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LED发光二极管的取光效力阐发

发光二极管

惯例LED灯珠普通是支架势,接纳环氧树脂封装,功率较小,全体发光光通量不大,亮度高的也只能作为一些特别照明利用。跟着LED芯片手艺和封装手艺的成长,适应照明范畴对高光通量 LED灯珠产物的需要,功率型LED慢慢走入市场。这类功率型的LED发光二极管普通是将发光芯片放在散热热沉上,下面拆卸光学透镜以到达必然光学空间散布,透镜外部添补低应力柔性硅胶。

   功率型LED要真正进入照明范畴,完成家庭平常照明,其要处置的题目另有良多,此中最首要的便是发光效力。今朝市场上功率型报道的最高流 明效力在50lm/W摆布,还远达不抵家庭平常照明的请求。为了进步功率型LED发光效力,一方面其发光芯片的效力有待进步;别的一方面,功率型LED的封 装手艺也需进一步进步,从布局设想、资料手艺及工艺手艺等多方面动手,进步产物的封装取光效力。


一、影响取光效力的封装因素

1.散热手艺

  对由PN布局成的,当正向电流从PN结流过期,PN结有发烧消耗,这些热量颠末粘结胶、灌封资料、热沉等,辐射到氛围中,在这个过 程中每部分资料都有禁止热流的热阻抗,也便是热阻,热阻是由器件的尺寸、布局及资料所决议的牢固值。设发光二极管的热阻为Rth(℃/W),热耗散功率 为PD(W),此时因为电流的热消耗而引发的PN结温度回升为:T(℃)=Rth×PDPN结结温为:TJ=TA+ Rth×PD

  此中TA为环境温度。因为结温的回升会使PN结发规复合的概率降落,发光二极管的亮度就会降落。同时,因为热消耗引发的温升增高,发光二极管亮 度将不再持续跟着电流成比例进步,即显现出热饱和景象。别的,跟着结温的回升,发光的峰值波长也将向长波标的目的漂移,约0.2-0.3nm/℃,这对经由过程 由蓝光芯片涂覆YAG荧光粉夹杂取得的红色LED来讲,蓝光波长的漂移,会引发与荧光粉激起波长的失配,从而下降白光LED的全体发光效力,并致使白光色 温的转变。

  对功率发光二极管来讲,驱动电流普通都为几百毫安以上,PN结的电流密度很是大,以是PN结的温升很是较着。对封装和利用来讲,若何下降产 品的热阻,使PN结产生的热量能尽快的披发进来,不只可进步产物的饱和电流,进步产物的发光效力,同时也进步了产物的靠得住性和寿命。为了下降产物的热阻, 起首封装资料的挑选显得尤其首要,包含热沉、粘结胶等,各资料的热阻要低,即请求导热机能杰出。其次布局设想要公道,各资料间的导热机能持续婚配,资料之 间的导热毗连杰出,防止在导热通道中产生散热瓶颈,确保热量从内到外层层披发。同时,要从工艺上确保,热量按照事后设想的散热通道实时的披发进来。

2.添补胶的挑选

  按照折射定律,光芒从光密介质入射到光疏介质时,当入射角到达必然值,即大于即是临界角时,会产生全发射。以GaN蓝色芯片来讲,GaN资料的折射率是2.3,当光芒从晶体外部射向氛围时,按照折射定律,临界角θ0=sin-1(n2/n1)

  此中n2即是1,即氛围的折射率,n1GaN的折射率,由此计较取得临界角θ0约为25.8度。在这类环境下,能射出的光只要入 射角≤25.8度这个空间平面角内的光,据报导,今朝GaN芯片的外量子效力在30%-40%摆布,是以,因为芯片晶体的外部接收,能射出到晶体外 面光芒的比例很少。据报导,今朝GaN芯片的外量子效力在30%-40%摆布。一样,芯片收回的光要透过封装资料,传递到空间,也要斟酌资料对取光效力的 影响。

  以是,为了进步LED产物封装的取光效力,必须进步n2的值,即进步封装资料的折射率,以进步产物的临界角,从而进步产物的封装发光效力。同 时,封装资料对光芒的接收要小。为了进步出射光的比例,封装的形状最好是拱形或半球形,如许,光芒从封装资料射向氛围时,几近是垂直射到界面,因此不再产 生全反射。

3.反射处置

  反射处置首要有两方面,一是芯片外部的反射处置,二是封装资料对光的反射,经由过程内、外两方面的反射处置,来进步从芯片外部射出的光通比例,削减 芯片外部接收,进步功率LED制品的发光效力。从封装来讲,功率型LED凡是是将功率型芯片拆卸在带反射腔的金属支架或基板上,支架势的反射腔普通是接纳 电镀体例进步反射成果,而基板式的反射腔普通是接纳抛光体例,有前提的还会停止电镀处置,但以上两种处置体例受模具精度及工艺影响,处置后的反射腔有必然 的反射成果,但并不抱负。今朝国际建造基板式的反射腔,因为抛光精度缺乏或金属镀层的氧化,反射成果较差,如许致使良多光芒在射到反射区后被接收,没法按 预期的方针反射至出光面,从而致使终究封装后的取光效力偏低。

  咱们颠末多方面的研讨和实验,研制成一种具备自立常识产权的利用无机资料涂层的反射处置工艺,经由过程这类工艺处置,使得反射到载片腔内的光芒接收 很少,能将大部分射到其下面的光芒反射至出光面。如许处置后的产物取光效力与处置之前比拟可进步30%-50%。咱们今朝1W白光功率LED的光效可达 40-50lm/W(在远方PMS-50光谱阐发测试仪器上测试成果),取得了很好的封装成果。

4.荧光粉挑选与涂覆

  对红色功率型LED来讲,发光效力的进步还与荧光粉的挑选和工艺处置有关。为了进步荧光粉激起蓝色芯片的效力,起首荧光粉的挑选要适合,包含 激起波长、颗粒度巨细、激起效力等,需周全查核,统筹各个机能。其次,荧光粉的涂覆要平均,最好是绝对发光芯片各个发光面的胶层厚度平均,以避免因厚度不均 形成部分光芒没法射出,同时也可改良光斑的品德。


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