Elementi del pacchetto che influiscono sull'efficienza dell'estrazione della luce a LED - Lenti LED a LED

Il pacchetto LED generale utilizza un tipo di staffa, un pacchetto di resina epossidica, la potenza è ridotta, il flusso luminoso complessivo non è ampio, l'alta 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 a LED ad alta luminosità nel settore dell'illuminazione, i LED a base di energia sono gradualmente entrati nel mercato. Questo tipo di LED del tipo di alimentazione generalmente mette il chip che emette luce sul dissipatore di calore e sul dissipatore di calore, e la lente ottica è montata su di esso per ottenere una certa distribuzione spaziale ottica. L'interno della lente è riempito con silicone flessibile a bassa sollecitazione.

Power LED per entrare nel campo dell'illuminazione, per ottenere l'illuminazione quotidiana della famiglia, ci sono molti problemi da risolvere, la più importante delle quali è l'efficienza luminosa. Attualmente, l'efficienza massima dei lumen segnalata dai LED di alimentazione sul mercato è di circa 50 lm / W, che è lontana dalle esigenze dell'illuminazione domestica quotidiana. Per migliorare l'efficienza luminosa del LED di potenza, da un lato, è necessario migliorare l'efficienza del chip di emissione della luce; d'altra parte, la tecnologia di confezionamento del LED di tipo energetico deve essere ulteriormente migliorata, a partire da vari aspetti come la progettazione strutturale, la tecnologia dei materiali e la tecnologia di processo per migliorare l'efficienza luminosa di incapsulamento del prodotto.

Quali sono gli elementi di imballaggio che influiscono sull'efficienza dell'estrazione della luce?

Tecnologia di dissipazione del calore

Per i diodi a emissione luminosa composti da giunzioni PN, quando la corrente diretta scorre dalla giunzione PN, la giunzione PN ha una perdita di calore, e questo calore viene irradiato all'aria tramite adesivi, materiali di invasatura, dissipatori di calore, ecc., Nel processo . Alcuni materiali hanno un'impedenza termica che blocca il flusso di calore, cioè la resistenza termica. La resistenza termica è un valore fisso determinato dalle dimensioni, dalla struttura e dal materiale del dispositivo. Lasciare che la resistenza termica del diodo ad emissione luminosa 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 attuale 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 di emissione luminosa della giunzione PN diminuisce e la luminosità del diodo ad emissione luminosa diminuisce. Allo stesso tempo, a causa dell'aumento della temperatura causato dalla perdita di calore, la luminosità del LED non continuerà più ad aumentare proporzionalmente alla corrente, cioè mostrerà la saturazione termica. Inoltre, all'aumentare della temperatura di giunzione, la lunghezza d'onda di picco della luce si sposterà anche nella direzione dell'onda lunga, circa 0,2-0,3 nm / ° C, che è la lunghezza d'onda blu del LED bianco ottenuta miscelando il fosforo rivestito di YAG con un chip blu. La deriva causerà un disallineamento con la lunghezza d'onda di eccitazione del fosforo, riducendo in tal modo l'efficienza luminosa complessiva del LED bianco e provocando un cambiamento nella temperatura del colore della luce bianca.

Per il 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 della 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 emesso al più presto possibile, non solo può migliorare la corrente di saturazione del prodotto, migliorare l'efficienza luminosa del prodotto, ma migliorare anche l'affidabilità e la durata del prodotto. Al fine di ridurre la resistenza termica del prodotto, in primo luogo, la scelta dei materiali di imballaggio è particolarmente importante, inclusi dissipatori di calore, adesivi, ecc. La resistenza termica dei materiali è bassa, ovvero, è richiesta una buona conduttività termica. In secondo luogo, la progettazione strutturale dovrebbe essere ragionevole, la conduttività termica di ciascun materiale dovrebbe essere costantemente adattata e la connessione di conduzione del calore tra i materiali dovrebbe essere buona in modo da evitare il collo di bottiglia che dissipa il calore nel canale di conduzione del calore e garantire che il calore viene dissipato dallo strato interno allo strato esterno. Allo stesso tempo, deve essere garantito dal processo che il calore venga dissipato in modo tempestivo secondo i canali di dissipazione del calore pre-progettati.

2. Selezione della colla di riempimento

Secondo la legge della rifrazione, quando la luce entra nel mezzo otticamente trasparente dal mezzo otticamente denso, l'emissione completa avviene quando l'angolo incidente raggiunge un certo valore, cioè un angolo critico è maggiore o uguale all'angolo critico. Per i blue chip GaN, il materiale GaN ha un indice di rifrazione di 2,3. Quando la luce viene emessa dall'interno del cristallo nell'aria, l'angolo critico θ0 = sin-1 (n2 / n1) secondo la 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, solo la luce all'interno dell'angolo solido spaziale con l'angolo incidente ≤ 25,8 gradi può essere emessa. Secondo i rapporti, l'efficienza quantica esterna del chip GaN è attualmente dal 30% al 40% circa. Pertanto, a causa dell'assorbimento interno del cristallo del chip, la proporzione di luce che può essere emessa al di fuori del cristallo è molto piccola. Secondo i rapporti, l'efficienza quantica esterna dei chip GaN è attualmente intorno al 30% -40%. Allo stesso modo, la luce emessa dal chip deve essere trasmessa attraverso il materiale di imballaggio nello spazio e deve essere considerato anche l'impatto del materiale sull'efficienza dell'estrazione della luce.

Pertanto, al fine di migliorare l'efficienza di estrazione della luce del pacchetto di prodotti a LED, il valore di n2 deve essere aumentato, cioè l'indice di rifrazione del materiale del pacchetto viene aumentato per migliorare l'angolo critico del prodotto, migliorando così il pacchetto luminoso efficienza del prodotto. Allo stesso tempo, l'assorbimento della luce da parte del materiale incapsulante è piccolo. Per aumentare la proporzione della luce in uscita, la forma della confezione è preferibilmente arcuata o emisferica, in modo che quando la luce viene emessa dal materiale incapsulante all'aria, è quasi perpendicolarmente diretta all'interfaccia e non genera più la riflessione totale.

3. Elaborazione della riflessione

Ci sono due aspetti principali del processo di riflessione. Uno è il processo di riflessione all'interno del chip. Il secondo è il riflesso della luce dal materiale del pacchetto. Attraverso entrambi i processi di riflessione interna ed esterna, la proporzione di luce emessa dal chip aumenta per ridurre l'assorbimento interno del chip. Migliora l'efficienza luminosa dei prodotti LED di potenza. Dal punto di vista dell'imballaggio, il LED di tipo power viene solitamente assemblato su uno stent o su un substrato di metallo con una cavità riflettente. La cavità riflettente di tipo stent viene generalmente utilizzata per migliorare l'effetto riflettente della placcatura, mentre la cavità riflettente basata su substrato è generalmente levigata. I metodi saranno soggetti al trattamento galvanico, ma i due metodi sopra indicati sono influenzati dalla precisione e dal processo dello stampo. La cavità riflettente dopo l'elaborazione ha un certo effetto riflesso, ma non è l'ideale. Allo stato attuale, nella produzione domestica di cavità riflettenti di tipo substrato, l'effetto riflettente è scarso a causa della scarsa precisione di lucidatura o ossidazione della placcatura metallica. Ciò causa l'assorbimento di molti raggi di luce dopo aver colpito la regione riflettente e non può essere riflesso sulla superficie di uscita della luce in base al target previsto, con il risultato finale L'efficienza dell'estrazione della luce dopo l'imballaggio è bassa.

4. Selezione e rivestimento di fosforo

Per i LED di potenza bianchi, l'aumento dell'efficienza luminosa è anche correlato alla scelta dei fosfori e al processo di elaborazione. Al fine di migliorare l'efficienza del fosforo per eccitare il chip blu, la prima scelta di fosforo dovrebbe essere appropriata, compresa la lunghezza d'onda di eccitazione, la dimensione delle particelle e l'efficienza di eccitazione, ecc. Ha bisogno di essere valutata in modo completo per tenere conto delle varie proprietà . In secondo luogo, il rivestimento al fosforo dovrebbe essere uniforme, ed è preferibile che lo spessore dello strato adesivo su ciascuna superficie di emissione della luce del chip emettitore di luce sia uniforme in modo da impedire l'emissione di luce locale a causa di uno spessore non uniforme, e la qualità di anche lo spot luminoso può essere migliorato.

Un buon design di dissipazione del calore 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. Per un canale di emissione luminosa ben progettato, qui vengono enfatizzati il design strutturale, la selezione dei materiali e il trattamento della cavità riflettente, della colla riempita, ecc. E l'efficienza di emissione luminosa del LED di tipo power può essere efficacemente migliorata . Per i LED bianchi di tipo power, anche la scelta dei fosfori e la progettazione dei processi sono fondamentali per il miglioramento dello spot e il miglioramento dell'efficienza luminosa.