光器上的照度如图3，这种透镜的配光曲线如图4。 从图4中可知，光场的形状近似矩形，长轴方向角度约150°，短轴方向约85°，透镜的出光效率约85%，光场边缘比较清晰，若光场边缘比较模糊，可通过调整透镜高度产生截光效果，使光场边缘清晰，调整透镜高度后，两个方向的出光角度会有一些变化。若长度方向光场均匀度较差，该方向光场均匀是主要控制指标，则可调整长度方向，改变曲面局部的出光特性，调整芯片在透镜内的插入深度可改变单灯在两个方向的出光角度。 通过反复在solidworks中调整模型曲面数据，导入Tracepro仿真描光，能使光场基本符合设计要求。 图5是该模型单灯样板外形。 采用大颗粒荧光粉的封装工艺，封装制作双峰硅胶透镜的LED实物与测试出的配光曲线如图6。 采用硅胶双峰单灯与采用120度透镜装配成LED路灯，测试的光场对比如图7、图8所示。 实验表明，采用硅胶双峰透镜的LED单灯来组装灯具，将直接产生矩形光场，简化了灯具组装工艺流程，消除了二次透镜带来的各种光损耗。 4.结束语 采用本文介绍的新型封装技术来制作的LED单灯，不但可直接产生矩形光场，而且光效可以提高约20%，从而提高户外灯具的整灯光效，进而提高灯具的光学利用率。在实际的道路照明工程中，这种单灯能获得较高的光场均匀度和截光效果。在实际工程生产中，大颗粒荧光粉的成本较高，同时这种特殊配光的一次透镜LED单灯受到支架、封装材料、精密注塑成型技术的影响，目前还未获得规模生产和应用，但我们相信随着材料技术和精密注塑成型工艺等技术的进步，大颗粒荧光粉配合一次光学透镜配光的特殊光场LED单灯必将获得越来越多的应用。
