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白光LED具有诸如高光效、长寿命、节能、环保、色温可调、响应快、结构紧凑小巧等特点，被誉为第四代照明光源。蓝光LED芯片搭配宽谱荧光胶的荧光转换白光LED是目前商业化白光LED的主流方案。然而，随着LED芯片技术的进步及LED光源功率密度的不断提升，荧光胶的低热导率、低热稳定性和低化学稳定性所造成的LED光源前端散热及耐热问题越来越严重，造成高功率密度LED光源光效快速下将、色漂移严重等问题，使高前端散热能力的封装技术及其关键材料的研究越来越受到人们的重视。本论文中，我们根据高功率密度LED光源的应用需求进行了从材料制备到光源封装结构和封装技术的总体设计，使用不同的成型方法制备了不同规格特点的高品质YAG荧光透明陶瓷，使用不同构型的封装结构提升了光源的前端散热能力，制备出高性能的Ce，Gd∶YAG荧光陶瓷倒装光源，高光效100W大功率冷白光LED光源，高显色指数100W大功率LED光源和500W超大功率LED光源。详细内容及结论如下: (1)论文中总结了LED光源/模组封装设计、制备技术及测试方法和透明荧光材料的制备技术及测试方法:明确了需要在LED光源和LED模组两个层次上提升LED光源的功率密度，LED光源光效—光品质、寿命—成本存在此消彼长的关系，在LED产品的设计和制备过程中需要综合考虑;总结了荧光透明陶瓷不同制备工艺，特别总结了几种成型工艺在制备和放大生产中的优劣势，总结了YAG荧光透明陶瓷光谱调制的方法及对高功率LED光源可能产生的影响，为YAG荧光透明陶瓷的制备及应用提供前端设计。 (2)使用流延成型工艺结合真空固相反应烧结方法制备了高Ce浓度的Ce，Gd∶YAG荧光透明陶瓷。流延成型适合薄片陶瓷的连续批量制备且能够精确控制厚度，制备出的陶瓷薄片精确为设计所需的0.5mm，精简了研磨和抛光工艺流程。所制备的Ce，Gd∶YAG荧光透明陶瓷的XRD图谱仅显示出纯相Y3Al5O12的衍射峰。500nm～780nm范围的直线透过率达到81.2％。使用X射线光电子能谱分析了Ce离子的化学价态，结果显示真空环境下固相反应烧结过程中存在着Ce4+→Ce3+自发还原现象。Ce，Gd∶YAG荧光透明陶瓷PL谱显示出一个强的宽谱黄光发射峰，经计算的量子效率达到90.2％。大尺寸的流延薄片经切割成1.0mm×1.0mm的陶瓷方片，将陶瓷方片直接贴在一个尺寸为1.0mm×1.0mm的倒装芯片上形成大功率倒装Ce，Gd∶YAG荧光透明陶瓷LED灯珠。该光源在350mA的电流下，其光效达到116.5m/W，色温6627K，显色指数68.4。 (3)我们通过对100W大功率光源的MCPCB散热基板，LED芯片排布方式，金线焊接的连接方式进行了设计与优化。红外热像仪测试显示，设计优化后的Ce∶YAG荧光透明陶瓷LED光源表面温度大幅度降低。在上述优化的光源结构基础上，通过改变Ce∶YAG荧光透明陶瓷的厚度，实现Ce∶YAG荧光透明陶瓷LED光源的光谱调制，在Ce∶YAG荧光透明陶瓷厚度为1.35mm，输入功率为104W时，光源的光参数为:光效161.1lm/W，色坐标(0.3036，0.3377)，色容差值为9.0SDCM，色温6916K，一般显色指数Ra=68.8。 (4)针对目前商用Ce∶YAG基大功率白光LED存在的色温偏高，显色指数低及使用低稳定性荧光胶所造成的严重光衰和色温漂移问题。我们使用自制的高质量Ce∶YAG荧光透明陶瓷作为黄色荧光材料，使用商业Eu∶CaAlSiN3作为红色荧光材料。同时，利用荧光透明陶瓷高热导率特性使用带散热的远程荧光构型，结合短散热路径的保型荧光粉涂覆构型。所制备的荧光透明陶瓷基暖白光LED光源，在104W瓦的功率下，显色指数能够达到90.7，光效达106.61m/W，相关色温为3003K。特别地，经过1704小时老化测试后，所制备的荧光透明陶瓷基暖白光LED光源的光通量维持率能够达到97.5％。 (5)考虑到注凝成型在异形、大尺寸、带棱角的陶瓷制备上具有较大优势，我们使用注凝成型加固相反应烧结的方法制备了50mm×50mm×1.4mm的大尺寸方形Ce，Gd∶YAG荧光透明陶瓷:该批形状规整，没有发生缺角与崩边现象，520nm到780nm范围平均透过率达82.9％，室温热导率达10.59W·m-1·K-1，150℃时热导率还维持至8.64W·m-1·K-1，室温量子效率达96.2％，荧光热性能优于荧光粉和荧光胶。结合高前端散热封装结构及封装技术，大幅度地降低了Ce，Gd∶YAG荧光透明陶瓷的温度，有效的解决了光源工作中色温漂移问题和陶瓷破裂问题。光源在505W电输入时，光效达120.6lm/W，显色指数72.3，色温6067K。经过2160小时老化测试，荧光透明陶瓷光源的光通量维持率为92.7％，优于传统荧光胶光源的79.7％;色温漂移412K，优于传统荧光胶光源的842K。