El LED se denomina fuente de iluminación de cuarta generación o fuente de luz verde. Tiene las características de ahorro de energía, protección del medio ambiente, larga vida útil y tamaño pequeño. Es ampliamente utilizado en varios campos, como indicación, exhibición, decoración, retroiluminación, iluminación general y escenas nocturnas urbanas. De acuerdo con las diferentes funciones, se puede dividir en cinco categorías: pantalla de información, luces de señalización, luces de vehículos, retroiluminación LCD e iluminación general.
Las luces LED convencionales tienen deficiencias como un brillo insuficiente, lo que resulta en una penetración insuficiente. Las lámparas LED de potencia tienen las ventajas de un brillo suficiente y una vida útil prolongada, pero las LED de potencia tienen dificultades técnicas, como el embalaje. El siguiente es un breve análisis de los factores que afectan la eficiencia de extracción de luz del empaque de LED de potencia.
Elementos de encapsulación que afectan la eficiencia de extracción de luz
1. Tecnología de refrigeración
Para un diodo emisor de luz compuesto por una unión PN, cuando la corriente directa fluye a través de la unión PN, la unión PN tiene pérdida de calor y el calor se irradia al aire a través del adhesivo, material de relleno, disipador de calor, etc. Los materiales tienen una resistencia térmica que impide el flujo de calor, es decir, resistencia térmica. La resistencia térmica es un valor fijo determinado por el tamaño, la estructura y el material del dispositivo.
Sea Rth (°C/W) la resistencia térmica del diodo emisor de luz y PD (W) la potencia de disipación de calor. En este momento, el aumento de temperatura de la unión PN causado por la pérdida de calor de la corriente es:
T(℃)=Rth&tiempos; PD
La temperatura de unión de la unión PN es: TJ=TA+Rth&tiempos; PD
donde TA es la temperatura ambiente. Dado que el aumento de la temperatura de la unión reducirá la probabilidad de recombinación emisora de luz de la unión PN, el brillo del diodo emisor de luz disminuirá. Al mismo tiempo, debido al aumento de temperatura causado por la pérdida de calor, el brillo del diodo emisor de luz ya no seguirá aumentando proporcionalmente con la corriente, es decir, mostrará el fenómeno de saturación térmica. Además, con el aumento de la temperatura de unión, la longitud de onda máxima de la emisión de luz también cambiará a la dirección de onda larga, aproximadamente 0,2-0,3 nm/℃, que es aproximadamente 0,2-0,3 nm/℃. La deriva provocará una discrepancia con la longitud de onda de excitación del fósforo, lo que reducirá la eficiencia luminosa general del LED blanco y provocará cambios en la temperatura de color de la luz blanca.
Para los diodos emisores de luz de potencia, la corriente de activación es generalmente más de unos pocos cientos de mA, y la densidad de corriente de la unión PN es muy grande, por lo que el aumento de temperatura de la unión PN es muy obvio. Para empaques y aplicaciones, cómo reducir la resistencia térmica del producto para que el calor generado por la unión PN pueda disiparse lo antes posible no solo puede aumentar la corriente de saturación del producto, mejorar la eficiencia luminosa del producto, pero también mejoran la confiabilidad y la vida útil del producto. . Para reducir la resistencia térmica del producto, la selección de los materiales de empaque es particularmente importante, incluidos los disipadores de calor, los adhesivos, etc. La resistencia térmica de cada material debe ser baja, es decir, se requiere una buena conductividad térmica. En segundo lugar, el diseño estructural debe ser razonable, la conductividad térmica de cada material debe coincidir continuamente y la conducción térmica entre los materiales debe estar bien conectada, para evitar el cuello de botella de disipación de calor en el canal de conducción de calor y asegurar que el calor se disipa desde el interior hacia el exterior capa por capa. Al mismo tiempo, es necesario asegurarse de que el calor se disipe de manera oportuna de acuerdo con los canales de disipación de calor prediseñados.
2. La elección del pegamento de relleno.
De acuerdo con la ley de la refracción, cuando la luz incide desde un medio ópticamente más denso hacia un medio ópticamente más disperso, cuando el ángulo de incidencia alcanza un cierto valor, es decir, mayor o igual que el ángulo crítico, se producirá una emisión completa. Para el chip azul de GaN, el índice de refracción del material de GaN es 2,3. Cuando la luz se emite desde el interior del cristal hacia el aire, de acuerdo con la ley de refracción, el ángulo crítico θ0=sin-1(n2/n1).
Entre ellos, n2 es igual a 1, es decir, el índice de refracción del aire, y n1 es el índice de refracción de GaN, y se calcula que el ángulo crítico θ0 es de unos 25,8 grados. En este caso, la única luz que se puede emitir es la luz dentro del ángulo sólido del ángulo incidente ≤ 25,8 grados. Según los informes, la eficiencia cuántica externa de los chips de GaN es actualmente de alrededor del 30 % al 40 %. Por lo tanto, debido a la absorción interna del cristal del chip, la proporción de luz que se puede emitir fuera del cristal es muy pequeña. Según los informes, la eficiencia cuántica externa actual de los chips de GaN es de alrededor del 30 % al 40 %. Del mismo modo, la luz emitida por el chip debe transmitirse al espacio a través del material de empaque, y también se debe considerar la influencia del material en la eficiencia de extracción de luz.
Por lo tanto, para mejorar la eficiencia de extracción de luz del empaque de productos LED, se debe aumentar el valor de n2, es decir, se debe aumentar el índice de refracción del material de empaque para aumentar el ángulo crítico del producto, mejorando así la luminosidad del empaque. eficiencia del producto. Al mismo tiempo, el material de encapsulación absorbe menos luz. Para aumentar la proporción de la luz saliente, la forma del paquete es preferiblemente abovedada o semiesférica, de modo que cuando la luz se emite desde el material del paquete al aire, es casi perpendicular a la interfaz, de modo que la reflexión total es ya no se genera.
3. Procesamiento de reflexión
Hay dos aspectos principales del tratamiento de reflexión, uno es el tratamiento de reflexión dentro del chip y el otro es el reflejo de la luz por el material de embalaje. A través del tratamiento de reflexión tanto del interior como del exterior, se incrementa la proporción de flujo de luz emitido desde el interior del chip y se reduce la absorción interna del chip. Mejore la eficiencia luminosa de los productos terminados con LED de potencia. En términos de empaque, los LED de potencia generalmente montan chips de potencia en un soporte de metal o sustrato con una cavidad reflectante. La cavidad reflectante tipo soporte generalmente se galvaniza para mejorar el efecto de reflexión, mientras que la cavidad reflectante tipo sustrato generalmente se pule. Sin embargo, los dos métodos de tratamiento anteriores se ven afectados por la precisión del molde y el proceso, y la cavidad reflectante después del tratamiento tiene un cierto efecto de reflexión, pero no es ideal. En la actualidad, la cavidad reflectante de tipo sustrato fabricada en China tiene un efecto de reflexión deficiente debido a la precisión de pulido insuficiente o a la oxidación del revestimiento metálico, lo que hace que se absorba mucha luz después de golpear el área reflectante y no puede reflejarse en la luz. superficie emisora como se esperaba, dando como resultado el resultado final. La eficiencia de extracción de luz después de la encapsulación es baja.
4. Selección y recubrimiento de fósforo
Para los LED de potencia blanca, la mejora de la eficiencia luminosa también está relacionada con la selección y el procesamiento de fósforos. Para mejorar la eficiencia del fósforo para excitar el chip azul, en primer lugar, la selección del fósforo debe ser adecuada, incluida la longitud de onda de excitación, el tamaño de partícula, la eficiencia de excitación, etc., y debe evaluarse exhaustivamente, teniendo en cuenta cuenta todas las actuaciones. En segundo lugar, el recubrimiento de polvo de fósforo debe ser uniforme, preferiblemente el grosor de la capa adhesiva en relación con cada superficie emisora de luz del chip emisor de luz es uniforme, para evitar que la luz parcial no pueda emitirse debido a un grosor desigual. , y al mismo tiempo, se puede mejorar la calidad del punto de luz.
Visión general:
Un buen diseño de disipación de calor juega un papel importante en la mejora de la eficiencia luminosa de los productos LED de potencia y también es un requisito previo para garantizar la vida útil y la confiabilidad del producto. Un canal de extracción de luz bien diseñado, que se centre en el diseño estructural, la selección de materiales y el tratamiento del proceso de la cavidad reflectante y el pegamento de relleno, puede mejorar efectivamente la eficiencia de extracción de luz de los LED de potencia. Para los LED de luz blanca de tipo potencia, la selección de fósforos y el diseño del proceso también son cruciales para la mejora del punto de luz y la mejora de la eficiencia luminosa.
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