Το LED, γνωστό και ως πηγή φωτισμού τέταρτης γενιάς ή πηγή πράσινου φωτός, έχει τα χαρακτηριστικά εξοικονόμησης ενέργειας, προστασίας του περιβάλλοντος, μεγάλης διάρκειας ζωής και μικρού μεγέθους. Χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορους τομείς όπως η ένδειξη, η προβολή, η διακόσμηση, ο οπίσθιος φωτισμός, ο γενικός φωτισμός και οι αστικές νυχτερινές σκηνές. Σύμφωνα με διαφορετικές λειτουργίες χρήσης, μπορεί να χωριστεί σε πέντε κατηγορίες: οθόνη πληροφοριών, φώτα σήματος, φωτιστικά αυτοκινήτου, οπίσθιος φωτισμός οθόνης LCD και γενικός φωτισμός.
Τα συμβατικά φώτα LED έχουν μειονεκτήματα όπως η ανεπαρκής φωτεινότητα, η οποία οδηγεί σε ανεπαρκή δημοτικότητα. Τα φώτα LED τύπου Power έχουν πλεονεκτήματα όπως υψηλή φωτεινότητα και μεγάλη διάρκεια ζωής, αλλά έχουν τεχνικές δυσκολίες όπως η συσκευασία. Ακολουθεί μια σύντομη ανάλυση των παραγόντων που επηρεάζουν την απόδοση συγκομιδής φωτός της συσκευασίας LED τύπου ισχύος.

1. Τεχνολογία απαγωγής θερμότητας
Για τις δίοδοι εκπομπής φωτός που αποτελούνται από διασταυρώσεις PN, όταν το μπροστινό ρεύμα ρέει μέσω της διασταύρωσης PN, η διασταύρωση PN αντιμετωπίζει απώλεια θερμότητας. Αυτή η θερμότητα ακτινοβολείται στον αέρα μέσω κόλλας, υλικών ενθυλάκωσης, ψυκτών θερμότητας κ.λπ. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, κάθε μέρος του υλικού έχει μια θερμική αντίσταση που εμποδίζει τη ροή θερμότητας, γνωστή ως θερμική αντίσταση. Η θερμική αντίσταση είναι μια σταθερή τιμή που καθορίζεται από το μέγεθος, τη δομή και τα υλικά της συσκευής.
Υποθέτοντας ότι η θερμική αντίσταση της διόδου εκπομπής φωτός είναι Rth (℃/W) και η ισχύς απαγωγής θερμότητας είναι PD (W), η αύξηση της θερμοκρασίας της διασταύρωσης PN που προκαλείται από την απώλεια θερμότητας του ρεύματος είναι:
T (℃)=Rth&TIMEs; Π.Δ
Η θερμοκρασία του κόμβου PN είναι:
TJ=TA+Rth&TIMEs; Π.Δ
Μεταξύ αυτών, TA είναι η θερμοκρασία περιβάλλοντος. Λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας της διασταύρωσης, η πιθανότητα ανασυνδυασμού φωταύγειας σύνδεσης PN μειώνεται, με αποτέλεσμα τη μείωση της φωτεινότητας της διόδου εκπομπής φωτός. Εν τω μεταξύ, λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας που προκαλείται από την απώλεια θερμότητας, η φωτεινότητα της διόδου εκπομπής φωτός δεν θα συνεχίσει να αυξάνεται αναλογικά με το ρεύμα, υποδηλώνοντας ένα φαινόμενο θερμικού κορεσμού. Επιπλέον, καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία της διασταύρωσης, το μέγιστο μήκος κύματος του εκπεμπόμενου φωτός θα μετατοπιστεί επίσης προς μεγαλύτερα μήκη κύματος, περίπου 0,2-0,3 nm/℃. Για λευκά LED που λαμβάνονται με ανάμειξη φθορίζουσας σκόνης YAG επικαλυμμένης με τσιπς μπλε φωτός, η μετατόπιση του μήκους κύματος μπλε φωτός θα προκαλέσει αναντιστοιχία με το μήκος κύματος διέγερσης της φθορίζουσας σκόνης, μειώνοντας έτσι τη συνολική φωτεινή απόδοση των λευκών LED και προκαλώντας αλλαγές στο χρώμα του λευκού φωτός θερμοκρασία.
Για τις ηλεκτρικές διόδους εκπομπής φωτός, το ρεύμα οδήγησης είναι γενικά αρκετές εκατοντάδες milliamps ή περισσότερο και η πυκνότητα ρεύματος της διασταύρωσης PN είναι πολύ υψηλή, επομένως η αύξηση της θερμοκρασίας της διασταύρωσης PN είναι πολύ σημαντική. Για τη συσκευασία και τις εφαρμογές, ο τρόπος μείωσης της θερμικής αντίστασης του προϊόντος έτσι ώστε η θερμότητα που παράγεται από τη διασταύρωση PN να μπορεί να διαχέεται όσο το δυνατόν συντομότερα μπορεί όχι μόνο να βελτιώσει το ρεύμα κορεσμού και τη φωτεινή απόδοση του προϊόντος, αλλά και να βελτιώσει την αξιοπιστία και διάρκεια ζωής του προϊόντος. Προκειμένου να μειωθεί η θερμική αντίσταση του προϊόντος, η επιλογή των υλικών συσκευασίας είναι ιδιαίτερα σημαντική, συμπεριλαμβανομένων των ψυκτών, των συγκολλητικών κ.λπ. Η θερμική αντίσταση κάθε υλικού πρέπει να είναι χαμηλή, κάτι που απαιτεί καλή θερμική αγωγιμότητα. Δεύτερον, ο δομικός σχεδιασμός θα πρέπει να είναι λογικός, με συνεχή αντιστοίχιση της θερμικής αγωγιμότητας μεταξύ των υλικών και καλές θερμικές συνδέσεις μεταξύ των υλικών για την αποφυγή συμφόρησης της απαγωγής θερμότητας στα θερμικά κανάλια και τη διασφάλιση της απαγωγής θερμότητας από τα εσωτερικά προς τα εξωτερικά στρώματα. Ταυτόχρονα, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί από τη διαδικασία ότι η θερμότητα διαχέεται έγκαιρα σύμφωνα με τα προσχεδιασμένα κανάλια απαγωγής θερμότητας.

2. Επιλογή κόλλας πλήρωσης
Σύμφωνα με το νόμο της διάθλασης, όταν το φως προσπίπτει από ένα πυκνό μέσο σε ένα αραιό μέσο, ​​η πλήρης εκπομπή εμφανίζεται όταν η γωνία πρόσπτωσης φτάσει σε μια ορισμένη τιμή, δηλαδή μεγαλύτερη ή ίση με την κρίσιμη γωνία. Για τα μπλε τσιπ GaN, ο δείκτης διάθλασης του υλικού GaN είναι 2,3. Όταν το φως εκπέμπεται από το εσωτερικό του κρυστάλλου προς τον αέρα, σύμφωνα με το νόμο της διάθλασης, η κρίσιμη γωνία θ 0=sin-1 (n2/n1).
Μεταξύ αυτών, το n2 είναι ίσο με 1, που είναι ο δείκτης διάθλασης του αέρα, και το n1 είναι ο δείκτης διάθλασης του GaN. Επομένως, η κρίσιμη γωνία θ 0 υπολογίζεται ότι είναι περίπου 25,8 μοίρες. Σε αυτήν την περίπτωση, το μόνο φως που μπορεί να εκπέμπεται είναι φως εντός της χωρικής στερεάς γωνίας ≤ 25,8 μοιρών. Σύμφωνα με αναφορές, η εξωτερική κβαντική απόδοση των τσιπ GaN είναι επί του παρόντος περίπου 30% -40%. Επομένως, λόγω της εσωτερικής απορρόφησης του κρυστάλλου τσιπ, η αναλογία φωτός που μπορεί να εκπέμπεται έξω από τον κρύσταλλο είναι πολύ μικρή. Σύμφωνα με αναφορές, η εξωτερική κβαντική απόδοση των τσιπ GaN είναι επί του παρόντος περίπου 30% -40%. Ομοίως, το φως που εκπέμπεται από το τσιπ πρέπει να περάσει μέσα από το υλικό συσκευασίας και να μεταδοθεί στο διάστημα, και πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη η επίδραση του υλικού στην απόδοση συγκομιδής φωτός.
Επομένως, για να βελτιωθεί η απόδοση συγκομιδής φωτός της συσκευασίας προϊόντων LED, είναι απαραίτητο να αυξηθεί η τιμή του n2, δηλαδή να αυξηθεί ο δείκτης διάθλασης του υλικού συσκευασίας, ώστε να αυξηθεί η κρίσιμη γωνία του προϊόντος και έτσι βελτίωση της φωτεινής απόδοσης συσκευασίας του προϊόντος. Ταυτόχρονα, το υλικό ενθυλάκωσης θα πρέπει να έχει μικρότερη απορρόφηση φωτός. Προκειμένου να αυξηθεί η αναλογία του εκπεμπόμενου φωτός, είναι καλύτερο να έχει τοξωτό ή ημισφαιρικό σχήμα για τη συσκευασία. Με αυτόν τον τρόπο, όταν το φως εκπέμπεται από το υλικό συσκευασίας στον αέρα, είναι σχεδόν κάθετο στη διεπαφή και δεν υφίσταται πλέον πλήρη ανάκλαση.

3. Επεξεργασία αντανάκλασης
Υπάρχουν δύο κύριες πτυχές της επεξεργασίας ανάκλασης: η μία είναι η επεξεργασία ανάκλασης μέσα στο τσιπ και η άλλη είναι η αντανάκλαση του φωτός από το υλικό συσκευασίας. Μέσω της επεξεργασίας εσωτερικής και εξωτερικής ανάκλασης, η αναλογία του φωτός που εκπέμπεται από το εσωτερικό του τσιπ αυξάνεται, η απορρόφηση στο εσωτερικό του τσιπ μειώνεται και βελτιώνεται η φωτεινή απόδοση των προϊόντων LED ισχύος. Όσον αφορά τη συσκευασία, τα LED τύπου ισχύος συνήθως συναρμολογούν τσιπ τύπου ισχύος σε μεταλλικούς βραχίονες ή υποστρώματα με ανακλαστικές κοιλότητες. Η ανακλαστική κοιλότητα τύπου βραχίονα είναι συνήθως επιμεταλλωμένη για να βελτιώσει το αποτέλεσμα ανάκλασης, ενώ η ανακλαστική κοιλότητα τύπου υποστρώματος είναι συνήθως γυαλισμένη και μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης εάν οι συνθήκες το επιτρέπουν. Ωστόσο, οι παραπάνω δύο μέθοδοι επεξεργασίας επηρεάζονται από την ακρίβεια και τη διαδικασία του καλουπιού και η επεξεργασμένη ανακλαστική κοιλότητα έχει ένα ορισμένο αποτέλεσμα ανάκλασης, αλλά δεν είναι ιδανικό. Επί του παρόντος, στην παραγωγή ανακλαστικών κοιλοτήτων τύπου υποστρώματος στην Κίνα, λόγω ανεπαρκούς ακρίβειας στίλβωσης ή οξείδωσης μεταλλικών επικαλύψεων, το αποτέλεσμα ανάκλασης είναι φτωχό. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να απορροφάται πολύ φως αφού φτάσει στην περιοχή ανάκλασης, το οποίο δεν μπορεί να ανακλαστεί στην επιφάνεια εκπομπής φωτός όπως αναμένεται, οδηγώντας σε χαμηλή απόδοση συγκομιδής φωτός μετά την τελική συσκευασία.

4. Επιλογή και Επικάλυψη Φθορίζουσας Σκόνης
Για το λευκό LED ισχύος, η βελτίωση της φωτεινής απόδοσης σχετίζεται επίσης με την επιλογή φθορίζουσας σκόνης και επεξεργασίας διεργασιών. Προκειμένου να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα της διέγερσης φθορίζουσας σκόνης των blue chip, η επιλογή της φθορίζουσας σκόνης θα πρέπει να είναι κατάλληλη, συμπεριλαμβανομένου του μήκους κύματος διέγερσης, του μεγέθους των σωματιδίων, της απόδοσης διέγερσης κ.λπ. Δεύτερον, η επίστρωση της φθορίζουσας σκόνης θα πρέπει να είναι ομοιόμορφη, κατά προτίμηση με ομοιόμορφο πάχος του συγκολλητικού στρώματος σε κάθε επιφάνεια εκπομπής φωτός του τσιπ, για να αποφευχθεί ανομοιόμορφο πάχος που μπορεί να προκαλέσει αδυναμία εκπομπής τοπικού φωτός και επίσης να βελτιώσει την ποιότητα του φωτεινού σημείου.

Επισκόπηση:
Ο καλός σχεδιασμός απαγωγής θερμότητας παίζει σημαντικό ρόλο στη βελτίωση της φωτεινής απόδοσης των προϊόντων LED ισχύος και αποτελεί επίσης προϋπόθεση για τη διασφάλιση της διάρκειας ζωής και της αξιοπιστίας του προϊόντος. Ένα καλά σχεδιασμένο κανάλι εξόδου φωτός, με έμφαση στη δομική σχεδίαση, την επιλογή υλικού και τη διεργασία επεξεργασίας ανακλαστικών κοιλοτήτων, κόλλες πλήρωσης κ.λπ., μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά την απόδοση συλλογής φωτός των LED τύπου ισχύος. Για λευκά LED τύπου ισχύος, η επιλογή της φθορίζουσας σκόνης και ο σχεδιασμός της διαδικασίας είναι επίσης ζωτικής σημασίας για τη βελτίωση του μεγέθους του σημείου και της φωτεινής απόδοσης.