Cahaya putih LED panjang umur, kuasa tinggi dan teknologi penggunaan kuasa rendah
Pada masa lalu, untuk membuat keuntungan penuh dari rasuk, industri telah membangunkan saiz yang besar dan cuba mencapai matlamat yang diingini dengan kaedah ini, tetapi sebenarnya, apabila kuasa penggunaan LED putih terus melebihi 1W, rasuk akan berkurangan, dan kecekapan bercahaya akan berkurangan secara relatif sebanyak 20~30 peratus. Dalam erti kata lain, jika kecerahan LED putih adalah beberapa kali lebih besar daripada LED tradisional dan ciri penggunaan kuasa adalah melebihi kecerahan lampu pendarfluor, empat isu utama berikut mesti diatasi terlebih dahulu: a. menyekat kenaikan suhu; b. memastikan hayat perkhidmatan; c. meningkatkan kecekapan bercahaya d. Penyamaan sifat bercahaya.
Kaedah khusus untuk masalah kenaikan suhu adalah untuk mengurangkan impedans haba pakej; kaedah khusus untuk mengekalkan hayat perkhidmatan LED adalah untuk memperbaiki bentuk cip dan menggunakan cip kecil; kaedah khusus untuk meningkatkan kecekapan bercahaya LED adalah untuk memperbaiki struktur cip dan menggunakan cip kecil; bagi ciri-ciri bercahaya seragam Kaedah khusus adalah untuk menambah baik kaedah pembungkusan LED. Secara amnya dipercayai bahawa LED putih dijangka menggunakan langkah-langkah yang disebutkan di atas pada tahun 2005~2006.
Pembangunan Jingwei untuk meningkatkan kuasa akan menyebabkan impedans haba pakej turun mendadak di bawah 10K/W. Oleh itu, syarikat asing telah membangunkan LED putih tahan suhu tinggi untuk cuba memperbaiki masalah di atas. Walau bagaimanapun, nilai kalori sebenar adalah berpuluh-puluh kali lebih tinggi daripada LED berkuasa rendah. Di atas, dan kenaikan suhu juga akan mengurangkan kecekapan bercahaya. Walaupun teknologi pembungkusan membenarkan haba yang tinggi, suhu ikatan cip LED mungkin melebihi nilai yang dibenarkan. Akhirnya, industri akhirnya menyedari bahawa menyelesaikan masalah pelesapan haba pembungkusan adalah penyelesaian asas.
Mengenai hayat perkhidmatan LED, sebagai contoh, penggunaan bahan pengedap silikon dan bahan pembungkusan seramik boleh meningkatkan hayat perkhidmatan LED sebanyak 10 peratus, terutamanya spektrum bercahaya LED putih mengandungi cahaya panjang gelombang pendek dengan panjang gelombang di bawah 450nm, epoksi tradisional. bahan pengedap resin Ia sangat mudah rosak oleh cahaya gelombang pendek. Sejumlah besar cahaya LED putih berkuasa tinggi mempercepatkan kemerosotan bahan pengedap. Mengikut keputusan ujian industri, kecerahan LED putih berkuasa tinggi telah dikurangkan lebih daripada separuh selama kurang daripada 10,000 jam pencahayaan berterusan, yang tidak dapat memenuhi sumber cahaya. Keperluan asas untuk umur panjang.
Berkenaan dengan kecekapan bercahaya LED, menambah baik struktur cip dan struktur pembungkusan boleh mencapai tahap yang sama seperti LED putih berkuasa rendah. Sebab utama ialah apabila ketumpatan arus meningkat lebih daripada 2 kali ganda, bukan sahaja sukar untuk mengekstrak cahaya daripada cip besar, tetapi ia akan membawa kepada kecekapan bercahaya. Ia tidak sebaik dilema LED putih berkuasa rendah. Jika struktur elektrod cip diperbaiki, masalah pengekstrakan cahaya yang disebutkan di atas secara teori boleh diselesaikan.
Mengenai keseragaman ciri bercahaya, secara amnya dipercayai bahawa selagi keseragaman kepekatan bahan fosfor LED putih bertambah baik, teknologi pembuatan fosfor sepatutnya dapat mengatasi masalah di atas.
Seperti yang dinyatakan di atas, sambil meningkatkan kuasa yang digunakan, adalah perlu untuk cuba mengurangkan impedans haba dan memperbaiki masalah pelesapan haba. Kandungan khusus ialah:
①Kurangkan rintangan haba dari cip ke bungkusan
②Tekan impedans haba dari bungkusan ke litar bercetak
③Meningkatkan kelancaran pelesapan haba cip
Untuk mengurangkan impedans haba, banyak pengeluar LED asing meletakkan cip LED pada permukaan sink haba yang diperbuat daripada bahan tembaga dan seramik, dan kemudian menggunakan kaedah pematerian untuk menyambung wayar pelesapan haba pada papan litar bercetak kepada penggunaan kipas penyejuk. Pada sirip penyejuk dengan penyejukan udara paksa, menurut keputusan eksperimen OSRAM Opto Semiconductors Gmb di Jerman, impedans haba dari cip LED ke sambungan pateri struktur di atas boleh dikurangkan sebanyak 9K/W, iaitu kira-kira 1/ 6 daripada LED tradisional, dan LED yang dibungkus menggunakan 2W Apabila kuasa tinggi, suhu ikatan cip LED adalah 18K lebih tinggi daripada sambungan pateri. Walaupun suhu papan litar bercetak meningkat kepada 500C, suhu ikatan paling banyak hanya kira-kira 700C. Sebaliknya, apabila impedans haba dikurangkan, suhu ikatan cip LED akan menjadi lebih tinggi. Dijejaskan oleh suhu papan litar bercetak, adalah perlu untuk cuba mengurangkan suhu cip LED, dengan kata lain, mengurangkan rintangan haba dari cip LED ke sambungan pateri, yang dapat mengurangkan beban penyejukan dengan berkesan. Cip LED. Sebaliknya, walaupun LED putih mempunyai struktur yang menindas rintangan haba, jika haba tidak dapat dijalankan dari bungkusan ke papan litar bercetak, kecekapan bercahaya LED akan menurun dengan mendadak akibat peningkatan suhu LED. Syarikat itu merangkumkan LED biru persegi 1mm pada substrat seramik dalam bentuk cip flip, dan kemudian menampal substrat seramik pada permukaan papan litar bercetak tembaga. Menurut Panasonic, impedans haba keseluruhan modul termasuk papan litar bercetak adalah kira-kira 15K/W. tentang.
Kerana lekatan antara sirip pelesapan haba dan papan litar bercetak secara langsung mempengaruhi kesan pengaliran haba, reka bentuk papan litar bercetak menjadi sangat rumit. Memandangkan ini, peralatan pencahayaan dan pengeluar pembungkusan LED seperti Lumi di Amerika Syarikat dan CITIZEN di Jepun telah membangunkan LED berkuasa tinggi secara berturut-turut. Menggunakan teknologi pelesapan haba yang mudah, pakej LED putih yang CITIZEN mula sampel pada tahun 2004 boleh terus mengeluarkan haba sirip pelesapan haba dengan ketebalan kira-kira 2~3mm ke luar tanpa teknologi ikatan khas. Menurut syarikat itu, walaupun ikatan cip LED Impedans haba 30K/W dari titik ke sirip penyejuk adalah lebih besar daripada 9K/W OSRAM, dan suhu bilik akan meningkatkan galangan haba kira-kira 1W dalam keadaan normal. persekitaran, tetapi walaupun papan litar bercetak tradisional tidak mempunyai kipas penyejuk untuk penyejukan udara paksa, cahaya putih Ia juga boleh digunakan untuk pencahayaan berterusan.
Cip LED berkuasa tinggi yang Lumileds mula sampel pada tahun 2005 mempunyai suhu ikatan yang lebih tinggi ditambah 1850C, iaitu 600C lebih tinggi daripada produk syarikat lain pada tahap yang sama. Apabila menggunakan pakej papan litar bercetak tradisional RF4, suhu ambien boleh dimasukkan dalam julat 400C bersamaan dengan arus kuasa 1.5W (kira-kira 400mA).
Seperti yang dinyatakan di atas, Lumileds dan CITIZEN telah menerima pakai untuk meningkatkan suhu persimpangan yang dibenarkan, manakala OSRAM Jerman telah menetapkan cip LED pada permukaan sirip pelesapan haba untuk mencapai rekod impedans haba ultra-rendah sebanyak 9K/W, yang adalah lebih tinggi daripada impedans terma pembangunan produk serupa OSRAM sebelumnya. pengurangan 40 peratus. Perlu dinyatakan bahawa modul LED dibungkus menggunakan kaedah cip flip yang sama seperti kaedah tradisional, tetapi apabila modul LED diikat pada sirip terma, lapisan pemancar cahaya yang paling hampir dengan cip LED dipilih sebagai permukaan ikatan, supaya membuat pemancaran cahaya Haba lapisan boleh dilesapkan melalui pengaliran pada jarak terpendek.
Pada tahun 2003, Toshiba Lighting Co., Ltd. pernah meletakkan LED putih dengan kecekapan bercahaya 60lm/W galangan haba rendah pada permukaan aloi aluminium seluas 400mm persegi, tanpa komponen pelesapan haba khas seperti kipas penyejuk, dan cuba membuat Modul LED dengan pancaran 300lm. Oleh kerana Toshiba Lighting Co., Ltd. mempunyai pengalaman yang kaya dalam pengeluaran percubaan, syarikat itu berkata disebabkan kemajuan teknologi analisis simulasi, LED putih melebihi 60lm/W selepas 2006 boleh digunakan dengan mudah, kekonduksian terma bingkai boleh diperbaiki, atau peralatan pencahayaan boleh direka bentuk dengan penyejukan udara paksa oleh kipas penyejuk. Struktur modul yang tidak memerlukan teknologi penyejukan khas juga boleh menggunakan LED putih.
Mengenai jangka hayat LED, tindakan balas semasa yang diambil oleh pengeluar LED adalah menukar bahan pengedap, dan pada masa yang sama menyebarkan bahan pendarfluor dalam bahan pengedap, terutamanya bahan pengedap silikon adalah lebih baik daripada bahan pengedap resin epoksi di atas bahan pengedap tradisional. cip LED biru dan hampir ultraungu. Ia lebih berkesan untuk menyekat kelajuan kemerosotan bahan dan pengurangan penghantaran cahaya.
Oleh kerana peratusan resin epoksi menyerap cahaya dengan panjang gelombang 400~450nm adalah setinggi 45 peratus, bahan pengedap silikon adalah kurang daripada 1 peratus, dan masa untuk mengurangkan separuh kecerahan resin epoksi adalah kurang daripada 10,{{ 5}} jam, dan bahan pengedap silikon boleh dilanjutkan kepada Kira-kira 40,000 jam, yang hampir sama dengan hayat reka bentuk peralatan pencahayaan, yang bermaksud bahawa LED putih tidak perlu diganti semasa penggunaan peralatan pencahayaan. Walau bagaimanapun, resin silikon adalah bahan yang sangat elastik dan lembut, dan teknologi pembuatan yang tidak mencalarkan permukaan resin silikon mesti digunakan semasa pemprosesan. Di samping itu, resin silikon mudah dilekatkan pada habuk semasa proses. Oleh itu, adalah perlu untuk membangunkan teknologi yang boleh meningkatkan ciri-ciri permukaan pada masa hadapan.
Walaupun bahan pengedap silikon boleh memastikan hayat perkhidmatan LED selama 40,000 jam, industri peralatan pencahayaan mempunyai pandangan yang berbeza. Perbahasan utama ialah hayat perkhidmatan lampu pijar tradisional dan lampu pendarfluor ditakrifkan sebagai "kecerahan dikurangkan kepada 30 peratus atau kurang". Jika masa separuh bagi LED ialah 40,000 jam, jika kecerahan dikurangkan kepada kurang daripada 30 peratus , hanya tinggal kira-kira 20,000 jam. Pada masa ini terdapat dua langkah balas untuk memanjangkan hayat perkhidmatan komponen, iaitu:
1. Sekat kenaikan suhu keseluruhan LED putih;
2. Berhenti menggunakan enkapsulasi resin.
Secara amnya dipercayai bahawa jika dua langkah lanjutan hayat di atas dilaksanakan secara menyeluruh, keperluan 30 peratus kecerahan selama 40,000 jam boleh dicapai. Untuk menyekat kenaikan suhu LED putih, kaedah menyejukkan papan litar bercetak pembungkusan LED boleh digunakan. Sebab utama ialah resin pembungkusan akan merosot dengan cepat di bawah keadaan suhu tinggi dan penyinaran cahaya yang kuat. Mengikut hukum Arrhenius, hayat akan dilanjutkan sebanyak 2 kali ganda jika suhu dikurangkan sebanyak 100C.
Menghentikan penggunaan pengkapsulan resin boleh menghapuskan sepenuhnya faktor kemerosotan, kerana cahaya yang dihasilkan oleh LED dipantulkan dalam resin pengkapsulan. Jika anda menggunakan reflektor resin yang boleh mengubah arah cahaya pada sisi cip, reflektor akan menyerap cahaya, jadi jumlah cahaya yang dikeluarkan akan menjadi tajam. Ini adalah sebab utama mengapa pengeluar LED secara konsisten menggunakan bahan pembungkusan seramik dan logam.
Terdapat dua cara untuk meningkatkan kecekapan bercahaya cip LED putih. Salah satunya ialah menggunakan cip LED yang besar dengan kawasan yang 10 kali lebih besar daripada cip kecil (kira-kira 1mm2); Modul tunggal. Walaupun cip LED yang besar boleh memperoleh rasuk yang besar, meningkatkan kawasan cip akan mempunyai keburukan, seperti sempadan elektrik yang tidak rata pada lapisan pemancar cahaya dalam cip, bahagian pemancar cahaya yang terhad, dan pengecilan serius cahaya yang dihasilkan di dalam cip apabila ia dipancarkan ke luar. Sebagai tindak balas kepada masalah di atas, pengeluar LED telah mencapai kecekapan bercahaya 50lm/W dengan menambah baik struktur elektrod, mengguna pakai kaedah pembungkusan cip flip, dan menyepadukan kemahiran pemprosesan permukaan cip.
Mengenai kesamaan elektrik keseluruhan cip, sejak penampilan elektrod jenis p berbentuk sikat dan bentuk (mesh) dua atau tiga tahun yang lalu, bilangan pengeluar yang menggunakan kaedah ini terus meningkat, dan elektrod juga berkembang ke arah pengoptimuman.
Mengenai kaedah pembungkusan cip flip, kerana lapisan pemancar cahaya hampir dengan hujung pakej, ia mudah untuk mengeluarkan haba, dan cahaya dari lapisan pemancar cahaya dipancarkan ke luar tanpa masalah dilindungi oleh elektrod. Oleh itu, Lumileds AS dan Jepun Toyoda Gosei telah secara rasmi mengguna pakai kaedah pembungkusan cip flip. Pada tahun 2005 Matsushita Electric, Matsushita Electric Works dan Toshiba, yang memulakan pengeluaran besar-besaran LED berskala besar, juga mengikutinya. Nichia, yang menggunakan pembungkusan ikatan wayar pada masa lalu, dan LED khusus pelanggan 50lm/W yang dikeluarkan pada tahun 2004 juga menggunakan pembungkusan cip flip.
Mengenai pemprosesan permukaan cip, ia boleh menghalang cahaya daripada dipantulkan dari dalam cip ke luar cip daripada dipantulkan pada antara muka. Menurut pengeluar LED Jepun, apabila pembungkusan cip flip, jika struktur cekung-cembung ditetapkan pada substrat nilam pada bahagian pengekstrakan cahaya, pengekstrakan bahagian luar cip tidak akan berlaku. Rasuk boleh ditingkatkan sebanyak 30 peratus .
