I LED convenzionali sono generalmente di tipo a staffa, incapsulati in resina epossidica, a bassa potenza, e il flusso luminoso complessivo non è ampio e l'elevata luminosità può essere utilizzata solo come illuminazione speciale. Con lo sviluppo della tecnologia dei chip LED e della tecnologia di packaging, in risposta alla domanda di prodotti LED ad alta luminosità nel settore dell'illuminazione, i LED di potenza sono gradualmente entrati nel mercato. Il LED del tipo di alimentazione generalmente ha un chip che emette luce posizionato su un dissipatore di calore del dissipatore di calore, e su di esso viene assemblata una lente ottica per ottenere una certa distribuzione spaziale ottica, e la lente è riempita con un silicone flessibile a bassa sollecitazione.
I LED di alimentazione devono entrare nel campo dell'illuminazione per ottenere l'illuminazione quotidiana in casa. Ci sono ancora molti problemi da risolvere, il più importante dei quali è l'efficienza luminosa. Al momento, l'efficienza massima dei lumen segnalata dai LED di potenza sul mercato è di circa 50 lm / W, che è ben lungi dall'essere l'illuminazione domestica quotidiana. Per migliorare l'efficienza luminosa dei LED di potenza, da un lato, è necessario migliorare l'efficienza del chip per l'emissione di luce; d'altro canto, la tecnologia di confezionamento dei LED di potenza deve essere ulteriormente migliorata, a partire dalla progettazione strutturale, dalla tecnologia dei materiali e dalla tecnologia di processo e dal miglioramento del prodotto. Pacchetto di efficienza di estrazione della luce.
Innanzitutto, gli elementi del pacchetto che influiscono sull'efficienza dell'estrazione della luce
1. Tecnologia di dissipazione del calore
Per un diodo ad emissione luminosa composto da una giunzione PN, quando una corrente diretta fluisce dalla giunzione PN, la giunzione PN ha una perdita di calore, che viene irradiata nell'aria tramite una colla di legame, un materiale di invasatura, un dissipatore di calore, ecc. ., nel processo. Alcuni materiali hanno un'impedenza termica che blocca il flusso di calore, cioè la resistenza termica, che è un valore fisso determinato dalle dimensioni, dalla struttura e dal materiale del dispositivo. Lasciare che la resistenza termica del LED sia Rth (° C / W) e la potenza di dissipazione del calore sia PD (W). A questo punto, l'aumento della temperatura della giunzione PN a causa della perdita di calore della corrente è:
T (° C) = Rth × PD.
La temperatura della giunzione PN è:
TJ = TA + Rth × PD
Dove TA è la temperatura ambiente. All'aumentare della temperatura di giunzione, la probabilità di ricombinazione della luminescenza della giunzione PN diminuisce e la luminosità del LED diminuisce. Allo stesso tempo, a causa dell'aumento di temperatura dovuto alla perdita di calore, la luminosità del LED non continuerà più ad aumentare proporzionalmente alla corrente, indicando la saturazione termica. Inoltre, all'aumentare della temperatura di giunzione, la lunghezza d'onda di picco della luminescenza si sposta anche verso la lunghezza d'onda lunga, circa 0,2-0,3 nm / ° C, che è per il LED bianco ottenuto miscelando il fosforo YAG rivestito con il chip blu. La deriva causa una mancata corrispondenza con la lunghezza d'onda di eccitazione del fosforo, riducendo così l'efficienza luminosa complessiva del LED bianco e provocando un cambiamento nella temperatura del colore bianco.
Per i LED di potenza, la corrente di pilotaggio è in genere di diverse centinaia di milliampere o più e la densità di corrente della giunzione PN è molto grande, quindi l'aumento di temperatura della giunzione PN è molto evidente. Per imballaggi e applicazioni, come ridurre la resistenza termica del prodotto, in modo che il calore generato dalla giunzione PN possa essere dissipato al più presto possibile, non solo può migliorare la corrente di saturazione del prodotto, migliorare l'efficienza luminosa del prodotto , ma anche migliorare l'affidabilità e la durata del prodotto. . Al fine di ridurre la resistenza termica del prodotto, la scelta dei materiali di imballaggio è particolarmente importante, tra cui dissipatori di calore, adesivi, ecc., La resistenza termica di ciascun materiale è bassa, ovvero la conduttività termica è necessaria per essere buona. In secondo luogo, la progettazione strutturale dovrebbe essere ragionevole, la conduttività termica tra i materiali deve essere continuamente abbinata, e il collegamento termico tra i materiali dovrebbe essere buono, evitando il collo di bottiglia di dissipazione del calore nel canale di conduzione del calore e garantendo la dissipazione del calore dall'interno verso lo strato esterno. Allo stesso tempo, è necessario garantire che il calore venga dissipato nel tempo in base al canale di dissipazione del calore pre-progettato.
2. Selezione della colla di riempimento
Secondo la legge di rifrazione, quando la luce è incidente dal mezzo otticamente denso al mezzo di diffusione della luce, quando l'angolo incidente raggiunge un certo valore, cioè maggiore o uguale all'angolo critico, si verifica un'emissione completa. Nel caso di un chip blu GaN, l'indice di rifrazione del materiale GaN è 2.3, e quando la luce viene emessa dall'interno del cristallo verso l'aria, l'angolo critico θ0 = sin-1 (n2 / n1) secondo il legge di rifrazione.
Dove n2 è uguale a 1, cioè l'indice di rifrazione dell'aria, e n1 è l'indice di rifrazione di GaN, da cui si calcola che l'angolo critico θ0 sia di circa 25,8 gradi. In questo caso, la luce che può essere emessa è solo la luce all'interno dell'angolo solido dell'angolo incidente ≤ 25,8 gradi. È stato riferito che l'efficienza quantica esterna del chip GaN corrente è di circa il 30% -40%, e quindi, a causa dell'assorbimento interno del cristallo del chip. La proporzione di luce che può essere emessa al di fuori del cristallo è piccola. È stato riportato che l'efficienza quantica esterna dei chip GaN è attualmente intorno al 30% -40%. Allo stesso modo, la luce emessa dal chip viene trasmessa attraverso il materiale incapsulante allo spazio e viene considerato anche l'effetto del materiale sull'efficienza dell'estrazione della luce.
Pertanto, al fine di migliorare l'efficienza dell'estrazione della luce del pacchetto di prodotti LED, è necessario aumentare il valore di n2, ovvero aumentare l'indice di rifrazione del materiale di imballaggio, in modo da aumentare l'angolo critico del prodotto, migliorando così l'efficienza luminosa del pacchetto del prodotto. Allo stesso tempo, il materiale incapsulante assorbe meno luce. Al fine di aumentare la proporzione della luce emessa, la forma della confezione è preferibilmente arcuata o emisferica in modo tale che quando la luce viene diretta dal materiale incapsulante all'aria, è quasi perpendicolare incidente sull'interfaccia, in modo che nessuna riflessione totale è prodotto.
3. Elaborazione della riflessione
Ci sono due aspetti principali del trattamento della riflessione. Uno è il trattamento di riflessione all'interno del chip e l'altro è il riflesso della luce da parte del materiale di incapsulamento. Il trattamento di riflessione all'interno e all'esterno migliora la proporzione della luce emessa dall'interno del chip e riduce l'assorbimento interno del chip. Migliora l'efficienza luminosa dei prodotti LED di potenza. Dal punto di vista dell'imballaggio, i LED di potenza montano solitamente chip di potenza su supporti metallici o substrati con cavità riflettenti. Le cavità riflettenti del tipo a staffa generalmente utilizzano la placcatura elettrolitica per migliorare la riflessione, mentre le cavità riflettenti del tipo a substrato sono generalmente levigate. Nella modalità, il trattamento di placcatura viene eseguito anche in condizioni, ma i due metodi di trattamento sopra indicati sono influenzati dalla precisione dello stampo e del processo, e la cavità riflettente dopo il trattamento ha un certo effetto di riflessione, ma non è l'ideale . Allo stato attuale, la cavità riflettente del tipo di substrato è prodotta in Cina. A causa della scarsa precisione di lucidatura o dell'ossidazione dello strato di placcatura metallica, l'effetto di riflessione è scarso, il che causa l'assorbimento di molta luce dopo l'incidente nell'area di riflessione e non può essere riflesso sulla superficie di uscita della luce in base alla destinazione prevista obiettivo, con conseguente risultato finale. L'efficienza dell'estrazione della luce dopo l'imballaggio è bassa.
Attraverso varie ricerche ed esperimenti, abbiamo sviluppato un processo di trattamento di riflessione utilizzando rivestimenti di materiali organici con diritti di proprietà intellettuale indipendenti. Attraverso questo processo, la luce riflessa nella cavità portante viene assorbita molto poco e la maggior parte di essi può essere utilizzata. La luce che colpisce si riflette sulla superficie luminosa in uscita. L'efficienza di estrazione leggera del prodotto così trattato può essere aumentata dal 30% al 50% rispetto a quella precedente al trattamento. I nostri attuali LED di potenza a luce bianca da 1W hanno un'efficacia luminosa di 40-50 lm / W (risultati dei test su un tester di analisi spettrale PMS-50 remoto) e hanno ottenuto buoni risultati di confezionamento.
4. Selezione e rivestimento di fosforo
Per i LED di potenza bianchi, l'aumento dell'efficienza luminosa è anche correlato alla scelta di fosforo e processo. Al fine di migliorare l'efficienza del fosforo per stimolare il chip blu, in primo luogo, la selezione del fosforo dovrebbe essere appropriata, compresa la lunghezza d'onda di eccitazione, la dimensione delle particelle, l'efficienza di eccitazione, ecc. E è necessaria una valutazione completa, tenendo conto di varie proprietà. In secondo luogo, il rivestimento del fosforo dovrebbe essere uniforme, preferibilmente lo spessore dello strato di colla di ciascuna superficie di uscita della luce del chip di emissione di luce è uniforme, in modo da evitare che la luce locale non possa essere emessa a causa di uno spessore non uniforme, e la qualità dello spot può essere migliorata.
In secondo luogo, la conclusione
Il buon design termico ha un effetto significativo sul miglioramento dell'efficienza luminosa dei prodotti LED di potenza ed è anche un prerequisito per garantire la durata e l'affidabilità del prodotto. Il canale di uscita della luce ben progettato, qui si riferisce alla progettazione strutturale, alla selezione del materiale e al trattamento del processo della cavità riflettente, della colla di riempimento, ecc., Che può effettivamente migliorare l'efficienza di estrazione della luce del LED di potenza. Per i LED bianchi di tipo power, la selezione del fosforo e la progettazione del processo sono fondamentali per migliorare il punto e migliorare l'efficienza luminosa.