Analyse der Effizienz der Lichtextraktion des LED-Gehäuses

Herkömmliche LEDs sind im Allgemeinen in Epoxydharz gekapselt, mit geringer Leistung und der Gesamtlichtstrom ist nicht groß. Die hohe Helligkeit kann nur als spezielle Beleuchtung verwendet werden. Mit der Entwicklung der LED-Chip-Technologie und der Gehäusetechnologie, als Reaktion auf die Nachfrage nach LED-Produkten mit hohem Lichtstrom im Beleuchtungsbereich, sind Power-LEDs nach und nach auf den Markt gekommen. Die Power-LED hat im Allgemeinen einen Lichtemissionschip, der auf einer Wärmesenke angeordnet ist, und eine optische Linse ist darauf montiert, um eine bestimmte optische räumliche Verteilung zu erreichen, und die Linse ist mit einem flexiblen Silikon mit geringer Belastung gefüllt.

Leistungs-LEDs müssen in das Beleuchtungsfeld eintreten, um die tägliche Beleuchtung im Haushalt zu erreichen. Es gibt noch viele Probleme zu lösen, von denen die Lichteffizienz das wichtigste ist. Derzeit liegt die höchste Lumeneffizienz, die von Power-LEDs am Markt gemeldet wird, bei etwa 50 lm / W, was weit von den Anforderungen der täglichen Beleuchtung im Haushalt entfernt ist. Um die Lichtausbeute der Power-LED zu verbessern, muss zum einen die Effizienz des Licht emittierenden Chips verbessert werden; Auf der anderen Seite muss die Verpackungstechnologie von Power-LED weiter verbessert werden, angefangen bei der Konstruktion, der Materialtechnologie und der Prozesstechnologie bis hin zur Produktverbesserung. Paket-Lichtextraktionseffizienz

Erstens die Verpackungselemente, die die Effizienz der Lichtextraktion beeinflussen

1. Wärmeableitungstechnologie

Wenn bei einer Leuchtdiode, die aus einem PN-Übergang besteht, ein Vorwärtsstrom aus dem PN-Übergang fließt, hat der PN-Übergang einen Wärmeverlust, der über einen Bonding-Klebstoff, ein Vergussmaterial, eine Wärmesenke usw. in die Luft abgestrahlt wird im Prozess. Einige Materialien haben eine thermische Impedanz, die den Wärmefluß blockiert, d. H. Den thermischen Widerstand, der ein fester Wert ist, der durch Größe, Struktur und Material der Vorrichtung bestimmt wird. Der thermische Widerstand der LED sei Rth (° C / W) und die Wärmeableitungsleistung sei PD (W). Zu diesem Zeitpunkt beträgt der PN-Übergangstemperaturanstieg aufgrund des Wärmeverlusts des Stroms:

T (° C) = Rth × PD.

Die PN-Sperrschichttemperatur beträgt:

TJ = TA + Rth × PD

Wobei TA die Umgebungstemperatur ist. Wenn die Sperrschichttemperatur ansteigt, nimmt die Wahrscheinlichkeit einer Rekombination der PN-Übergangslumineszenz ab und die Helligkeit der LED nimmt ab. Gleichzeitig nimmt die Helligkeit der LED aufgrund des Anstiegs des Temperaturanstiegs aufgrund von Wärmeverlusten nicht mehr proportional mit dem Strom zu, was eine thermische Sättigung anzeigt. Wenn die Übergangstemperatur ansteigt, driftet außerdem die Peakwellenlänge der Lumineszenz in Richtung der langen Wellenlänge von etwa 0,2 bis 0,3 nm / ° C, was für die weiße LED gilt, die durch Mischen des mit dem blauen Chip beschichteten YAG-Leuchtstoffs erhalten wird. Die Drift verursacht eine Nichtübereinstimmung mit der Anregungswellenlänge des Leuchtstoffs, wodurch die gesamte Lichtausbeute der weißen LED verringert und eine Änderung der weißen Farbtemperatur bewirkt wird.

Bei Power-LEDs beträgt der Treiberstrom im Allgemeinen mehrere hundert Milliampere oder mehr, und die Stromdichte des PN-Übergangs ist sehr groß, so dass der Temperaturanstieg des PN-Übergangs sehr offensichtlich ist. Für Verpackungen und Anwendungen, wie der thermische Widerstand des Produkts verringert werden kann, damit die vom PN-Übergang erzeugte Wärme so schnell wie möglich abgeführt werden kann, kann nicht nur der Sättigungsstrom des Produkts verbessert werden, sondern auch die Lichtausbeute des Produkts verbessert werden , aber auch die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Produkts verbessern. . Um die Wärmebeständigkeit des Produkts zu verringern, ist die Wahl der Verpackungsmaterialien besonders wichtig, einschließlich Wärmesenken, Klebstoffen usw., wobei die Wärmebeständigkeit jedes Materials gering ist, dh die Wärmeleitfähigkeit muss gut sein. Zweitens sollte das strukturelle Design angemessen sein, die Wärmeleitfähigkeit zwischen den Materialien sollte kontinuierlich angepasst werden, und die thermische Verbindung zwischen den Materialien sollte gut sein, wobei der Engpass bei der Wärmeableitung im Wärmeleitungskanal vermieden und die Wärmeableitung von innen nach außen sichergestellt wird die äußere Schicht. Gleichzeitig muss sichergestellt sein, dass die Wärme entsprechend dem vorgefertigten Wärmeableitungskanal rechtzeitig abgeführt wird.

2. Klebstoffauswahl füllen

Wenn gemäß dem Brechungsgesetz Licht von dem optisch dichten Medium auf das lichtstreuende Medium einfällt, tritt, wenn der Einfallswinkel einen bestimmten Wert erreicht, d. H. Größer oder gleich dem kritischen Winkel, eine volle Emission auf. Im Falle eines GaN-Blue-Chips beträgt der Brechungsindex des GaN-Materials 2,3, und wenn Licht aus dem Inneren des Kristalls in die Luft emittiert wird, ist der kritische Winkel θ0 = sin-1 (n2 / n1) Gesetz der Brechung.

Dabei ist n2 gleich 1, dh der Brechungsindex von Luft, und n1 ist der Brechungsindex von GaN, aus dem der kritische Winkel θ0 mit etwa 25,8 Grad berechnet wird. In diesem Fall ist das Licht, das ausgesendet werden kann, nur das Licht innerhalb des Raumwinkels des Einfallswinkels ≤ 25,8 Grad. Es wird berichtet, dass der externe Quantenwirkungsgrad des aktuellen GaN-Chips etwa 30% bis 40% beträgt und daher auf die innere Absorption des Chipkristalls zurückzuführen ist. Der Anteil des Lichts, das außerhalb des Kristalls emittiert werden kann, ist gering. Es wird berichtet, dass die externe Quanteneffizienz von GaN-Chips derzeit bei 30% bis 40% liegt. In ähnlicher Weise wird das vom Chip emittierte Licht durch das Einkapselungsmaterial in den Raum übertragen, und die Auswirkung des Materials auf die Lichtextraktionseffizienz wird ebenfalls berücksichtigt.

Um die Lichtextraktionseffizienz der LED-Produktverpackung zu verbessern, ist es daher notwendig, den Wert von n2 zu erhöhen, das heißt, den Brechungsindex des Verpackungsmaterials zu erhöhen, um den kritischen Winkel des Produkts zu erhöhen. Dadurch wird die Lichtausbeute des Produkts verbessert. Gleichzeitig absorbiert das Einkapselungsmaterial weniger Licht. Um den Anteil des emittierten Lichts zu erhöhen, ist die Form der Packung vorzugsweise gewölbt oder halbkugelförmig, so dass das Licht, wenn es vom Einkapselungsmaterial auf die Luft gerichtet wird, fast senkrecht auf die Grenzfläche fällt, so dass keine Totalreflexion auftritt ist hergestellt.

3. Reflexionsverarbeitung

Es gibt zwei Hauptaspekte der Reflexionsbehandlung. Eine ist die Reflexionsbehandlung innerhalb des Chips und die andere ist die Reflexion von Licht durch das Einkapselungsmaterial. Die Reflexionsbehandlung von innen und außen verbessert den Anteil des von der Chipinnenseite emittierten Lichts und verringert die innere Absorption des Chips. Verbessern Sie die Lichteffizienz von Power-LED-Produkten. Aus Verpackungssicht montieren Power-LEDs Power-Chips normalerweise auf Metallklammern oder Substraten mit reflektierenden Hohlräumen. Reflektierende Hohlräume vom Bracket-Typ verwenden im Allgemeinen Galvanisierung, um die Reflexion zu verbessern, während reflektierende Hohlräume vom Substrat-Typ im Allgemeinen poliert werden. In der Betriebsart wird die Plattierungsbehandlung auch unter Bedingungen durchgeführt, aber die obigen zwei Behandlungsverfahren werden durch die Präzision der Form und des Prozesses beeinflusst, und der reflektierende Hohlraum hat nach der Behandlung eine gewisse Reflexion, ist jedoch nicht ideal . Gegenwärtig wird der reflektierende Hohlraum vom Substrattyp in China hergestellt. Aufgrund einer unzureichenden Poliergenauigkeit oder Oxidation der Metallisierungsschicht ist der Reflexionseffekt schlecht, was dazu führt, dass viel Licht absorbiert wird, nachdem es auf den Reflexionsbereich getreten ist, und kann nicht bestimmungsgemäß an die Licht emittierende Oberfläche reflektiert werden Ziel und damit das Endergebnis. Die Lichtextraktionseffizienz nach dem Verpacken ist gering.

Durch verschiedene Forschungen und Experimente haben wir ein Reflexionsbehandlungsverfahren entwickelt, bei dem Beschichtungen aus organischen Materialien mit unabhängigen geistigen Eigentumsrechten verwendet werden. Durch diesen Vorgang wird das in die Trägerkavität reflektierte Licht nur sehr wenig absorbiert und die meisten von ihnen können verwendet werden. Das auftreffende Licht wird auf die Lichtaustrittsfläche reflektiert. Die Lichtextraktionseffizienz des so behandelten Produkts kann im Vergleich zu der vor der Behandlung um 30% bis 50% erhöht werden. Unsere aktuellen 1W-Weißlicht-LEDs haben eine Lichtausbeute von 40-50lm / W (Testergebnisse eines entfernten PMS-50-Spektraltester) und haben gute Verpackungsergebnisse erzielt.

4. Auswahl und Beschichtung des Phosphors

Bei weißen Power-LEDs hängt die Erhöhung der Lichtausbeute auch mit der Wahl des Leuchtstoffs und des Verfahrens zusammen. Um die Effizienz des Leuchtstoffs zur Stimulierung des Blue Chips zu verbessern, sollte zunächst die Auswahl des Leuchtstoffs einschließlich der Anregungswellenlänge, der Partikelgröße, der Anregungseffizienz usw. angemessen sein, und es ist eine umfassende Bewertung erforderlich, die verschiedene Faktoren berücksichtigt Eigenschaften. Zweitens sollte die Beschichtung des Leuchtstoffs gleichmäßig sein, vorzugsweise ist die Dicke der Klebstoffschicht jeder Licht emittierenden Oberfläche des Licht emittierenden Chips gleichförmig, um zu vermeiden, dass lokales Licht aufgrund einer ungleichmäßigen Dicke nicht emittiert werden kann Die Qualität des Spots kann verbessert werden.

Zweitens die Schlussfolgerung

Ein gutes thermisches Design wirkt sich erheblich auf die Verbesserung der Lichteffizienz von Power-LED-Produkten aus und ist auch eine Voraussetzung für die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Produkts. Der durchdachte Lichtaustrittskanal bezieht sich hier auf die strukturelle Gestaltung, Materialauswahl und Prozessbehandlung des reflektierenden Hohlraums, des Füllungsklebers usw., wodurch die Lichtextraktionseffizienz der Power-LED effektiv verbessert werden kann. Bei weißen LEDs vom Energietyp sind die Auswahl der Leuchtstoffe und das Prozessdesign für einen verbesserten Spot und eine verbesserte Lichtausbeute entscheidend.