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Was beeinflusst die Lichtextraktionseffizienz in LED-Verpackungen?

2020-12-14

LED wird als Beleuchtungsquelle der vierten Generation oder grüne Lichtquelle bezeichnet. Es hat die Eigenschaften Energieeinsparung, Umweltschutz, lange Lebensdauer und geringe Größe. Es ist weit verbreitet in verschiedenen Bereichen wie Anzeige, Anzeige, Dekoration, Hintergrundbeleuchtung, allgemeine Beleuchtung und städtische Nachtszene. Entsprechend den verschiedenen Funktionen kann es in fünf Kategorien unterteilt werden: Informationsanzeige, Signallicht, Fahrzeuglicht, LCD-Hintergrundbeleuchtung und allgemeine Beleuchtung.


Herkömmliche LED-Leuchten weisen Mängel wie eine unzureichende Helligkeit auf, was zu einer unzureichenden Durchdringung führt. Die Power-LED-Lampe hat die Vorteile einer langen Lebensdauer und einer langen Lebensdauer, aber die Power-LED hat technische Schwierigkeiten wie die Verpackung. Das Folgende ist eine einfache Analyse der Faktoren, die die Lichtextraktionseffizienz des Power-LED-Gehäuses beeinflussen.


Verpackungselemente, die die Lichtextraktionseffizienz beeinflussen


1, Kühltechnik


Wenn bei einer Leuchtdiode aus einem PN-Übergang ein Durchlassstrom vom PN-Übergang fließt, weist der PN-Übergang einen Wärmeverlust auf, der über einen Klebstoff, ein Vergussmaterial, einen Kühlkörper usw. In die Luft abgestrahlt wird ., dabei. Einige Materialien haben eine Wärmeimpedanz, die den Wärmefluss blockiert, dh den Wärmewiderstand, der ein fester Wert ist, der durch die Größe, Struktur und das Material der Vorrichtung bestimmt wird.


Der Wärmewiderstand der LED sei Rth (° C / W) und die Wärmeableitungsleistung PD (W). Zu diesem Zeitpunkt beträgt der Temperaturanstieg des PN-Übergangs aufgrund des Wärmeverlusts des Stroms:


T (° C) = Rth & TImes; PD


Die PN-Sperrschichttemperatur beträgt:


TJ = TA + Rth & TImes; PD


Wobei TA die Umgebungstemperatur ist. Mit steigender Sperrschichttemperatur nimmt die Wahrscheinlichkeit einer Lumineszenzrekombination der PN-Sperrschicht ab und die Helligkeit der LED nimmt ab. Gleichzeitig steigt die Helligkeit der LED aufgrund des Anstiegs des Temperaturanstiegs aufgrund von Wärmeverlust nicht mehr proportional zum Strom an, was auf eine thermische Sättigung hinweist. Darüber hinaus driftet mit steigender Sperrschichttemperatur auch die Spitzenwellenlänge 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 Fehlanpassung mit der Anregungswellenlänge des Leuchtstoffs, wodurch die Gesamtlichtausbeute der weißen LED verringert und eine Änderung der Temperatur der weißen Farbe verursacht wird.


Bei Leistungs-LEDs beträgt der Ansteuerstrom 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. Wie bei Verpackungen und Anwendungen der Wärmewiderstand 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, sondern auch die Lichtausbeute des Produkts verbessert werden , sondern auch die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Produkts verbessern. . Um den Wärmewiderstand des Produkts zu verringern, ist die Auswahl der Verpackungsmaterialien, einschließlich Kühlkörper, Klebstoffe usw., besonders wichtig. Der Wärmewiderstand jedes Materials ist gering, dh die Wärmeleitfähigkeit muss gut sein. Zweitens sollte das strukturelle Design angemessen sein, die Wärmeleitfähigkeit zwischen den Materialien sollte kontinuierlich angepasst werden, und die Wärmeverbindung zwischen den Materialien sollte gut sein, um den Wärmeableitungsengpass im Wärmeleitungskanal zu vermeiden und sicherzustellen, dass die Wärme von innen nach innen abgeleitet wird die äußere Schicht. Gleichzeitig muss sichergestellt werden, dass die Wärme entsprechend dem vorgefertigten Wärmeableitungskanal rechtzeitig abgeführt wird.


2, die Wahl des Füllklebers


Nach dem Brechungsgesetz tritt eine vollständige Emission auf, wenn Licht vom optisch dichten Medium auf das lichtstreuende Medium einfällt, wenn der Einfallswinkel einen bestimmten Wert erreicht, dh größer oder gleich dem kritischen Winkel ist. Im Fall eines GaN-Blue-Chips beträgt der Brechungsindex des GaN-Materials 2,3, und wenn Licht vom Inneren des Kristalls in die Luft emittiert wird, ist der kritische Winkel θ0 = sin-1 (n2 / n1) entsprechend nach dem Gesetz der Brechung.


Wobei n2 gleich 1 ist, dh der Brechungsindex von Luft, und n1 der Brechungsindex von GaN ist, aus dem der kritische Winkel θ0 mit ungefähr 25,8 Grad berechnet wird. In diesem Fall ist das Licht, das emittiert werden kann, nur das Licht innerhalb des Raumwinkels des Raums, in dem der Einfallswinkel 25,8 Grad beträgt. Es wird berichtet, dass die externe Quanteneffizienz von GaN-Chips derzeit zwischen 30% und 40% liegt. Aufgrund der internen Absorption des Chipkristalls ist daher der Anteil an Licht, der außerhalb des Kristalls emittiert werden kann, gering. Es wird berichtet, dass die externe Quanteneffizienz von GaN-Chips derzeit zwischen 30% und 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 erforderlich, den Wert von n2 zu erhöhen, dh den Brechungsindex des Verpackungsmaterials zu erhöhen, um den kritischen Winkel des Produkts zu erhöhen. Dadurch wird die Lichtausbeute der Verpackung des Produkts verbessert. Gleichzeitig absorbiert das Einkapselungsmaterial weniger Licht. Um den Anteil des emittierten Lichts zu erhöhen, ist die Form des Gehäuses vorzugsweise gewölbt oder halbkugelförmig, so dass das Licht, wenn es vom Einkapselungsmaterial in die Luft gerichtet wird, fast senkrecht auf die Grenzfläche einfällt, so dass keine Totalreflexion auftritt ist produziert.


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. Durch die Reflexionsbehandlung der Innen- und Außenseite wird der Anteil des von der Innenseite des Chips emittierten Lichtflusses erhöht und die innere Absorption des Chips verringert. Verbessern Sie die Lichtausbeute von Power-LED-Produkten. In Bezug auf die Verpackung montieren Power-LEDs normalerweise Power-Chips auf Metallklammern oder Substraten mit reflektierenden Hohlräumen. Reflexionshohlräume vom Bracket-Typ verwenden im Allgemeinen eine Galvanisierung, um die Reflexion zu verbessern, während reflektierende Hohlräume vom Substrattyp im Allgemeinen poliert werden. In dem Modus wird die Plattierungsbehandlung unter Bedingungen durchgeführt, aber die obigen zwei Behandlungsmethoden werden durch die Präzision und den Prozess der Form beeinflusst, und der reflektierende Hohlraum nach der Behandlung hat einen bestimmten Reflexionseffekt, ist jedoch nicht ideal. Gegenwärtig wird der reflektierende Hohlraum vom Substrattyp in China hergestellt, da die Poliergenauigkeit unzureichend ist oder die Metallbeschichtungsschicht oxidiert wird, der Reflexionseffekt schlecht ist, was dazu führt, dass viel Licht absorbiert wird, nachdem es auf den Reflexionsbereich einfällt und kann nicht gemäß dem beabsichtigten Ziel auf die lichtemittierende Oberfläche reflektiert werden, was zu einer endgültigen Lichtextraktionseffizienz nach dem Verpacken führt.


4, Leuchtstoffauswahl und Beschichtung


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 angemessen sein, einschließlich der Anregungswellenlänge, der Partikelgröße, der Anregungseffizienz usw., und eine umfassende Bewertung ist erforderlich Konto verschiedene Leistungen. Zweitens sollte die Beschichtung des Leuchtstoffs gleichmäßig sein, vorzugsweise ist die Dicke der Klebeschicht jeder lichtemittierenden Oberfläche des lichtemittierenden Chips gleichmäßig, um zu vermeiden, dass lokales Licht aufgrund ungleichmäßiger Dicke nicht emittiert werden kann, und Die Qualität des Spots kann verbessert werden.


Zusammenfassung:


Ein gutes thermisches Design hat einen erheblichen Einfluss auf die Verbesserung der Lichtausbeute von Power-LED-Produkten und ist auch eine Voraussetzung für die Gewährleistung der Produktlebensdauer und -zuverlässigkeit. Der gut gestaltete Lichtaustrittskanal, der sich auf das strukturelle Design, die Materialauswahl und die Prozessverarbeitung des reflektierenden Hohlraums, des Füllklebers usw. konzentriert, kann die Lichtextraktionseffizienz der Leistungs-LED effektiv verbessern. Bei weißen LEDs vom Leistungstyp sind die Wahl des Leuchtstoffs und das Prozessdesign auch entscheidend für die Verbesserung des Spots und die Verbesserung der Lichtausbeute.



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