在傳統的白光LED封裝結構中，熒光粉直接涂覆于芯片上面，工作時，芯片釋放的熱量直接加載在熒光粉上面，導致了熒光粉的溫升，使得熒光粉在高溫下轉化效率降低。而在熒光粉與芯片之間引入一層低導熱的熱隔離層能夠有效的阻止芯片的熱量直接加載到熒光粉上，降低了熒光粉層溫度，使得白光LED在大電流注入下都能保持較高的流明效率。
除了芯片釋放的熱量之外，涂覆的熒光粉受藍光激發時，因熒光粉的轉化效率尚未達到100%，另外由于散射等其它損耗的存在，熒光粉顆粒本身也會有少量的熱量釋放，容易形成局域熱量累積，為此當熒光粉材料轉化效率較低時，還需為熒光粉提供散熱通道，防止熒光粉顆粒局域熱的生成。下面通過傳統熒光粉涂覆方式和熱隔離封裝方式兩組實驗對比了解兩種結構中芯片和熒光粉的熱相互作用。
1、LED芯片對熒光粉的加熱
為了評價LED芯片對熒光粉熱性能方面的影響，我們制作了兩組白光LED封裝結構，一組采用傳統的熒光粉涂覆方式，另一組采用熱隔離的熒光粉涂覆方式，圖1是該熱隔離封裝結構的剖面制樣圖。
圖1 傳統白光LED橫截面圖示(a)熒光粉熱隔離封裝結構(b)，h=1mm[14-16]
熒光粉熱隔離封裝結構是通過熒光粉覆膜的方式實現的。熒光粉覆膜技術是我們提出的一種新型熒光粉涂覆方法，即根據出光要求設計好熒光粉膜層的結構，在專用模具內完成熒光粉膜層的成型，剝離后，將熒光粉膜層轉移到LED芯片上方，同時LED芯片和熒光粉膜層中間還有一層低導熱系數的硅膠層。為了表明兩種封裝結構熱性能上的差別，我們比較了兩種封裝結構表面的溫度分布圖。圖2是兩種封裝結構在200、350和500mA直流驅動下表面IR Camera測得溫度徑向分布。在200 mA驅動電流下時，熱隔離封裝結構比傳統封裝方式中心溫度低1.6℃。在350mA和500mA注入電流下時，熒光粉層的溫差分別達到了8.5℃和16.8℃，并且在500mA注入電流下時，傳統結構熒光粉的表層最高溫度已經達到130.2℃。另外，熱隔離封裝結構整個熒光粉表層的溫度都很均勻，而傳統結構中熒光粉中心溫度較高，在大電流時尤為明顯。
我們通過有限元模擬來分析封裝結構中的參數變化對白光LED性能的影響。結果表明，可以通過封裝結構設計及封裝材料熱導率調整來調控熒光粉層的溫度。圖3是LED熱隔離封裝結構中的溫度縱向分布，熒光粉層的溫度通過引入的熱隔離硅膠層大大降低了。
在傳統的白光LED封裝結構中，熒光粉直接涂覆于芯片上面，工作時，芯片釋放的熱量直接加載在熒光粉上面，導致了熒光粉的溫升，使得熒光粉在高溫下轉化效率降低。而在熒光粉與芯片之間引入一層低導熱的熱隔離層能夠有效的阻止芯片的熱量直接加載到熒光粉上，降低了熒光粉層溫度，使得白光LED在大電流注入下都能保持較高的流明效率。
除了芯片釋放的熱量之外，涂覆的熒光粉受藍光激發時，因熒光粉的轉化效率尚未達到100%，另外由于散射等其它損耗的存在，熒光粉顆粒本身也會有少量的熱量釋放，容易形成局域熱量累積，為此當熒光粉材料轉化效率較低時，還需為熒光粉提供散熱通道，防止熒光粉顆粒局域熱的生成。下面通過傳統熒光粉涂覆方式和熱隔離封裝方式兩組實驗對比了解兩種結構中芯片和熒光粉的熱相互作用。
1、LED芯片對熒光粉的加熱
為了評價LED芯片對熒光粉熱性能方面的影響，我們制作了兩組白光LED封裝結構，一組采用傳統的熒光粉涂覆方式，另一組采用熱隔離的熒光粉涂覆方式，圖1是該熱隔離封裝結構的剖面制樣圖。
圖1 傳統白光LED橫截面圖示(a)熒光粉熱隔離封裝結構(b)，h=1mm[14-16]
熒光粉熱隔離封裝結構是通過熒光粉覆膜的方式實現的。熒光粉覆膜技術是我們提出的一種新型熒光粉涂覆方法，即根據出光要求設計好熒光粉膜層的結構，在專用模具內完成熒光粉膜層的成型，剝離后，將熒光粉膜層轉移到LED芯片上方，同時LED芯片和熒光粉膜層中間還有一層低導熱系數的硅膠層。為了表明兩種封裝結構熱性能上的差別，我們比較了兩種封裝結構表面的溫度分布圖。圖2是兩種封裝結構在200、350和500mA直流驅動下表面IR Camera測得溫度徑向分布。在200 mA驅動電流下時，熱隔離封裝結構比傳統封裝方式中心溫度低1.6℃。在350mA和500mA注入電流下時，熒光粉層的溫差分別達到了8.5℃和16.8℃，并且在500mA注入電流下時，傳統結構熒光粉的表層最高溫度已經達到130.2℃。另外，熱隔離封裝結構整個熒光粉表層的溫度都很均勻，而傳統結構中熒光粉中心溫度較高，在大電流時尤為明顯。
我們通過有限元模擬來分析封裝結構中的參數變化對白光LED性能的影響。結果表明，可以通過封裝結構設計及封裝材料熱導率調整來調控熒光粉層的溫度。圖3是LED熱隔離封裝結構中的溫度縱向分布，熒光粉層的溫度通過引入的熱隔離硅膠層大大降低了。
圖2 傳統結構和熱隔離結構中熒光粉表面的溫度曲線
圖3 熱隔離封裝結構中，樣品沿h2方向的徑向溫度分布(h2=1mm)
綜上所述，降低熒光粉層溫度的有效辦法是在芯片與熒光粉層之間引入低導熱的熱隔離層，尤其對于更大功率的LED器件而言，對熒光粉的熱控制技術顯得尤為重要。
2、熒光粉局域熱效應
熒光粉層并不是具有均勻熱導率的單一介質，而是由熒光粉顆粒與低導熱的硅膠混合而成，每顆熒光粉顆粒由硅膠包裹而成。我們的研究結果表明熒光粉顆粒在不同的轉化效率下(即不同的釋熱量)芯片和熒光粉的溫場分布。在熒光粉轉化效率高(>80%)的情況下，熒光粉的溫度主要受芯片加熱的影響。熒光粉距離芯片越近，溫度越高，熱隔離的措施能有效降低熒光粉的溫度。在熒光粉顆粒發熱明顯的情況下，由于包裹熒光粉顆粒是低導熱率的硅膠，熒光粉顆粒會形成局域熱量，使得熒光粉顆粒的溫度升高，甚至超過芯片的溫度。而出現熒光粉局域熱量的條件是熒光粉的低轉化效率，導致熒光粉釋熱大。
在實際的LED封裝結構中，熒光粉的轉化效率高，熒光粉的溫度主要是由于芯片的加熱作用，熒光粉與芯片直接有效的熱隔離能明顯降低熒光粉的溫度。進一步降低熒光粉層的溫度可以通過提高熒光粉層的導熱率來實現。
為了表明兩種封裝結構對白光LED光色性能的影響，我們把LED白光光譜中藍光波段(Blue)和黃光波段(Yellow)提取出來，以藍光波段光譜和黃光波段光譜的積分量比例值(B/Y)作為光譜評價依據。圖4表明的是電流從50mA到800mA，兩種情況下B/Y值跟注入電流的關系，B/Y值的變化反映了白光LED光色的變化，在圖5中，我們展示了兩種結構中光通量、色溫(CCT)跟注入電流的變化關系。兩種封裝結構中，注入電流在達到300mA以前，兩者光通量的值幾乎沒發生變化，隨著注入電流的繼續升高，熱隔離封裝結構顯示了更好的光飽和性能。色溫CCT反映了白光LED光色的表現性能，注入電流從50mA增加到800mA，熱隔離結構的LED色溫僅變化253K，而傳統結構LED色溫變化達1773K。圖5中B/Y值的變化也反映了這種趨勢，熱隔離封裝結構在較大的電流變化范圍內B/Y值變化很小，而傳統結構中B/Y值的變化很大。在傳統結構中，電流越大時，B/Y值也隨著增大，這說明隨著電流增加，LED光譜中藍光成分增強，而將藍光轉化為黃光的熒光粉轉化效率下降。而造成熒光粉轉化效率下降的一個重要原因就是芯片對熒光粉的加熱，造成了熒光粉溫度上升。
圖4 兩種封裝結構中白光LED光譜中藍光段(Blue)與黃光段(Yellow)光強比
圖5 兩種封裝結構光通量(左軸)和色溫(右軸)與電流的依賴關系
熒光粉熱隔離封裝結構帶來光色性能的改善，一個重要原因是由于該結構降低了熒光粉的溫度，使得熒光粉保持了較高的轉化效率。