Geleneksel LED'ler genellikle düşük güçlü, epoksi reçinesi içine alınmış ve genel ışık akısı büyük değildir ve yüksek parlaklık sadece bazı özel aydınlatmalar olarak kullanılabilir. LED çip teknolojisi ve paketleme teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, aydınlatma alanındaki yüksek ışık akılı LED ürünlere olan talebe cevap olarak, güç LED'leri yavaş yavaş pazara girmiştir. Güç tipi LED'i genellikle bir ısı emici soğutucu üzerine yerleştirilmiş bir ışık yayan çip içerir ve belirli bir optik uzamsal dağılım elde etmek için üzerine bir optik mercek monte edilir ve mercek düşük gerilimli esnek bir silikonla doldurulur.
Evdeki günlük aydınlatmayı sağlamak için güç LED'lerinin aydınlatma alanına girmesi gerekir. En önemlisi ışık verimliliği olan, çözülmesi gereken birçok sorun var. Şu anda, piyasadaki güç LED'leri tarafından bildirilen en yüksek lümen verimliliği, günlük ev aydınlatmasının gerekliliklerinden uzakta olan yaklaşık 50 lm / W'dir. Güç LED'inin ışık verimliliğini arttırmak için, bir yandan, ışık yayan çipin verimliliğinin arttırılması gerekir; Öte yandan, güç LED'inin ambalajlama teknolojisi, yapısal tasarım, malzeme teknolojisi ve işlem teknolojisi ile başlayarak ve ürünün geliştirilmesi ile daha da geliştirilmelidir. Paket ışık çıkarma verimliliği.
Işık çekme verimliliğini etkileyen paket elemanları
Isı dağılımı teknolojisi
Bir PN bağlantısından oluşan bir ışık yayan diyot için, PN bağlantısından bir ileri akım aktığında, PN bağlantısında bir yapıştırıcı, bir çömlek maddesi, bir ısı emicisi vb. Yoluyla havaya yayılan bir ısı kaybı vardır. ., süreç içerisinde. Bazı malzemeler, ısı akışını engelleyen, yani cihazın boyutu, yapısı ve malzemesi tarafından belirlenen sabit bir değer olan termal direnci engelleyen termal empedansa sahiptir. LED'in ısıl direncinin Rth (° C / W) ve ısı yayılma gücünün PD (W) olmasına izin verin. Şu anda, PN'ın sıcaklık yükselmesinden dolayı akımın yükselmesi:
T (° C) = Rth × PD.
PN bağlantı sıcaklığı:
Tj = TA + Rth PD ×
TA ortam sıcaklığıdır. Bağlantı sıcaklığı arttıkça, PN bağlantı lüminesansı rekombinasyon olasılığı azalır ve LED'in parlaklığı azalır. Aynı zamanda, ısı kaybına bağlı olarak sıcaklık artışındaki artış nedeniyle, LED'in parlaklığı akımla orantılı olarak artmaya devam edemez ve bu da termal doygunluğa işaret eder. Ek olarak, birleşme sıcaklığı arttıkça, parlaklığın tepe dalga boyu, mavi çip ile kaplanmış YAG fosforu karıştırılarak elde edilen beyaz LED için olan, yaklaşık 0.2-0.3 nm / ° C olan uzun dalga boyuna doğru sürüklenecektir. Sürüklenme, fosforun uyarılma dalga boyunda bir uyumsuzluğa neden olur, böylece beyaz LED'in genel ışık verimi düşer ve beyaz renk sıcaklığında bir değişikliğe neden olur.
Güç LED'leri için sürücü akımı genellikle birkaç yüz miliamper veya daha fazladır ve PN bağlantısının akım yoğunluğu çok büyüktür, bu nedenle PN bağlantısının sıcaklık artışı çok açıktır. Paketleme ve uygulamalar için, PN birleşim tarafından üretilen ısının mümkün olan en kısa sürede giderilebilmesi için ürünün ısıl direncinin nasıl düşürüleceği, yalnızca ürünün doyma akımını iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda ürünün ışık verimini de arttırır ama aynı zamanda ürünün güvenilirliğini ve ömrünü de arttırın. . Ürünün ısıl direncini azaltmak için, ısı alıcıları, yapıştırıcılar vs. dahil olmak üzere ambalaj malzemelerinin seçimi özellikle önemlidir, her malzemenin ısıl direnci düşüktür, yani ısıl iletkenliğin iyi olması gerekir. İkincisi, yapısal tasarım makul olmalı, malzemeler arasındaki termal iletkenlik sürekli olarak eşleşmeli ve malzemeler arasındaki termal bağlantı iyi olmalı, ısı iletim kanalındaki ısı dağılımı darboğazından kaçınılmalı ve ısının iç kısımdan yayılmasını sağlamalıdır. dış tabaka. Aynı zamanda, ısının önceden tasarlanmış ısı dağıtım kanalına göre zamanla dağılmasını sağlamak gerekir.
2. Doldurma tutkal seçimi
Kırılma yasasına göre, ışık optik olarak yoğun ortamdan ışığa yayılan ortama olay geldiğinde, olay açısı belirli bir değere ulaştığında, yani kritik açıya eşit veya ondan daha büyük olduğunda, tam emisyon meydana gelir. GaN mavi çipinde, GaN malzemesinin kırılma endeksi 2.3'tür. Kristalin içinden havaya ışık yayıldığında, kritik açı kırılma yasasına göre law0 = sin-1 (n2 / n1) olur.
N2'nin 1'e eşit olduğu durumda, yani, havanın kırılma indisi ve nl, GaN'in kırılma endeksidir; buradaki kritik açı θ0, yaklaşık 25.8 derece olarak hesaplanır. Bu durumda, yayılabilen ışık, yalnızca açılı açı açısı angle 25,8 derece olan sabit açıdaki ışıktır. Mevcut GaN çipinin dış kuantum verimliliğinin yaklaşık% 30 ila% 40 olduğu ve bu nedenle çip kristalinin iç absorpsiyonundan kaynaklandığı bildirilmektedir. Kristalin dışına yayılabilecek ışık oranı azdır. GaN çiplerinin dış kuantum verimliliğinin şu anda% 30 ila% 40 civarında olduğu bildirilmektedir. Benzer şekilde, çip tarafından yayılan ışık, kapsülleyici malzemeden uzaya iletilir ve malzemenin ışık çıkarma etkinliği üzerindeki etkisi de dikkate alınır.
Bu nedenle, LED ürün paketinin ışık çıkarma etkinliğini arttırmak için, ürünün kritik açısını artırmak üzere n2 değerini artırmak, yani ambalaj malzemesinin kırılma endeksini artırmak, Böylece ürünün ambalaj ışık verimliliği artar. Aynı zamanda, kapsülleme malzemesi ışığı daha az emer. Yayılan ışığın oranını arttırmak için, ambalajın şekli tercihen kemerli ya da yarım küre şeklindedir, böylece ışık kapsülleyici malzemeden havaya yönlendirildiğinde, neredeyse yansıma olmaması için arayüz üzerinde neredeyse dik olarak meydana gelir. üretilmektedir.
3. Yansıtma işleme
Yansıma tedavisinin iki ana yönü vardır. Biri çip içindeki yansıtma işlemidir ve diğeri ışığın kapsülleme malzemesi tarafından yansımasıdır. İç ve dışın yansıtma işlemi, çipin içinden yayılan ışığın oranını arttırır ve çipin iç emilimini azaltır. Power LED ürünlerinin ışık verimliliğini artırın. Ambalaj perspektifinden bakıldığında, güç LED'leri genellikle yansıtıcı boşluklara sahip metal braketlere veya alt tabakalara güç çipleri monte eder. Braket tipi yansıtıcı boşluklar, yansıtmayı iyileştirmek için genellikle galvanik kaplama kullanırken, substrat tipi yansıtıcı boşluklar genellikle cilalanır. Modda, kaplama işlemi de koşullar altında gerçekleştirilir, ancak yukarıdaki iki işlem yöntemi kalıbın ve işlemin kesinliğinden etkilenir ve işlemden sonraki yansıtıcı boşluk belirli bir yansıma etkisine sahiptir, ancak bu ideal değildir . Şu anda, substrat tipi yansıtıcı boşluk Çin'de üretilmektedir. Metal kaplama katmanının yetersiz cilalama hassasiyeti veya oksidasyonu nedeniyle, yansıtma alanında meydana geldikten sonra çok fazla ışığın absorbe edilmesine neden olan yansıma etkisi zayıftır ve amaçlanana göre ışık yayan yüzeye yansıtılamaz Böylece nihai sonuç elde edilir. Paketlemeden sonra ışık çıkarma verimliliği düşüktür.
Çeşitli araştırmalar ve deneyler yoluyla, bağımsız fikri mülkiyet haklarına sahip organik malzeme kaplamaları kullanarak bir yansıtma tedavi süreci geliştirdik. Bu işlem sayesinde, taşıyıcı boşluğa yansıyan ışık çok az emilir ve çoğu kullanılabilir. Vuran ışık, ışıktan çıkan yüzeye yansıtılır. Bu şekilde işlem görmüş ürünün hafif özütleme verimliliği, işlemden önceki ürüne kıyasla% 30 ila% 50 arttırılabilir. Mevcut 1W beyaz ışık güç LED'lerimiz 40-50lm / W ışık verimine sahiptir (uzak PMS-50 spektral analiz test cihazı üzerinde test sonuçları) ve iyi paketleme sonuçları elde etti.
4. Fosfor seçimi ve kaplama
Beyaz güç LED'leri için ışık verimliliğindeki artış, fosfor ve proses seçimi ile de ilgilidir. Mavi çipin uyarılması için fosforun verimliliğinin arttırılması için, öncelikle, uyarma dalga boyu, parçacık büyüklüğü, uyarma verimliliği vb. Dahil olmak üzere fosforun seçimi uygun olmalıdır ve çeşitli özellikleri hesaba katmak. İkincisi, fosforun kaplaması üniform olmalıdır, tercihen ışık yayan çipin her ışık yayan yüzeyinin tutkal tabakasının kalınlığı eşit olmalıdır, böylelikle yerel ışığın düzensiz kalınlıktan dolayı yayılamamasını önlemek için Spot kalitesi iyileştirilebilir.
İyi termal tasarım, güç LED ürünlerinin ışık verimliliğini artırmada önemli bir etkiye sahiptir ve ayrıca ürünün ömrünü ve güvenilirliğini sağlamak için bir önkoşuldur. İyi tasarlanmış ışık çıkış kanalı, yansıtıcı boşluğun yapısal dolgusuna, malzeme seçimine ve proses işlemine, dolum yapıştırıcısına vb. Odaklanır ve güç LED'inin ışık ekstraksiyon verimliliğini etkin bir şekilde artırabilir. Güç tipi beyaz LED'ler için fosfor ve proses tasarımı seçimi, spotun iyileştirilmesi ve ışık veriminin iyileştirilmesi için de kritik öneme sahiptir.