基于紫外激发荧光玻璃的白光LED封装技术研究

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基本信息

  • 批准号：
    51805196
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    24.0万
  • 负责人：
    彭洋
  • 依托单位：
    华中科技大学
  • 学科分类：
    E0512.微纳机械系统
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Currently, the development of high-efficiency and high-quality white light-emitting diode (WLED) devices is a key technology for high-power LED packaging. Ultraviolet (UV)-excited WLED is an important approach to obtain high-quality white light. However, it has the problems of low light efficiency and poor reliability. Based on our previous researches about LED packaging and phosphor-in-glass (PiG) preparation, the UV-excited WLED packaging technology based on red, green, and blue (RGB) PiG was proposed to solve the problems of UV-excited WLED packaging. The research contents include: 1) The mechanisms of photon transportation and interface scattering in the PiG were revealed through Mie scattering theory and ray tracing method, and the corresponding photon transportation models of PiG were established. The effects of internal pores and phosphor particles on the transmittance of PiG were investigated. 2) The RGB PiGs were fabricated by screen-printing combined with low-temperature sintering technique. The influence laws of multi-layered phosphor structure on the light efficiency of PiG-based WLED were studied. The transmittance of PiG was enhanced and the light scattering and reabsorption losses were reduced by process optimization. 3) The packaging experiments of UV-excited WLEDs were carried out and their performances were measured, and then the PiG preparation and the packaging technology were optimized. This proposal explores new ideas for developing high-power WLED devices, which promotes the development of semiconductor lighting technology.
研发高光效、高品质白光LED器件是目前大功率LED封装技术的关键，紫外激发白光LED是获得高品质白光的一种重要途径，但存在出光效率低和可靠性差等问题。项目在前期LED封装技术和荧光玻璃制备研究的基础上，提出基于三基色荧光玻璃的紫外激发白光LED封装制造技术，以解决紫外激发白光LED封装技术难题。研究内容包括：1）结合米氏散射理论和光线追迹法，揭示荧光玻璃中光子传输与界面散射机理，建立荧光玻璃光子传输模型，探讨气孔和荧光粉颗粒对荧光玻璃透光率的影响；2）采用丝网印刷结合低温烧结技术制备三基色荧光玻璃，研究分层荧光结构对LED出光效率的影响规律，并通过工艺优化提高荧光玻璃透光率，以及降低光散射和重吸收损耗；3）开展紫外激发白光LED封装实验和测试评价，优化荧光玻璃制备和封装技术。项目实施为大功率白光LED器件研发开辟了新思路，对促进半导体照明技术发展具有推动作用。

结项摘要

随着人们对光色品质、照明舒适度的需求不断增加，实现高光效、高品质白光LED器件是目前大功率LED封装技术的关键，以营造舒适健康的光环境。目前，紫外激发三基色荧光粉是获得高品质白光LED的一种重要途径，但存在出光效率低、可靠性差等问题。项目提出了紫外激发荧光玻璃的白光LED封装技术，构建了高性能荧光玻璃，提高了白光LED发光性能和可靠性，解决了紫外激发白光LED封装技术难题。具体内容包括：建立了荧光玻璃光子传输模型，分析了气孔大小和孔隙率、基质玻璃折射率和荧光粉折射率对光散射的影响，获得了提高荧光玻璃透光率的有效方法；采用丝网印刷与低温烧结工艺制备了三基色荧光玻璃，通过高折射率基质玻璃降低了荧光粉颗粒散射损耗，采用分层堆叠结构降低了光谱重吸收损耗，利用蛾眼化微结构抑制了表面全反射损耗，提高了白光LED出光效率；构建了宽频带荧光玻璃，弥补了青色光谱间隙并实现全光谱白光（Ra=95.4、R9=95.1和R13=97.3），且采用堆叠量子点薄膜和集成量子点溶液的方法提高了白光LED显色性；制备了高导热荧光玻璃，利用高效导热网络提高了荧光层热耗散，降低了工作温度（小于100℃）；开发了全无机荧光玻璃封装工艺，分析了封装结构对白光LED光热性能的影响，得到了高可靠白光LED器件；提出了荧光玻璃芯片级白光LED封装方法，制备了晶圆级荧光玻璃片，提高了白光LED光热性能；对比分析了荧光玻璃封装与荧光胶封装热稳定性，荧光玻璃降低了白光LED65%光效衰减，提高了白光LED长期可靠性。基于本项目，取得了一系列原创性的成果，以第一或通讯作者发表期刊论文19篇（ESI高被引论文2篇、封面论文2篇），申请发明专利7项（授权4项），并与相关企业建立深度合作关系，大力推广紫外激发白光LED产品。项目的实施为大功率白光LED研发开辟了新思路，对促进半导体照明发展具有重要推动作用。

项目成果

期刊论文数量（19）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（4）
Reliable and Efficient Phosphor-in-Glass-Based Chip-Scale Packaging for High-Power White LEDs
适用于高功率白光 LED 的可靠且高效的基于玻璃磷光体的芯片级封装
  • DOI：
    10.1109/ted.2021.3088085
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    IEEE Transactions on Electron Devices
  • 影响因子：
    3.1
  • 作者：
    Zhang Xiwen;Liu Jiaxin;Liu Jinglong;Peng Yang;Li Junjie;Shi Tielin
  • 通讯作者：
    Shi Tielin
White Light-Emitting Diodes With High Color Quality Fabricated Using Phosphor-in-Glass Integrated With Liquid-Type Quantum Dot
使用玻璃荧光粉与液体量子点集成制造的高色质白光发光二极管
  • DOI：
    10.1109/led.2019.2897718
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    IEEE Electron Device Letters
  • 影响因子：
    4.9
  • 作者：
    Wang Hao;Mou Yun;Peng Yang;Liu Jiaxin;Liang Renli;Chen Mingxiang;Dai Jiangnan;Chen Changqing
  • 通讯作者：
    Chen Changqing
Broad-Band and Stable Phosphor-in-Glass Enabling Ultrahigh Color Rendering for All-Inorganic High-Power WLEDs
宽带且稳定的玻璃磷光体为全无机高功率 WLED 提供超高显色性
  • DOI：
    10.1021/acsaelm.0c00557
  • 发表时间：
    2020-09-22
  • 期刊：
    ACS APPLIED ELECTRONIC MATERIALS
  • 影响因子：
    4.7
  • 作者：
    Peng, Yang;Wang, Hao;Guo, Xing
  • 通讯作者：
    Guo, Xing
Reflective Phosphor-in-Glass Color Converter for Laser-Driven White Lighting
用于激光驱动白光照明的反射式玻璃荧光粉颜色转换器
  • DOI：
    10.1109/lpt.2020.3007181
  • 发表时间：
    2020-08-15
  • 期刊：
    IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS
  • 影响因子：
    2.6
  • 作者：
    Peng, Yang;Sun, Qinglei;Luo, Xiaobing
  • 通讯作者：
    Luo, Xiaobing
Active Thermal Management of High-Power LED Through Chip on Thermoelectric Cooler
通过热电冷却器芯片对高功率 LED 进行主动热管理
  • DOI：
    10.1109/ted.2021.3062314
  • 发表时间：
    2021-04
  • 期刊：
    IEEE Transaction on Electron Devices
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Li Shuang;Liu Jinglong;Ding Lu;Liu Jiaxin;Xu Jian;Peng Yang;Chen Mingxiang
  • 通讯作者：
    Chen Mingxiang

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    2018
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  • 作者：
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    彭洋

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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