نور سفید LED طول عمر، قدرت بالا و تکنولوژی مصرف انرژی کم

نور سفید LED طول عمر، قدرت بالا و تکنولوژی مصرف انرژی کم

در گذشته، صنعت برای کسب سود کامل از تیر، اندازه بزرگی را توسعه داده و با این روش سعی در دستیابی به هدف مورد نظر داشته است، اما در واقع، زمانی که قدرت اعمال شده LED سفید همچنان از 1W تجاوز می کند. پرتو کاهش می یابد و راندمان نوری به نسبت 20 تا 30 درصد کاهش می یابد. به عبارت دیگر، اگر روشنایی ال‌ای‌دی‌های سفید چندین برابر بیشتر از ال‌ای‌دی‌های سنتی باشد و مشخصه‌های مصرف برق از لامپ‌های فلورسنت پیشی بگیرد، ابتدا باید بر چهار مشکل عمده زیر غلبه کرد: الف. سرکوب افزایش دما؛ ب تضمین عمر خدمات؛ ج بهبود بازده نوری د. یکسان سازی خواص نورانی

روش خاص برای مشکل افزایش دما کاهش امپدانس حرارتی بسته است. روش خاص برای حفظ طول عمر LED بهبود شکل تراشه و استفاده از یک تراشه کوچک است. روش خاص برای بهبود راندمان نورانی LED، بهبود ساختار تراشه و استفاده از یک تراشه کوچک است. در مورد ویژگی های نورانی یکنواخت روش خاص بهبود روش بسته بندی LED است. به طور کلی اعتقاد بر این است که LED های سفید انتظار می رود اقدامات ذکر شده در بالا را در سال 2005 تا 2006 اتخاذ کنند.

توسعه Jingwei برای افزایش قدرت باعث می شود امپدانس حرارتی بسته به شدت به زیر 10K/W کاهش یابد. بنابراین، شرکت های خارجی برای بهبود مشکلات فوق ال ای دی های سفید مقاوم در برابر دمای بالا تولید کرده اند. با این حال، ارزش حرارتی واقعی ده ها برابر بیشتر از LED های کم مصرف است. موارد فوق و افزایش دما نیز تا حد زیادی بازده نور را کاهش می دهد. حتی اگر فناوری بسته بندی اجازه گرمای زیاد را بدهد، دمای اتصال تراشه LED ممکن است از مقدار مجاز فراتر رود. سرانجام، صنعت در نهایت متوجه شد که حل مشکل اتلاف حرارت بسته بندی راه حل اساسی است.

با توجه به طول عمر LED ها، به عنوان مثال، استفاده از مواد آب بندی سیلیکونی و مواد بسته بندی سرامیکی می تواند عمر مفید LED ها را تا 10 درصد افزایش دهد، به خصوص طیف نورانی LED های سفید حاوی نور با طول موج کوتاه با طول موج های زیر 450 نانومتر، اپوکسی سنتی است. مواد آب بندی رزین آسیب دیدن توسط نور با طول موج کوتاه بسیار آسان است. نور زیاد LED های سفید پرقدرت، خراب شدن مواد آب بندی را تسریع می کند. با توجه به نتایج آزمایشات صنعت، روشنایی LED های سفید پرقدرت برای کمتر از 10،{7}} ساعت روشنایی مداوم بیش از نصف کاهش یافته است که نمی تواند منبع نور را برآورده کند. الزامات اساسی برای عمر طولانی

با توجه به کارایی نورانی LED ها، بهبود ساختار تراشه و ساختار بسته بندی می تواند به همان سطح LED های سفید کم مصرف برسد. دلیل اصلی این است که وقتی چگالی جریان بیش از 2 برابر افزایش می یابد، نه تنها استخراج نور از تراشه های بزرگ دشوار است، بلکه منجر به بازده نور می شود. این به خوبی معضل LED های سفید کم مصرف نیست. اگر ساختار الکترود تراشه بهبود یابد، مشکل استخراج نور ذکر شده در بالا از نظر تئوری قابل حل است.

در مورد یکنواختی ویژگی های نورانی، عموماً اعتقاد بر این است که تا زمانی که یکنواختی غلظت مواد فسفر LED سفید بهبود یابد، فناوری ساخت فسفر باید بتواند بر مشکلات فوق غلبه کند.

همانطور که در بالا ذکر شد، ضمن افزایش توان اعمالی، تلاش برای کاهش امپدانس حرارتی و بهبود مشکل اتلاف حرارت ضروری است. مطالب خاص عبارتند از:

① مقاومت حرارتی را از تراشه به بسته کاهش دهید

②امپدانس حرارتی را از بسته به مدار چاپی سرکوب کنید

③ صافی اتلاف حرارت تراشه را بهبود بخشید

به منظور کاهش امپدانس حرارتی، بسیاری از تولیدکنندگان LED خارجی تراشه های LED را روی سطح هیت سینک های ساخته شده از مس و مواد سرامیکی قرار می دهند و سپس از روش های لحیم کاری برای اتصال سیم های اتلاف حرارت روی برد مدار چاپی به استفاده از فن های خنک کننده استفاده می کنند. بر روی پره های خنک کننده با خنک کننده هوای اجباری، طبق نتایج تجربی OSRAM Opto Semiconductors Gmb در آلمان، امپدانس حرارتی از تراشه LED به محل اتصال لحیم سازه فوق را می توان 9K/W کاهش داد که حدود 1/ 6 از LED سنتی، و LED بسته بندی شده اعمال می شود 2W زمانی که قدرت بالا است، دمای اتصال تراشه LED 18K بالاتر از محل اتصال لحیم کاری است. حتی اگر دمای برد مدار چاپی به 500 درجه سانتیگراد افزایش یابد، دمای اتصال حداکثر فقط حدود 700 درجه سانتیگراد است. در مقابل، هنگامی که امپدانس حرارتی کاهش می یابد، دمای اتصال تراشه LED بالاتر خواهد بود. تحت تاثیر دمای برد مدار چاپی، لازم است سعی شود دمای تراشه LED کاهش یابد، به عبارت دیگر، کاهش مقاومت حرارتی از تراشه LED به محل اتصال لحیم کاری، که می تواند به طور موثر بار خنک کننده را کاهش دهد. تراشه LED. برعکس، حتی اگر LED سفید ساختاری داشته باشد که مقاومت حرارتی را سرکوب کند، اگر گرما نتواند از بسته به برد مدار چاپی هدایت شود، بازده نوری LED به شدت کاهش می یابد در نتیجه افزایش درجه حرارت رهبری. این شرکت LED مربع آبی مربعی 1 میلی متری را به صورت فلیپ تراشه روی بستر سرامیکی کپسوله می کند و سپس بستر سرامیکی را روی سطح برد مدار چاپی مسی می چسباند. طبق گفته پاناسونیک، امپدانس حرارتی کل ماژول از جمله برد مدار چاپی حدود 15K/W است. در باره.

از آنجایی که چسبندگی بین پره اتلاف گرما و برد مدار چاپی مستقیماً بر اثر هدایت گرما تأثیر می گذارد، طراحی برد مدار چاپی بسیار پیچیده می شود. با توجه به این موضوع، تولیدکنندگان تجهیزات روشنایی و بسته بندی LED مانند Lumi در ایالات متحده و CITIZEN در ژاپن به طور متوالی LED های پرقدرت تولید کرده اند. با استفاده از فناوری اتلاف گرما ساده، بسته ال ای دی سفیدی که CITIZEN نمونه برداری از آن را در سال 2004 آغاز کرد، می تواند مستقیماً گرمای پره های اتلاف گرما را با ضخامت حدود 2 تا 3 میلی متر به بیرون بدون فناوری اتصال خاص تخلیه کند. به گفته این شرکت، اگرچه اتصال تراشه های LED، امپدانس حرارتی 30K/W از نقطه تا باله خنک کننده بزرگتر از 9K/W OSRAM است و دمای اتاق در حالت عادی امپدانس حرارتی را حدود 1 وات افزایش می دهد. محیط، اما حتی اگر برد مدار چاپی سنتی فاقد فن خنک کننده برای خنک کننده هوای اجباری باشد، از نور سفید نیز می توان برای روشنایی مداوم استفاده کرد.

تراشه LED پرقدرت که Lumileds شروع به نمونه برداری از آن در سال 2005 کرد، دارای دمای اتصال بالاتری به اضافه 1850 درجه سانتیگراد است که 600 درجه سانتیگراد بالاتر از محصولات سایر شرکت ها در همان سطح است. هنگام استفاده از بسته مدار چاپی سنتی RF4، دمای محیط را می توان در محدوده 400 درجه سانتیگراد معادل جریان برق 1.5 وات (حدود 400 میلی آمپر) وارد کرد.

همانطور که در بالا ذکر شد، Lumileds و CITIZEN تصمیم گرفته اند دمای مجاز محل اتصال را افزایش دهند، در حالی که OSRAM آلمان تراشه LED را بر روی سطح پره اتلاف گرما تنظیم کرده است تا به رکورد امپدانس حرارتی بسیار پایین 9K/W دست یابد. بالاتر از امپدانس حرارتی توسعه قبلی OSRAM از محصولات مشابه است. کاهش 40 درصدی شایان ذکر است که بسته بندی ماژول LED با استفاده از روش فلیپ چیپ مشابه روش سنتی انجام می شود، اما زمانی که ماژول LED به پره حرارتی متصل می شود، نزدیک ترین لایه نور به تراشه LED به عنوان سطح اتصال انتخاب می شود. به طوری که نور ساطع شود گرمای لایه را می توان با رسانایی در کوتاه ترین فاصله از بین برد.

در سال 2003، شرکت روشنایی توشیبا یک بار یک LED سفید با راندمان نوری 60lm/W امپدانس حرارتی کم بر روی سطح آلیاژ آلومینیوم 400 میلی متر مربع، بدون اجزای اتلاف حرارت خاص مانند فن های خنک کننده، گذاشت و سعی کرد ماژول LED با پرتو 300lm. از آنجایی که شرکت روشنایی توشیبا دارای تجربه غنی در تولید آزمایشی است، این شرکت گفت که با توجه به پیشرفت فناوری تجزیه و تحلیل شبیه سازی، LED های سفید بیش از 60lm/W پس از سال 2006 به راحتی قابل استفاده هستند، هدایت حرارتی قاب را می توان بهبود یافته است، یا تجهیزات روشنایی را می توان با خنک کننده هوای اجباری توسط فن های خنک کننده طراحی کرد. ساختار ماژولی که به فناوری خنک کننده خاصی نیاز ندارد می تواند از LED های سفید نیز استفاده کند.

با توجه به طول عمر ال‌ای‌دی‌ها، اقدامات متقابل فعلی تولیدکنندگان ال‌ای‌دی، تغییر مواد آب‌بندی و در عین حال پراکنده کردن مواد فلورسنت در مواد آب‌بندی است، به‌خصوص مواد آب‌بندی سیلیکونی بهتر از مواد آب‌بندی رزین اپوکسی بالاتر از مواد سنتی است. تراشه های LED آبی و نزدیک به فرابنفش. سرکوب سرعت زوال مواد و کاهش عبور نور موثرتر است.

از آنجایی که درصد جذب نور رزین اپوکسی با طول موج 400 ~ 450 نانومتر به 45 درصد می رسد، ماده آب بندی سیلیکون کمتر از 1 درصد و زمان نصف شدن روشنایی رزین اپوکسی کمتر از 10 است. 5}} ساعت، و مواد آب بندی سیلیکون را می توان تا حدود 40،{7}} ساعت افزایش داد، که تقریباً مشابه طول عمر طراحی تجهیزات روشنایی است، به این معنی که LED های سفید نیازی به تعویض ندارند. در طول استفاده از تجهیزات روشنایی با این حال، رزین سیلیکون یک ماده بسیار الاستیک و نرم است و یک فناوری ساخت که سطح رزین سیلیکون را خراش نمی دهد باید در حین پردازش استفاده شود. علاوه بر این، رزین سیلیکونی به راحتی در طول فرآیند به گرد و غبار متصل می شود. بنابراین، توسعه فن آوری هایی که می تواند ویژگی های سطح را در آینده بهبود بخشد، ضروری است.

اگرچه مواد آب بندی سیلیکونی می تواند عمر مفید LED ها را برای 40،{1}} ساعت تضمین کند، صنعت تجهیزات روشنایی دیدگاه های متفاوتی دارد. بحث اصلی این است که عمر مفید لامپ‌های رشته‌ای سنتی و لامپ‌های فلورسنت به صورت «کاهش روشنایی به 30 درصد یا کمتر» تعریف می‌شود. اگر زمان نصف شدن LED ها 40،{4}} ساعت باشد، اگر روشنایی به کمتر از 30 درصد کاهش یابد، تنها حدود 20،000 ساعت باقی می‌ماند. در حال حاضر دو اقدام متقابل برای افزایش طول عمر قطعات وجود دارد که عبارتند از:

1. سرکوب افزایش دمای کلی LED های سفید.

2. استفاده از رزین کپسوله را متوقف کنید.

عموماً اعتقاد بر این است که اگر دو معیار افزایش عمر بالا به طور کامل اجرا شوند، می توان به روشنایی 30 درصدی برای 40،{2}} ساعت دست یافت. برای جلوگیری از افزایش دمای LED های سفید می توان از روش خنک سازی برد مدار چاپی بسته بندی LED استفاده کرد. دلیل اصلی این است که رزین بسته بندی تحت شرایط دمای بالا و تابش نور قوی به سرعت خراب می شود. طبق قانون آرنیوس، اگر دما 100 درجه سانتیگراد کاهش یابد، عمر 2 برابر افزایش می یابد.

توقف استفاده از کپسوله سازی رزین می تواند به طور کامل عامل زوال را از بین ببرد، زیرا نور تولید شده توسط LED در رزین کپسوله منعکس می شود. اگر از بازتابنده رزینی استفاده کنید که می تواند جهت نور را در کنار تراشه تغییر دهد، بازتابنده نور را جذب می کند، بنابراین میزان نور خارج شده تیز خواهد بود. این دلیل اصلی استفاده سازندگان LED از مواد بسته بندی سرامیکی و فلزی است.

دو راه برای بهبود راندمان نورانی تراشه های LED سفید وجود دارد. یکی استفاده از یک تراشه LED بزرگ با مساحت 10 برابر بزرگتر از یک تراشه کوچک (حدود 1 میلی متر مربع) است. تک ماژول. اگرچه یک تراشه LED بزرگ می تواند یک پرتو بزرگ به دست آورد، اما افزایش مساحت تراشه دارای معایبی است، مانند مرز الکتریکی ناهموار لایه ساطع کننده نور در تراشه، محدود بودن قطعات تابش نور و تضعیف جدی نور تولید شده در داخل تراشه. هنگامی که به بیرون تابش می شود. در پاسخ به مشکلات فوق، تولیدکنندگان LED با بهبود ساختار الکترود، اتخاذ روش بسته‌بندی فلیپ چیپ و یکپارچه‌سازی مهارت‌های پردازش سطح تراشه، به بازده نورانی 50lm/W دست یافته‌اند.

با توجه به برابری الکتریکی کل تراشه، از زمانی که دو یا سه سال پیش الکترودهای شانه‌ای و شبکه‌ای (مشبکی) نوع p ظاهر شدند، تعداد تولیدکنندگانی که از این روش استفاده می‌کنند، همچنان رو به افزایش بوده و الکترودها نیز هستند. توسعه در جهت بهینه سازی

در مورد روش بسته بندی فلیپ چیپ، به دلیل نزدیک بودن لایه تابش نور به انتهای بسته، به راحتی گرما ساطع می شود و نور لایه ساطع کننده نور بدون مشکل محافظت شده توسط الکترودها به بیرون تابش می شود. بنابراین لومیلدز آمریکا و تویودا گوسی ژاپن رسما روش بسته بندی فلیپ چیپ را پذیرفته اند. در سال 2005 ماتسوشیتا الکتریک، ماتسوشیتا الکتریک ورکز و توشیبا که تولید انبوه ال ای دی در مقیاس بزرگ را آغاز کردند نیز همین روند را دنبال کردند. Nichia که در گذشته از بسته بندی سیمی باندینگ استفاده می کرد و LED های 50lm/W مخصوص مشتری که در سال 2004 منتشر شدند نیز از بسته بندی فلیپ چیپ استفاده می کردند.

با توجه به پردازش سطحی تراشه، می تواند از انعکاس نور از داخل تراشه به بیرون تراشه در رابط جلوگیری کند. به گفته یک سازنده ژاپنی LED، هنگام بسته‌بندی تراشه‌های فلیپ، اگر یک ساختار مقعر-محدب روی بستر یاقوت کبود در قسمت استخراج نور تنظیم شود، استخراج قسمت بیرونی تراشه اتفاق نمی‌افتد. پرتو را می توان 30 درصد افزایش داد.