Baltos šviesos LED ilgaamžiškumas, didelės galios ir mažo energijos suvartojimo technologija
Anksčiau, norėdama gauti pilną pelną iš pluošto, pramonė sukūrė didelį dydį ir šiuo metodu bandė pasiekti norimą tikslą, tačiau iš tikrųjų, kai balto šviesos diodo galia ir toliau viršija 1 W, spindulys sumažės, o šviesos efektyvumas santykinai sumažės 20–30 procentų. Kitaip tariant, jei baltų šviesos diodų ryškumas yra kelis kartus didesnis nei tradicinių šviesos diodų, o energijos suvartojimo charakteristikos pranoksta liuminescencinių lempų ryškumą, pirmiausia reikia išspręsti šias keturias pagrindines problemas: a. slopina temperatūros kilimą; b. užtikrinti tarnavimo laiką; c. šviesos efektyvumo gerinimas d. Šviesos savybių išlyginimas.
Specifinis temperatūros kilimo problemos būdas yra sumažinti pakuotės šiluminę varžą; konkretus būdas išlaikyti LED tarnavimo laiką yra pagerinti lusto formą ir naudoti mažą lustą; konkretus būdas pagerinti šviesos diodo šviesos efektyvumą yra pagerinti lusto struktūrą ir naudoti mažą lustą; Kalbant apie vienodas šviesos charakteristikas Specifinis metodas yra tobulinti LED pakavimo metodą. Paprastai manoma, kad baltos spalvos šviesos diodai pirmiau minėtas priemones turėtų taikyti 2005–2006 m.
Sukūrus Jingwei, siekiant padidinti galią, pakuotės šiluminė varža smarkiai nukris žemiau 10K/W. Todėl užsienio įmonės sukūrė aukštai temperatūrai atsparius baltus šviesos diodus, siekdamos pagerinti minėtas problemas. Tačiau tikroji kaloringumas yra dešimtis kartų didesnis nei mažos galios šviesos diodų. Tai, kas išdėstyta aukščiau, ir temperatūros kilimas taip pat labai sumažins šviesos efektyvumą. Net jei pakavimo technologija leidžia aukštą šilumą, LED lusto sukibimo temperatūra gali viršyti leistiną vertę. Galiausiai pramonė pagaliau suprato, kad pakuotės šilumos išsklaidymo problemos sprendimas yra esminis sprendimas.
Kalbant apie šviesos diodų tarnavimo laiką, pavyzdžiui, silicio sandarinimo medžiagų ir keraminių pakavimo medžiagų naudojimas gali pailginti šviesos diodų tarnavimo laiką 10 procentų, ypač baltų šviesos diodų šviesos spektre yra trumpos bangos šviesos, kurios bangos ilgis mažesnis nei 450 nm, tradicinė epoksidinė derva. dervos sandarinimo medžiagos Jį labai lengva sugadinti trumpos bangos ilgio šviesa. Didelis didelės galios baltų šviesos diodų šviesos kiekis pagreitina sandarinimo medžiagų gedimą. Remiantis pramonės bandymų rezultatais, didelės galios baltų šviesos diodų ryškumas buvo sumažintas daugiau nei perpus mažiau nei 10 000 valandų nuolatinio apšvietimo, kuris negali patenkinti šviesos šaltinio. Pagrindiniai ilgaamžiškumo reikalavimai.
Kalbant apie šviesos diodų šviesos efektyvumą, lusto struktūros ir pakuotės struktūros tobulinimas gali pasiekti tokį patį lygį kaip mažos galios balti šviesos diodai. Pagrindinė priežastis yra ta, kad padidinus srovės tankį daugiau nei 2 kartus, ne tik sunku išgauti šviesą iš didelių lustų, bet ir šviesos efektyvumas. Tai nėra taip gerai, kaip mažos galios baltų šviesos diodų dilema. Patobulinus lusto elektrodų struktūrą, teoriškai galima išspręsti minėtą šviesos ištraukimo problemą.
Kalbant apie šviesos charakteristikų vienodumą, paprastai manoma, kad tol, kol bus pagerinta balto šviesos diodo fosforo medžiagos koncentracijos vienodumas, fosforo gamybos technologija turėtų padėti įveikti aukščiau nurodytas problemas.
Kaip minėta aukščiau, didinant taikomą galią, reikia stengtis sumažinti šiluminę varžą ir pagerinti šilumos išsklaidymo problemą. Konkretus turinys yra:
① Sumažinkite šiluminę varžą nuo lusto iki pakuotės
② Sumažinkite šiluminę varžą nuo pakuotės iki spausdintinės grandinės
③ Pagerinti lusto šilumos išsklaidymo sklandumą
Siekdami sumažinti šiluminę varžą, daugelis užsienio šviesos diodų gamintojų deda LED lustus ant aušintuvų, pagamintų iš vario ir keraminių medžiagų, paviršiaus, o tada litavimo būdu sujungia šilumos išsklaidymo laidus ant spausdintinės plokštės su aušinimo ventiliatoriais. Aušinimo briaunose su priverstiniu oro aušinimu, remiantis OSRAM Opto Semiconductors Gmb Vokietijoje eksperimentiniais rezultatais, šiluminė varža nuo LED lusto iki aukščiau nurodytos konstrukcijos litavimo jungties gali būti sumažinta 9K/W, tai yra apie 1/ 6 tradicinio šviesos diodo, o supakuotas šviesos diodas veikia 2W Kai galia yra didelė, LED lusto sujungimo temperatūra yra 18K aukštesnė nei litavimo jungties. Net jei spausdintinės plokštės temperatūra pakyla iki 500C, sujungimo temperatūra yra tik apie 700C. Priešingai, sumažinus šiluminę varžą, LED lusto sujungimo temperatūra bus aukštesnė. Atsižvelgiant į spausdintinės plokštės temperatūrą, reikia stengtis sumažinti LED lusto temperatūrą, kitaip tariant, sumažinti šiluminę varžą nuo LED lusto iki litavimo jungties, o tai gali veiksmingai sumažinti aušinimo naštą. LED lustas. Ir atvirkščiai, net jei baltas šviesos diodas turi struktūrą, kuri slopina šiluminę varžą, jei šilumos negalima nuvesti iš pakuotės į spausdintinę plokštę, šviesos diodo šviesos efektyvumas smarkiai sumažės dėl padidėjusios šviesos diodo temperatūros. LED. Bendrovė apvynioja 1 mm kvadratinį mėlyną šviesos diodą ant keraminio pagrindo atverčiamo lusto pavidalu, o tada įklijuoja keraminį pagrindą ant varinės spausdintinės plokštės paviršiaus. „Panasonic“ teigimu, viso modulio, įskaitant spausdintinę plokštę, šiluminė varža yra apie 15K/W. apie.
Kadangi sukibimas tarp šilumos išsklaidymo peleko ir spausdintinės plokštės tiesiogiai veikia šilumos laidumo efektą, spausdintinės plokštės dizainas tampa labai sudėtingas. Atsižvelgdami į tai, apšvietimo įrangos ir LED pakuočių gamintojai, tokie kaip Lumi JAV ir CITIZEN Japonijoje, paeiliui sukūrė didelės galios šviesos diodus. Naudojant paprastą šilumos išsklaidymo technologiją, baltos spalvos LED paketas, kurį CITIZEN pradėjo imti 2004 m., gali tiesiogiai išleisti apie 2–3 mm storio šilumos išsklaidymo briaunų šilumą į išorę be specialios sujungimo technologijos. Bendrovės teigimu, nors LED lustų sujungimas 30K/W šiluminė varža nuo taško iki aušinimo briaunos yra didesnė nei OSRAM 9K/W, o kambario temperatūra normaliai padidins šiluminę varžą maždaug 1W. aplinką, tačiau net jei tradicinėje spausdintinėje plokštėje nėra aušinimo ventiliatoriaus priverstiniam oro aušinimui, balta šviesa Ji taip pat gali būti naudojama nuolatiniam apšvietimui.
Didelės galios LED lusto, kurį Lumileds pradėjo bandyti 2005 m., sukibimo temperatūra yra aukštesnė – plius 1850C, o tai yra 600C aukštesnė nei kitų to paties lygio įmonių gaminių. Naudojant tradicinį RF4 spausdintinės plokštės paketą, aplinkos temperatūra gali būti įvedama 400C diapazone, atitinkančiu 1,5 W galios srovę (apie 400 mA).
Kaip minėta aukščiau, Lumileds ir CITIZEN nusprendė padidinti leistiną sankryžos temperatūrą, o OSRAM iš Vokietijos nustatė LED lustą ant šilumos išsklaidymo peleko paviršiaus, kad pasiektų itin mažą šiluminės varžos rekordą – 9K/W. yra didesnė nei OSRAM ankstesnių panašių gaminių šiluminė varža. 40 procentų sumažinimas. Verta paminėti, kad LED modulis supakuotas naudojant tą patį apverčiamo lusto metodą, kaip ir tradicinis metodas, tačiau kai LED modulis sujungiamas su šiluminiu briaunu, jungiamuoju paviršiumi pasirenkamas arčiausiai LED lusto esantis šviesą spinduliuojantis sluoksnis. kad šviesą skleistų Sluoksnio šiluma gali būti išsklaidyta laidumo būdu per trumpiausią atstumą.
2003 m. Toshiba Lighting Co., Ltd. vieną kartą ant aliuminio lydinio paviršiaus 400 mm kvadratiniame paviršiuje pastatė baltą šviesos diodą, kurio šviesos efektyvumas yra 60 lm/W maža šiluminė varža, be specialių šilumos išsklaidymo komponentų, tokių kaip aušinimo ventiliatoriai, ir bandė sukurti LED modulis su 300lm spinduliu. Kadangi Toshiba Lighting Co., Ltd. turi daug patirties bandomojoje gamyboje, bendrovė teigė, kad dėl modeliavimo analizės technologijos pažangos, balti šviesos diodai, viršijantys 60 lm/W po 2006 m., gali būti lengvai naudojami, todėl rėmo šilumos laidumas gali būti sumažintas. patobulinta arba apšvietimo įranga gali būti suprojektuota su priverstiniu oro vėsinimu aušinimo ventiliatoriais. Modulio struktūroje, kuriai nereikia specialios aušinimo technologijos, galima naudoti ir baltus šviesos diodus.
Kalbant apie šviesos diodų ilgaamžiškumą, dabartinės LED gamintojų atsakomosios priemonės yra pakeisti sandarinimo medžiagą ir tuo pat metu paskleisti fluorescencinę medžiagą sandarinimo medžiagoje, ypač silicio sandarinimo medžiaga yra geresnė nei epoksidinės dervos sandarinimo medžiaga, viršijanti tradicinę. mėlyni ir beveik ultravioletiniai LED lustai. Veiksmingiau yra slopinti medžiagos gedimo greitį ir šviesos pralaidumo sumažėjimą.
Kadangi epoksidinės dervos, sugeriančios šviesą, kurios bangos ilgis yra 400–450 nm, procentas yra net 45 procentai, silicio sandarinimo medžiaga yra mažesnė nei 1 procentas, o laikas, per kurį epoksidinės dervos ryškumas sumažėja perpus, yra mažesnis nei 10,{{ 5}} val., o silicio sandarinimo medžiaga gali būti pailginta iki maždaug 40,000 valandų, o tai yra beveik tiek pat, kiek projektinis apšvietimo įrangos eksploatavimo laikas, o tai reiškia, kad baltų šviesos diodų keisti nereikia. apšvietimo įrangos naudojimo metu. Tačiau silikoninė derva yra labai elastinga ir minkšta medžiaga, todėl apdorojimo metu turi būti naudojama gamybos technologija, kuri nebraižytų silikoninės dervos paviršiaus. Be to, proceso metu silikoninė derva lengvai prisitvirtina prie dulkių. Todėl būtina kurti technologijas, kurios ateityje galėtų pagerinti paviršiaus charakteristikas.
Nors silicio sandarinimo medžiaga gali užtikrinti šviesos diodų tarnavimo laiką 40,000 valandų, apšvietimo įrangos pramonės požiūris skiriasi. Pagrindinės diskusijos yra tai, kad tradicinių kaitinamųjų ir liuminescencinių lempų tarnavimo laikas apibrėžiamas kaip „ryškumas sumažintas iki 30 procentų ar mažiau“. Jei šviesos diodų perpusėjimo laikas yra 40,000 valandų, jei ryškumas sumažintas iki mažiau nei 30 procentų, lieka tik apie 20,000 valandų. Šiuo metu yra dvi atsakomosios priemonės, skirtos pailginti komponentų tarnavimo laiką, būtent:
1. Sustabdyti bendrą baltų šviesos diodų temperatūros kilimą;
2. Nustokite naudoti dervos kapsuliavimą.
Paprastai manoma, kad jei bus kruopščiai įgyvendintos pirmiau nurodytos dvi eksploatavimo trukmės pratęsimo priemonės, galima pasiekti 30 procentų ryškumo reikalavimą 40 000 valandų. Norint sustabdyti baltų šviesos diodų temperatūros kilimą, galima naudoti LED pakuotės spausdintinės plokštės aušinimo būdą. Pagrindinė priežastis yra ta, kad pakavimo derva greitai ges esant aukštai temperatūrai ir stipriai šviesai. Pagal Arenijaus dėsnį, sumažinus temperatūrą 100C, tarnavimo laikas pailgės 2 kartus.
Nustojus naudoti dervos kapsuliavimą, galima visiškai pašalinti gedimo koeficientą, nes šviesos diodo generuojama šviesa atsispindi kapsuliavimo dervoje. Jei naudosite dervos atšvaitą, galintį pakeisti šviesos kryptį lusto šone, reflektorius sugers šviesą, todėl išimamas šviesos kiekis bus aštrus. Tai yra pagrindinė priežastis, kodėl LED gamintojai nuolat naudoja keramines ir metalines pakavimo medžiagas.
Yra du būdai, kaip pagerinti baltų LED lustų šviesos efektyvumą. Vienas iš jų yra naudoti didelį LED lustą, kurio plotas yra 10 kartų didesnis nei mažo lusto (apie 1 mm2); Vienas modulis. Nors didelis LED lustas gali išgauti didelį spindulį, lusto ploto padidinimas turės trūkumų, tokių kaip netolygi šviesą skleidžiančio sluoksnio elektrinė riba mikroschemoje, ribotos šviesą skleidžiančios dalys ir didelis lusto viduje sukuriamos šviesos susilpnėjimas. kai jis spinduliuojamas į išorę. Reaguodami į pirmiau minėtas problemas, LED gamintojai pasiekė 50 lm/W šviesos efektyvumą, pagerindami elektrodų struktūrą, pritaikydami apverčiamą lusto pakavimo metodą ir integruodami lusto paviršiaus apdorojimo įgūdžius.
Kalbant apie visos lusto elektrinę lygybę, nuo tada, kai prieš dvejus ar trejus metus pasirodė šukos formos ir tinklelio (tinklelio) p tipo elektrodai, gamintojų, naudojančių šį metodą, skaičius ir toliau daugėjo, o elektrodai taip pat vystosi optimizavimo kryptimi.
Kalbant apie pakavimo su atverčiamu lustu metodą, kadangi šviesą skleidžiantis sluoksnis yra arti pakuotės galo, jis lengvai išskiria šilumą, o šviesa iš šviesą skleidžiančio sluoksnio spinduliuojama į išorę be vargo būti ekranuotais elektrodais. Todėl JAV „Lumileds“ ir Japonija „Toyoda Gosei“ oficialiai priėmė „flip chip“ pakavimo metodą. 2005 m. pavyzdžiu taip pat pasekė „Matsushita Electric“, „Matsushita Electric Works“ ir „Toshiba“, pradėjusios masinę didelio masto šviesos diodų gamybą. Nichia, kuri praeityje naudojo vielos klijavimo pakuotes, ir 2004 m. išleisti 50 lm/W klientams skirti šviesos diodai taip pat naudojo flip chip pakuotes.
Kalbant apie lusto paviršiaus apdorojimą, jis gali neleisti, kad šviesa atsispindėtų iš lusto vidaus į lusto išorę ir neatsispindėtų sąsajoje. Pasak Japonijos LED gamintojo, apverčiant lusto pakuotę, jei ant safyro pagrindo ties šviesos ištraukimo dalimi nustatoma įgaubta-išgaubta struktūra, lusto išorės ištraukimas neįvyks. Spindulys gali būti padidintas 30 procentų.
