एलईडी प्रकाश उत्सर्जक डायोड का प्रकाश दक्षता विश्लेषण

पारंपरिकनेतृत्व कियालैंप बीड्स आम तौर पर ब्रैकेट प्रकार के होते हैं, जो एपॉक्सी राल से घिरे होते हैं, कम शक्ति, कम समग्र चमकदार प्रवाह और उच्च चमक के साथ केवल कुछ विशेष प्रकाश व्यवस्था के रूप में उपयोग किए जा सकते हैं।एलईडी चिप प्रौद्योगिकी और पैकेजिंग प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, प्रकाश क्षेत्र में उच्च चमकदार प्रवाह एलईडी लैंप मनका उत्पादों की मांग के अनुरूप, पावर एलईडी ने धीरे-धीरे बाजार में प्रवेश किया है।इस प्रकार की शक्तिनेतृत्व कियाप्रकाश उत्सर्जक डायोड आम तौर पर प्रकाश उत्सर्जक चिप को हीट सिंक पर रखता है, और एक निश्चित ऑप्टिकल स्थानिक वितरण प्राप्त करने के लिए एक ऑप्टिकल लेंस से सुसज्जित होता है।लेंस कम तनाव वाले लचीले सिलिका जेल से भरा होता है।

पावर एलईडी को वास्तव में प्रकाश के क्षेत्र में प्रवेश करने और दैनिक घरेलू प्रकाश व्यवस्था का एहसास कराने के लिए, अभी भी कई समस्याओं का समाधान किया जाना बाकी है, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण चमकदार दक्षता है।वर्तमान में, शक्तिनेतृत्व कियाबाजार में प्रकाश उत्सर्जक डायोड और रिपोर्ट की गई उच्चतम लुमेन दक्षता लगभग 50lm/W है, जो दैनिक घरेलू प्रकाश व्यवस्था की आवश्यकताओं को पूरा करने से बहुत दूर है।पावर एलईडी की चमकदार दक्षता में सुधार करने के लिए, एक ओर, इसके प्रकाश उत्सर्जक चिप्स की दक्षता में सुधार करने की आवश्यकता है;दूसरी ओर, पावर एलईडी की पैकेजिंग तकनीक को भी संरचनात्मक डिजाइन, सामग्री प्रौद्योगिकी और प्रक्रिया प्रौद्योगिकी आदि से शुरू करके और बेहतर बनाने की जरूरत है। पैकेज प्रकाश निष्कर्षण दक्षता।

1. पैकेजिंग तत्व जो प्रकाश निष्कर्षण की दक्षता को प्रभावित करते हैं

(1) ताप अपव्यय प्रौद्योगिकी

पीएन जंक्शन से बने प्रकाश उत्सर्जक डायोड के लिए, जब पीएन जंक्शन के माध्यम से आगे की धारा प्रवाहित होती है, तो पीएन जंक्शन में गर्मी का नुकसान होता है, और गर्मी चिपकने वाले, पॉटिंग सामग्री, हीट सिंक आदि के माध्यम से हवा में विकिरणित होती है। सामग्रियों में एक थर्मल प्रतिरोध होता है जो गर्मी के प्रवाह को रोकता है, अर्थात थर्मल प्रतिरोध।थर्मल प्रतिरोध डिवाइस के आकार, संरचना और सामग्री द्वारा निर्धारित एक निश्चित मान है।यह मानते हुए कि प्रकाश उत्सर्जक डायोड का थर्मल प्रतिरोध Rth(℃/W) है, और गर्मी अपव्यय शक्ति PD(W) है, धारा की गर्मी हानि के कारण PN जंक्शन का तापमान वृद्धि है: T(℃) )=Rth×PD.पीएन जंक्शन का जंक्शन तापमान है: TJ=TA+ Rth×PD

जहां टीए परिवेश का तापमान है।चूंकि जंक्शन तापमान बढ़ने से पीएन जंक्शन के प्रकाश-उत्सर्जक पुनर्संयोजन की संभावना कम हो जाएगी, प्रकाश-उत्सर्जक डायोड की चमक कम हो जाएगी।इसी समय, गर्मी के नुकसान के कारण तापमान में वृद्धि के कारण, एलईडी की चमक अब वर्तमान के साथ आनुपातिक रूप से नहीं बढ़ती रहेगी, यानी थर्मल संतृप्ति की घटना को दर्शाती है।इसके अलावा, जंक्शन तापमान में वृद्धि के साथ, प्रकाश उत्सर्जन की चरम तरंग दैर्ध्य भी लंबी तरंग दिशा में स्थानांतरित हो जाएगी, लगभग 0.2-0.3nm/℃, जो लगभग 0.2-0.3nm/℃ है।बहाव फॉस्फोर की उत्तेजना तरंग दैर्ध्य के साथ बेमेल का कारण बनेगा, जिससे सफेद एलईडी की समग्र चमकदार दक्षता कम हो जाएगी और सफेद रोशनी के रंग तापमान में बदलाव आएगा।

पावर प्रकाश उत्सर्जक डायोड के लिए, ड्राइविंग करंट आम तौर पर कुछ सौ एमए से अधिक होता है, और पीएन जंक्शन का वर्तमान घनत्व बहुत बड़ा होता है, इसलिए पीएन जंक्शन का तापमान वृद्धि बहुत स्पष्ट है।पैकेजिंग और अनुप्रयोगों के लिए, उत्पाद के थर्मल प्रतिरोध को कैसे कम किया जाए ताकि पीएन जंक्शन द्वारा उत्पन्न गर्मी को जल्द से जल्द समाप्त किया जा सके, न केवल उत्पाद की संतृप्ति धारा में वृद्धि हो सकती है, उत्पाद की चमकदार दक्षता में सुधार हो सकता है, बल्कि उत्पाद की विश्वसनीयता और जीवन में भी सुधार होता है।.उत्पाद के थर्मल प्रतिरोध को कम करने के लिए, सबसे पहले, पैकेजिंग सामग्री का चयन विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, जिसमें हीट सिंक, चिपकने वाले आदि शामिल हैं। प्रत्येक सामग्री का थर्मल प्रतिरोध कम होना चाहिए, यानी अच्छी थर्मल चालकता की आवश्यकता है .दूसरे, संरचनात्मक डिजाइन उचित होना चाहिए, प्रत्येक सामग्री की थर्मल चालकता लगातार मेल खाना चाहिए, और सामग्रियों के बीच थर्मल कनेक्शन अच्छा होना चाहिए, ताकि गर्मी चालन चैनल में गर्मी अपव्यय बाधा से बचा जा सके, और यह सुनिश्चित किया जा सके कि गर्मी आंतरिक से बाहरी परत तक विघटित हो जाता है।साथ ही, यह सुनिश्चित करना आवश्यक है कि पूर्व-डिज़ाइन किए गए ताप अपव्यय चैनलों के अनुसार समय पर ताप समाप्त हो जाए।

(2) भराव का चुनाव

अपवर्तन के नियम के अनुसार, जब प्रकाश प्रकाशिक रूप से सघन माध्यम से प्रकाशिक रूप से विरल माध्यम में आपतित होता है, जब आपतित कोण एक निश्चित मान तक पहुँच जाता है, अर्थात क्रांतिक कोण से अधिक या उसके बराबर, तो पूर्ण उत्सर्जन होगा।GaN ब्लू चिप के लिए, GaN सामग्री का अपवर्तनांक 2.3 है।जब प्रकाश क्रिस्टल के अंदर से हवा में उत्सर्जित होता है, तो अपवर्तन के नियम के अनुसार, क्रांतिक कोण θ0=sin-1(n2/n1)।

उनमें से, n2 1 के बराबर है, अर्थात वायु का अपवर्तनांक, और n1 GaN का अपवर्तनांक है, और क्रांतिक कोण θ0 की गणना लगभग 25.8 डिग्री की जाती है।इस मामले में, एकमात्र प्रकाश जो उत्सर्जित किया जा सकता है वह घटना कोण ≤ 25.8 डिग्री के ठोस कोण के भीतर का प्रकाश है।यह बताया गया है कि वर्तमान GaN चिप की बाहरी क्वांटम दक्षता लगभग 30% -40% है।इसलिए, चिप क्रिस्टल के आंतरिक अवशोषण के कारण, क्रिस्टल के बाहर उत्सर्जित होने वाले प्रकाश का अनुपात बहुत छोटा होता है।रिपोर्टों के अनुसार, GaN चिप्स की वर्तमान बाहरी क्वांटम दक्षता लगभग 30% -40% है।इसी प्रकार, चिप द्वारा उत्सर्जित प्रकाश को पैकेजिंग सामग्री के माध्यम से अंतरिक्ष में प्रेषित किया जाना चाहिए, और प्रकाश निष्कर्षण दक्षता पर सामग्री के प्रभाव पर भी विचार किया जाना चाहिए।

इसलिए, एलईडी उत्पाद पैकेजिंग की प्रकाश निष्कर्षण दक्षता में सुधार करने के लिए, एन 2 का मूल्य बढ़ाया जाना चाहिए, यानी, उत्पाद के महत्वपूर्ण कोण को बढ़ाने के लिए पैकेजिंग सामग्री का अपवर्तक सूचकांक बढ़ाया जाना चाहिए, जिससे पैकेजिंग चमकदार में सुधार होगा उत्पाद की दक्षता.उसी समय, एनकैप्सुलेशन सामग्री कम प्रकाश को अवशोषित करती है।बाहर जाने वाली रोशनी के अनुपात को बढ़ाने के लिए, पैकेज का आकार अधिमानतः गुंबददार या अर्धगोलाकार होता है, ताकि जब प्रकाश पैकेजिंग सामग्री से हवा में उत्सर्जित हो, तो यह इंटरफ़ेस के लगभग लंबवत हो, ताकि कुल प्रतिबिंब हो अब उत्पन्न नहीं हुआ.

(3) परावर्तन प्रसंस्करण

परावर्तन उपचार के दो मुख्य पहलू हैं, एक है चिप के अंदर परावर्तन उपचार, और दूसरा है पैकेजिंग सामग्री द्वारा प्रकाश का परावर्तन।आंतरिक और बाह्य प्रतिबिंब उपचार के माध्यम से, चिप के अंदर से उत्सर्जित प्रकाश प्रवाह का अनुपात बढ़ जाता है और चिप का आंतरिक अवशोषण कम हो जाता है।पावर एलईडी तैयार उत्पादों की चमकदार दक्षता में सुधार करें।पैकेजिंग के संदर्भ में, पावर एलईडी आमतौर पर एक धातु ब्रैकेट या परावर्तक गुहा के साथ सब्सट्रेट पर पावर चिप्स लगाते हैं।ब्रैकेट-प्रकार की परावर्तक गुहा को आमतौर पर परावर्तन प्रभाव को बेहतर बनाने के लिए इलेक्ट्रोप्लेटेड किया जाता है, जबकि सब्सट्रेट-प्रकार की परावर्तक गुहा को आमतौर पर पॉलिश किया जाता है।हालाँकि, उपरोक्त दो उपचार विधियाँ मोल्ड और प्रक्रिया की सटीकता से प्रभावित होती हैं, और उपचार के बाद परावर्तक गुहा पर एक निश्चित प्रतिबिंब प्रभाव पड़ता है, लेकिन यह आदर्श नहीं है।वर्तमान में, चीन में बने सब्सट्रेट-प्रकार के परावर्तक गुहा में धातु कोटिंग की अपर्याप्त पॉलिशिंग सटीकता या ऑक्सीकरण के कारण खराब प्रतिबिंब प्रभाव होता है, जिसके कारण परावर्तक क्षेत्र से टकराने के बाद बहुत अधिक प्रकाश अवशोषित हो जाता है और प्रकाश में प्रतिबिंबित नहीं हो पाता है- अपेक्षा के अनुरूप सतह का उत्सर्जन, जिसके परिणामस्वरूप अंतिम परिणाम प्राप्त हुआ।एनकैप्सुलेशन के बाद प्रकाश निष्कर्षण दक्षता कम है।

विभिन्न शोधों और परीक्षणों के बाद, हमने स्वतंत्र बौद्धिक संपदा अधिकारों के साथ कार्बनिक सामग्री कोटिंग का उपयोग करके एक प्रतिबिंब उपचार प्रक्रिया विकसित की है।इससे टकराने वाला प्रकाश प्रकाश उत्सर्जित करने वाली सतह पर परावर्तित होता है।उपचारित उत्पाद की प्रकाश निष्कर्षण दक्षता उपचार से पहले की तुलना में 30% -50% तक बढ़ाई जा सकती है।हमारी वर्तमान 1W सफेद प्रकाश शक्ति एलईडी की चमकदार दक्षता 40-50lm/W (दूरस्थ PMS-50 वर्णक्रमीय विश्लेषण परीक्षण उपकरण पर परीक्षण) तक पहुंच सकती है, और हमने एक अच्छा पैकेजिंग प्रभाव हासिल किया है।

(4) फॉस्फोर चयन और कोटिंग

सफेद पावर एलईडी के लिए, चमकदार दक्षता में सुधार फॉस्फोरस के चयन और प्रसंस्करण से भी संबंधित है।ब्लू चिप को उत्तेजित करने के लिए फॉस्फोर की दक्षता में सुधार करने के लिए, सबसे पहले, फॉस्फोर का चयन उचित होना चाहिए, जिसमें उत्तेजना तरंग दैर्ध्य, कण आकार, उत्तेजना दक्षता इत्यादि शामिल है, और इसे ध्यान में रखते हुए व्यापक मूल्यांकन करने की आवश्यकता है। सभी प्रदर्शनों का लेखा-जोखा रखें।दूसरे, फॉस्फोर पाउडर की कोटिंग एक समान होनी चाहिए, अधिमानतः प्रकाश उत्सर्जक चिप की प्रत्येक प्रकाश उत्सर्जक सतह के सापेक्ष चिपकने वाली परत की मोटाई एक समान होनी चाहिए, ताकि असमान मोटाई के कारण आंशिक प्रकाश उत्सर्जित होने से बचा जा सके। , और साथ ही, यह प्रकाश स्थान की गुणवत्ता में भी सुधार कर सकता है।