基于空封技术的白光数码管实现方法研究
近年来，在照明领域最引人关注的事件是半导体照明的兴起。20世纪90年代中期，日本日亚化学公司的Nakamura等人经过不懈努力，突破了制造蓝光发光数码管的关键技术，并由此开发出以荧电感器生产厂家光材料覆盖蓝光数码管产生白光光源的技术。在数码管产业链中，主要分为上游半导体衬底生长、中游芯片制造及下游数码管分装技术。对整个数码管器件来说，封装过程是一个非常重要的环节，主要完成输出电信号，保护管芯正常工作，使其不受机械、热、潮湿及其他外部冲击，具有输出可见光等功能，即达到既具有电参数，又具有光参数的设计及技术要求。可见，封装工艺已成为制约数码管器件使用及性能的关键因素。对于白光数码管的开发和制作，封装环节具有更重要的意义。
我国从20世纪80年代开始研发LED数码管技术，到20世纪90年代，LED的封装业有了一定的发展，但企业总体规模小，工艺水平不够高，这种状况制约了产业的发展，诸多技术瓶颈没有突破，急需在LED封装技术方面有较好的突破，以打开新的数码管市场份额。
1 白光的实现
依据发光学和色度学原理，实现白光数码管有多种方案，而开发较早、已实现产业化的方案是在数码管芯工字电感器片上涂敷荧光粉而实现白光发射。
数码管采用荧光粉实现白光，下述3种方案发展较快：在蓝色芯片上涂敷能被蓝光激发的黄色荧光粉，芯片发出的蓝光与荧光粉发出的黄光互补形成白光；在蓝色芯片上涂覆绿色和红色荧光粉，通过芯片发出的蓝光与荧光粉发出的绿光和红光复合得到白光；在紫光或紫外光芯片上涂敷三基色或多种颜色的荧光粉，利用该芯片发射的长波紫外光(370～380nm)或紫光(380～410 nm)来激发荧光粉而实现白光发射。下面主要介绍以第1种方案为原理实现白光的机制。
利用波长为460～470 nm的GaN基蓝光芯片发射的蓝色光作为基础光源(图1所示为蓝光芯片在温室，电流为20 mA时的电致发光光谱图)，应用GaN基蓝光芯片所发出的460～470 nm蓝光一部分用来激发荧光粉，使荧光粉发出黄绿色光，另一部分蓝光透过荧光粉发射而出。荧光粉发出的黄绿色光与GaN基蓝光芯片发出的透射部分混合形成白光，即白光=蓝+黄的机制，如图2所示。图3是蓝光芯片激发黄色荧光粉所产生的光谱，产生黄光，该黄光与蓝光混合而成白光。
这种方法存在的2个关键部分是GaN基蓝光芯片和作为光转换的荧光材料。GaN基蓝光芯片的选择不仅要考虑芯片本身的特性，还应兼顾荧光材料的选择。荧光材料的选择必须满足以下2个条件：
(1)荧光材料的激发光谱必须与所选择的蓝光芯片的发射光谱相匹配。目前国际上常采用波长为460～470 nm的GaN基蓝光芯片作为基础光源，这样就要求荧光材料的激发光谱在460～470 nm，这样可以确保获得更高的光转换效率；荧光材料的发射光谱。
(2)荧光材料的发射光谱与蓝光芯片的发射光谱能够匹配成白光，从CIEl931色坐标图可以看出，想要匹配成白光，荧光材料的发射光谱应在555 nm左右。基于上述技术要求，普遍选用YAG：Ce3+光转换材料。
由于这种方法采用单颗芯片与单种荧光粉，主要采用YAG：Ce3+荧光粉转换效率高，操作上较易实现，且没有紫外成份，不会造成紫外辐射污染，是目前制作白光数码管的主要方向。
2 数码管封装技术
电感器国家标准 数码管品质优劣的关键在封装。封装技术对数码管的性能、可靠性，起着至关重要共模电感的作用。劣质封装会导致数码管光子损失严重，光通量和光效低，光色不均匀，使电感生产厂家用寿命短等多种缺点。目前发展的典型白色数码管结构难以适应照明光源的要求，封装用的树脂和光学结构等有待采用新设计思想、新工艺和新材料，以臻工艺完善，适合固体照明光源的发展。在继承其原有优良性能的同时，更重要的是摈弃旧的框架，创新性推出有自己特色的新白光数码管封装技术。
2．1 传统工艺存在的问题
传统封装工艺存在以下几个问题(图4所示为传统工艺流程图)。灌封胶材料的选择和封胶工艺对数码管光效参数的影响。在数码管使用过程中，辐射复合产生的光子在向外发射时产生的损失主要包括3个方面：芯片内部结构缺陷以及材料的吸收；由于光子在出射界面折射率差而引起反射损失；由于入射角大于全反射临界角而引起全反射损失。因此，很多光线无法从芯片中出射到外部。通过在芯片表面涂覆一层折射率相对较高的透明胶层(灌封胶)，由于该胶层处于芯片与空气之间，从而有效减少了光子在界面的损失，以提高取光效率。
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