发光二极管（LED）被誉为新一代绿色照明光源，在日常生活中已得到广泛应用。但仍有大约70%的电功率转化为热量，热可靠性依然是LED挑战性问题之一。现有LED热管理研究大多关注芯片产热和系统级散热，忽视了荧光粉光致发热及针对荧光粉的封装内热管理。目前对光致发热仍缺乏有效计算和分析手段，实验又无法准确测量。基于上述背景，本项目开展了以下四部分研究内容：（1）建立了荧光粉光热耦合模型。通过定量描述荧光粉层中的光输运过程建立了荧光辐射传递方程；通过Mie散射理论计算了荧光粉层的光学常数；通过谱元法求解了荧光辐射传递方程和通用边界，同时基于能量守恒定律和光致发光机理，计算了光致发热量，最后实验验证了模型的准确性。（2）探究了新型荧光粉温度预测模型和测试方法。提出了一种双向热阻网络模型，通过考虑芯片、荧光粉发热及所有的传热路径，实现了芯片和荧光粉温度的同时预测；开发了一种基于磁纳米颗粒的新型荧光粉温度测试方法，将磁纳米颗粒混合到荧光粉中进行涂覆，基于郎之万方程测试荧光粉温度。（3）分析了影响荧光粉发热的典型封装参数。基于光热模型研究了荧光粉浓度、厚度、量子效率、颗粒尺寸和封装形式对荧光粉光致发热量和荧光粉温度的影响规律，结果表明远离涂覆具有更低的荧光粉温度，增大热导率能大幅减低荧光粉温度。（4）开发了低荧光粉温度的封装工艺。基于模型预测结果，提出了掺杂透明高导热六方氮化硼颗粒工艺和荧光粉双面冷却工艺分别提高荧光粉层的热导率和散热能力，结果表明这两种工艺都能有效降低荧光粉工作温度。本项目对荧光粉光致发热和封装内热管理的基础问题进行了系统的研究，有助于指导实现低热阻高可靠性LED封装。

由于白光发光二极管（LED）节能环保，市场应用前景巨大，发明人在短期内获得了2014年诺贝尔物理学奖。不过由于仍有大约70%的电功率转化为热量，热可靠性依然是LED挑战性问题之一。现有LED热管理研究大多关注的是芯片产热和系统级散热，忽视了荧光粉光致发光过程中的二次产热以及针对荧光粉的封装内热管理。申请人近期的研究表明：二次产热将会导致最高温度从芯片转移到荧光粉层，从而导致LED失效。目前对这一现象缺乏有效计算和分析手段，实验又无法准确测量。基于这一想法，本项目期望通过宏观和微观研究手段，搭建微观电子非辐射跃迁能量损失与宏观光致发热之间的桥梁，建立荧光粉光热耦合模型，结合实验来实现荧光粉发热的定量预测；研究不同荧光粉浓度、形貌和涂覆工艺等参数对荧光粉发热的影响规律，并进行工艺验证和热量控制。本课题是一个典型的从工艺和应用中提出的基础的交叉问题，期望研究成果能指导实现低热阻LED封装工艺。

发光二极管( LED)是固体光源，具有节能、环保、全固体化、寿命长等优点，是21世纪人类解决能源危机的重要途径之一。白光LED以其省电（为白炽灯的1/8，荧光灯的1/2）、体积小、发热量低、可低压或低电流起动、寿命长（120000h以上）、响应快、抗震耐冲、可回收、无污染、可平面封装、易开发成轻薄短小产品等优点得到了迅猛的发展。白光LED广泛应用于城市景观照明、液晶显示背光源、室内外普通照明等多种照明领域，被认为是替代白炽灯、荧光灯的新一代绿色照明光源。

1)获取白光LED的方法

获取白光LED的主要途径有以下三种。①利用三基色原理和已能生产的红、绿、蓝三种超高亮度的LED，按光强1：2：0.38的比例混合而成白色。但由于LED器件光输出会随温度升高而下降，不同的LED下降程度差别较大，结果造成混合白光的色差，限制了用三基色LED芯片组装实现白光的应用。②蓝色LED芯片与可被蓝光有效激发的发黄光荧光粉结合，组成白光；这时LED用荧光粉吸收一部分蓝光，受激发后发射黄光，发射的黄光与剩余的蓝光混合，通过调控二者的强度比后，可以获得各种色温的白光。③采用发紫外光的LED芯片和可被紫外光有效激发而发射红、绿、蓝三基色的荧光粉，产生多色混合组成白光LED。此外，也可选用两基色、四基色，甚至五基色荧光粉来获得白光。

荧光粉性能的好坏直接影响白光LED的性能。制备白光发光二极管大多离不开稀土荧光粉，主要有黄色荧光粉和三基色荧光粉等。因此获得化学性质稳定和性能优异的荧光粉是实现白光LED的关键。

2) LED用黄色荧光粉

蓝色LED芯片和一种或多种能被蓝光有效激发的荧光粉有机结合可组成白色LED。其中发展最成熟的是蓝色LED与黄色荧光粉的组合，一部分蓝光被荧光粉吸收后，激发荧光粉发射黄光，发射的黄光和剩余的蓝光混合，调控它们的强度比，即可得到各种色温的白光。这种方法驱动电路设计简易、生产容易、耗电量低。

当今使用最多的是InGaN蓝光LED，发射峰值450～480nm，采用蓝光LED激发黄光荧光粉获得白光。荧光粉使用的是三价铈激活的稀土石榴石体系(YAG)荧光粉，它的吸收和激发光谱与InGaN芯片的蓝色发光光谱匹配较佳，发射光谱覆盖绿一黄（橙黄光）的光谱范围，缺少红色成分，色调偏冷，不能达到室内照明的要求。为解决这一问题，可以在YAG黄色荧光粉中掺入适量的红色荧光粉。

本书从白光LED的光谱设计与封装出发，立足于解决当前高光色质量的白光LED设计与制造中存在的关键性难点。全书分为6章，分别是白光LED简介、高显色性能的白光LED光谱优化、针对人体生物安全性的LED光谱优化方法、考虑物体表面反射特性的节能光源光谱优化、高光学性能的白光LED光学建模和高光学性能的白光LED封装优化。