Oq yorug'lik LED uzoq umr, yuqori quvvat va kam quvvat iste'moli texnologiyasi
Ilgari, nurdan to'liq foyda olish uchun sanoat katta hajmni ishlab chiqdi va ushbu usul bilan istalgan maqsadga erishishga harakat qildi, lekin aslida, oq LEDning qo'llaniladigan quvvati 1 Vt dan oshib ketganda, nur kamayadi va yorug'lik samaradorligi nisbatan 20 ~ 30 foizga kamayadi. Boshqacha qilib aytganda, agar oq LEDlarning yorqinligi an'anaviy LEDlarga qaraganda bir necha baravar katta bo'lsa va quvvat iste'moli xususiyatlari lyuminestsent lampalarnikidan oshib ketadigan bo'lsa, birinchi navbatda quyidagi to'rtta asosiy muammoni bartaraf etish kerak: a. harorat ko'tarilishini bostirish; b. xizmat muddatini ta'minlash; c. yorug'lik samaradorligini oshirish d. Yorug'lik xususiyatlarini tenglashtirish.
Haroratning ko'tarilishi muammosining o'ziga xos usuli paketning termal empedansini kamaytirishdir; LEDning xizmat qilish muddatini saqlab qolishning o'ziga xos usuli - chipning shaklini yaxshilash va kichik chipdan foydalanish; LEDning yorug'lik samaradorligini oshirishning o'ziga xos usuli chip tuzilishini yaxshilash va kichik chipdan foydalanishdir; yagona yorug'lik xususiyatlariga kelsak, o'ziga xos usul LEDni qadoqlash usulini yaxshilashdir. Umuman olganda, oq LEDlar 2005 ~ 2006 yillarda yuqorida ko'rsatilgan chora-tadbirlarni qabul qilishi kutilmoqda.
Quvvatni oshirish uchun Jingwei rivojlanishi paketning termal empedansini 10K / Vt dan keskin pasayishiga olib keladi. Shuning uchun xorijiy kompaniyalar yuqoridagi muammolarni yaxshilashga harakat qilish uchun yuqori haroratga chidamli oq LEDlarni ishlab chiqdilar. Biroq, haqiqiy kaloriya qiymati kam quvvatli LEDlarga qaraganda o'nlab marta yuqori. Yuqoridagi va harorat ko'tarilishi ham yorug'lik samaradorligini sezilarli darajada kamaytiradi. Qadoqlash texnologiyasi yuqori issiqlikka ruxsat bergan taqdirda ham, LED chipining ulanish harorati ruxsat etilgan qiymatdan oshib ketishi mumkin. Va nihoyat, sanoat qadoqlashning issiqlik tarqalishi muammosini hal qilish asosiy yechim ekanligini tushundi.
LEDlarning xizmat qilish muddatiga kelsak, masalan, silikon plomba materiallari va keramik qadoqlash materiallaridan foydalanish LEDlarning xizmat qilish muddatini 10 foizga oshirishi mumkin, ayniqsa oq rangli LEDlarning yorug'lik spektri to'lqin uzunligi 450 nm dan past bo'lgan qisqa to'lqinli yorug'likni o'z ichiga oladi, an'anaviy epoksi. qatronlarni yopish materiallari Qisqa to'lqinli yorug'lik bilan zararlanishi juda oson. Yuqori quvvatli oq LEDlarning ko'p miqdorda yorug'ligi muhrlangan materiallarning yomonlashishini tezlashtiradi. Sanoatning sinov natijalariga ko'ra, yuqori quvvatli oq LEDlarning yorqinligi yorug'lik manbasini qondira olmaydigan 10,{7}} soatdan kamroq doimiy yorug'lik uchun yarmidan ko'proqqa kamaydi. Uzoq umr ko'rish uchun asosiy talablar.
LEDlarning yorug'lik samaradorligiga kelsak, chip tuzilishi va qadoqlash strukturasini yaxshilash kam quvvatli oq LEDlar bilan bir xil darajaga yetishi mumkin. Asosiy sabab shundaki, oqim zichligi 2 martadan ko'proq oshganda, katta chiplardan yorug'lik olish nafaqat qiyin, balki yorug'lik samaradorligiga olib keladi. Bu kam quvvatli oq LEDlarning dilemmasi kabi yaxshi emas. Agar chipning elektrod tuzilishi yaxshilangan bo'lsa, yuqorida aytib o'tilgan yorug'lik ekstraktsiyasi muammosini nazariy jihatdan hal qilish mumkin.
Yorug'lik xususiyatlarining bir xilligiga kelsak, odatda oq LEDning fosfor moddasi kontsentratsiyasining bir xilligi yaxshilangan ekan, fosforni ishlab chiqarish texnologiyasi yuqoridagi muammolarni engib o'tishga qodir bo'lishi kerak, deb ishoniladi.
Yuqorida aytib o'tilganidek, qo'llaniladigan quvvatni oshirish bilan birga, termal empedansni kamaytirish va issiqlik tarqalishi muammosini yaxshilashga harakat qilish kerak. Maxsus tarkib quyidagilardir:
①Chipdan paketga termal qarshilikni kamaytiring
② Paketdan bosilgan kontaktlarning zanglashiga olib keladigan termal empedansni bostiring
③Chipning issiqlik tarqalishining silliqligini yaxshilang
Issiqlik qarshiligini kamaytirish uchun ko'plab xorijiy LED ishlab chiqaruvchilari mis va keramik materiallardan tayyorlangan issiqlik moslamalari yuzasiga LED chiplarini joylashtiradilar, so'ngra bosilgan elektron platadagi issiqlik tarqalish simlarini sovutish fanatlaridan foydalanishga ulash uchun lehim usullaridan foydalanadilar. Majburiy havo sovutgichli sovutish qanotlarida, Germaniyadagi OSRAM Opto Semiconductors Gmb eksperimental natijalariga ko'ra, LED chipidan yuqoridagi strukturaning lehim birikmasiga issiqlik qarshiligi 9K / Vt ga kamayishi mumkin, bu taxminan 1 / ga teng. An'anaviy LEDning 6 tasi va qadoqlangan LED 2W ni qo'llaydi Quvvat yuqori bo'lsa, LED chipining ulanish harorati lehim birikmasidan 18K yuqori bo'ladi. Bosilgan elektron plataning harorati 500C ga ko'tarilsa ham, bog'lanish harorati ko'pi bilan atigi 700C ni tashkil qiladi. Aksincha, termal empedans kamaytirilgandan so'ng, LED chipining ulanish harorati yuqori bo'ladi. Bosilgan elektron plataning harorati ta'sir qilganda, LED chipining haroratini pasaytirishga harakat qilish kerak, boshqacha qilib aytganda, LED chipidan lehim birikmasiga termal qarshilikni kamaytirish kerak, bu esa sovutish yukini samarali ravishda kamaytirishi mumkin. LED chipi. Aksincha, oq LED issiqlik qarshiligini bostiradigan tuzilishga ega bo'lsa ham, issiqlikni paketdan bosilgan elektron plataga o'tkazish imkoni bo'lmasa, LEDning yorug'lik samaradorligi haroratning oshishi natijasida keskin pasayadi. LED. Kompaniya 1 mm kvadrat ko'k rangli LEDni seramika tagida flip chip shaklida qamrab oladi va so'ngra mis bosilgan elektron plataning yuzasiga seramika substratni yopishtiradi. Panasonic ma'lumotlariga ko'ra, bosilgan elektron platani o'z ichiga olgan butun modulning termal empedansi taxminan 15K/Vtni tashkil qiladi. haqida.
Issiqlik tarqatuvchi fin va bosilgan elektron plata o'rtasidagi yopishqoqlik issiqlik o'tkazuvchanligi ta'siriga bevosita ta'sir qilganligi sababli, bosilgan elektron plataning dizayni juda murakkab bo'ladi. Shuni hisobga olib, Amerika Qo'shma Shtatlaridagi Lumi va Yaponiyadagi CITIZEN kabi yoritish uskunalari va LED qadoqlash ishlab chiqaruvchilari ketma-ket yuqori quvvatli LEDlarni ishlab chiqdilar. Oddiy issiqlik tarqalish texnologiyasidan foydalangan holda, CITIZEN 2004 yilda namuna olishni boshlagan oq LED to'plami qalinligi taxminan 2 ~ 3 mm bo'lgan issiqlik tarqalish qanotlarining issiqligini maxsus bog'lash texnologiyasisiz to'g'ridan-to'g'ri tashqariga chiqarishi mumkin. Kompaniya ma'lumotlariga ko'ra, LED chiplarini ulash nuqtasidan sovutish qanotigacha bo'lgan 30K / Vt termal empedans OSRAM ning 9K / Vt dan kattaroq bo'lsa-da va xona harorati normal holatda termal empedansni taxminan 1 Vt ga oshiradi. atrof-muhit, lekin an'anaviy bosilgan elektron platada majburiy havo sovutish uchun sovutish foniy bo'lmasa ham, oq yorug'lik U doimiy yoritish uchun ham ishlatilishi mumkin.
Lumileds 2005-yilda namuna olishni boshlagan yuqori quvvatli LED chipi yuqoriroq ulanish haroratiga ega, ortiqcha 1850C, bu xuddi shu darajadagi boshqa kompaniyalarning mahsulotlaridan 600C yuqori. An'anaviy RF4 bosilgan elektron platadan foydalanganda, atrof-muhit harorati 1,5 Vt quvvat oqimiga (taxminan 400 mA) ekvivalent 400C oralig'ida kiritilishi mumkin.
Yuqorida aytib o'tilganidek, Lumileds va CITIZEN birlashmaning ruxsat etilgan haroratini oshirishni qabul qildilar, Germaniyaning OSRAM kompaniyasi esa 9K/Vt ultra past termal empedans rekordiga erishish uchun issiqlik tarqalish finining yuzasiga LED chipini o'rnatdi. OSRAM ning shunga o'xshash mahsulotlarni ishlab chiqishdagi termal empedansidan yuqori. 40 foizga qisqarish. Shuni ta'kidlash kerakki, LED moduli an'anaviy usul bilan bir xil flip chip usuli yordamida qadoqlangan, ammo LED moduli termal finga ulanganda, LED chipiga eng yaqin yorug'lik chiqaruvchi qatlam biriktiruvchi sirt sifatida tanlanadi, yorug'lik chiqaradigan qilib, qatlamning issiqligini eng qisqa masofaga o'tkazish orqali tarqatish mumkin.
2003 yilda Toshiba Lighting Co., Ltd bir marta 400 mm kvadrat alyuminiy qotishma yuzasiga 60 lm / Vt yorug'lik samaradorligi bilan oq LEDni yotqizdi va sovutish ventilyatorlari kabi maxsus issiqlik tarqatuvchi komponentlarsiz 300 lm nurli LED moduli. Toshiba Lighting Co., Ltd sinov ishlab chiqarishda boy tajribaga ega bo'lganligi sababli, kompaniya simulyatsiya tahlil qilish texnologiyasining rivojlanishi tufayli 2006 yildan keyin 60lm / Vt dan oshadigan oq LEDlarni osongina ishlatish mumkinligini aytdi, ramkaning issiqlik o'tkazuvchanligi takomillashtirilgan yoki yoritish uskunalari sovutish ventilyatorlari tomonidan majburiy havo sovutish bilan loyihalashtirilishi mumkin. Maxsus sovutish texnologiyasini talab qilmaydigan modul tuzilishi oq rangli LEDlarni ham ishlatishi mumkin.
LEDlarning uzoq umr ko'rish muddatiga kelsak, LED ishlab chiqaruvchilari tomonidan qabul qilingan joriy qarshi choralar muhrlangan materialni o'zgartirish va shu bilan birga lyuminestsent materialni muhrlash materialida tarqatishdir, ayniqsa silikon plomba moddasi an'anaviy epoksi qatroni muhrlangan materialdan yaxshiroqdir. ko'k va yaqin ultrabinafsha LED chiplari. Materialning buzilish tezligini va yorug'lik o'tkazuvchanligini pasaytirishni bostirish yanada samaralidir.
To'lqin uzunligi 400 ~ 450 nm bo'lgan nurni yutuvchi epoksi qatronining ulushi 45 foizgacha yuqori bo'lganligi sababli, silikon plomba moddasi 1 foizdan kam va epoksi qatronining yorqinligini yarmiga kamaytirish vaqti 10 dan kam, {{ 5}} soat va silikon plomba moddasi taxminan 40,000 soatgacha uzaytirilishi mumkin, bu yorug'lik uskunasining dizayn muddati bilan deyarli bir xil, ya'ni oq LEDlarni almashtirish kerak emas. yoritish uskunasidan foydalanish paytida. Shu bilan birga, silikon qatroni juda elastik va yumshoq material bo'lib, qayta ishlash jarayonida silikon qatroni sirtini chizmaydigan ishlab chiqarish texnologiyasidan foydalanish kerak. Bundan tashqari, silikon qatroni jarayon davomida changga osongina biriktiriladi. Shuning uchun kelajakda sirt xususiyatlarini yaxshilaydigan texnologiyalarni ishlab chiqish kerak.
Silikon plomba moddasi LEDlarning xizmat qilish muddatini 40,000 soat davomida ta'minlay olsa-da, yoritish uskunalari sanoati turli ko'rinishlarga ega. Asosiy munozara shundan iboratki, an'anaviy cho'g'lanma lampalar va lyuminestsent lampalarning xizmat qilish muddati "yorqinligi 30 foizga yoki undan kamaygan" deb ta'riflanadi. Agar LEDlarning yarmiga bo'lgan vaqti 40,000 soat bo'lsa, yorug'lik 30 foizdan kamaysa, atigi 20,000 soat qoladi. Hozirgi vaqtda komponentlarning xizmat qilish muddatini uzaytirish uchun ikkita qarshi chora mavjud, xususan:
1. Oq LEDlarning umumiy harorat ko'tarilishini bostirish;
2. Qatronlar inkapsulyatsiyasidan foydalanishni to'xtating.
Umuman olganda, agar hayotni uzaytirish bo'yicha yuqoridagi ikkita chora to'liq amalga oshirilsa, 40,{2}} soat davomida 30 foiz yorqinlik talabiga erishish mumkin, deb ishoniladi. Oq LEDlarning harorat ko'tarilishini bostirish uchun LED qadoqlash bosilgan elektron platani sovutish usulidan foydalanish mumkin. Asosiy sabab shundaki, qadoqlash qatroni yuqori harorat holatida va kuchli yorug'lik nurlanishida tezda yomonlashadi. Arrenius qonuniga ko'ra, harorat 100C ga kamaytirilsa, umr 2 barobarga uzaytiriladi.
Qatronlar inkapsulyatsiyasidan foydalanishni to'xtatish buzilish omilini butunlay yo'q qilishi mumkin, chunki LED tomonidan ishlab chiqarilgan yorug'lik kapsülleme qatronida aks etadi. Agar siz chipning yon tomonidagi yorug'lik yo'nalishini o'zgartira oladigan qatron reflektoridan foydalansangiz, reflektor yorug'likni o'zlashtiradi, shuning uchun olingan yorug'lik miqdori keskin bo'ladi. Bu LED ishlab chiqaruvchilarining doimiy ravishda keramika va metall qadoqlash materiallaridan foydalanishining asosiy sababidir.
Oq LED chiplarining yorug'lik samaradorligini oshirishning ikki yo'li mavjud. Ulardan biri kichik chipdan (taxminan 1 mm2) 10 barobar kattaroq maydonga ega bo'lgan katta LED chipidan foydalanish; Yagona modul. Katta LED chipi katta nurni olishi mumkin bo'lsa-da, chip maydonini oshirish chipdagi yorug'lik chiqaradigan qatlamning notekis elektr chegarasi, cheklangan yorug'lik chiqaradigan qismlar va chip ichida hosil bo'lgan yorug'likning jiddiy susayishi kabi kamchiliklarga ega bo'ladi. u tashqariga nurlantirilganda. Yuqoridagi muammolarga javoban, LED ishlab chiqaruvchilari elektrod strukturasini yaxshilash, flip chipli qadoqlash usulini qo'llash va chip sirtini qayta ishlash ko'nikmalarini birlashtirish orqali 50lm / Vt yorug'lik samaradorligiga erishdilar.
Butun chipning elektr tengligiga kelsak, ikki yoki uch yil oldin taroqsimon va to'r shaklidagi (to'r) p-tipli elektrodlar paydo bo'lganidan beri, bu usuldan foydalanadigan ishlab chiqaruvchilar soni ortib bormoqda va elektrodlar ham. optimallashtirish yo'nalishida rivojlanmoqda.
Flip chipli qadoqlash usuliga kelsak, yorug'lik chiqaradigan qatlam paketning oxiriga yaqin bo'lganligi sababli, issiqlikni chiqarish oson va yorug'lik chiqaradigan qatlamdan yorug'lik elektrodlar bilan himoyalanish muammosisiz tashqi tomonga tarqaladi. Shu sababli, AQSh Lumileds va Yaponiya Toyoda Gosei flip chipli qadoqlash usulini rasman qabul qildilar. 2005 yilda katta hajmdagi LEDlarni ommaviy ishlab chiqarishni boshlagan Matsushita Electric, Matsushita Electric Works va Toshiba ham shunga ergashdi. O'tmishda simli bog'lovchi qadoqlashdan foydalangan Nichia va 2004 yilda chiqarilgan 50 lm / Vt mijozlar uchun maxsus LEDlar ham flip chipli qadoqlashdan foydalangan.
Chipning sirtini qayta ishlashga kelsak, u yorug'likni chipning ichki qismidan chipning tashqi tomoniga interfeysda aks ettirilishiga to'sqinlik qilishi mumkin. Yaponiyalik LED ishlab chiqaruvchining fikriga ko'ra, chiplarni o'rashda, agar yorug'lik chiqaradigan qismda safir substratida konkav-qavariq struktura o'rnatilsa, chipning tashqi qismini chiqarib tashlash sodir bo'lmaydi. Nurni 30 foizga oshirish mumkin.
