I LED convenzionali sono generalmente di tipo a staffa, incapsulati in resina epossidica, a bassa potenza e il flusso luminoso complessivo non è grande e l'elevata luminosità può essere utilizzata solo come illuminazione speciale. Con lo sviluppo della tecnologia dei chip LED e della tecnologia di imballaggio, in risposta alla domanda di prodotti LED ad alto flusso luminoso nel campo dell'illuminazione, i LED di potenza sono gradualmente entrati nel mercato. Il LED del tipo di alimentazione generalmente ha un chip di emissione di luce posizionato su un dissipatore di calore del dissipatore di calore, e una lente ottica è assemblata su di essa per ottenere una certa distribuzione spaziale ottica e la lente è riempita con un silicone flessibile a basso stress.
I LED di potenza 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. Allo stato attuale, la massima efficienza di lumen segnalata dai LED di potenza sul mercato è di circa 50 lm / W, che è lontana dai requisiti dell'illuminazione quotidiana domestica. Al fine di migliorare l'efficienza luminosa del LED di potenza, da un lato, è necessario migliorare l'efficienza del chip a emissione di luce; d'altra parte, la tecnologia di imballaggio del power LED deve essere ulteriormente migliorata, a partire dalla progettazione strutturale, dalla tecnologia dei materiali e dalla tecnologia di processo, e migliorando il prodotto. Efficienza di estrazione della luce del pacchetto.
Elementi del pacchetto che influiscono sull'efficienza di estrazione della luce
Tecnologia di dissipazione del calore
Per un diodo a emissione di luce 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, un materiale di impregnazione, un dissipatore di calore, ecc. ., nel processo. Alcuni materiali hanno impedenza termica che blocca il flusso di calore, ovvero la resistenza termica, che è un valore fisso determinato dalla dimensione, dalla struttura e dal materiale del dispositivo. Lascia che la resistenza termica del LED sia Rth (° C / W) e che la potenza di dissipazione del calore sia PD (W). A questo punto, l'aumento di temperatura della giunzione PN dovuto alla perdita di calore della corrente è:
T (° C) = Rth × PD.
La temperatura di giunzione PN è:
TJ = TA + Rth × PD
Dove TA è la temperatura ambiente. All'aumentare della temperatura della giunzione, la probabilità di ricombinazione della luminescenza della giunzione PN diminuisce e la luminosità del LED diminuisce. Allo stesso tempo, a causa dell'aumento dell'innalzamento della 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, anche la lunghezza d'onda di picco della luminescenza si sposta verso la lunga lunghezza d'onda, 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 provoca una discrepanza con la lunghezza d'onda di eccitazione del fosforo, riducendo così l'efficienza luminosa complessiva del LED bianco e causando un cambiamento nella temperatura del colore bianco.
Per i LED di alimentazione, la corrente del convertitore è generalmente 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 l'imballaggio e le applicazioni, come ridurre la resistenza termica del prodotto, in modo che il calore generato dalla giunzione PN possa essere dissipato al più presto, non solo può migliorare la corrente di saturazione del prodotto, migliorare l'efficienza luminosa del prodotto , ma migliora anche 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, compresi i dissipatori di calore, gli adesivi, ecc., La resistenza termica di ciascun materiale è bassa, ovvero la conduttività termica deve essere buona. In secondo luogo, il progetto strutturale dovrebbe essere ragionevole, la conduttività termica tra i materiali dovrebbe essere costantemente adattata e la connessione termica tra i materiali è buona, evitando il collo di bottiglia di dissipazione del calore nel canale di conduzione del calore e garantendo che il calore sia dissipato dall'interno al lo strato esterno. Allo stesso tempo, è necessario garantire che il calore sia dissipato nel tempo secondo il 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 la piena emissione. Nel caso di un chip blu GaN, l'indice di rifrazione del materiale GaN è 2.3. Quando la luce viene emessa dall'interno del cristallo verso l'aria, l'angolo critico θ0 = sin-1 (n2 / n1) secondo la legge di rifrazione.
Dove n2 è uguale a 1, ovvero l'indice di rifrazione dell'aria, e n1 è l'indice di rifrazione di GaN, da cui l'angolo critico θ0 viene calcolato in 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 dell'attuale chip GaN è di circa il 30% -40%, e quindi, a causa dell'assorbimento interno del cristallo di chip. La proporzione di luce che può essere emessa all'esterno del cristallo è piccola. È stato riferito che l'efficienza quantica esterna dei chip GaN è attualmente di circa il 30% -40%. Analogamente, la luce emessa dal chip viene trasmessa nello spazio attraverso il materiale incapsulante e viene considerato anche l'effetto del materiale sull'efficienza di estrazione della luce.
Pertanto, al fine di migliorare l'efficienza di estrazione della luce del pacchetto di prodotti a LED, è necessario aumentare il valore di n2, cioè aumentare l'indice di rifrazione del materiale di imballaggio, in modo da aumentare l'angolo critico del prodotto, migliorando in tal modo l'efficienza luminosa del pacchetto del prodotto. Allo stesso tempo, il materiale di incapsulamento assorbe meno la luce. Al fine di aumentare la proporzione della luce emessa, la forma del pacchetto è preferibilmente arcuata o emisferica in modo tale che quando la luce viene diretta dal materiale incapsulante all'aria, è quasi perpendicolarmente incidente sull'interfaccia, in modo che nessuna riflessione totale è prodotto.
3. Elaborazione della riflessione
Esistono 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 di solito montano chip di potenza su staffe metalliche o substrati con cavità riflettenti. Le cavità riflettenti del tipo a staffa generalmente usano la galvanoplastica per migliorare la riflessione, mentre le cavità riflettenti del tipo di substrato sono generalmente lucidate. Nella modalità, anche il trattamento di placcatura viene eseguito in condizioni, ma i due metodi di trattamento sopra descritti 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 . Attualmente, la cavità riflettente del tipo di substrato è prodotta in Cina. A causa dell'insufficiente precisione di lucidatura o dell'ossidazione dello strato di placcatura metallica, l'effetto di riflessione è scarso, il che provoca l'assorbimento di molta luce dopo l'incidente nell'area di riflessione e non può essere riflesso sulla superficie di emissione della luce in base alla obiettivo, con conseguente risultato finale. L'efficienza di estrazione della luce dopo l'imballaggio è bassa.
Attraverso varie ricerche ed esperimenti, abbiamo sviluppato un processo di trattamento della riflessione usando rivestimenti di materiale organico 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 la colpisce viene riflessa dalla superficie in uscita dalla luce. L'efficienza di estrazione della luce 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 1 W hanno un'efficacia luminosa di 40-50 lm / W (risultati del test su un tester di analisi spettrale PMS-50 remoto) e hanno ottenuto buoni risultati di confezionamento.
4. Selezione e rivestimento del fosforo
Per i LED a potenza bianca, l'aumento dell'efficienza luminosa è anche correlato alla scelta del fosforo e del 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. Ed è necessaria una valutazione completa, tenendo conto 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 emissione di 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 irregolare, e la qualità del punto può essere migliorata.
Un 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 si concentra sul design strutturale, sulla selezione del materiale e sull'elaborazione del processo della cavità riflettente, della colla di riempimento, ecc. E può migliorare efficacemente l'efficienza di estrazione della luce del LED di potenza. Per i LED bianchi di tipo elettrico, anche la scelta del fosforo e la progettazione del processo sono fondamentali per il miglioramento del punto e il miglioramento dell'efficienza luminosa.